ทำการทดลองเรื่องแรงตึงผิวกัน

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง “ทดลองความยืดหยุ่น เล่นของเล่นแบบ Angry Birds และเล่นแป้งข้าวโพด” ครับ)

เมื่อวานนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิ วันนี้เรื่องแรงตึงผิวครับ เราทำการทดลองกันสองสามอย่าง

ผมเริ่มด้วยกลจุกคอร์กลอยน้ำครับ เอาแก้วน้ำมาสองใบ เติมน้ำให้เต็ม แล้วเอาจุกคอร์กเล็กๆไปลอยในแก้วทั้งสอง ปรากฏว่าจุกคอร์กจะลอยกลางๆแก้วใบหนึ่งแต่จะลอยริมๆแก้วอีกใบ แม้ว่าเราจะไปเขี่ยๆให้จุกคอร์กลอยไปที่อื่น แต่ในแก้วใบหนึ่งจุกคอร์กจะลอยไปตรงกลางเสมอ ขณะที่อีกใบหนึ่งจุกคอร์กจะลอยไปริมๆแก้วเสมอ

ลอยแบบนี้ครับ แก้วหนึ่งจะลอยริมๆ อีกแก้วจะลอยกลางๆ    

ผมเคยถ่ายวิดีโอเรื่องนี้แล้วไว้ไปใน YouTube ฝรั่งเข้ามาด่ากันมากมายเพราะฟังไม่รู้เรื่องครับ (ทั้งๆที่ผมก็ใส่คำอธิบายภาษาอังกฤษไว้ใต้วิดีโอแล้วครับ 🙂 )

ถ้าสังเกตให้ดี จะเห็นว่าปริมาณน้ำในแก้วทั้งสองต่างกันนิดนึง ถ้าเราเติมน้ำจนล้นปรี่ แรงตึงผิวของน้ำจะทำให้น้ำโค้งขึ้นเป็นรูปกระทะคว่ำ ทำให้น้ำตรงกลางอยู่สูงที่สุด จุกคอร์กจึงลอยอยู่ตรงกลาง  ถ้าเราเติมน้ำให้เกือบๆเติม น้ำส่วนที่ติดกับแก้วจะอยู่สูงกว่าน้ำตรงกลาง ทำให้ผิวน้ำเหมือนกระทะหงาย จุกคอร์กจึงลอยไปติดกับขอบแก้ว

นี่คือบันทึกคำอธิบายที่ผมบอกเด็กๆครับ:

ผมบอกเด็กๆว่ากลเอาไปหลอกพ่อแม่ก็คือเอาแก้วมาหนึ่งใบ เติมน้ำให้ล้นปรี่ เอาจุกคอร์ก (หรืออะไรเบาๆที่ลอยน้ำได้เช่นโฟมชิ้นเล็กๆ) ไปลอย จุกคอร์กจะลอยอยู่ตรงกลาง จากนั้นเด็กๆก็บอกให้พ่อแม่เขี่ยใช้ตะเกียบเขี่ยจุกคอร์กให้ไปติดขอบให้ได้ (ตะเกียบเป็นแค่ตัวหลอกล่อครับ ความจริงใช้นิ้วเขี่ยก็ได้แต่ใช้ตะเกียบมันดูขลังขึ้น) พ่อแม่ทำอย่างไรจุกคอร์กก็จะลอยกลับไปตรงกลางอยู่ดี จากนั้นเด็กๆก็จะทำให้ดูบ้าง โดยหยิบจุกคอร์กขึ้นมาร่ายมนต์ใส่ แต่ตอนที่หยิบให้เอามือไปโดนแก้วให้น้ำกระฉอกออกไปบ้าง จากนั้นก็เอาจุกคอร์กค่อยวางตรงกลางน้ำ เอาตะเกียบแตะ ร่ายมนต์อีกนิด แล้วยกตะเกียบออก จุกคอร์กก็จะลอยไปติดขอบแก้วเอง จากนั้นก็รีบเอาแก้วไปล้างทำลายหลักฐานเสีย

การทดลองต่อไปก็คือเทคนิคลอยคลิปหนีบกระดาษโลหะให้ลอยบนน้ำ ปกติถ้าเราเอาคลิปหนีบกระดาษไปใส่น้ำ มันจะจม แต่ถ้าเราค่อยๆระวังตอนวางให้มันค่อยๆกดผิดน้ำลงไปเบาๆทั่วๆกัน ผิวน้ำจะแข็งแรงพอที่จะยกคลิปให้ลอยอยู่ได้ ผิวของน้ำมีความตึงผิวทำให้มันคล้ายๆฟิล์มบางๆที่รับน้ำหนักได้บ้าง (ปกติเด็กๆก็เห็นแมลงเช่นจิงโจ้น้ำวิ่งบนผิวน้ำอยู่แล้ว เด็กๆจึงเข้าใจเรื่องผิวน้ำรับน้ำหนักของได้เป็นปกติ)

สำหรับวิธีลอยคลิปหนีบกระดาษง่ายๆก็มีอยู่สองวิธี วิธีแรกคือฉีกกระดาษทิชชูให้ขนาดใหญ่กว่าคลิปนิดหน่อย รองคลิปไว้ แล้วค่อยๆลอยทั้งคลิปและกระดาษทิชชูที่รองอยู่ลงบนผิวน้ำ รอสักพักทิชชูก็จะอิ่มน้ำแล้วจมลงไป เหลือแต่คลิปหนีบกระดาษลอยอยู่

เอากระดาษทิชชูรองคลิปแล้วเอาไปลอยครับ
สักพักกระดาษทิชชูจะจม เหลือแต่คลิปลอยอยู่

อีกวิธีหนึ่งก็คือเสียสละคลิปหนีบกระดาษหนึ่งตัว เอามางอให้เป็นรูปตัว L เอามือเราจับด้านบนของตัว L แล้วใช้ด้านล่างของตัว L รองคลิปหนีบกระดาษอีกตัวไว้แล้วก็ค่อยๆเอาคลิปไปวางที่ผิวน้ำ พอวางได้ เราก็ค่อยขยับตัว L ออกเหลือแต่คลิปลอยอยู่

ใช้คลิปที่เรางอเป็นรูปตัว L ขนย้ายคลิปอื่นๆมาวางไว้บนผิวน้ำครับ
พอคลิปลอยน้ำได้ เราก็เอาคลิปตัว L หนีออกไป

ทำหลายๆอันลอยในน้ำแล้วเราก็ดูผิวน้ำยุบตัวเพื่อรับน้ำหนักของคลิป ผมตื่นเต้นมากตอนที่ผมเห็นครั้งแรกตอนผมเป็นเด็กครับ:

 

ถึงตอนนี้ผมก็อธิบายให้เด็กฟังว่าแรงตึงผิวเกิดจากการที่โมเลกุลของน้ำ(และของเหลวอื่นๆ) อยากจะอยู่ใกล้ๆกันไว้ ไม่อยากแยกจากกัน พอมีอะไร (เช่นคลิปหนีบกระดาษ) มากด น้ำก็ไม่อยากแยกออกจากกัน แล้วออกแรงยกคลิปไว้ แต่ถ้าแรงกดมากเกินไป (เข่นตอนโยนคลิปลงบนผิวน้ำ) ผิวของน้ำก็รับน้ำหนักไม่ไหวเหมือนกัน ก็จะแยกออกปล่อยให้คลิปจมลงไป

เรามีสารเคมีที่ลดแรงตึงผิวของน้ำได้ ที่เรารู้จักกันดีก็คือสบู่ ผมซักฟอก และน้ำยาล้างจานนั่นเอง สารพวกนี้จะละลายเข้าไปในน้ำแล้วโมเลกุลของมันจะไปจับโมเลกุลน้ำ ทำให้โมเลกุลน้ำจับมือกับโมเลกุลน้ำอื่นๆยากขึ้น ทำให้ไม่มีแรงยกคลิปที่อยู่บนผิว คลิปเลยจม มีวิดีโอให้ดูครับ:

ที่น่าสนุกกว่านี้ก็คือการหยดน้ำยาล้างจานลงไปในนมครับ นมมีส่วนประกอบส่วนใหญ่เป็นน้ำ ถ้าหยดน้ำยาล้างจานลงไป แรงตึงผิวแถวๆหยดน้ำยาล้างจานจะลดลง ทำให้เกิดกระแสนมไหลออกจากบริเวณนั้น ถ้าเราเอาพริกไทยป่นหรือหยดสีผสมอาหารลงไปเราจะเห็นการไหลเวียนของนมได้ชัดขึ้นครับ ลองดูคลิปและฟังเสียงเด็กๆกันครับ:

ก่อนหมดเวลาผมถามเด็กๆว่าถ้าเราเทน้ำในยานอวกาศที่โคจรรอบโลกแล้วทิ้งไว้เฉยๆสักพัก น้ำจะมีรูปทรงเป็นอย่างไร ใครคิดว่าเป็นเส้นกระจัดกระจายบ้าง ใครคิดว่าเป็นแผ่นบางๆบ้าง เด็กๆก็คิดกันไปต่างๆ ปรากฏว่ามีเด็กบางคนบอกว่าน่าจะเป็นทรงกลมเพราะมันจะมีแรงดึงเข้ากันทั้งหมด ผมจึงให้เด็กดูคลิปวิดีโออันนี้:

ภาพบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่ครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Leave a Reply

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