เรียนรู้เรื่องการหมุนจากของเล่น และการทดลองแรงดันอากาศสำหรับเด็กอนุบาล

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่องคุณสมบัติของเกลือและทำไอศครีมอยู่ที่นี่ครับ)

 

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องคุณสมบัติของการหมุนสำหรับเด็กกลุ่มบ้านเรียน และเรื่องความเร็วและความดันอากาศสำหรับเด็กอนุบาลสามบ้านพลอยภูมิ

ผมเริ่มด้วยการเอาลูกอเมริกันฟุตบอลเล็กๆมาตั้งโดยให้ปลายแหลมสัมผัสพื้น ลูกบอลก็จะล้มลง ไม่สามารถตั้งอยู่ได้ ผมถามเด็กๆว่ามันมีวิธิให้ตั้งอยู่ได้นานๆทำอย่างไรรู้ไหม เด็กๆก็ยังงงๆอยู่ ผมเลยจับลูกบอลหมุนซะเลย และมันก็ควงเป็นลูกข่างตั้งอยู่ได้ เด็กๆก็อ๋อว่าเคยเห็นแล้ว

ลูกฟุตบอลรีๆตั้งได้ถ้าหมุนเป็นลูกข่าง

จากนั้นผมก็เอาลูกข่างที่ทำจากดินน้ำมันกับไม้จิ้มฟันมาหมุนให้เด็กๆดู ถ้าไม่หมุนมันจะล้มทันที แต่พอหมุนก็จะตั้งอยู่ได้นาน

ไม้จิ้มฟัน+ดินน้ำมัน(สีเหลืองๆ) = ลูกข่าง

แล้วผมก็บอกเด็กๆถึงกฏธรรมชาติข้อหนึ่งว่า ของที่หมุนๆอยู่จะหมุนเหมือนเดิมถ้าไม่มีอะไรไปยุ่งกับมัน มันเกี่ยวกับความเฉื่อยประเภทหนึ่งที่เกี่ยวกับการหมุน (กฏเกณฑ์ข้อนี้คือการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมนั่นเอง เราเคยทำการทดลองเกี่ยวกับเรื่องนี้อีกหลายแบบเมื่อปีที่แล้วด้วยครับ) เราวัดปริมาณการหมุนว่าหมุนกี่รอบต่อวินาที และทิศทางของแกนหมุนชี้ไปทางไหน ถ้าไม่มีอะไรไปรบกวนแล้วจำนวนรอบต่อวินาทีและทิศทางแกนหมุนจะไม่เปลี่ยนแปลง ถ้ามีอะไรเปลี่ยนแปลง แสดงว่าต้องมีอะไรไปบิดมันให้เปลี่ยนแปลง

หลักการนี้อธิบายว่าทำไมโลกถึงหมุนอยู่ได้และโคจรรอบดวงอาทิตย์มาเป็นเวลา 4-5 พันล้านปีแล้ว คือถ้าไม่มีอะไรไปทำให้โลกหยุดหมุน มันก็จะหมุนไปเรื่อยๆ ถ้าไม่มีอะไรไปทำให้โลกหยุดวิ่งรอบดวงอาทิตย์ มันก็จะวิ่งรอบดวงอาทิตย์ไปเรื่อยๆ (ความจริงโลกหมุนรอบตัวช้าลงมาจากตอนเริ่มต้นเหมือนกันเนื่องจากมีแรงบิดจากแรงดึงดูดระหว่างดวงจันทร์-โลก-น้ำขึ้นนำ้ลง)

(ตอนนี้เด็กๆถามเรื่องโลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์อื่นๆ เราจึงคุยกันนอกเรื่องกันว่าพวกเราน่าจะหาทางไปอยู่ในหลายๆที่ เพราะถ้าอยู่แต่บนโลกอย่างเดียว เราคงจะสูญพันธุ์แน่ๆถ้ารอนานพอ เหตุการณ์ที่สิ่งมีิชีวิตจำนวนมากสูญพันธุ์เกิดมาหลายครั้งแล้วบนโลก อาจจะเกิดจากภูเขาไฟระเบิด บรรยากาศเปลี่ยน อุกกาบาตชน ดาวใกล้ๆตายและระเบิด พอคุยกันเรื่องอุกกาบาตชนโลกผมก็ทำมือเปรียบเทียบให้เด็กดูว่าถ้าโลกเป็นกลมๆขนาดประมาณ 1 เมตร อุกกาบาตที่ฆ่าไดโนเสาร์จะมีขนาดประมาณ 1 มิลลิเมตรเท่านั้น คือขนาดพอๆกับความหนาไม้จิ้มฟัน (เส้นผ่าศูนย์กลางโลกประมาณ 12,000-13,000 กิโลเมตร อุกกาบาตเล็กกว่าพันเท่า ประมาณ 10-15 กิโลเมตร) แต่เหตุที่มันรุนแรงก็เพราะว่ามันวิ่งเข้าหาโลกด้วยความเร็วสูงมาก เร็วกว่าลูกปืนเป็น 15-20 เท่า และเปลือกโลกมันก็ไม่ได้หนาอะไร แค่ไม่กิี่สิบกิโลเมตรถึงหลักร้อยกิโลเมตร  (หรือเท่ากับนิ้วมือนิ้วสองน้ิวเองถ้าโลกใหญ่ 1 เมตร) พอถูกชนก็เลยมีผลเยอะแยะ อาจจะรวมถึงฝุ่นระเบิดลอยไปค้างในอากาศบังแสงอาทิตย์ แผ่นดินไหวตามมาจากการชน ฝนกรด ฯลฯ)

จากนั้นเราก็กลับมาเข้าเรื่องหลักของเรา ผมบอกเด็กๆว่าหลักการของหมุนๆนี้ถูกใช้มาสร้างอุปกรณ์ที่เรียกว่าไจโรสโคป (Gyroscope) ที่จะชี้ทิศทางคงที่ไว้เสมอ ไว้ให้เรือ เรือดำน้ำ เครื่องบิน ยานอวกาศ คำนวณได้ว่าตอนนี้หันหัวไปทางทิศไหนโดยเทียบกับทิศทางของไจโรสโคป ไจโรสโคปเมื่อก่อนสร้างด้วยของที่หมุนจริงๆ แต่เดี๋ยวนี้สร้างด้วยวิธีอื่นๆได้ เป็นไฟฟ้าหรือแสงก็ได้ ตอนนี้มีอยู่ในโทรศัพท์มือถือบางรุ่น เครื่องเล่น Wii และ iPad เพื่อวัดว่าเราถืออุปกรณ์เหล่านั้นแบบไหนในทิศทางอะไร แล้วผมก็ให้เด็กๆดูวิดีโอคลิปอันนี้เพื่อให้เด็กๆเข้าใจมากขึ้น เพราะไจโรสโคปตัวจริงที่ผมมีมันพังไปเสียแล้วเลยไม่ได้เอามาให้เด็กๆดู:

ในวิดีโอจะเห็นเวลาเอาไจโรสโคปไปวางให้แกนหมุนใกล้แนวนอน และให้ปลายข้างหนึ่งติดกับฐาน จะเห็นว่าแกนหมุนมันจะกวาดไปรอบๆ อันนี้เป็นเพราะไจโรสโคปอยากจะชี้ให้แกนหมุนชี้ไปทางเดียว แต่แรงโน้มถ่วงของโลกอยากดูดมันให้ตกลงมาจากฐาน กลายเป็นแรงบิดทำให้แกนหมุนของไจโรสโคปกวาดไปรอบๆ ถ้าไจโรสโคปไม่หมุนตั้งแต่แรก มันก็จะตกลงมาจากฐานเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกแล้ว ไม่กวาดไปรอบๆหรอก

ผมเสริมอีกว่าหลักการที่ของหมุนๆอยากจะหมุนเหมือนเดิมนี้ยังถูกใช้ในการยิงกระสุนปืนด้วย คือปืนในสมัยโบราณ ลูกกระสุนจะไม่หมุน ยิ่งได้แม่นยำในระยะจำกัด ต่อมานักประดิษฐ์ได้ใส่เกลียวเข้าไปในลำกล้องปืน เมื่อยิงด้วยกระสุนที่ทำจากโลหะที่อ่อนกว่าวัสดุของลำกล้อง กระสุนก็จะหมุนและไม่อยากเปลี่ยนทิศทาง ทำให้ยิงแม่นยำได้ไกลมากขึ้น กระสุนจะหมุนประมาณหลายร้อยรอบต่อวินาทีจนถึงพันสองพันรอบต่อวินาที รอยข้างๆกระสุนที่เกิดจากเกลียวนั้นใช้เป็นหลักฐานได้ว่ากระสุนถูกยิงออกมาจากปืนกระบอกไหน จากนั้นผมก็ไห้เด็กดูวิดีโอคลิปภาพช้าๆของกระสุนที่หมุนวิ่งออกจากลำกล้องปืนอันนี้:

และผมให้เด็กๆดูภาพช้าของกระสุนที่วิ่งกลางอากาศ และกระสุนที่กระทบเป้าในคลิปนี้ จะสังเกตได้ว่ากระสุนจะหมุนขณะเดินทาง และเมื่อกระทบเป้าที่แข็งกว่า (กระสุนมักจะเป็นตะกั่วซึ่งเป็นโลหะอ่อน อ่อนกว่าเป้าเหล็กกล้า) จะกระจายเหมือนน้ำเลย คาดว่าอุกกาบาตที่ตกลงมาชนโลกก็คงกระจายเหมือนน้ำกระจายเหมือนกัน

จากนั้นเราก็ได้เริ่มทำของเล่น/เล่นของเล่นกันสักที

เริ่มด้วยการทำลูกข่างจากไม้จิ้มฟันและดินน้ำมันครับ เราเอาไม้จิ้มฟันแบบมีปลายแหลมสองข้างมาตัดตรงกลาง เอาดินน้ำมันมาปั้นเป็นก้อนกลมๆ แล้วบี้ให้มันแบนเล็กน้อย เอาไม้จิ้มฟันจิ้มให้ทะลุตรงกลาง แล้วก็ทดลองหมุน ถ้าแกว่งก็ปรับแต่งดินน้ำมันแล้วลองใหม่ นี่เป็นคลิปที่ผมบอกเด็กๆครับ:

แล้วเด็กๆก็ทำกันเองครับ:

หลังจากทุกคนได้เล่นกันพอสมควรแล้ว เราก็มาเล่นของเล่นอีกชิ้นครับ ของเล่นนี้เรียกว่า Air-Rider เป็นวงแหวนพลาสติกที่มีหลอดผ้าร่มติดเป็นหาง ถ้าขว้างให้วงแหวนหมุนเร็วๆจะวิ่งไปได้ไกลมากครับ อันนี้เป็นคลิปโฆษณาของเขา พวกเรายังขว้างกันไม่แรงมาก:

เด็กๆเราขว้างในร่มกันครับ

พอเราเล่นกันจนเวลาเหลือสิบนาที เราก็มานั่งสรุปกันว่าเรารู้อะไรเพิ่มขึ้นบ้างครับ แล้วเราก็ช่วยกันเก็บของทำความสะอาด

สำหรับเด็กๆอนุบาลสามอนุบาลบ้านพลอยภูมิวันนี้ผมเอาเครื่องเป่าใบไม้มายกให้ลูกบอลลอยไปมาตามสายลมครับ อันนี้เป็นการทดลองสเกลใหญ่ของการทดลองหลอดเลี้ยงลูกบอลนั่นเอง ถ้าสนใจว่ามันทำงานอย่างไรเข้าไปอ่านที่ลิงค์หลอดเลี้ยงลูกบอลนะครับ หลักการเหมือนกัน เพียงแต่แทนหลอดกาแฟด้วยเครื่องเป่าใบไม้ และแทนลูกบอลเล็กด้วยลูกบอลใหญ่นั่นเอง สำหรับความสนุกของเด็กๆดูจากคลิปนี้เอาครับ:

2 thoughts on “เรียนรู้เรื่องการหมุนจากของเล่น และการทดลองแรงดันอากาศสำหรับเด็กอนุบาล”

Leave a Reply

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