เรียนรู้เรื่องนาฬิกาลูกตุ้มและของเล่นเครื่องร่อน

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่องการหมุนและแรงดันอากาศอยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องนาฬิกาและลูกตุ้มสำหรับเด็กกลุ่มบ้านเรียน และทำเครื่องร่อนจากหลอดกาแฟและกระดาษสำหรับเด็กอนุบาลสามบ้านพลอยภูมิครับ

ผมเริ่มด้วยการถามเด็กๆว่าใครรู้บ้างว่าเวลาคืออะไร ทุกคนก็อึ้งกันไปหมด รวมทั้งผมด้วย คือพวกเรารู้ว่าเราใช้นาฬิกาและเครื่องมือต่างๆวัดเวลาได้ แต่ตัวเวลาจริงๆคืออะไรเราไม่รู้แน่ๆ ผมเคยอ่านตอนผมเป็นเด็กว่า “เวลาเป็นสิ่งที่กันไม่ให้ทุกสิ่งทุกอย่างเกิดขึ้นพร้อมๆกัน” (“Time… is what keeps everything from happening at once”) และผมก็ไม่มีคำจำกัดความอื่นๆที่ผมชอบกว่า (แต่อีกอันที่ผมชอบเหมือนกันคือ “Time is the school in which we learn, Time is the fire in which we burn.” มันทำให้เราเห็นถึงความไม่จีรังของเราดีครับ 🙂 )

ผมบอกเด็กๆว่าเมื่อประมาณร้อยปีที่แล้วมีนักวิทยาศาสตร์พบว่าเวลากับระยะทางเป็นของที่เกี่ยวข้องกันสามารถผสมกันได้ สิ่งที่คนหนึ่งเรียกว่าเวลาอีกคนอาจเรียกว่าเป็นระยะทางก็ได้ ทำให้เรางงเมื่อเราพยายามตอบคำถามว่าเวลาคืออะไร ผมถามว่าเด็กๆรู้ไหมว่านักวิทยาศาสตร์คนนั้นชื่ออะไร เด็กๆก็ตอบว่า นิวตัน ผมบอกว่า นิวตันอยู่เมื่อสามร้อยกว่าปีมาแล้ว เด็กๆบอกว่า กาลิเลโอ ผมก็บอกว่ากาลิเลโออยู่เมื่อสี่ร้อยกว่าปีมาแล้ว เด็กๆเลยบอกว่าถ้างั้นเป็นไอน์สไตน์ก็แล้วกัน ผมก็บอกว่าถูกต้อง ไอน์สไตน์ค้นพบว่าธรรมชาติทำงานอย่างไรและส่วนหนึ่งที่เขาพบก็คือเวลาและระยะทางมีความเกี่ยวพันกันอย่างลึกซึ้งในทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา

เนื่องจากเราทุกๆคนไม่รู้ว่าจะบอกว่าเวลาคืออะไร เราจึงข้ามไปก่อนและคุยกันว่าเราวัดเวลาอย่างไร เด็กๆก็ตอบกันใหญ่ว่าใช้นาฬิกา ผมก็ถามเด็กๆว่าใครรู้บ้างว่านาฬิกาทำงานอย่างไร ทุกคนก็บอกว่าไม่รู้ ผมจึงบอกเด็กๆว่ามนุษย์เรามีวิธีวัดเวลาหลายอย่าง เด็กๆรู้จักวิธีไหนบ้าง เด็กๆก็ตอบได้ว่าดูว่าดวงอาทิตย์อยู่ตรงไหน ผมบอกว่าใช่แล้ว เรารู้เวลาได้จากการดูตำแหน่งของดวงอาทิตย์ แล้วผมก็ถามเด็กๆว่าทำไมเราถึงเห็นดวงอาทิตย์เปลี่ยนที่ไปเรื่อยๆล่ะ เด็กๆก็ตอบได้อีกว่าเพราะโลกหมุน ผมถามว่าโลกหมุนเร็วแค่ไหน หนึ่งรอบนานเท่าไร เด็กๆก็บอกว่าหนึ่งวัน 24 ชั่วโมง ผมเสริมว่าหนึ่งวันเคยสั้นกว่านี้เพราะเมื่อก่อนโลกหมุนเร็วกว่านี้ จากการเรียนสัปดาห์ที่แล้วเรารู้ว่าถ้าอะไรหมุนอยู่ มันจะหมุนไปเรื่อยๆเหมือนเดิมนอกจากจะมีอะไรมาบิดให้การหมุนเปลี่ยนไป ดังนั้นต้องมีอะไรมาบิดให้โลกหมุนช้าลงแน่ๆ สิ่งนั้นก็คือแรงเสียดทานจากน้ำขึ้นน้ำลงนั่นเองที่ทำให้โลกหมุนช้าลง

ย้อนกลับมาที่การวัดเวลาใหม่ ผมถามเด็กๆว่ารู้จักนาฬิกาแดดไหม เด็กๆส่วนใหญ่พยักหน้า ผมจึงแสดงภาพของนาฬิกาแดดให้เด็กๆดูและบอกว่าเราจะลองทดลองสร้างนาฬิกาแดดกันในอนาคต

นาฬิกาแดดแบบหนึ่ง
นาฬิกาแดดอีกแบบหนึ่ง
นาฬิกาแดดอันใหญ่เรียกว่า Perranzabuloe Millennium Sundial
จากนั้นผมก็แสดงภาพนาฬิกาธูปจากเมืองจีน นาฬิกาน้ำแบบต่างๆ นาฬิกาแดดยักษ์ในอียิปต์จากหน้าเว็บนี้
นาฬิกาน้ำสองแบบ ดูภาพอื่นๆที่ http://www.crystalinks.com/clocks.html นะครับ

ต่อจากนั้นผมก็เริ่มอธิบายว่านาฬิกาลูกตุ้มทำงานอย่างไร (คำอธิบายเหล่านี้ผมอ่านมาจากเว็บ HowStuffWorks ครับ ผมแนะนำให้เข้าไปดูเรื่องอื่นๆด้วย น่าสนใจดี) ผมบอกเด็กๆว่าถ้าเราเอาเชือกมาพันลูกล้อทรงกระบอก แล้วถ่วงเชือกด้วยก้อนน้ำหนัก เมื่อปล่อยให้ก้อนน้ำหนักตก ล้อก็จะหมุน ถ้าเราเอาเข็มนาฬิกาไปติด เราก็จะเห็นเข็มหมุนไปรอบๆอย่างรวดเร็ว การทำอย่างนี้ไม่ค่อยมีประโยชน์ในการวัดเวลา เพราะล้อและเข็มจะหมุนเร็วเกินไป ถ้าเรามีอุปกรณ์อะไรบางอย่างมาเบรกให้ล้อหมุนช้าๆและหมุนด้วยรอบที่คงที่ เราก็จะสามารถใช้ล้อที่หมุนช้าๆและคงที่นั้นเป็นนาฬิกาได้

เมื่อประมาณสามร้อยห้าสิบปีที่แล้วนักวิทยาศาสตร์ชาวดัทช์ที่ชื่อว่า คริสเตียน ฮอยเก้นส์ (Christian Huygens) ออกแบบอุปกรณ์สำหรับเบรกล้อหมุนนั้น ตัวเบรกเป็นเขี้ยวเฟืองที่ต่อกับลูกตุ้มที่แกว่งไปมา ตัวเขี้ยวนั้นจะบังคับให้ฟันเฟืองที่ติดกับล้อขยับไปจังหวะละหนึ่งซี่เมื่อลูกตุ้มแกว่งหนึ่งรอบ คุณฮอยเก้นส์พบว่าลูกตุ้มขนาดต่างๆจะใช้เวลาคงที่เสมอสำหรับการแกว่งหนึ่งรอบ เวลาสำหรับการแกว่งหนึ่งรอบเรียกว่าคาบหรือ period ลูกตุ้้มที่มีระยะห่างจากจุดหมุนยาวๆจะใช้เวลามากกว่าในการแกว่งหนึ่งรอบ ดังนั้นถ้าเราออกแบบให้ความยาวลูกตุ้มสัมพันธ์กับจำนวนฟันเฟือง เราก็สามารถทำให้ล้อหมุนทีละนิด ทีละนิดทุกครั้งที่ลูกตุ้มแกว่งได้ และเราก็จะได้นาฬิกาที่ใช้การได้ (ดูภาพ animation การทำงานของฟันเฟืองที่หน้านี้และหน้านี้เลยนะครับ) ข้างล่างเป็นคลิปวิดีโอที่ผมกำลังพูดเรื่องนี้:

จากนั้นผมก็ให้เด็กทดลองทำลูกตุ้มจากดินน้ำมัน ไม้จิ้มฟัน และเส้นเชือก  โดยเด็กๆจะพยายามดูว่าความยาวของลูกตุ้มยาวเท่าไรที่ทำให้คาบการแกว่งใกล้เคียงกับหนึ่งวินาที ผมและคุณครูท่านอื่นๆช่วยกันจับเวลาสำหรับการแกว่งสิบรอบของลูกตุ้มแล้วเราก็หารสิบมาดูกัน

คลิปนี้คือสอนวิธีทำลูกตุ้มครับ:

คลิปสองอันต่อไปเป็นการทดลองโดยเด็กๆครับ:

เด็กพบว่าถ้าให้ระยะจากจุดหมุนที่เราแขวนลูกตุ้มไว้ถึงกลางๆก้อนดินน้ำมันยาวประมาณ 25 เซ็นติเมตร คาบการแกว่งของลูกตุ้มจะประมาณ 1 วินาทีครับ ผมได้จดข้อมูลของเด็กๆบางส่วนไว้ที่นี่ครับ.

ผลการทดลองบางส่วนครับ

เด็กๆบันทึกการเรียนและการทดลองได้น่าพอใจครับ:

 
อันนี้ของเด็กป.2 ครับ
ผลการทดลองของเด็กป.2 ครับ
ของเด็กป.4 ครับ 

ผลการทดลองของเด็กป.4 ครับ
 
สำหรับเด็กๆอนุบาลสามบ้านพลอยภูมิผมสอนวิธีทำเครื่องร่อนจากหลอดกาแฟ และกระดาษครับ เอากระดาษมาตัดเป็นสองชิ้นขนาดประมาณ 1″x10″ และ 1″x7″  แล้วเอากระดาษแต่ละชิ้นมาขดเป็นวงแหวน ติดด้วยเทปกาว แล้วเอาวงแหวนทั้งสองไปติดที่ปลายทั้งสองของหลอดกาแฟครับ แล้วก็ร่อนเล่นกันโดยให้วงแหวนเล็กเป็นส่วนหัวครับ ผมและคุณครูอีกสามคนช่วยกันสร้างเครื่องร่อนให้เด็กๆทั้งห้อง เหนื่อยเหมือนกันครับ 🙂
 
เด็กๆกับเครื่องร่อนครับ
 

Leave a Reply

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