ปืนของคุณเก๊าส์! (Gaussian Gun)

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

 (คราวที่แล้วเรื่องพลังงานและคลื่นอยู่ที่นี่ครับ)
 
วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรามาเล่นของเล่นที่ใช้แม่เหล็กเป็นส่วนประกอบสำคัญที่เรียกว่าปืนของคุณเก๊าส์ (Gaussian Gun) กันครับ
 
แต่ก่อนอื่นที่เราจะไปเล่นของเล่น ผมได้ให้การบ้านเด็กๆไปทำโดยให้เด็กๆสังเกตว่าเครื่องสูบน้ำที่ใช้มือบีบทำงานอย่างไร ให้เวลาสัปดาห์หนึ่งไปลองดูกัน เครื่องสูบน้ำหน้าตาแบบนี้ครับ:
 
การบ้านเด็กๆ ดูว่าการทำงานของเครื่องสูบน้ำแบบนี้เป็นอย่างไร
 
จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูคลิปวิดีโอเกี่ยวกับงานศิลปะที่ใช้ลูกตุ้มทำ:

ผมถามเด็กๆว่ามันทำงานอย่างไร มีเด็กๆหลายคนเช่นธีธัช น้องกันและน้องแสงจ้าเข้าใจทันทีว่าเกิดจากความยาวของลูกตุ้มที่ต่างกัน อันสั้นจะแกว่งถี่กว่าอันยาว (ความจริงมีเด็กมากกว่านี้ที่เข้าใจแต่สามคนที่ยกตัวอย่างออกเสียงดังที่สุด) ผมดีใจมากที่เด็กๆเข้าใจและจำได้เรื่องลูกตุ้มที่เราเรียนกันไปในอดีต สำหรับสิ่งประดิษฐ์นี้คนสร้างเขาบอกว่าลูกตุ้มอันที่ยาวที่สุดจะแกว่ง 51 ครั้งต่อนาทีและอันที่สั้นแต่ละอันจะแกว่งมากขึ้นเรื่อยๆทีละหนึ่งครั้งต่อนาที(เป็น 52ครั้ง/นาที 53รั้ง/นาที 54ครั้ง/นาที ไปเรื่อยๆจนถึง 65ครั้ง/นาที) ดังนั้นลูกตุ้มแต่ละอันจะแกว่งที่ความถี่ต่างๆกันไป เมื่อเรามองทุกอันพร้อมๆกันก็จะเกิดรูปแบบสวยงามน่าสนใจ

เด็กๆถามผมว่าทำไมลูกตุ้มแต่ละอันต้องมีเชือกสองเส้นด้วย ขณะที่ผมกำลังนึกว่าทำไมนั่นเอง น้องเม็กก้าก็บอกว่าถ้าใช้เส้นเดียวมันจะพันกันง่าย ผมดีใจมากที่เขารู้สิ่งที่ผมไม่รู้แล้ว 🙂  หลังจากดูกันเสร็จเราคิดว่่าเราน่าจะทดลองสร้างเจ้าของสิ่งนี้กันมาดูเล่นกัน คิดว่าน่าจะมีโอกาสในเทอมหน้า

จากนั้นผมก็เริ่มเข้าสู่เนื้อหาประจำสัปดาห์โดยให้เด็กๆดูคลิปการชนกันของลูกตุ้มในอุปกรณ์ที่เรียกว่า “เปลไกวของนิวตัน” (Newton’s Cradle) ที่เป็นลูกตุ้มทรงกลมแขวนกันเป็นแถวติดๆกัน เมื่อยกลูกตุ้มที่ปลายข้างหนึ่งขึ้นแล้วปล่อยให้ตกลงมาชน ลูกตุ้มอีกข้างก็จะกระเด้งขึ้นจนสูงเกือบๆเท่าความสูงของลูกตุ้มลูกแรก (แต่ที่ไม่สูงเท่าเพราะลูกตุ้มมีการเสียพลังงานจากแรงเสียดทานของอากาศและการเกิดเสียงชน)

ที่น่าสนใจก็คือ ถ้าเรายกลูกตุ้มหนึ่งลูกปล่อยให้ชนก็จะมีลูกตุ้มหนึ่งลูกกระเด้งขึ้น ถ้าปล่อยสองลูกก็จะมีสองลูกกระเด้งขึ้น เด็กๆถามว่าทำไมเป็นอย่างนั้น ผมจึงได้โอกาสบอกเด็กๆว่าธรรมชาติมีกฏเกณฑ์บางอย่างที่ทำให้ลูกบอลทำตัวอย่างนั้น กฏเกณฑ์ที่เกี่ยวข้องก็คือการอนุรักษ์พลังงาน และการอนุรักษ์ปริมาณการเคลื่อนไหวที่เรียกว่าโมเมนตัมนั่นเอง กล่าวคือก่อนชนและหลังชน ถ้าเราวัดปริมาณพลังงานและโมเมนตัม ปริมาณทั้งสองจะคงที่ไม่เพิ่มไม่ลด  ความรู้เหล่านี้ผมไม่ได้ตั้งใจให้เด็กๆต้องจดจำหรือเข้าใจอย่างลึกซึ้งในตอนนี้ แต่หวังว่าเรื่องเหล่านี้จะผ่านตาผ่านหูพวกเขาไป จะได้เข้าใจลึกซึ้งขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปถ้าเขาสนใจ อีกอย่างก็คือผมหวังว่าเด็กๆจะเห็นว่าธรรมชาติมีกฏเกณฑ์การทำงานของมันซึ่งเราสามารถศึกษาเข้าใจได้ เด็กๆได้ฟังผ่านหูถึงปริมาณสำคัญที่มีการอนุรักษ์สามอย่างแล้วคือ ปริมาณการหมุน (โมเมนตัมเชิมมุม) ปริมาณการเคลื่อนที่ (โมเมนตัม) และพลังงาน

(การอนุรักษ์ของปริมาณทั้งสามนี้น่าสนใจมาก ปรากฏว่ามีนักวิทยาศาสตร์ชื่อ เอ็มมี่ โนเธ่อร์ค้นพบว่าถ้ากฏเกณฑ์ของธรรมชาติไม่ขึ้นกับตำแหน่ง เวลา หรือทิศทางเราก็จะมีการอนุรักษ์โมเมนตัม พลังงาน หรือโมเมนตัมเชิงมุม โดยตามลำดับ)

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูของเล่นที่เรียกว่าปืนของเก๊าส์ ที่ใช้แม่เหล็กและลูกเหล็กกลมๆมาเรียงกัน และเมื่อกลิ้งลูกเหล็กให้วิ่งมาชน จะมีลูกเหล็กวิ่งออกไปอีกด้านด้วยความเร็วสูง สาเหตุที่เป็นอย่างนั้นก็เพราะกฏการอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมนั่นเอง ตอนเรากลิ้งลูกเหล็กให้วิ่งเข้าชนแม่เหล็กนั้น แม่เหล็กจะดูดลูกเหล็กเข้าหาจนลูกเหล็กวิ่งเร็วมาก เมื่อลูกเหล็กที่วิ่งเร็วนั้นชนแม่เหล็กที่ติดกับลูกเหล็กลูกอื่นๆ การเคลื่อนที่ก็ถูกส่งผ่านต่อๆไปด้วยการชนอย่างรวดเร็ว ลูกเหล็กลูกสุดท้ายไม่รู้จะชนและถ่ายทอดการเคลื่อนที่ให้ใครมันจึงกระเด็นไปด้วยความเร็ว ดูตัวอย่างการทดลองในคลิปครับ:

น้องพลถามว่าถ้าเรากลิ้งลูกแม่เหล็กกลมๆแทนที่จะกลิ้งลูกเหล็กจะเกิดอะไรขึ้น ผลเป็นดังคลิปนี้ครับ:

เราเปรียบเทียบการใช้และไม่ใช้แม่เหล็กในคลิปนี้ครับ ตอนจบน้องชุนฬี่ถามว่าถ้าเราเอามาเรียงกันเป็นวงกลมจะเกิดอะไรขึ้น (จะมีลูกเหล็กวิ่งไปตลอดไปหรือเปล่า คำตอบคือไม่มีครับ ถ้าลูกเหล็กวิ่งได้เรื่อยๆแสดงว่าเราสามารถสร้างพลังงานขึ้นมาใหม่เรื่อยๆ ซึ่งเป็นไปไม่ได้จากการอนุรักษ์พลังงาน):

เราลองปรับจำนวนและตำแหน่งของแม่เหล็กและลูกเหล็กกันครับ:

อันนี้เอาลูกเหล็กเรียงแถวกันแล้วกลิ้งแม่เหล็กใส่:

น้องทิมเสนอให้เอาปืนเก๊าส์มาเรียงต่อกันหลายๆตัวจะเกิดอะไรขึ้น:

น้องเม็กก้าและธีธัชทดลองปืนเก๊าส์แบบสองมิติ:

อันนี้ตั้งกล้องไว้อยู่ใกล้ๆพื้นจะเห็นการวิ่งได้ชัดขึ้น:

อันนี้ผมทำให้เด็กอนุบาลสามดูครับ ยิงใส่ดินสอ:

หลังจากเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนได้เห็นตัวอย่าง เขาก็แยกย้ายจัดเป็นกลุ่มย่อยลองทำเองครับ โดยผมแจกแม่เหล็กและลูกเหล็กให้ไปเล่น อันนี้คือตัวอย่างการทดลองและการจดบันทึกครับ ดูทั้งอัลบั้มที่นี่นะครับ

 
 
 
 
 
 

3 thoughts on “ปืนของคุณเก๊าส์! (Gaussian Gun)”

  1. เด็กๆ ได้ทดลองฟิสิกส์มากกว่าที่ผมเคยได้ทำจนถึงมัธยมปลายซะอีก 🙂

Leave a Reply

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