จุดศูนย์ถ่วงและกลเลี้ยงส้อมด้วยไม้จิ้มฟัน

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่องสนุกกับเบคกิ้งโซดาและน้ำส้มสายชู อยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องจุดศูนย์ถ่วงและเล่นเลี้ยงส้อมให้สมดุลครับ วันนี้เด็กจากทั้งสองกลุ่มบ้านเรียนเข้ามาเรียนรวมกันที่ปฐมธรรมครับ

เด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมอยากทำเครื่องร่อนกันครับ เขาได้เริ่มเอาโฟม เอาฟิวเจอร์บอร์ด เอาไม้บัลซามาตัดกันเป็นรูปร่างเครื่องร่อนกันแล้ว แต่ส่วนใหญ่ยังร่อนไม่ได้ วันนี้ผมเลยเลือกหัวข้อจุดศูนย์ถ่วงมาพูดให้เขาฟัง เพื่อให้สามารถออกแบบเครื่องร่อนกันได้ดีขึ้น

ผมเริ่มด้วยการถามเด็กๆว่าจำเรื่องความเฉื่อยได้ไหม เราเคยทำการทดลองเกี่ยวกับความเฉื่อยไปบ้างแล้ว วัตถุต่างๆต่างก็มีความเฉื่อย คือความที่มันไม่อยากเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของมัน ถ้ามันหยุดนิ่งอยู่มันก็จะหยุดนิ่งไปตลอดถ้าไม่มีอะไรไปออกแรงใส่มัน ถ้ามันเคลื่อนที่อยู่มันก็ไม่อยากหยุดหรือเลี้ยวถ้าไม่มีแรงอะไรไปเบรกหรือเลี้ยวมัน เราเรียกปริมาณความเฉื่อยของวัตถุว่ามวล (เราเคยทำการชั่งน้ำหนักวัดมวลไปแล้วในอดีต) ยกตัวอย่างเช่นมวลของผมเยอะกว่ามวลของเด็กๆ ถ้าเรานั่งอยู่เฉยๆแล้วจะมีใครมาผลักให้ขยับ จะต้องใช้แรงผลักผมมากกว่าแรงผลักเด็กๆเยอะเลย หรือรถจักรยานมีมวลน้อยกว่ารถสิบล้อ ผมถามว่าถ้ามีรถจักรยานและรถสิบล้อวิ่งมาเร็วเท่าๆกัน แล้วเราจะถูกชน ควรถูกชนด้วยจักรยานหรือสิบล้อ เด็กๆก็เข้าใจว่าถูกจักรยานชนดีกว่าสิบล้อ เพราะความแรงในการชนมันเบากว่าเยอะ

คราวนี้มันมีกฏเกณฑ์ธรรมชาติอีกอันว่าวัตถุที่มีมวลจะดึงดูดซึ่งกันและกันด้วยแรงที่เราเรียกว่าแรงโน้มถ่วง แม้แต่ตัวเด็กๆและตัวผมก็มีแรงโน้มถ่วงดึงดูดกัน แต่มีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับแรงโน้มถ่วงที่โลกดึงดูดเราทุกคนให้ติดผิวโลกอยู่ น้ำหนักของเราแต่ละคนก็คือแรงที่โลกดูดเราอยู่นั่นเอง แรงโน้มถ่วงจะอ่อนลงเมื่อระยะระหว่างวัตถุห่างกันมากขึ้น ถ้าเราออกไปในอวกาศไกลๆโลก น้ำหนักเราก็จะน้อยลง เพราะแรงโน้มถ่วงของโลกดึงดูดเราได้น้อยลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้น

ผมออกนอกเรื่องไปหน่อยเกี่ยวกับอุกกาบาตที่มาชนโลกแล้วทำให้ไดโนเสาร์ล้มหายตายจากไป คือผมบอกว่าในอวกาศก็มีก้อนหินที่ลอยไปลอยมา ก้อนหินเหล่านี้มีมวล ดังนั้นมันจึงดึงดูดกับโลกด้วย ถ้าความเร็วของก้อนหินมันพอดีๆ มันก็อาจตกลงมาโดนโลกได้ ถ้าความเร็วไม่พอดีก้อนหินก็อาจจะเข้ามาเฉียดๆโลก (แบบห่างได้เป็นหมื่นเป็นแสนกิโลเมตร) แล้วก็เลี้ยวไปทางอื่นไม่ได้ตกลงบนโลกพอดี  เจ้าก้อนหินที่ตกลงมาเมื่อ 65 ล้านปีก่อนที่ฆ่าไดโนเสาร์นั้น มีขนาดกว้างยาวสูงสักสิบกิโลเมตรได้ (จริงๆเราควรเรียกมันว่าภูเขามากกว่า) พอตกลงมาจากที่ไกลๆแรงโน้มถ่วงของโลกจึงทำให้มันตกลงมาเร็วมาก ความเร็วตอนเข้าชนโลกคงจะประมาณ 20-30 เท่าความเร็วเสียง หรือประมาณสัก 30,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง พอชนโลกจึงเกิดมหันตภัยตายหมู่กันยกใหญ่

ผมถามเด็กๆต่อว่ารู้จักดาวตกหรือผีพุ่งไต้ไหม มันคือของที่ตกลงมาจากอวกาศเข้าสู่โลก ความเร็วมันสูงมากจึงอัดอากาศด้านหน้าของมันจนร้อนมากเป็นไฟให้เราเห็นได้ (เหมือนกับเวลาเราปั๊มลมจักรยานเร็วๆกระบอกปั๊มจะร้อนขึ้น) ถ้าความร้อนทำให้ของที่ตกมาหายไปก่อนถึงพื้นเราก็เรียกว่าดาวตกหรือผีพุ่งไต้ ถ้ามีเหลือตกมาถึงพื้นเราก็เรียกว่าอุกกาบาต นอกจากนี้อุกกาบาตที่ตกลงบนพื้นโลกไม่จำเป็นต้องร้อน เพราะตอนมันอยู่ในอวกาศห่างไกลจากดาวฤกษ์มันจะเย็นมาก เนื่องจากอุณหภูมิเฉลี่ยในอวกาศมืดๆจะเย็นมาก เย็นระดับ -270 องศาเซลเซียส

หลังจากเด็กๆตื่นเต้นกับการถามตอบเรื่องอวกาศ เราก็กลับมาเรื่องจุดศูนย์ถ่วงของเราวันนี้

ถ้าเรามีวัตถุชิ้นหนี่ง เช่นไม้บรรทัด แล้วเราพยายามยกวัตถุชิ้นนั้นให้ลอยอยู่ด้วยนิ้วเดียว ไม่ให้วัตถุตกลงสู่พื้น เราต้องวางนี้วของเราในที่พิเศษ ถ้าเราวางนิ้วมั่วๆ วัตถุก็จะไม่สมดุลแล้วก็จะเอียงตกลงไป  ยกตัวอย่างเช่นถ้าเราจะใช้นิ้วยกไม้บรรทัด นิ้วเราก็ต้องอยู่กึ่งกลางไม้บรรทัด ไม่ใช่เอานิ้วไปอยู่ใกล้ปลายข้างได้ข้างหนึ่งของไม้บรรทัด เจ้าตำแหน่งพิเศษที่เราต้องเอานิ้วไปวางนี้จะอยู่ใต้ “จุดศูนย์ถ่วง” หรือ Center of Gravity เสมอ  ถ้าเราจะใช้นิ้วเดียวยกวัตถุเราต้องต้านแรงดึงดูดของโลกผ่านจุดศูนย์ถ่วงของวัตถุ ถ้าไม่งั้นวัตถุจะหมุนและตกลงจากนิ้วเรา

วิธีหาแนวที่จุดศูนย์ถ่วงอยู่แบบง่ายๆสำหรับวัตถุยาวๆเช่นไม้บรรทัดก็คือ เราเอานิ้วชี้ทั้งสองมือยกไม้บรรทัดไว้ แล้วเลื่อนนิ้วทั้งสองมือเข้าหากันช้าๆ เราจะสังเกตได้ว่านิ้วจะผลัดกันขยับ ขึ้นกับว่านิ้วไหนรับน้ำหนักน้อยกว่าจึงทำให้แรงเสียดทานน้อยกว่าอีกนิ้วหนึ่ง นิ้วจะผลัดกันขยับจนกระทั่งมาพบกันในแนวที่มีจุดศูนย์ถ่วงอยู่  ถ้าเราเอาดินน้ำมันมาถ่วงปลายด้านใดด้านหนึ่ง จุดศูนย์ถ่วงก็จะขยับเข้าไปใกล้ปลายด้านนั้นด้วย หลังจากอธิบายเสร็จผมให้เด็กๆทดลองทำการทดลองตามเพื่อหาจุดศูนย์ถ่วงของไม้บรรทัดที่ถ่วงหรือไม่ถ่วงน้ำหนักด้วยดินน้ำมันแล้วให้เขาสังเกตกันว่าเป็นอย่างไรบ้าง

(สำหรับวัตถุที่มีความสมมาตรและหนาแน่นเท่ากันทุกส่วน จุดศูนย์ถ่วงจะอยู่ในแนวกึ่งกลางของสมมาตร เช่นแผ่นพลาสติกสี่เหลี่ยมจตุรัส จุดศูนย์ถ่่วงก็จะอยู่กึ่งกลางภายในแผ่นพลาสติก  ถ้าเรามีลูกบอลทรงกลม จุดศูนย์ถ่วงก็อยู่ที่จุดกึ่งกลางของทรงกลม  ถ้าวัตถุมีรูปร่างที่ไม่เป็นสมมาตร เราก็สามารถหาจุดศูนย์ถ่วงได้ด้วยการแขวนวัตถุสองครั้ง โดยที่แต่ละครั้งผูกวัตถุต่างกัน แต่ละครั้งเราจะผูกแล้วก็ห้อยวัตถุลงมาแล้วเราก็ลากเส้นตรงตามเชือกที่ห้อยวัตถุ จุดศูนย์ถ่วงจะอยู่ที่จุดตัดกันในการห้อยสองครั้ง สำหรับคุณครูคุณพ่อคุณแม่ที่สนใจรายละเอียด แนะนำให้ดู http://en.wikipedia.org/wiki/Center_of_mass นะครับ รายละเอียดสำหรับเด็กประถมต้นยังไม่ต้องรู้ละเอียดถึงขั้นนั้น)

เจ้าจุดศูนย์ถ่วงมันน่าสนใจสำหรับเราในวันนี้ก็เพราะว่า เวลาเราสร้างเครื่องร่อน เราควรจะถ่วงหัวเครื่องร่อนให้จุดศูนย์ถ่วงอยู่บริเวณใต้ปีก ถ้าเราถ่วงหัวหนักไป จุดศูนย์ถ่วงจะอยู่ใกล้หัวมากไป ทำให้เวลาเราปล่อยเครื่องร่อนมันจะหัวทิ่ม ถ้าเราถ่วงหัวเบาไป จุดศูนย์ถ่วงจะอยู่ใกล้หาง เวลาเราปล่อยเครื่องร่อนหางมันจะหนักทำให้หัวเชิดแล้วต้านลมแล้วก็ตก ดังนั้นถ้าเด็กๆจะทำเครื่องร่อนกัน ก็ต้องถ่วงหัวให้พอเหมาะ ให้จุดศูนย์ถ่วงอยู่ใต้ปีก

ถ้าถ่วงหัวพอเหมาะ เครื่องร่อนจะทรงตัวอยู่บนนิ้วเราที่วางไว้ใต้ปีกได้

(ผมมาทราบข่าวที่น่ายินดีอย่างยิ่งว่าในตอนบ่ายหลังจากที่ผมสอนในตอนเช้า เด็กๆหลายคนได้ปรับปรุงเครื่องร่อนของตนเองจนสามารถร่อนได้ดีขึ้นมาก ทำให้ผมดีใจมากๆๆ 😀 )

เรื่องจุดศูนย์ถ่วงนี้ เราสามารถใช้ทำการทดลองที่ดูเหมือนกลได้อีก นั่นก็คือการเลี้ยงส้อมบนไม้จิ้มฟัน
 

วิธีทำก็ง่ายๆ คือหาส้อมแบบเดียวกันมาสองอัน แล้วเอาปลายแหลมติดกัน โดยอาจใช้แรงดันให้ฟันส้อมขัดกันไว้ หรือเอาส้อมทั้งสองจิ้มจุกคอร์ก หรือเอาหนังยางรัดส้อมทั้งสองไว้  เนื่องจากส้อมทั้งสองเป็นส้อมแบบเดียวกัน มีขนาดเท่ากัน จุดศูนย์ถ่วงของส้อมที่ติดกันทั้งสองอันก็จะอยู่ในแนวกึ่งกลางระหว่างส้อม ถ้าเราเอาไม้จิ้มฟันมาจิ้มติดกับส้อมในแนวนั้นด้วยมุมเหมาะๆ เราก็สามารถเลี้ยงส้อมทั้งสองให้ลอยอยู่หรือแกว่งน้อยๆได้โดยการแตะไม้จิ้มฟันแล้วยกไว้ (ด้วยนิ้วของเรา หรือขอบแก้ว หรือปากขวด หรือขอบโต๊ะ หรือจมูก ฯลฯ)  นอกจากนี้เรายังสามารถทำให้มันดูน่าตื่นเต้นโดยที่เราวางไม้จิ้มฟันไว้บนขอบแก้ว แล้วเราก็จุดไฟเผาปลายไม้จิ้มฟันด้านที่อยู่ในปากแก้ว ไฟจะลามเผาไม้จิ้มฟันไปเรื่อยๆจนถึงขอบแก้ว แล้วความร้อนก็จะถูกถ่ายเทให้แก้วจนอุณหภูมิของไม้จิ้มฟันลดลงแล้วเลิกติดไฟ พอเราเคาะขี้เถ้าให้หายไป เราก็จะเห็นปลายไม้จิ้มฟันแตะขอบแก้วแล้วชูส้อมสองอันอยู่ ดูไม่น่าเชื่อว่าเกิดขึ้นได้ ดูภาพตัวอย่างนะครับ:

วางกับขอบคอมพิวเตอร์ก็ได้
วางบนจมูกก็ได้
วางบนริมฝีปากล่างก็ได้
วางบนกระโปรงก็ได้
วางบนนิ้วก็ได้
วางบนแก้วก็ได้
อันนี้เจ๋งสุด วางบนปลายดินสอก็ได้ ทำโดยน้องพุฒกับครูเจนครับ

ถ้าเราวางบนขอบแก้วแล้วจุดไฟเผาไม้ขีดจะเป็นแบบคลิปนี้นะครับ:

คลิปนี้น้องแสงจ้าทำเองนะครับ:

คลิปสองอันต่อไปคือที่ผมไปทำให้เด็กอนุบาลสามบ้านพลอยภูมิดูครับ:

ต่อไปคือตัวอย่างสมุดจดของเด็กๆครับ ภาพการเรียนการสอนทั้งหมดอยู่ที่นี่ครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ถ้าอยากดูภาพที่เหลือ ภาพการเรียนการสอนทั้งหมดอยู่ที่นี่ครับ

Leave a Reply

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