ดูภาพคลื่นเสียง คลื่นเสียงจากระเบิดอันตรายอย่างไร เบรคแม่เหล็ก

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมมาครับ เด็กประถมต้นได้คุยกันเรื่องเสียงว่าเกิดจากการสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนวิ่งผ่านตัวกลางเช่นอากาศ น้ำ ไม้ เหล็ก ฯลฯ แล้วเข้าสู่หูของเรา ได้ดูซูมรูปภาพคลื่นเสียงที่อัดด้วยโปรแกรม Audacity ได้ดูภาพคลื่นเสียงแบบแยกตามความถี่ (spectrograph) เพื่อแยกประเภทเครื่องดนตรี ได้ดูคลิปคลื่นเสียงจากการระเบิดผ่านน้ำทำความเสียหายร่างกายจำลอง ได้รู้จักการจับปลาแบบผิดกฏหมายโดยใช้ระเบิดในน้ำซึ่งเป็นหลักการเดียวกัน เรื่องปลาวาฬใช้เสียงดังๆทำร้ายเหยื่อเพื่อจับกิน เสร็จแล้วได้ทดสอบการฟังว่าฟังเสียงความถี่เท่าไร สำหรับเด็กประถมปลาย ได้ดูคลิปคลื่นเสียงระเบิดใต้น้ำ และได้ทำการทดลองเบรคแม่เหล็กที่เกิดจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้าด้วยสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง  “วิวัฒนาการของตา แรงโน้มถ่วงเทียม ต่อสู้กับแรงดันอากาศ” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ผมคุยกับเด็กประถมต้นว่าเสียงเกิดได้อย่างไร ให้เด็กๆเอามือจับคอตัวเองแล้วพูด ให้สังเกตการสั่นสะเทือนของกล่องเสียงที่คอ วาดรูปให้เด็กดูว่าเสียงเกิดจากการสั่นสะเทือนในคอ ทำให้อากาศในปากสั่นสะเทือน อากาศที่สั่นสะเทือนกันเป็นทอดๆทำให้หูคนฟังสั่นสะเทือนตาม ทำให้ได้ยินเป็นเสียงครับ

ผมให้เด็กๆเอาหูแนบโต๊ะไม้และพื้นไม้แล้วเคาะ ให้สังเกตว่าได้ยินเสียงหรือไม่ เด็กๆพบว่าได้ยินดังกว่าตอนไม่ได้เอาหูแนบครับ ผมบอกว่าการสั่นสะเทือนวิ่งผ่านตัวกลางต่างๆได้ ทั้งอากาศ น้ำ ไม้ ฯลฯ แต่ในอวกาศไม่มีอากาศเลย ดังนั้นการระเบิดในอวกาศในหนังก็ไม่ควรมีเสียงมาถึงหูเราได้

หูแนบพื้นเพื่อฟังเสียงครับ
หูแนบพื้นเพื่อฟังเสียงครับ

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าเราสามารถวัดความสั่นสะเทือนของเสียงแล้ววาดรูปให้เราดูได้ เอาโปรแกรม Audacity มาอัดเสียงให้เด็กๆดูรูปคลื่นเสียงครับ ซูมเข้าไปดูเห็นคลื่นชัดเจน

คลื่นเสียงที่อัดมาด้วยโปรแกรม Audacity
คลื่นเสียงที่อัดมาด้วยโปรแกรม Audacity
ซูมเข้าไปจะเห็นเป็นคลื่นชัดเจนครับ
ซูมเข้าไปจะเห็นเป็นคลื่นชัดเจนครับ

เด็กๆสังเกตว่าเสียงดังกับเสียงค่อยจะเห็นขนาดความสูงของคลื่นต่างๆกัน เสียงยิ่งดังความสูงของคลื่นก็จะยิ่งเยอะ 

นอกจากเราจะดูว่าคลื่นเสียงมีขนาดใหญ่เท่าไรที่เวลาต่างๆแล้ว เรายังสามารถดูว่าคลื่นเสียงประกอบด้วยการสั่นสะเทือนความถี่ต่างๆอย่างไรด้วยครับ ผมเอาโปรแกรม SpectrumView มาอัดเสียงให้เด็กๆดูด้วยครับ ส่วนประกอบความถี่ต่างๆของคลื่นเรียกว่าสเปคตรัม เด็กๆได้ดูสเปคตรัมของการเคาะ เสียงคน และเครื่องดนตรีต่างๆนิดหน่อยครับ

ในจอคือภาพสเปคตรัมของคลื่นเสียงต่างๆครับ
ในจอคือภาพสเปคตรัมของคลื่นเสียงต่างๆครับ
ภาพสเปคตรัมชัดๆครับ
ภาพสเปคตรัมชัดๆครับ

จากนั้นเด็กๆก็ได้เดากันว่าเสียงดังๆจะทำร้ายเราได้ไหม เด็กๆเดากันได้ว่าหูจะพังครับ ผมถามต่อด้วยคำถามที่ดูเหมือนจะไม่เกี่ยวกันว่าระเบิดบนบกกับในน้ำอันไหนอันตรายกว่ากัน (ถ้าเราอยู่บนบกหรือในน้ำเหมือนกับระเบิด) เด็กๆเดาว่าอยู่บนบกน่าจะอันตรายกว่า ผมจึงเอาคลิปนี้มาให้เด็กดูและอธิบายครับ:

ระเบิดทำอันตรายได้สองทางครับ คือจากสะเก็ดระเบิดที่กระเด็นออกมาด้วยความเร็วสูง และจะคลื่นเสียงที่วิ่งผ่านน้ำหรืออากาศมาโดนเรา ถ้าเราอยู่ห่างไปไม่กี่เมตร โอกาสที่สะเก็ดระเบิดจะโดนเราก็จะลดลงไปมาก ยิ่งถ้าอยู่ในน้ำสะเก็ดระเบิดจะวิ่งช้าลงอย่างรวดเร็ว  แต่ในน้ำคลื่นเสียงจะทำร้ายเรารุนแรงมากครับเพราะจะทำให้อากาศในปอด ในหู ในลำไส้ของเราเปลี่ยนรูปร่างอย่างรวดเร็วทำให้อวัยวะภายในฉีกขาด เวลาคนตกปลาแบบผิดกฏหมายโดยโยนระเบิดลงไปแล้วปลาตายลอยขึ้นมา หรือปลาวาฬปล่อยเสียงดังๆใส่เหยื่อให้งงก็เพราะสาเหตุนี้ครับ

จากนั้นเวลาเหลือนิดหน่อยผมจึงให้เด็กๆมาทดสอบการฟังเสียงสูงเสียงต่ำว่าฟังได้เท่าไร พบว่าเด็กจะฟังได้ประมาณ 100-20,000 เฮิรตซ์ครับ (ใช้โปรแกรม Sonic by Von Bruno สร้างเสียงครับ)

ลองฟัวเสียงกันว่าฟังเสียงสูงเสียงต่ำกันได้เท่าไรครับ
ลองฟัวเสียงกันว่าฟังเสียงสูงเสียงต่ำกันได้เท่าไรครับ

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมก็ถามเด็กเรื่องระเบิดบนบกและใต้น้ำให้เด็กเดาเหมือนกันครับ เด็กๆเดาว่าบนบกน่าจะอันตรายกว่า และตื่นเต้นมากเมื่อเห็นคลิปเฉลยว่าในน้ำจะเกิดอะไรขึ้น

จากนั้นผมก็เอาแม่เหล็กมาปล่อยให้เลื่อนตกบนไม้บรรทัดอลูมิเนียม ซื่งแม่เหล็กตกลงช้ามากๆทั้งๆที่ถ้าเอาแม่เหล็กมาพยายามดูดอลูมิเนียมมันก็ไม่ดูดกัน เอาลูกตุ้มแม่เหล็กมาแกว่งแล้วเอาไม้บรรทัดอลูมิเนียมมาใกล้ๆก็ทำให้ลูกตุ้มหยุดอย่างรวดเร็ว เอาลูกตุ้มแม่เหล็กไปแกว่งใกล้ๆกระป๋องอลูมิเนียม กระป๋องก็ขยับ ผมให้เด็กๆเดาว่าเป็นเพราะอะไร เด็กส่วนใหญ่คิดว่าอลูมิเนียมต้องดูดกับแม่เหล็กแน่ๆเลย แต่จริงๆแล้วเหตุผลเป็นอีกแบบครับ ผมพยายามอธิบายในคลิปดังนี้ครับ:

เวลาเรามีแม่เหล็ก (ซึ่งอาจจะเป็นแม่เหล็กถาวรเป็นแท่งๆ หรือแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้) เอามาอยู่ใกล้ๆกับตัวนำไฟฟ้าเช่นเหล็ก อลูมิเนียม ทองแดง หรือโลหะต่างๆรวมทั้งสายไฟทั้งหลาย แล้วทำให้มีการขยับใกล้ๆกัน (จะให้แม่เหล็กขยับ ตัวนำขยับ หรือทั้งสองอันขยับผ่านกันก็ได้ หรือจะให้ความแรงของแม่เหล็กเปลี่ยนไปมาก็ได้) จะมีปรากฏการณ์เรียกว่าการเหนี่ยวนำไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าวิ่งในตัวนำไฟฟ้านั้นๆ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าวิ่งในตัวนำ ก็จะมีเหตุการต่อเนื่องขึ้นอีกสองอย่างคือ 1) มีสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในตัวนำ และ 2) กระแสไฟฟ้าทำให้ตัวนำร้อนขึ้น เราสามารถใช้ปรากฎการนี้ไปผลิดไฟฟ้า หรือทำให้ภาชนะหุงต้มร้อน หรือใช้หลอมโลหะ หรือใช้เป็นเบรก ฯลฯ ก็ได้ครับ ในกรณีการทดลองของเราสนามแม่เหล็กจากข้อ 1 มาดึงดูดกับก้อนแม่เหล็กของเราครับ

จากนั้นเด็กๆก็แยกย้ายกันเล่นสนุกสนานครับ:

ก่อนจะหมดเวลา ผมให้เด็กๆดูคลิปนี้ครับ บอกเด็กๆว่าถ้าหาท่อทองแดงหรืออลูมิเนียมหนาๆและปล่อยแม่เหล็กแรงๆที่มีขนาดใกล้เคียงกับรูลงไป แม่เหล็กจะตกช้ามากๆครับ:

One thought on “ดูภาพคลื่นเสียง คลื่นเสียงจากระเบิดอันตรายอย่างไร เบรคแม่เหล็ก”

Leave a Reply

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