เรื่องพลังงาน(ต่อ)และการส่งพลังงานเป็นคลื่น

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่องการเปลี่ยนรูปของพลังงานและของเล่นไจโรสโคปอยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้สอนต่อเรื่องพลังงานและการส่งผ่านพลังงานด้วยคลื่นครับ

คราวที่แล้วเด็กกลุ่มบ้านเรียนได้รู้ว่าพลังงานมีหลายรูปแบบเปลี่ยนกลับไปมาระหว่างกันได้ เด็กๆได้รู้จักพลังงานที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ (พลังงานจลน์) และพลังงานที่เกี่ยวกับความสูง (พลังงานศักย์โน้มถ่วง) วันนี้ผมเลยมาแนะนำให้เด็กๆรู้จักกับพลังงานอีกรูปแบบหนึ่งที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนรูปร่างของวัตถุ หรือพลังงานศักย์ยืดหยุ่น

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าวัสดุหลายๆอย่าง ถ้าเราไปกดหรืองอมันแล้วปล่อย มันจะกระเด้งกลับสู่รูปเดิม(ตราบใดที่เราไม่ไปกดหรืองอมันมากเกินไปจนรูปร่างมันเปลี่ยนไปถาวร) วัสดุเช่นไม้ เหล็ก พลาสติกแข็งๆ หนังยาง ต่างเป็นเช่นนี้ทั้งนั้น เราต้องออกแรงทำให้วัสดุเหล่านี้เปลี่ยนรูปร่าง แต่เมื่อเราปล่อยวัสดุก็จะขยับตัวกลับหารูปร่างเดิมของมัน ตอนเราทำให้มันเปลี่ยนรูปร่างเราใส่พลังงานเข้าไปในวัสดุ พลังงานที่ถูกเก็บไว้เป็นพลังงานที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนรูปร่างของวัตถุ เมื่อวัตถุคืนรูปร่างเดิมก็จะปล่อยพลังงานนั้นออกมา พลังงานที่วัสดุเก็บไว้เมื่อเปลี่ยนรูปร่างนี้เรียกได้ว่าเป็นพลังงานศักย์ที่เกี่ยวกับการยืดหยุ่นของวัตถุ  แล้วผมก็ยกตัวอย่างเอาไม้บรรทัดมากดติดกับโต๊ะแล้วกดให้งอเล็กน้อยโดยวางยางลบไว้บนไม้บรรทัด เมื่อปล่อยไม้บรรทัดก็จะดีดยางลบให้ลอยขึ้น ตัวอย่างอื่นๆที่เด็กคิดว่าเป็นปรากฏการณ์คล้ายๆกันก็คือ กระดานกระโดดน้ำ แทรมโปลีน ไม้ง่ามยิงหนังสติ๊ก

ไม้บรรทัดดีดยางลบ

จากนั้นผมก็เอาหนังยาง(หนังสติ๊ก)ออกมาให้เด็กๆดู แล้วบอกว่าเวลาเรายืดยางให้ยาวขึ้น เราเอาพลังงานที่เราได้จากอาหารของเราไปเก็บไว้ในหนังยางที่ยืดนั้น ในกรณีหนังยางนี้เมื่อปล่อยให้หนังยางคืนสภาพ พลังงานศักย์ที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนรูปร่างจะเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานจลน์ทำให้หนังยางเคลื่อนที่เร็ว ทำให้หนังยางกระเด็นไปได้ไกล ถ้าเราติดหนังยางไว้กับง่ามไม้หนังสติ๊ก เราก็ใช้พลังงานนี้ขับเคลื่อนกระสุนให้วิ่งไปได้เร็วๆด้วย ยางเส้นหนาเส้นใหญ่ก็จะสามารถเก็บพลังงานไว้ได้มากกว่าเพราะเราต้องใช้แรงในการยืดยางเส้นใหญ่ๆมากกว่าใช้ในการยืดเส้นเล็กๆ

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูวิดีโอคลิปการยิงธนู ให้เด็กๆสังเกตว่าเมื่อง้างธนูส่วนไหนของธนูจะงอ และเมื่อปล่อยแล้วรูปทรงกลับมาเหมือนเดิม คลิปอันแรกเป็นการใช้คันธนูสมัยใหม่ ผมให้เด็กๆเดาว่าทำไมมันมีเชือกอะไรเต็มไปหมดเลย เด็กๆไม่แน่ใจแต่ก็มีเดามาว่าเพื่อให้ยิงธนูได้แรงขึ้น ผมจึงเฉลยว่ามันเป็นระบบรอกที่ทำให้แรงที่ใช้ดึงสายธนูมันเหมาะสม ไม่ต้องใช้แรงดึงมากตอนดึงสุดเหมือนธนูสมัยโบราณที่ไม่มีระบบรอก ตอนดึงสุดไม่ต้องใช้แรงมากทำให้เล็งได้ง่ายขึ้นมือไม่สั่นเท่าธนูโบราณ

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูธนูโบราณที่มีขนาดใหญ่กว่าและยิงให้แม่นยากกว่าธนูสมัยใหม่ จะเห็นว่าคันธนูก็งอเก็บพลังงานศักย์ยืดหยุ่นเหมือนกัน

มีเด็กๆถามว่าทำไมคนยิงธนูถึงเล็งขึ้นฟ้า ผมจึงถามกลับว่าถ้าเล็งขนานกับพื้นจะเกิดอะไรขึ้น แล้วผมก็ดีดปากกาในแนวขนานกับพื้นเปรียบเทียบกับดีดให้เฉียงๆขึ้นฟ้าให้ดู เด็กๆก็ตอบได้ว่าถ้ายิงในแนวขนานกับพื้นธนูจะวิ่งไปไม่ไกลเท่ายิงเฉียงขึ้นฟ้าเพราะตกถึงพื้นก่อน

ผมเสริมเรื่องกองทัพมองโกลเมื่อหลายร้อยปีที่แล้วว่าทำไมถึงรบชนะมากมายนัก ผมถามเด็กๆว่าใครรู้จักเจงกิส ข่านบ้าง ปรากฏว่าเด็กๆไม่รู้จักกัน ผมเลยเล่าว่าเคยมีอาณาจักรมองโกลที่ยิึดดินแดนกว้างขวางขนาดประเทศจีน+ยุโรปเมื่อหลายร้อยปีก่อน อาวุธสำคัญที่มีประสิทธิภาพในการรบมากคือคันธนูที่ประกอบด้วยไม้ เขาสัตว์ และเอ็นสัตว์ คันธนูแบบนี้มีขนาดไม่ใหญ่และน้ำหนักเบา ยิงขณะขี่ม้าได้ ตัวคันธนูแข็งแต่ยืดหยุ่น เก็บพลังงานได้เยอะยิงได้ไกล เมื่อประกอบกับการที่นักรบมองโกลขี่ม้าเพิ่มความเร็วอีก ลูกธนูที่ยิงจากคันธนูแบบนี้จึงวิ่งได้ไกลกว่าอาวุธอื่นๆในสมัยนั้นมาก ข้าศีกสู้ไม่ไหว

จากนั้นผมก็เอาสปริงยาวๆที่เรียกกันว่าสลิงกี้ (Slinky) ออกมาให้เด็กๆดูกัน ผมปล่อยสปริงส่วนสั้นๆให้สั่นขึ้นลง แล้วผมก็ปล่อยให้สปริงส่วนยาวขึ้นให้สั่นขึ้นลง ให้เด็กๆสังเกตว่าความถี่ในการสั่นต่างกันไหม เด็กๆก็บอกว่าถ้าสปริงสั้นจะสั่นได้ถี่กว่าสปริงยาวดังในคลิปข้างล่างครับ:

จากนั้นผมก็บอกว่าเราสามารถส่งพลังงานจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งด้วยการส่งไปตามคลื่น ยกตัวอย่างเช่นเราได้ยินเสียงเพราะการสั่นสะเทือนทำให้อากาศหรือตัวกลางอื่นๆเปลี่ยนรูปร่างทำให้เกิดคลื่นเสียงวิ่งมาเข้าหูเราทำให้แก้วหูเราสั่น แล้วผมก็เอาสลิงกี้มาเป็นตัวกลางในการสร้างคลื่นทั้งคลื่นตามยาว(ที่ตัวสปริงเคลื่อนที่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของลูกคลื่น)และคลื่นตามขวาง(ที่ตัวสปริงเคลื่อนที่ตั้งฉากกับการแนวการเคลื่อนที่ของลูกคลื่น)ให้เด็กๆดูตามคลิปข้างล่าง:

ผมให้เด็กๆสังเกตดูการสะท้อนของคลื่นเมื่อปลายข้างหนึ่งของสลิงกี้อยู่กับที่ จะเห็นว่ายอดคลื่นกลับไปอีกทางหนึ่ง:

แล้วผมก็ปล่อยให้สลิงกี้เดินลงบันได:

จากนั้นเด็กๆก็ทดลองปล่อยคลื่นกัน มีการพยายามทำความถี่ให้พอเหมาะเพื่อให้คลื่นสะท้อนกลับมาบวกกับคลื่นใหม่ให้ดูเหมือนไม่มีลูกคลื่นวิ่งจากข้างหนึ่งไปยังอีกข้างหนึ่งของสลิงกี้ (หรือการทำคลื่นนิ่ง – Standing Wave นั่นเอง)

สำหรับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนบ้านภูมิธรรม ผมก็อธิบายและให้ทำการทดลองเหมือนๆกับกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม แต่สำหรับเด็กๆอนุบาลสามบ้านพลอยภูมิผมให้เล่นสลิงกี้เฉยๆ ให้เล่นและสังเกตคลื่นและการสะท้อนครับ

Leave a Reply

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