คุยต่อเรื่องเสียง หูและการได้ยิน โคลนแป้งมันประหลาด

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆมาครับ สำหรับเด็กประถมเราคุยกันเรื่องเสียงและการสั่นสะเทือนต่อ ได้ดูส่วนประกอบของหู ดูว่าเกิดอะไรขึ้นบ้างเมื่อเราได้ยินเสียง เด็กประถมต้นทดสอบการได้ยินเสียงความถี่สูงๆ เด็กประถมปลายได้ดูคลิปแตงโมเคลือบสารเคมีที่โมเลกุลยาวๆตกลงมา 45 เมตรแล้วกระเด้งขึ้นโดยไม่แตกกระจายครับ ประถมต้นและปลายได้เล่นโคลนที่ทำจากแป้งมัน (โมเลกุลยาวๆ) ที่เป็นของเหลวเมื่อไม่ไปกดมันแรงๆ แต่จะกลายเป็นของแข็งเมื่อเราไปกดหรือทุบมันแรงๆ เราเอาโคลนประหลาดนี่วางบนลำโพงให้การสั่นของลำโพงตีมันครับ เด็กอนุบาลสามได้เรียนรู้เรื่องเสียงเกิดจากการสั่นสะเทือนครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “เสียงและการสั่นสะเทือน ความถี่ที่เราได้ยิน คลิปเส้นเสียง” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

สัปดาห์นี้เด็กๆประถมต้นทดสอบว่าหูได้ยินเสียงสูงแค่ไหน คือให้ใส่หูฟังแล้วฟังเสียงที่ความถี่สูงขึ้นเรื่อยๆ ดูว่าความถี่สูงแค่ไหนแล้วไม่ได้ยินครับ

เมื่อความถี่สูงมากๆจนเสียงที่เราได้ยินเบามากๆ บางทีเราก็จะคิดไปเองว่าเราได้ยินครับ อย่างนี้ต้องให้อีกคนช่วยปรับความถี่ให้ หรือบางทีก็เปิดปิดเสียงสลับไปดูว่าตอนปิดเสียงยังคิดว่าได้ยินหรือเปล่า ถ้าได้ยินก็แสดงว่าคิดไปเองครับ เราใช้โปรแกรม Sonic by Von Bruno เป็นตัวสร้างความถี่ต่างๆครับ

หูคนที่ทำงานได้สมบูรณ์จะฟังเสียงได้ประมาณความถี่ 20 Hz ถึง 20,000 Hz ครับ เด็กๆเท่านั้นถึงจะฟังได้ช่วงกว้างอย่างนี้ คนยิ่งอายุเยอะขึ้นก็จะฟังความถี่สูงๆไม่ค่อยได้ เด็กๆประถมต้นฟังเสียงสูงได้ถึง 17,000-20,000 Hz เลยครับ เทียบกับประถมปลายสัปดาห์ที่แล้วฟังได้ประมาณ 17,000-19,000 Hz ครับ ส่วนคนอายุใกล้ๆ 50 อย่างผมฟังได้ถึงแค่ 13,000 Hz ครับ

จากนั้นผมก็อธิบายขบวนการการได้ยินด้วยหูครับ ให้เด็กๆดูรูปหูแบบเป็นภาพตัดให้เห็นส่วนประกอบข้างในก่อน:

ภาพส่วนประกอบของหู จาก https://www.pinterest.com/explore/external-ear-anatomy/ ครับ
ภาพส่วนประกอบของหู จาก https://www.pinterest.com/explore/external-ear-anatomy/ ครับ

เราก็จะเห็นใบหู (pinna) รูหู (auditory canal หรือ ear canal) เยื่อแก้วหู (tympanic membrane) กระดูกสามชิ้น (ค้อน ทั่ง โกลน — hammer, anvil, stirrup) ท่อยูสเทเชียนที่ต่อหูส่วนกลางกับปาก (eustachian tube) โคเคลีย (cochea ที่เป็นรูปก้นหอย) และอุปกรณ์หลอดครึ่งวงกลมสำหรับการทรงตัว (semicircular canls)  ส่วนประกอบเหล่านี้แบ่งเป็นหูชั้นนอก (ใบหูถึงเยื่อแก้วหู) ชั้นกลาง (ในเยื่อแก้วหู กระดูกสามชิ้น และท่อยูสเทเชียน) และชั้นใน (โคเคลียและอุปกรณ์ทรงตัว)

ถึงตอนนี้ผมก็แทรกข้อมูลที่ว่าเวลาเราขึ้นที่สูงเช่นขึ้นลิฟท์ ขึ้นเขา หรือขึ้นเครื่องบิน ความดันอากาศภายนอกจะน้อยลง อากาศที่อยู่ในหูชั้นกลางมีความดันมากกว่า ทำให้เราหูอื้อ พอเราอ้าปาก หาว หรือเคี้ยวหมากฝรั่ง อากาศในหูก็จะสามารถออกมาทางปากผ่านทางท่อยูสเทเชียนได้ ทำให้เราหายหูอื้อ

ขบวนการฟังเสียงก็คือ ความสั่นสะเทือนวิ่งผ่านอากาศหรือตัวกลางอื่นๆเช่นพื้น วิ่งเข้ามาในรูหู ทำให้เยื่อแก้วหูสั่นตาม เยื่อแก้วหูติดกับกระดูกค้อนเลยทำให้กระดูกค้อนสั่น กระดูกค้อนอยู่ติดกับกระดูกทั่งเลยทำให้กระดูกทั่งสั่น กระดูกทั่งติดกับกระดูกโกลนเลยทำให้กระดูกโกลนสั่น กระดูกโกลนติดอยู่กับผนังของโคเคลียเลยทำให้ผนังของโคเคลียสั่น ในโคเคลียมีของเหลวอยู่เลยมีคลื่นในของเหลว คลื่นนี้ทำให้ขนของเซลล์การได้ยินขยับไปมา ทำให้เซลล์การได้ยินส่งสัญญาณไฟฟ้าไปที่สมอง แล้วสมองก็ตีความว่าได้ยินอะไร มีวิดีโอคลิปให้เด็กๆดูครับ (ภาพการทำงานเริ่มที่ประมาณ 3:00 นาทีครับ):

ส่วนอันนี้เป็นภาพขนของเซลล์การได้ยิน (Hair Cell) ในโคเคลียครับ:
ขนของเซลล์การได้ยิน จะสั่นไปมาเวลามีเสียงมากระทบหู
 ขนเหล่านี้มีจำนวนจำกัด ถ้าเราได้ยินเสียงดังมากๆ ขนอาจจะหักหรืองอได้ ทำให้เราหูตึงขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นเด็กๆควรจะระมัดระวังไม่ฟังเสียงดังมากๆเช่นเสียงประทัด เสียงเจาะถนน เสียงปืน เสียงเครื่องบินใกล้ๆ เพื่อรักษาหูไว้ให้อยู่ในสภาพดีๆไปนานๆ
 
สาเหตุที่เราฟังเสียงสูงได้น้อยลงไปเรื่อยๆเมื่ออายุมากขึ้นก็เพราะว่าเจ้าขนในโคเคลียสำหรับฟังเสียงสูงจะอยู่ใกล้ด้านนอกของหูที่สุดครับ มันจึงพังก่อนอันข้างในๆที่ฟังเสียงต่ำกว่า ทำให้คนที่ยิ่งมีอายุก็จะไม่ค่อยได้ยินเสียงสูงๆครับ
 
ผมเอาคลิปสารเคลือบผิวที่เรียกว่า Line-X ให้เด็กประถมปลายดูครับ เป็นตัวอย่างของโมเลกุลยาวๆที่พันกันไปมาทำให้มีความแข็งแรงและยืดหยุ่นสูง สามารถพ่นเคลือบลูกแตงโมงแล้วปล่อยลงมาจากที่สูง 45 เมตรได้โดยไม่แตกครับ:
 

แล้วเราก็เล่นของโมเลกุลยาวๆที่หาได้ง่ายๆในบ้านคือแป้งมันครับ (ใช้แป้งข้าวโพดก้ได้เหมือนกันนะครับ)
 

เวลาเราเอาแป้งมันไปละลายน้ำให้ข้นๆ(เหมือนโคลน) โมเลกุลยาวๆของมันจะลอยอยู่ในน้ำ พันกันยุ่งๆ ไขว้กันไปมา ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนคนช้าๆ โมเลกุลจะมีเวลาค่อยๆขยับผ่านกัน เราจึงไม่รู้สึกถึงแรงต้านมากนัก เหมือนกับคนของเหลวธรรมดา แต่ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนไปคนเร็วๆ โมเลกุลจะไม่มีเวลาขยับผ่านกัน มันจะยังพันกันเกี่ยวกันอยู่ แรงต้านที่นิ้วหรือช้อนจะเยอะมาก เราจะเห็นว่าโคลนแป้งมันกลายเป็นของแข็งทันทีเมื่อเราไปคนมันเร็วๆ

นอกจากคนโคลนแป้งมันเร็วๆแล้วเรายังจะสามารถเอานิ้วไปจิ้มๆเร็วๆหรือไปบีบมันเร็วๆ เราจะรู้สึกว่ามันเป็นของแข็ง แต่ถ้าเอานิ้วไปจิ้มช้าๆนิ้วเราจะจมลงไปเหมือนจิ้มนิ้วลงไปในของเหลวหนืดๆ  ถ้าโยนไปมาเร็วๆเจ้าโคลนนี้ก็จะจับตัวเป็นก้อนแข็ง แต่ถ้าหยุดโยนเมื่อไร มันก็จะเลิกแข็งตัวแล้วไหลเป็นของเหลวหนืดๆอีก

เรามีคำเรียกความยากง่ายเวลาเราคนของเหลวว่า “ความหนืด” ของเหลวอะไรคนยากเช่นน้ำผึ่งเราก็เรียกว่ามีความหนืดสูง ของเหลวอะไรคนง่ายเช่นน้ำเปล่าเราก็เรียกว่ามีความหนืดต่ำ โดยปกติความหนืดจะลดลงเมื่อของมีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่ไม่ขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้า เจ้าแป้งข้าวโพดผสมน้ำเป็นของเหลวที่ไม่ปกติ เนื่องจากความหนืดของมันขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้าด้วย ถ้าเราคนเร็วมากๆมันจะหนืดมากจนกลายเป็นของแข็งไปเลย ของเหลวที่ความหนืดขึ้นกับความเร็วในการคนเรียกว่า Non-Newtonian Fluid ตัวอย่างอื่นๆของ Non-Newtonian fluid ก็มีเช่น ทรายดูด (ถ้าเราตกไปแล้วขยับตัวเร็วๆมันจะฝืดมาก ทำให้เราหมดแรงและออกมาไม่ได้และอดน้ำหรืออาหารตาย วิธีรอดคือค่อยๆขยับตัวช้าๆมากๆเข้าหาฝั่ง) ซอสมะเขือเทศ (ถ้าอยู่เฉยๆจะหนืดมาก ถ้าเขย่าหรือตบจะหนืดน้อย)  Silly Putty (ถ้าทิ้งไว้นานๆจะไหลสู่ที่ตำ่เหมือนของเหลว ถ้าบีบช้าๆจะนิ่ม ถ้าโยนใส่พื้นจะกระเด้ง ถ้าทุบแรงๆจะแตกออกเป็นเสี่ยงๆเหมือนแก้วแตก)

ความจริงเรื่อง Non-Newtonian fluid มีรายละเอียดมากกว่านี้ แต่ผมยกตัวอย่างให้พอเข้าใจกันโดยทั่วๆไป ถ้าสนใจเข้าไปที่ลิงค์แล้วดูรายละเอียดเพิ่มเติมนะครับ

แล้วเราก็เล่นโคลนแป้งมันกันครับ เอาโคลนแป้งมันไปไว้บนลำโพง แล้วปล่ยอเสียงให้มีความสั่นสะเทือนไปตีโคลนครับ ถ้าปรับความถี่การสั่นให้เหมาะสม ลำโพงจะตีโคลนตอนมันตกลงมาพอดีทำให้โคลนกลายเป็นของแข็งตั้งขึ้นมาครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสาม เราก็คุยกันเรื่องเสียงและการสั่นสะเทือนอย่างที่คุยไปเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว แล้วก็ให้ลองเปลี่ยนความถี่เสียงขึ้นลงให้สังเกตเสียงสูงเสียงต่ำ และปรับความถี่การสั่นให้พอดีกับการกระเด้งของลูกปิงปองทำให้ลูกปิงปองกระเด็นครับ:

 

One thought on “คุยต่อเรื่องเสียง หูและการได้ยิน โคลนแป้งมันประหลาด”

Leave a Reply

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