เรียนรู้เรื่องแรงลอยตัวด้วยของเล่นนักดำน้ำ และเล่นกับแรงตึงผิว

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://witpoko.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ

(คราวที่แล้วเรื่อง “Spectroscope ทำมือ และเล่นไม้สั่น/หมุน” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนเฟิร์น และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องแรงลอยตัวสำหรับเด็กประถม และเล่นกับแรงตึงผิวสำหรับเด็กอนุบาลครับ

สำหรับเด็กประถม ก่อนจะเข้าเรื่อง ผมให้ดูวิดีโออันนี้ครับ โดยเริ่มตั้งแต่เวลา 1:27 นาที แล้วให้เขาทายกันว่ามันเป็นอย่างนั้นได้อย่างไร (ถ้าดูตั้งแต่เริ่มต้นจะมีคำอธิบายเลยครับ เลยเริ่มดูตอนกลางๆ):

เด็กๆป.1-2 เดาว่ามีแม่เหล็กแต่ยังไม่เข้าใจว่าทำไมมันไม่ดูดติดกันเลย เด็กๆป.3-5 มีบางคนบอกว่ามันต้องมีแม่เหล็กสองแบบคือแบบตรงกลางจะดูดกับแม่เหล็กข้างนอก และแบบเล็กๆรอบๆในวงแหวนสีดำจะผลักแม่เหล็กข้างนอก ผมจึงบอกว่าใช่แล้ว แม่เหล็กตรงกลางจะดูดให้แม่เหล็กข้างนอกเข้ามาใกล้ๆ แต่พอใกล้ถึงระยะน้อยๆแรงผลักจากแม่เหล็กเล็กๆในวงแหวนสีดำก็จะมากพอที่จะกันไม่ให้เข้ามาใกล้กว่านั้น

สำหรับเด็กป.3-5 ผมให้ดูรูปเครื่องยิงระเบิดรูปนี้ด้วย โดยให้สังเกตบริเวณศูนย์ที่ใช้เล็ง:

เวลาเล็งก็คือมองผ่านศูนย์หลังในช่องที่ความสูงเหมาะสม ให้ทาบกับศูนย์หน้าและเป้า ช่องที่ศูนย์หลังแต่ละช่องถูกปรับมาสำหรับระยะทางต่างๆ พอทาบกันแล้วตัวลำกล้องก็จะอยู่ในแนวที่ทำมุมกับพื้นราบ ทำให้ลูกระเบิดที่ออกไปวิ่งขึ้นไปสูง แล้วค่อยโค้งตกลงมาสู่พื้นอีกครั้ง คล้ายๆกับในเกม Angry Birds แต่ต่างจากในเกมตรงที่ในโลกมีอากาศ เมื่อลูกระเบิดวิ่งออกไปก็จะถูกแรงต้านอากาศทำให้วิ่งช้าลง ทำให้วิถีตอนตกลงมามีระดับความชันมากกว่าตอนวิ่งขึ้นไป ผมเสริมอีกด้วยว่าคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลกถูกสร้างขึ้นมาเพื่อคำนวณวิถีกระสุนปืนใหญ่ว่ายิงที่มุมแบบนี้ ความเร็วแบบนี้ จะไปตกลงที่ไหน โดยรวมผลจากแรงต้านอากาศและอื่นๆเข้าไปด้วย (เด็กๆเข้าใจการเล็งจากการยิงปืนของเล่นพวก Nerf มาบ้างแล้ว)

จากนั้นผมก็เข้าเรื่อง ให้เด็กๆสังเกตดูของเล่นนักดำน้ำหรือ Cartesian Diver ที่เด็กๆเคยเห็นมาบ้างแล้วในอดีต แต่คราวนี้เรามาสังเกตใกล้ว่ามันจมและลอยน้ำได้อย่างไร

ในอดีตผมทำของเล่นนี้ด้วยหลอดกาแฟดังในวิดีโอนี้ครับ:

แต่ในวันนี้ใช้หลอดฉีดยามาลนไฟที่หัวให้หัวตัน แล้วเอาดินน้ำมันถ่วงให้ลอยน้ำปริ่มๆแทนดังในรูปนี้ครับ:

 
 

แล้วเราก็เอาหลอดฉีดยาไปใส่ในขวดพลาสติกใส่น้ำแล้วปิดฝาขวดแน่นๆครับ พอเราบีบขวดความดันในขวดก็เพิ่ม ดันให้ก้านเข็มฉีดยาเข้าไปในหลอดทำให้อากาศในหลอดมีขนาดเล็กลง (ปริมาตรเล็กลง) แรงลอยตัวที่น้ำดันหลอดฉีดยาอยู่ก็จะลดลงจนไม่สามารถทำให้หลอดลอยอยู่ได้ หลอดจึงจม พอเราปล่อยมือไม่บีบขวด ความดันก็ลดลง อากาศในหลอดก็ขยายตัวกลับมาเป็นขนาดเดิม ทำให้แรงลอยตัวมากขึ้นจนหลอดลอยอีก ลักษณะการทำงานของของเล่นเป็นแบบนี้ครับ:

เด็กๆได้สังเกตกันประมาณนี้ครับ:

 
 
 

กฏเกณฑ์ธรรมชาติเกี่ยวกับการลอย/จมในของเหลวนี้ถูกค้นพบโดยอาคิมีดีสเมื่อ สองพันกว่าปีมาแล้ว เขาเขียนไว้ว่าของที่จุ่มไปในของเหลว(ไม่ว่าจะจุ่มลงไปนิดเดียวหรือจุ่มลงไปมิดเลย)จะมีแรงลอยตัวที่ของเหลวออกแรงดันขึ้น โดยแรงนี้จะมีขนาดเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ ผมพยายามให้เด็กๆทดลองกดขวดพลาสติกเปล่าๆที่ปิดฝาไว้สองขวดที่มีขนาดต่างกันลงไปในน้ำที่อยู่ในกาละมัง เพื่อเปรียบเทียบว่าแรงลอยตัวอันไหนมากกว่า (เวลากดให้ขวดใหญ่ลงไปในน้ำ ปริมาตรขวดที่ไปแทนที่น้ำมันเยอะกว่าปริมาตรของขวดเล็ก แรงลอยตัวที่น้ำดันขึ้นจะมากกว่าในกรณีขวดเล็ก จึงต้องใช้แรงกดขวดใหญ่มากกว่ากดขวดเล็ก)

กดขวดใหญ่เปรียบเทียบกับขวดเล็กครับ
กดขวดใหญ่เปรียบเทียบกับขวดเล็กครับ

ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

สำหรับเด็กๆอนุบาลสามโรงเรียนอนุบาลบ้านพลอยภูมิ ผมไปสอนวิธีทำให้คลิปหนีบกระดาษลอยอยู่บนผิวน้ำได้ครับ เด็กๆเคยเห็นแมลงจิงโจ้น้ำเดินบนผิวน้ำและเห็นผิวน้ำบุ๋มๆลงไปแต่จิงโจ้น้ำไม่จมลงไป ผมจึงบอกว่าสาเหตุที่ผิวน้ำเป็นอย่างนั้นได้ก็เพราะมันมีแรงตึงผิว คือน้ำไม่อยากแยกออกจากกัน พอมีอะไร (เช่นจิงโจ้น้ำหรือคลิปหนีบกระดาษ) มากด น้ำก็ไม่อยากแยกออกจากกัน แล้วออกแรงยกไว้ได้แต่ถ้าแรงกดมากเกินไป ผิวของน้ำก็รับน้ำหนักไม่ไหวเหมือนกัน ก็จะแยกออกปล่อยให้ของนั้นจมลงไป (ผมมีบันทึกการทดลองเกี่ยวกับแรงตึงผิวในอดีตที่มีรายละเอียดมากกว่าวันนี้ด้วยครับ)

ปกติเวลาเราเอาคลิปหนีบกระดาษไปวางบนน้ำ มันจะจมน้ำ แต่มีวิธีหลายวิธีที่เราสามารถทำให้มันลอยอยู่บนน้ำได้ เช่นวางเบาๆมากๆ วางไว้บนกระดาษทิชชู่แล้วรอให้กระดาษทิชชู่จม หรือวิธีที่เด็กๆได้ทำกันวันนี้คือเสียสละคลิปหนีบกระดาษหนึ่งตัว เอามางอให้เป็นรูปตัว L เอามือเราจับด้านบนของตัว L แล้วใช้ด้านล่างของตัว L รองคลิปหนีบกระดาษอีกตัวไว้แล้วก็ค่อยๆเอาคลิปไปวางที่ผิวน้ำ พอวางได้ เราก็ค่อยขยับตัว L ออกเหลือแต่คลิปลอยอยู่ พอผมทำให้เด็กๆดู เด็กๆก็ทดลองทำกันเองครับ:

 
 
 
 

นี่คือบรรยากาศการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Leave a Reply

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