ไปคุยกับเด็กๆเรื่องการสั่นการแกว่งและเล่นกับเลเซอร์นิดหน่อย

 
อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง “คุยกับเด็กๆเรื่องฟ้าผ่า ไม้แป๊ะยุง กระโดดจากอวกาศ และกลขวดแตก” อยู่ที่นี่ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมและกลุ่มบ้านเฟิร์นครับ วันนี้เราคุยกันเรื่องการสั่นและการแกว่งครับ แต่สำหรับระดับประถมขณะที่เรารอเพื่อนๆให้มาครบก่อนผมเอาเลเซอร์มาให้เด็กๆดูด้วยครับ

ผมให้เด็กๆสังเกตสิ่งต่างๆสั่นหรือแกว่งก่อนครับ เริ่มด้วยเอาไม้บรรทัดอลูมิเนียมมาพาดกับโต๊ะให้ปลายข้างหนึ่งยื่นออกมาจากโต๊ะ และกดส่วนที่อยู่บนโต๊ะให้แน่นๆ จากนั้นก็กดปลายที่ยื่นออกมาจากโต๊ะแล้วปล่อยให้มันสั่น เมื่อไม้บรรทัดสั่น เด็กๆก็จะได้ยินเสียง ถ้าเราขยับไม้บรรทัดให้ส่วนที่ยื่นออกมาจากโต๊ะมีความยาวต่างกัน เสียงที่เด็กๆได้ยินก็จะเปลี่ยนไปด้วย

เด็กๆรู้จักเสียงสูงเสียงต่ำและสังเกตได้ว่าเวลาไม้บรรทัดยื่นมาเยอะๆแล้วสั่น เสียงจะต่ำ ถ้ายื่นมาน้อยๆแล้วสั่น เสียงจะสูง ผมถามเด็กๆว่าเสียงมันเกิดได้อย่างไร เด็กๆบางคนตอบได้ว่าเพราะอากาศสั่นจากการที่ไม้บรรทัดสั่น ผมเสริมว่าเวลาไม้บรรทัดยื่นมาเยอะๆมันจะสั่นช้ากว่าเวลามันยื่นออกมาน้อยๆ จำนวนครั้งที่มันสั่นต่อหน่วยเวลาเช่นเป็นครั้งต่อวินาทีเรียกว่าความถี่ เวลามันสั่นจำนวนครั้งเยอะๆความถี่ก็เยอะ อากาศรอบๆก็สั่นด้วยความถี่เยอะ และหูเราฟังได้ว่ามันเป็นเสียงสูง ถ้าสั่นด้วยความถี่ต่ำๆหูเราก็จะเรียกมันว่าเสียงต่ำ

จากนั้นผมก็เอาไม้บรรทัดสั้นและไม้บรรทัดยาวที่เจาะรูที่ปลายข้างหนึ่งมาแกว่งโดยเอาแขวนไม้บรรทัดที่รูที่เจาะไว้ เด็กๆจะเห็นว่าไม้บรรทัดที่สั้นกว่าจะแกว่งด้วยความถี่สูงกว่าไม้บรรทัดที่ยาวกว่า

แกว่งไม้บรรทัดที่สั้นยาวต่างกันอย่างนี้ครับ

จากนั้นผมก็เอาด้ายมาผูกกับน็อตหกเหลี่ยมหนักๆทำเป็นลูกตุ้มแล้วเอามาแกว่งให้เด็กๆดู เด็กๆได้เห็นว่าลูกตุ้มที่ด้ายยาวจะแกว่งช้ากว่าลูกตุ้มที่ด้ายสั้นกว่า คือลูกตุ้มสั้นๆจะแกว่งด้วยความถี่สูงกว่าลูกตุ้มยาวๆ สำหรับเด็กป.3-5 ผมให้ทดลองจับเวลาว่าแต่ละครั้งที่ลูกตุ้มแกว่งใช้เวลาเท่าไร โดยให้จับเวลาสำหรับการแกว่งสิบครั้งว่าใช้เวลาเท่าไรแล้วหารด้วยสิบเพื่อให้ได้เวลาสำหรับการแกว่งหนึ่งครั้ง เราพบว่าลูกตุ้มยาว 25 เซ็นติเมตรจะใช้เวลาประมาณ 1 วินาทีต่อรอบ (หรือแกว่งที่ความถี่หนึ่งรอบต่อวินาที) และลูกตุ้มที่ยาว 100 เซ็นติเมตรจะใช้เวลา 2 วินาทีต่อรอบ (แกว่งที่ความถี่ 1/2 รอบต่อวินาที)

แกว่งลูกตุ้มอย่างนี้ครับ

จากนั้นผมก็เอากีต้าร์ให้เด็กๆดูขนาดของสายต่างๆ ถามเด็กๆว่าสายไหนเสียงสูงสายไหนเสียงต่ำเด็กๆก็ตอบได้ว่าเส้นใหญ่เสียงต่ำ เส้นเล็กเสียงสูง เด็กๆบางคนบอกได้อีกว่าถ้าปรับให้ตึงๆเสียงก็สูงขึ้นด้วย ผมบอกว่าใช่แล้ว เสียงสูงเสียงต่ำเกิดจากความถี่การสั่นของสาย สายไหนใหญ่ความถี่การสั่นก็จะต่ำ เสียงจึงต่ำ เวลาปรับสายให้ตึงๆการสั่นก็จะสั่นด้วยความถี่สูงขึ้น เสียงจึงสูงขึ้นด้วย เวลาเราเอานิ้วไปกดสายเข้ากับคอกีต้าร์จะทำให้ส่วนที่สั่นได้ของสายสั้นลง เสียงจะสูงขึ้น

ขนาดสายกีต้าร์และเสียงของมัน

ผมหวังว่าหลังจากเด็กๆได้เห็นได้ยินตัวอย่างเหล่านี้เด็กๆจะเริ่มเข้าใจความสัมพันธ์ว่าวัตถุที่มีขนาดใหญ่ยาวเวลาสั่นความถี่จะต่ำกว่าวัตถุเล็กๆหรือสั้นๆ นอกจากนี้ความตึงของลวดหรือเชือกก็มีผลกับการสั่นของมันด้วย

นอกจากนี้ผมก็ให้เด็กๆดูวิดีโอคลิปนี้:

ผมบอกเด็กๆว่าวัตถุต่างๆจะสั่นด้วยความถี่บางความถี่ขึ้นอยู่กับขนาดและประเภทวัสดุ ถ้าเราไปผลักหรือดึงวัตถุด้วยความถี่เหล่านั้น วัตถุจะสั่นมากขึ้นเรื่อยๆ เช่นในวิดีโอข้างบนเมื่อเราใช้คลื่นเสียงที่ความถี่ที่เหมาะสม แก้วไวน์จะสั่นมากขึ้นเรื่อยๆจนแตก (เรื่องนี้เป็นเรื่องเดียวกับการผลักหรือเล่นชิงช้านั่นเอง ศัพท์เทคนิคเรียกว่าการกำธรหรือ Resonance)

จากนั้นเด็กๆก็ได้ดูวิดีโอคลิปนี้:

เราได้เห็นว่าลูกตุ้มความยาวต่างๆกันจะแกว่งที่ความถี่ต่างกัน อันไหนยาวกว่าก็แกว่งที่ความถี่ต่ำกว่า ในวิดีโอข้างบนมีคนปรับความยาวให้ลูกตุ้มแกว่ง 51, 52, 53, 54, …, 65 ครั้งต่อนาทีแล้วปล่อยลูกตุ้มทั้งหมดให้เริ่มแกว่งพร้อมกัน ผมคิดว่าคราวต่อไปเราจะพยายามหาความยาวของลูกตุ้มที่แกว่งที่ความถี่เหล่านี้เพื่อสร้างผลงานอย่างนี้กันบ้าง

จากนั้นเด็กๆได้เห็นว่าแผ่นโลหะเวลาสั่นที่ความถี่ต่างๆจะมีรูปแบบการสั่นที่ต่างกันด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่าแผ่นแคลดนิ (Chladni Plate) ที่เป็นแผ่นของแข็งที่ถูกทำให้สั่นด้วยเสียงความถี่ต่างๆ ถ้าเอาผงอะไรเบาๆเล็กๆ(เข่นทรายหรือเกลือ)ไปโรยบนแผ่นของแข็งเวลามันสั่น ผงเหล่านั้นจะกระเด็นออกไปยกเว้นบริเวณที่แผ่นไม่ขยับ บริเวณที่ผงตกค้างอยู่จะเป็นเส้นลวดลายต่างๆสวยงามดีดังในวิดีโอข้างล่างนี้ครับ:

ในช่วงแรกของระดับประถม เด็กๆบางคนยังไม่มาผมจึงเอาเลเซอร์มาให้เด็กคนอื่นๆดูครับ แสงเลเซอร์ก็คือแสงที่ถูกสร้างมาให้มีสีและทิศทางเดียวกัน เวลาส่องไปที่ไหนจึงกระจายน้อยกว่าแสงจากแหล่งกำเนิดอื่นๆ (เช่นหลอดไฟ ไฟฉาย ดวงอาทิตย์เป็นต้น) แสงทั้งหมดตกอยู๋ในบริเวณเล็กๆจึงดูว่าบริเวณนั้นแสงเข้มมาก

ผมเอาแผ่นสลิทที่เป็นฟิล์มดำที่มีเส้นตรงใสๆเล็กๆ(เรียกว่าช่องสลิท)ให้แสงผ่านได้มาให้เด็กดู ผมเอาแสงเลเซอร์ส่องช่องสลิตที่อยู่ในแนวตั้ง แล้วให้เด็กๆดูว่าแสงที่ผ่านออกมาหน้าตาเป็นอย่างไร ปรากฎว่าแสงกระจายออกในแนวนอน ไม่ใช่แนวตั้งตามสลิท สลิทยิ่งแคบแสงก็ยิ่งกระจายกว้างมากขึ้น

แผ่นสลิท มีช่องขนาด 0.05, 0.1, 0.2, 0.4 มิลลิเมตร
แสงกระจายออกในแนวตั้งฉากกับแนวช่องสลิท

นอกจากนี้ผมยังเอาแผ่นเกรตติ้งซึ่งก็คือแผ่นพลาสติกใสๆที่ถูกขีดเป็นเส้นตรงขนาดเล็กๆในแนวเดียวกันมาส่องแสงเลเซอร์ ทำให้แสงที่ผ่านออกมากระจายเป็นจุดๆห่างๆกัน ถ้าเอาแผ่นเกรตติ้งมาซ้อนกันในแนวต่างๆแล้วส่องไฟ เราจะได้แสงกระจายเป็นจุดมากมายไปหมดคล้ายๆไฟดิสโก้

แผ่นเกรตติ้ง
แสงที่ผ่านแผ่นเกรตติ้งกระจายเป็นจุดๆ
เอาแผ่นเกรตติ้งซ้อนกันสามแผ่นโดยทำมุม 45 และ 90 องศาทำให้แสงกระจายออกมาเป็นหลายๆจุด

เราไม่ได้คุยรายละเอียดว่าทำไมแสงที่วิ่งผ่านสลิทและเกรตติ้งถึงเป็นแบบนั้น ผมแค่อยากให้เด็กๆเห็นธรรมชาติของแสงบางประการก่อน รายละเอียดต่างๆนั้นไว้ตอนเขาโตขึ้นและสนใจก่อนค่อยว่ากัน

ต่อไปคือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่ครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Leave a Reply

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