ชั่งน้ำหนักวัดมวลและการทดลองเกี่ยวกับน้ำ

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง “ปืนของคุณเก๊าส์! (Gaussian Gun)” อยู่ที่นี่ครับ)

หายไปร่วมสามเดือนเพราะปิดภาคเรียนและน้ำท่วมนะครับ แต่ในที่สุดวันนี้ผมก็ได้ไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิอีกครับ (กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรมยังไม่เปิดเรียนเพราะน้ำท่วม) วันนี้เรื่องชั่งน้ำหนักวัดมวลสำหรับเด็กประถมและการทดลองเกี่ยวกับน้ำสำหรับเด็กอนุบาลครับ

ผมเริ่มด้วยการถามว่ามีใครจำได้ว่าความเฉื่อยคืออะไรได้บ้าง เมื่อปีที่แล้วเด็กโตได้ทำการทดลองเกี่ยวกับความเฉื่อยไปแล้วครั้งหนึ่ง เด็กๆส่วนใหญ่จำได้ว่าเคยทดลองดีดกระดาษรองเหรียญเพื่อดูความเฉื่อยไม่อยากเคลื่อนที่ของเหรียญ เมื่อตอนนั้นผมเคยบันทึกถึงความเฉื่อยไว้ว่า:

“ความเฉื่อย” หรือ Inertia (อ่านว่า อิ-เนอร์-เชียะ) เป็นคุณสมบัติของวัตถุทุกๆอย่างครับ เป็นคุณสมบัติของวัตถุต่างๆที่ไม่อยากเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าอยู่เฉยๆก็จะอยู่เฉยๆไปเรื่อยๆจนมีอะไรมาทำอะไรกับมัน ถ้าเคลื่อนที่อยู่แล้วก็ไม่อยากหยุด ไม่อยากวิ่งเร็วขึ้น ไม่อยากเลี้ยว ถ้าจะทำให้หยุด หรือเร็วขึ้น หรือเลี้ยว ต้องใช้แรงมากระทำกับมัน  

เราเรียกปริมาณความเฉื่อยของวัตถุแต่ละชิ้นว่า “มวล” ของวัตถุ บนโลกถ้าวัตถุไหนมีมวลมาก นำ้หนักของมันก็มากตาม แต่ในอวกาศไกลๆจากโลก แม้ว่าวัตถุนั้นจะมีน้ำหนักน้อยมากๆ (เพราะน้ำหนักคือแรงดึงดูดจากโลกมีค่าน้อยลงเมื่อห่างจากโลก) มวลหรือความเฉื่อยของมันก็ยังมี และทำให้วัตถุไม่ค่อยอยากเปลี่ยนแปลงการหยุดนิ่งหรือการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าจะเปลี่ยนแปลง ก็ต้องมีแรงอะไรไปผลักดันดูดดึงมัน

สิ่งที่น่าสนใจอีกอย่างของวัตถุที่มีความเฉื่อยก็คือปริมาณความเฉื่อยที่เราเรียกว่ามวลนั้น จะดึงดูดมวลอื่นๆทุกมวลในจักรวาลได้ เราเรียกแรงนี้ว่าแรงโน้มถ่วง บนพื้นโลกแรงที่มวลของโลกดึงดูดมวลของวัตถุต่างๆเรียกว่าน้ำหนักของวัตถุนั้นๆ โดยที่น้ำหนักของวัตถุเท่ากับมวลของวัตถุคูณกับค่าคงที่ค่าหนึ่ง (ค่า g) ดังนั้นบนพื้นโลกถ้าเราจะวัดมวลของวัตถุใดๆเราก็ชั่งน้ำหนักของมันแล้วเราก็สามารถรู้ค่ามวลของมันได้ทันที (มวล = น้ำหนัก/g) ความจริงหน่วยที่เรียกว่ากิโลกรัมนั้นเป็นหน่วยของมวล ส่วนหน่วยของน้ำหนักนั้นนับเป็นนิวตัน แต่ในชีวิตประจำวันเราเรียกน้ำหนักเป็นกิโลกรัมก็ไม่มีปัญหาเพราะทุกคนเข้าใจตรงกัน มีแต่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่ต้องระวังเรื่องหน่วยบ้าง

แรงดึงดูดระหว่างมวลหรือแรงโน้มถ่วงมีความสำคัญมาก เพราะ การที่เรามีโลก มีดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ มีดวงจันทร์ มีแกแล็คซี (กลุ่มดาวที่มีดาวเป็นแสนล้านดวง) ได้ก็เพราะมวลต่างๆรวมตัวกันจนเกิดเป็นสิ่งต่างๆเหล่านี้ นอกจากนี้ธาตุส่วนใหญ่ที่ประกอบเป็นตัวเราก็ถูกสังเคราะห์ภายในดวงดาวที่ระเบิดในอดีต ถ้าไม่มีแรงโน้มถ่วงคอยรวบรวมของต่างๆให้จับตัวเป็นกลุ่มๆก้อนๆกันสร้างดาวฤกษ์ดาวเคราะห์ต่างๆ เราก็ไม่สามารถมีตัวตนขึ้นมาได้

กลับมาที่วิธีวัดมวลบนโลกใหม่ ผมบอกเด็กๆว่าเราสามารถชั่งน้ำหนักของวัตถุได้หลายแบบ แบบที่เข้าใจง่ายๆก็คือใช้สปริง โดยดูว่าน้ำหนักของของวัตถุดึงให้สปริงยืดได้เท่าไร น้ำหนักมากก็ทำให้สปริงยืดมาก

ตาชั่งแบบสปริง
ใช้ตาชั่งสปริงชั่งเหรียญได้ประมาณ 900 กรัม
จากนั้นผมก็เอาตาชั่งสำหรับใช้ในครัวเพื่อชั่งตวงส่วนผสมอาหารมาให้เด็กๆดู ตาชั่งวัดได้ละเอียดถึง 1 กรัม โดยที่น้ำหนักที่กดลงบนตาชั่งจะไปทำให้ความต้านทานไฟฟ้าภายในเปลี่ยนไป เนื่องจากเราสามารถวัดความต้านทานไฟฟ้าได้ละเอียดมาก เราจึงสามารถวัดน้ำหนักได้ละเอียดไปด้วย 
 
ผมเอาขวดใส่น้ำดื่มขนาด 600 มิลลิลิตร มาชั่ง  แต่ให้เด็กๆเดากันว่าตาชั่งจะบอกว่าหนักเท่าไร เด็กๆก็เดากันไปต่างๆนาๆ เช่น 800 กรัม 1 กิโลกรัม 15 กิโลกรัมบ้าง แต่พอชั่งจริงๆได้ 634 กรัม และเมื่อเทน้ำออกชั่งขวดเปล่าจะได้ 21 กรัม แสดงว่ามีน้ำอยู่ 613 กรัม
 
จากนั้นผมก็เอาหลอดฉีดยามาใส่น้ำทีละ 10 ซีซี มาชั่ง (ตอนนี้ผมก็ได้แทรกว่า ปริมาณ 1 ซีซี นั้นเท่ากับ 1 มิลลิลิตร คำว่ามิลลิคือ 1/1,000 เมื่อผสมกับคำว่าลิตรซึ่งเท่ากับ 1,000 ซีซี จึงเท่ากับ 1/1,000 x 1,000 ซีซี เท่ากับ 1 ซีซีพอดี นอกจากนี้ ซีซี คือคำย่อของ Cubic Centimeter หรือลูกบาศก์เซ็นติเมตรนั่นเอง)

ผมให้เด็กๆเดาว่าถ้าเอากระดาษ A4 (แบบ “80 กรัม”) หนึ่งแผ่นมาชั่งบนตาชั่ง เราจะได้ค่ามวลเป็นเท่าไร เด็กๆหลายๆคนก็เข้าใจว่ามันควรจะหนักน้อยกว่าขวดพลาสติกเปล่าก็เดาๆกันไปว่าน้อยกว่า 20 กรัม พอเราชั่งจริงๆก็ได้ว่ากระดาษมีมวล 5 กรัม ซึ่งก็เท่ากับที่มันควรจะเป็น เพราะว่ากระดาษถ่ายเอกสารประเภท “80 กรัม” นั้นต้องมีมวล 80 กรัมต่อหนึ่งตารางเมตร กระดาษ A4 มีขนาดกว้าง 21เซ็นติเมตร สูง 29.7 เซ็นติเมตร ดังนั้นจึงมีพื้นที่เท่ากับ 1/16 ตารางเมตร (มีเศษนิดหน่อย) ถ้าแต่ละแผ่นมีมวล 5 กรัม 16 แผ่นก็จะมีมวล 80 กรัม (คำนวณละเอียด = 80.17 กรัม )  ผมเอากระดาษ 16 แผ่นมาชั่งก็ได้น้ำหนัก 80 กรัมพอดี

จากนั้นเด็กๆก็ทดลองชั่งน้ำหนักของต่างๆที่หาได้ด้วยเครื่องชั่งทั้งสองแบบ และได้เปรียบเทียบว่าตาชั่งสปริงทำงานคลาดเคลื่อนเยอะตอนน้ำหนักน้อยๆ

 
 
 
 
 

หลังจากเด็กๆได้ทดลองชั่งของต่างๆสักพักแล้วผมก็ให้เด็กๆดูภาพจำลองการเคลื่อนไหวของโลก+ดวงอาทิตย์ การเคลื่อนไหวของโลก+ดวงจันทร์+ดวงอาทิตย์ การเคลื่อนไหวของดวงอาทิตย์สี่ดวง และอื่นๆโดยไปที่เว็บ My Solar System ครับ แนะนำให้เข้าไปทดลองเล่นครับ จะเข้าใจการโคจรต่างๆดีขึ้น

วงโคจรของดวงอาทิตย์+โลก+ดวงจันทร์ครับ

วงโคจรของดวงดาวเหล่านี้เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างมวลหรือที่เรียกอีกชื่อว่าแรงโน้มถ่วงครับ ถ้าไม่มีแรงโน้มถ่วง ก็ไม่มีวงโคจรแบบนี้ หรือไม่มีดาวต่างๆตั้งแต่ต้น

ผมได้บอกเด็กๆว่าส่วนประกอบในร่างกายเรานั้นประกอบด้วยแร่ธาตุต่างๆที่ถูกสังเคราะห์ด้วยปฏิกริยานิวเคลียร์ในแกนกลางของดาวฤกษ์  ในดาวฤกษ์ที่ใหญ่หน่อยสิ้นอายุขัย ดาวจะระเบิดและปลดปล่อยแร่ธาตุที่สังเคราะห์ไว้ให้กระเด็นออกมา เมื่อเวลาผ่านไปแร่ธาตุเหล่านี้ก็จะรวมตัวกันเป็นดาวฤกษ์และดาวเคราะห์รุ่นต่อไป ดวงอาทิตย์ของเราและโลกของเราก็เป็นดาวรุ่นหลังที่เกิดจากซากของดาวรุ่นก่อนๆ ร่างกายของเราก็ทำมาจากละอองดาว (หรือขยะนิวเคลียร์นั่นเอง)

อันนี้เป็นตัวอย่างขบวนการระเบิดของดาวที่นักวิทยาศาสตร์ทำการจำลองไว้ครับ:

 
ผมบอกเด็กๆว่าถ้าดาวไม่ใหญ่อย่างดวงอาทิตย์ของเราสิ้นอายุขัย มันจะบวมออกเป็นดาวยักษ์แดงแล้วค่อยๆมอดกลายเป็นดาวแคระขาว แต่สำหรับดาวใหญ่ๆเวลาตายมันจะกลายเป็นหลุมดำซึ่งดูดทุกสิ่งทุกอย่างเข้าไปด้วยแรงโน้มถ่วงของมัน

พอพูดถึงดวงดาวเด็กๆก็มีคำถามกันใหญ่เลย ผมก็พยายามตอบเท่าที่ตอบได้ เช่น:

ธีธัช: คนถูกหลุมดำดูดจะเป็นอย่างไร
ผม: สมมุติว่าเราตกเข้าไปในหลุมดำโดยเอาเท้าตกเข้าไปก่อน เมื่อเราเข้าใกล้ศูนย์กลางของหลุมดำมากพอ แรงดูดที่เท้าเราจะมากกว่าแรงดูดที่หัวเรามากจนตนเรายืดเป็นเส้นและขาดออกเป็นท่อนๆ แรงดูดที่แขนและไหล่ของเราจะลู่เข้าศูนย์กลางจนตัวเราถูกบีบให้แบนๆกลายเป็นเส้นๆเหมือนบีบยาสีฟัน
 
เม็กก้า: หลุมดำเต็มไหม
ผม: มันไม่เต็มครับ ใหญ่ขึ้นได้เรื่อยๆ
 
กัน: ของที่ตกเข้าไปในหลุมดำไปไหน
ผม: ความเข้าใจของผมก็คือมันอยู่ในหลุมดำ ไม่ได้ไปไหน แต่มีบางคนคิดว่ามันอาจจะเป็นจุดเริ่มต้นของจักรวาลแบบอื่นๆก็ได้ แต่ตอนนี้เรายังไม่เข้าใจลึกซึ้งและละเอียดพอ
 
แพม: พระอาทิตย์เป็นหลุมดำได้ไหม
ผม: พระอาทิตย์มีขนาดเล็กไปครับ เป็นไม่ได้
 
พล: พอดวงอาทิตย์ตาย ดาวดวงไหนมาเป็นดวงอาทิตย์แทน
ผม: ดวงอาทิตย์น่าจะไม่หายไปไหน แต่คงเย็นลงเรื่อยๆ แต่ศูนย์กลางคงอยู่ที่ที่อยู่ตอนนี้
 
กัน: จักรวาลมีวันแตกไหม
ผม: เท่าที่เราเข้าใจ มันคงไม่แตก แต่จะขยายตัวจนแกแลกซี่อยู่ห่างกันมากจนท้องฟ้ามืดไปหมด ไม่เห็นดาวเมื่อเวลาผ่านไปนานมากๆๆๆ
 
แพม: อะไรเป็นศูนย์กลางจักรวาล
ผม: เท่าที่เราเข้าใจ ไม่มีศูนย์กลางของจักรวาล แต่ละที่มีความเท่าเทียมกัน
 
ทอม: หลุมดำดูดหลุมดำไหม
ผม: ดูดครับ เวลาหลุมดำชนกันจะทำให้อวกาศบิดตัวเป็นคลื่นด้วย เราอาจจะตรวจจับคลื่นพวกนี้ได้ในอนาคตไม่ไกลนัก
 
ทอม: นักบินอวกาศอยู่บนดวงจันทร์จะเห็นโลกเป็นครึ่งเสี้ยวไหม
ผม: เห็นครับ ขึ้นกับตำแหน่งของโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ ว่าแสงจากดวงอาทิตย์จะฉายบนโลกและสะท้อนเข้าตานักบินอวกาศบนดวงจันทร์อย่างไร
 
กัน:  แล้วถ้าอยู่บนดาวอังคารจะเห็นไหม
ผม:  น่าจะเห็นเสี้ยวของดวงจันทร์ของดาวอังคาร ไม่น่าเห็นโลก เพราะไกลกันเกินไป
 
จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูคลิปการจำลองการชนของแกแล็คซีทางช้างเผือกของเรา กับแกแล็กซีเพื่อนบ้านชื่อแอนโดรมีดาในอนาคตอันไกล(เป็นหลายๆพันล้านปี)ครับ เนื่องจากทั้งสองแกแล็คซีดึงดูดกันอยู่ และอาจจะชนกันได้:
 
 
 
นี่เป็นตัวอย่างบันทึกของเด็กๆครับ:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
หลังจากสอนที่ปฐมธรรมเสร็จ ผมก็ไปทำการทดลองกับเด็กอนุบาลสามที่บ้านพลอยภูมิครับ วันนี้ทำการทดลองสองอย่างเกี่ยวกับน้ำ

การทดลองแรกผมเอาหลอดฉีดยามาดูดอากาศให้เต็มแล้วอุดปลายด้วยนิ้วมือ แล้วให้เด็กๆกดก้านฉีดยา เด็กๆก็กดได้

จากนั้นผมก็ใช้หลอดฉีดยาเดียวกันดูดนำ้เข้าไปให้เต็ม อุดปลายด้วยนิ้วมือ แล้วให้เด็กๆกดก้านอีก ปรากฏว่ากดไม่ได้ครับ

 
 
 
 

การทดลองนี้แสดงว่าของเหลวเช่นน้ำจะกดให้มีขนาดเล็กลงยากมาก แต่ก๊าซเช่นอากาศสามารถถูกกดให้มีขนาดเล็กลงได้ง่าย

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆรู้จัก”กาลักน้ำ” โดยเราไปที่ห้องน้ำ เอาน้ำใส่กระป๋องวางไว้ในที่สูง แล้วเอาสายยางมาใส่น้ำให้เต็มแต่เอามืออุดไว้ทั้งสองข้าง จากนั้นก็เอาปลายข้างหนึ่งจุ่มไว้ในกระป๋อง แล้วปล่อยปลายอีกข้างหนึ่งไว้ในระดับต่ำกว่ากระป๋อง เมื่อเลิกอุดสายยาง น้ำจะไหลจากกระป๋องออกไปทางปลายสายยางที่อยู่ต่ำกว่ากระป๋อง ถ้าเรายกปลายสายยางให้สูงขึ้นน้ำจะไหลช้าลง ถ้ายกให้ต่ำลงน้ำจะไหลแรงขึ้น ถ้ายกสูงกว่ากระป๋องน้ำจะหยุดไหล

 
 
 

Leave a Reply

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