ทำไมดาบร้อนๆงอเมื่อจุ่มน้ำ ลูกบอลกระเด้งสูงเกินคาด ลูกปิงปองยกลูกเทนนิส

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้ดูคลิปการแช่ดาบร้อนๆในน้ำและพยายามคิดกันว่าทำไมมันงอไปทางหนึ่งก่อนแล้วก็งอกลับไปอีกทาง และเรื่องนี้มันไปเกี่ยวยังไงกับควันไฟไหม้ที่เมเจอร์ปิ่นเกล้า หรือดอกเห็ดระเบิดนิวเคลียร์ ได้เล่นวิธีทำให้ลูกบอลกระเด้งสูงๆโดยไม่ต้องขว้างลงพื้น เด็กอนุบาลได้เล่นใช้ของเบาๆยกของหนักๆด้วยแรงเหวี่ยงครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ คราวที่แล้วเรื่อง “ของไหล (อากาศ, น้ำ) ชอบวิ่งตามผิวลูกบอล ตะเกียบลม” ครับ)

สำหรับเด็กประถม ผมให้ดูคลิปนี้ก่อนครับ ยังไม่บอกว่าคืออะไร ให้เขาดู คิด และเดาว่าคืออะไรไปเรื่อยๆ

หลังจากดูกันไปหลายๆรอบ เด็กๆก็เริ่มรู้แล้วครับว่าเป็นการจุ่มดาบลงไปในน้ำ คำถามต่อไปก็คือแล้วทำไมดาบมันถึงงอไปด้านล่างแล้วงอกลับไปอีกทางทำให้รูปร่างเหมือนเดิมได้

เด็กๆก็เสนอไอเดียกันหลายอย่างเช่น ดาบเป็นดาบยาง จุ่มน้ำลงไปเร็วๆแล้วหยุดเร็วมากจนดาบหยุดไม่ทัน ดาบมันโดนน้ำเย็นเลยงอ

ผมบอกว่าใช่แล้ว มันเกี่ยวกับดาบที่โดนเผาไฟร้อนๆมาจุ่มในน้ำ คำถามก็คือทำไมมันถึงงอลงข้างล่างก่อน แล้วกลับไปตรงใหม่ได้ ถึงตอนนี้เด็กประถมต้นจะงงๆ แต่เด็กประถมปลายจะเดาไปเรื่อยๆจนถึงว่าความเย็นของน้ำทำให้ดาบหดตัวไม่เท่ากันหรือเปล่า ผมถามต่อว่าทำไมแต่ละส่วนของดาบถึงหดตัวไม่เท่ากัน ถามนำว่าด้านบนที่เป็นสันต่างกับด้านล่างที่เป็นคมอย่างไร ถึงตอนนี้เด็กๆบอกได้แล้วครับว่าส่วนล่างที่คมๆมันบางกว่าส่วนบนที่เป็นสัน ผมถามต่อว่าถ้างั้นส่วนบางๆมันจะเย็นเร็วกว่าหรือช้ากว่าส่วนหนาๆ เด็กๆตอบได้ว่าส่วนบางๆเย็นก่อนจึงหดตัวก่อน ดึงให้ดาบงอลงมา พอส่วนหนาๆเย็นบ้างก็หดตัวบ้าง ดาบจึงกลับไปเป็นรูปร่างเดิม

อธิบายการงอตัวของดาบร้อนๆที่จุ่มไปในน้ำครับ ตอนเแรงส่วนคมๆบางๆจะเย็นก่อนจึงหดตัวก่อน ดึงให้ดาบงอ พอเวลาผ่านไปอีกหน่อย ส่วนสันที่หนาๆก็เย็นบ้างและหดตัวบ้าง ดึงให้ดาบมีหน้าตาเหมือนเดิม
อธิบายการงอตัวของดาบร้อนๆที่จุ่มไปในน้ำครับ ตอนเแรงส่วนคมๆบางๆจะเย็นก่อนจึงหดตัวก่อน ดึงให้ดาบงอ พอเวลาผ่านไปอีกหน่อย ส่วนสันที่หนาๆก็เย็นบ้างและหดตัวบ้าง ดึงให้ดาบมีหน้าตาเหมือนเดิม

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูคลิปไฟไหม้โรงหนังเมเจอร์ซีนีเพล็กซ์ปิ่นเกล้าครับ:

ถามเด็กๆว่าเห็นอะไรบ้าง เด็กๆตอบว่าเห็นควัน เห็นหลังคายุบ ผมถามว่าควันมันเคลื่อนที่อย่างไร หลังจากถามใบ้ชี้นำไปสักพัก เด็กๆหลายคนตอบกันได้ว่ามันลอยขึ้นเพราะมันร้อน อากาศแถวๆไฟมันร้อนขยายตัวเลยเบา (ความหนาแน่นลดลง) เลยลอยขึ้น สิ่งต่างๆส่วนใหญ่เมื่อร้อนจะขยายตัวและความหนาแน่นลดลง เมื่อเย็นจะหดตัวและความหนาแน่นมากขึ้นครับ แต่ก็มีข้อยกเว้นอยู่บ้างเช่นน้ำที่จะหดตัวตามอุณหภูมิที่ลดลงแต่พอไปถึงประมาณ 4 ℃ เริ่มขยายตัวขึ้น ทำให้นำ้แข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำและลอยน้ำครับ

อึกอย่างจากคลิปไฟไหม้เราจะเห็ฯหลังคายุบเพราะโครงสร้างที่เป็นโลหะเมื่อโดนความร้อนนานๆก็จะอ่อนตัวลง (เหมือนเวลาตีดาบที่เอาเหล็กไปเผาไฟให้อ่อนจะได้ตีเป็นรูปทรงต่างๆได้) ในที่สุดก็รับน้ำหนักไม่ไหวเกิดทรุดลงมาครับ

ถึงตอนนี้ผมเล่าเรื่องให้เด็กประถมต้นฟังด้วยว่าเจ้าดอกเห็ดจากระเบิดนิวเคลียร์มันมีหน้าตาอย่างนั้นได้อย่างไร

ระเบิดนิวเคลียร์ขนาดเล็กครับ
ระเบิดนิวเคลียร์ขนาดเล็กครับ ทำไมควันไฟถึงเป็นรูปเห็ด

ผมถามเด็กๆว่าเวลาระเบิดนิวเคลียร์ระเบิด มันน่าจะร้อนไหม เด็กๆบอกว่าร้อน ผมเลยถามต่อว่าแล้วอากาศรอบๆมันจะร้อนตามไหม เด็กๆตอบว่าใช่ ผมถามต่อว่าแล้วอากาศร้อนจะเป็นยังไงต่อไป เด็กๆตอบว่าลอยขึ้น ผมถามต่อว่าอากาศที่อยู่สูงๆขึ้นไปห่างจากตัวระเบิดนิวเคลืยร์จะร้อนกว่าหรือเย็นกว่าอากาศร้อนที่กำลังลอยขึ้นไปและมันจะลอยหนีทันไหม เด็กๆตอบว่าเย็นกว่าและไม่น่าจะหนีทัน ผมจึงบอกว่าดังนั้นอากาศร้อนที่ลอยพุ่งขึ้นเป็นลำจะไปปะทะอากาศด้านบนที่เย็นกว่า  ทำให้อากาศด้านบนหมุนตัวเป็นโดนัทหรือ Vortex Ring กลายเป็นรูปเห็ด ดูรูปจากวิกิพีเดียครับ:

ควันรูปเห็ดจากระเบิดนิวเคลียร์
ควันรูปเห็ดจากระเบิดนิวเคลียร์

จากนั้นเด็กๆประถมก็ได้ดูการกระเด้งของลูกบอลที่สูงเกินคาด โดยเอาลูกบอลอย่างน้อยสองลูกมาเรียงกันในแนวดิ่ง ให้ลูกที่เบากว่าอยู่ด้านบน แล้วปล่อยลูกบอลให้ตกลงพื้น จะพบว่าลูกบอลด้านบนสุดกระเด้งไปไปได้สูงหรือไกลกว่าถ้าปล่อยให้กระเด้งเองทีละลูกมาก

เด็กๆได้พยายามปล่อยลูกบอลแบบนี้ลงตะกร้าด้วยครับ:

สาเหตุที่ลูกบอลเบากระเด้งไปได้ไกลก็เพราะว่ามันตกลงไปชนกับลูกบอลข้างล่างที่กำลังกระเด้งขึ้นมาพอดีครับ ยิ่งลูกบอลข้างล่างหนักกว่ามัน ลูกบอลเบาก็ยิ่งถูกชนแรงขึ้นด้วย มันจึงกระเด็นไปได้สูงมาก ถ้าต้องการรายละเอียดการคำนวณ ลองไปดูที่นี่นะครับ ผมเคยทดลองและอธิบายเรื่องนี้สำหรับเด็กเล็กๆไว้ที่ช่องเด็กจิ๋ว & ดร.โก้ด้วยครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสามทับหนึ่ง ผมให้เล่นยกของหนักๆด้วยของเบาๆเช่นลูกปิงปองยกลูกเทนนิส วิธีทำก็คือผูกของทั้งสองชิ้นไว้ด้วยกันด้วยเชือกที่ร้อยผ่านปลอกปากกาหรือหลอดพลาสติกแข็งๆ จับส่วนปลอกปากกาแล้วแกว่งให้ของที่เบากว่าหมุนเป็นวงกลมเร็วๆ แรงตึงในเชือกที่บังคับให้ของเบาวิ่งเป็นวงกลมจะมากพอที่จะยกของหนักขึ้นได้ ผมเคยบันทึกวิดีโออธิบายโดยใช้ยางลบและลูกเทนนิสในอดีตครับ:

จากนั้นเด็กๆก็ได้เล่นกันใหญ่ครับ ได้ทดลองวิ่งเป็นวงกลมและสังเกตว่าพื้นต้องไม่ลื่นไปจะได้มีแรงเสียดทานชี้เข้าศูนย์กลางวงกลมที่วิ่งถึงจะวิ่งได้ครับ:

 

One thought on “ทำไมดาบร้อนๆงอเมื่อจุ่มน้ำ ลูกบอลกระเด้งสูงเกินคาด ลูกปิงปองยกลูกเทนนิส”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *