ลูกโป่งใหญ่ vs. ลูกโป่งเล็ก การแกว่งของลูกตุ้มแม่เหล็ก กลความดันอากาศ

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมต้นได้สังเกตและเดาว่าเมื่อเอาลูกโป่งใหญ่กับลูกโป่งเล็กมาต่อกันด้วยท่อ ลมจะวิ่งจากลูกไหนไปลูกไหน เด็กประถมปลายได้ดูคลิปสิ่งประดิษฐ์สุดเจ๋งคือเป้าลูกดอกที่วิ่งหาลูกดอกเองทำให้ขว้างโดนกลางเป้าเสมอ และได้สังเกตการแกว่งของลูกตุ้มที่ทำจากแท่งแม่เหล็กที่ห้อยมาจากแม่เหล็กด้านบนอีกที พบว่าความถี่การสั่นจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆก่อนจะหยุด คล้ายๆเวลาฝาโลหะกลมหรือเหรียญหมุนเอียงๆจนหยุด เด็กอนุบาลสามได้หัดเล่นกลน้ำไม่หกจากแก้วที่อาศัยความดันอากาศและแรงตึงผิวของน้ำครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “ขนาดของอากาศร้อนอากาศเย็น ความดันและความเร็วอากาศ กลน้ำไม่หก” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

สำหรับเด็กประถมต้น ผมเอาลูกโป่งมาเล่นกับเด็กๆครับ ทดลองเป่าลูกโป่งให้ใหญ่ๆ ให้เด็กจับหรือแนบกับแก้ม ปล่อยลมออก แล้วให้เด็กสังเกตว่าลูกโป่งเย็นลงไหม พบว่าลูกโป่งเย็นลงครับ ผมมาลองวัดอุณหภูมิดูทีหลังพบว่าเย็นลง 5℃ เลยครับ:

จากนั้นก็ให้เด็กๆทายกันว่าถ้าเอาลูกโป่งใหญ่มาต่อกับลูกโป่งเล็ก ลูกไหนจะใหญ่ขึ้น เด็กๆส่วนใหญ่คิดว่าลูกเล็กจะใหญ่ขึ้นครับ พอเราทายกันเสร็จก็ลองทำการทดลองแบบนี้ครับ:

คนส่วนใหญ่ (ผมด้วย) เมื่อเห็นครั้งแรกจะคิดว่าลมจะวิ่งจากลูกโป่งใหญ่ไปลูกโป่งเล็กครับ ปรากฎว่าเป็นตรงกันข้ามเลย กลายเป็นว่าลมจากลูกโป่งเล็กวิ่งไปลูกใหญ่ซะนี่ จริงๆถ้าเราสังเกตตอนเราเป่าลูกโป่งเราจะรู้สึกได้ว่าตอนแรกของการเป่าจะยาก พอลูกโป่งใหญ่ถึงระดับหนึ่งจะเป่าง่ายขึ้น แสดงว่าความดันอากาศในลูกโป่งใหญ่มันน้อยกว่าในลูกโป่งเล็ก ลมจึงไหลจากลูกเล็กไปลูกใหญ่ครับ (สำหรับนักเรียนฟิสิกส์ ถ้าสนใจการคำนวณ ลองดูที่นี่นะครับ)

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้ดูคลิปวิดีโอสิ่งประดิษฐ์สุดเจ๋ง คือเป้าที่วิ่งตามลูกดอกครับ:

ผมแปลให้เด็กๆฟังเรื่องการใช้กล้องหลายๆตัวมองลูกดอกจะได้รู้ตำแหน่งลูกดอกเมื่อเวลาใดๆ เรื่องกล้องตรวจจับแสงอินฟราเรดที่ส่องออกมาแต่ตาคนมองไม่เห็น (กล้องจะได้ไม่งงกับของอื่นๆนอกจากลูกดอก) และเรื่องการติดพลาสติกสะท้อนแสงกลับ (retroreflector) ไว้ที่ลูกดอกเพื่อให้กล้องเห็นลูกดอกชัดๆครับ แนะนำให้เด็กๆติดตามช่อง YouTube ของคนนี้เพราะเขาทำของเล่นน่าสนุกดี

จากนั้นก็ให้เด็กๆสังเกตและทดลองแกว่งลูกตุ้มแม่เหล็กว่าอยู่ได้นานแค่ไหนครับครับ หน้าตามันจะเป็นประมาณนี้:

มันจะแกว่งเร็วขึ้นเรื่อยๆก่อนที่จะหยุดครับ ให้เด็กสังเกตว่ามันคล้ายๆกับเหรียญหรือฝาอะไรกลมๆที่กลิ้งวนกับพื้นที่จะกลิ้งแกว่งเร็วขึ้นเรื่อยๆก่อนจะหยุด เป็นปรากฎการณ์ที่เรียกว่า Euler’s Disk (จานของออยเลอร์) ครับที่เหรียญหรือจานจะกลิ้งเร็วขึ้นเรื่อยๆก่อนจะล้ม ถ้าเหรียญมีน้ำหนักเยอะหน่อยก็จะอยู่ได้นานมากครับ มีคนทำให้ดูบน YouTube ครับ:

สำหรับลูกตุ้มแม่เหล็กก็ทำงานคล้ายๆกัน แต่ลูกตุ้มถูกดูดขึ้นติดเพดานไว้ครับ แรงแม่เหล็กทำหน้าที่เหมือนแรงโน้มถ่วงในกรณี Euler’s Disk 

สำหรับเด็กๆอนุบาลสามทับหนึ่ง โรงเรียนอนุบาลบ้านพลอยภูมิ ผมให้ทดลองหัดเล่นกลน้ำไม่หกจากแก้วและน้ำไม่ผ่านตะแกรงครับ

วิธีทำกลน้ำไม่หกจากแก้วก็คือเอาแก้วใส่น้ำ เอาแผ่นพลาสติกหรือกระดาษแข็งเรียบๆมาปิด แล้วกลับแก้วให้คว่ำลง แผ่นพลาสติกหรือกระดาษแข็งที่ปิดไว้ก็จะติดอยู่และน้ำก็ไม่หกจากแก้วครับ:

สำหรับกลน้ำไม่ไหลผ่านตะแกรง เราเอาตะแกรงร่อนแป้งที่เป็นรูๆมาให้เด็กๆทุกคนดูว่ามีรู เทน้ำใส่ก็ไหลผ่าน เป่าก็มีลมผ่าน แล้วเอาน้ำใส่แก้ว เอาตะแกรงวางข้างบน เอามือปิดด้านบนของตะแกรงให้คลุมปากแก้วด้านล่างไว้ แล้วพลิกเร็วๆให้แก้วใส่น้ำคว่ำอยู่ด้านบนตะแกรง เราจะพบว่าน้ำในแก้วไม่ไหลผ่านตะแกรงลงมาครับ ทั้งนี้ก็เพราะน้ำที่ติดกับตะแกรงมีแรงตึงผิวไม่แตกออกเป็นเม็ดน้ำเล็กๆ ทำให้ความดันอากาศภายนอกต้านไว้ไม่ให้น้ำไหลออกมาครับ ผมเคยทำคลิปวิธีทำไว้ที่ช่องเด็กจิ๋วและดร.โก้ครับ:

เด็กๆเล่นกันใหญ่ครับ:

 

กลทั้งสองแบบมีหลักการคล้ายกันที่ว่าอากาศภายนอกแก้วมีความดันมากพอที่จะรับน้ำหนักน้ำไม่ให้หกออกมาครับ ในกรณีตะแกรงจะใช้แรงตึงผิวของน้ำรับแรงจากความดันอากาศแทนแผ่นพลาสติกในอีกกรณีหนึ่งครับ

One thought on “ลูกโป่งใหญ่ vs. ลูกโป่งเล็ก การแกว่งของลูกตุ้มแม่เหล็ก กลความดันอากาศ”

Leave a Reply

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