โซเดียม + น้ำ = ระเบิด Smart Watch สุดเจ๋ง แรงลอยตัว บูมเมอแรง

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้ดูคลิปการระเบิดเมื่อโซเดียมโดนน้ำ ประถมปลายได้ดูคลิปการดัดแปลง Smart Watch ให้ตรวจจับการสั่นสะเทือนต่างๆแล้วใช้สั่งงานหรือตรวจจับสิ่งต่างๆได้ หลังจากดูคลิปแล้วเด็กๆก็ทดลองเรื่องแรงลอยตัวต่อจากสัปดาห์ที่แล้ว เด็กอนุบาลสามได้เล่นบูมเมอแรงกระดาษแข็งกันครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “คุยกันเรื่อง Supermoon เริ่มเรียนเรื่องแรงลอยตัว บูมเมอแรงกระดาษ” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ผมไปพบคลิปน่าตื่นเต้นสำหรับเด็กมาครับ เลยเอามาให้เด็กประถมดูกัน มีคนเอาโซเดียม (Na) ใส่ลงไปในโถส้วมครับ ดูว่าเกิดอะไรขึ้น:

ปรากฎว่ามันระเบิดครับ! โซเดียมเมื่อโดนน้ำจะกลายเป็นสารละลายโซดาไฟ (NaOH) และก๊าซไฮโดรเจน ปล่อยความร้อนออกมามาก ทำให้ไฮโดรเจนระเบิดครับ สมการเคมีเป็นอย่างนี้ครับสำหรับผู้สนใจ:

2Na(s) + 2H2O → 2NaOH(aq) + H2(g)

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าเกลือแกงที่เรากินกันเค็มๆประกอบด้วยธาตุสองอย่างคือโซเดียม และคลอรีน ธาตุแต่ละอย่างมีอันตรายต่อร่างกายคือโซเดียมโดนน้ำก็เป็นโซดาไฟร้อนๆและก๊าซไฮโดรเจน คลอรีนก็กัดผิวและเนื้อเยื่ออ่อนๆ ในสงครามโลกครั้งที่หนึ่งใช้เป็นแก๊ซพิษด้วย แต่พอโซเดียมและคลอรีนรวมตัวกันเป็นเกลือแกง กลับเป็นเครื่องปรุงอาหารที่เรากินได้

ถ้าเราดูโซเดียมในตารางธาตุ เราจะเห็นว่ามันอยู่ในคอลัมน์แรก ธาตุในคอลัมน์แรกก็มีไฮโดรเจน ลิเธียม โซเดียม โปตัสเซียม รูบิเดียม ซีเซียม และฟรานเซียม ธาตุเหล่านี้ตั้งแต่ลิเธียมเป็นต้นไปเมื่อผสมกับน้ำจะร้อนและมีแก๊ซไฮโดรเจนกันทั้งนั้นครับ มีคนทำเป็นวิดีโอให้ดูกัน:

สำหรับเด็กประถมปลายผมให้ดูคลิปสิ่งประดิษฐ์จากการวิจัยนี้ด้วยครับ เป็นนาฬิกาที่วัดความเร่ง (การสั่นสะเทือน) ได้รวดเร็วมาก วัดถึง 4,000 ครั้งต่อวินาที:

สัญญาณความสั่นสะเทือนที่ผ่านมาตามแขนมีรูปแบบต่างๆขึ้นกับว่าขยับมืออย่างไร เอามือจับอะไร หรือใช้มือทั้งสองทำท่าด้วยกันอย่างไร นักวิจัยเขียนโปรแกรมตรวจจับรูปแบบเหล่านี้ไปใช้สั่งงานหรือส่งข้อมูลกันได้ครับ

หลังจากดูวิดีโอตื่นเต้นกันไปแล้ว เด็กๆก็เรียนรู้เรื่องแรงลอยตัวในน้ำกันต่อครับ มีการกดขวดพลาสติกขนาดใหญ่และเล็กลงในถังใส่น้ำเพื่อเปรียบเทียบแรงที่ต้องใช้สู้กับแรงลอยตัวจากน้ำ:

กดขวดพลาสติกขนาดต่างๆกันลงในน้ำเพื่อรับรู้ถึงแรงลอยตัวที่ต่างกัน
กดขวดพลาสติกขนาดต่างๆกันลงในน้ำเพื่อรับรู้ถึงแรงลอยตัวที่ต่างกัน
กดขวดพลาสติกขนาดต่างๆกันลงในน้ำเพื่อรับรู้ถึงแรงลอยตัวที่ต่างกัน
กดขวดพลาสติกขนาดต่างๆกันลงในน้ำเพื่อรับรู้ถึงแรงลอยตัวที่ต่างกัน

ผมหาแก้วพลาสติกที่บางที่สุดมาใส่น้ำให้เต็มให้ลอยปริ่มๆน้ำเพื่อแสดงว่าในน้ำนิ่งๆ น้ำหนักของก้อนน้ำใดๆเท่ากับแรงลอยตัวที่เกิดจากน้ำส่วนอื่นๆดันก้อนน้ำนั้นๆเสมอ เพราะทุกส่วนของน้ำอยู่นิ่ง:

dsc03970

ในน้ำที่อยู่นิ่งๆ น้ำที่อยู่ในแก้วมันต้องถูกน้ำนอกแก้วผลักดันไว้ทำให้น้ำทุกส่วนไม่ขยับเลย แปลว่าแรงที่น้ำนอกแก้วดันน้ำในแก้วต้องเท่ากับน้ำหนักน้ำในแก้วพอดี จะได้พยุงน้ำหนักพอดี จากนั้นก็จินตนาการให้แก้วมันบางขึ้นบางขึ้นจนหายไปแสดงว่าไม่ว่าหั่นน้ำเป็นช้ินยังไงก็ตาม แรงลอยตัวที่น้าส่วนอื่นๆดันน้ำชิ้นนั้นๆต้องเท่ากับน้ำหนักของน้ำชิ้นนั้นๆครับ คราวนี้ถ้าเราจินตนาการว่าเราดูดน้ำในแก้วออกให้หมดแต่ให้แก้วอยู่ที่เดิม น้ำนอกแก้วก็ไม่รู้ว่าน้ำในแก้วหายไป มันก็ยังผลักด้วยแรงลอยตัวเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่เคยอยู่ในแก้วนั่นแหละ หลักการนี้จึงอธิบายว่าถ้าเอาของอะไรไปจุ่มในน้ำ แทนที่น้ำไปส่วนหนึ่ง แรงลอยตัวของน้ำที่ดันของนั้นๆขึ้นก็เท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกแทนที่ไปด้วยปริมาตรของของที่จุ่มนั่นเอง

ผมทดลองจุ่มก้อนดินน้ำมันลงไปในน้ำเพื่อดูนำ้หนักของมันที่แขวนไว้กับตาชั่งข้างบนลดลงไปเพราะมีแรงลอยตัวของน้ำมาพยุงไว้ด้วยครับ:

วัดขนาดดินน้ำมันละเอียดขึ้น ได้ปริมาตรประมาณ 310 ซีซีครับ น้ำหนักตอนแขวนในอากาศ = 500 กรัม จุ่มในน้ำเหลือ 190 กรัม สอดคล้องกับแรงลอยตัว 310 กรัม
วัดขนาดดินน้ำมันละเอียดขึ้น ได้ปริมาตรประมาณ 310 ซีซีครับ น้ำหนักตอนแขวนในอากาศ = 500 กรัม จุ่มในน้ำเหลือ 190 กรัม สอดคล้องกับแรงลอยตัว 310 กรัม

จากนั้นก็ประยุกต์แรงลอยตัวทำแพเล็กๆด้วยฟอยล์อลูมิเนียม แล้วใส่คลิปหนีบกระดาษลงไป ให้เด็กๆลุ้นว่าใส่ได้เยอะแค่ไหนครับ:

dsc04037 dsc04038 dsc04039 dsc04048

พบว่าใส่คลิปได้ 242 ตัว หนัก 171 กรัม ก่อนที่น้ำจะเข้าแพแล้วจม โดยที่ท้องแพมีขนาด 7 ซ.ม. x 10 ซ.ม. และมีขอบสูงมาประมาณ 3 ซ.ม. ครับ

สำหรับเด็กอนุบาลสามผมสอนวิธีสร้างบูมเมอแรงกระดาษแข็งกันครับ วิธีเป็นแบบนี้:

ผมกับคุณครูช่วยกันตัดและประกอบเพราะกระดาษแข็งต้องใช้แรงตัดเยอะ เลยใข้คัตเตอร์ตัด ซึ่งไม่ควรให้เด็กๆทำ พอประกอบเสร็จก็ให้เด็กๆไปทดลองปล่อยกันครับ:

One thought on “โซเดียม + น้ำ = ระเบิด Smart Watch สุดเจ๋ง แรงลอยตัว บูมเมอแรง”

Leave a Reply

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