คุยกันเรื่องปลาติดกำแพง ลวดตัดโฟม หัดพันมอเตอร์ เล่นไจโร

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ ผมเอารูปปลาติดกำแพงที่รัฐไอโอวามาให้เด็กประถมต้นดู คุยกันว่ามันไปติดอยู่ได้ยังไง พูดคุยกันเรื่องการเน่าเปื่อย จากนั้นก็ให้เด็กๆเล่นลวดตัดโฟมที่ทำงานโดยการส่งไฟฟ้าผ่านเส้นลวดให้เกิดความร้อนประมาณ 200 ℃ สำหรับเด็กประถมปลาย เราหัดทำมอเตอร์กระแสตรงกัน เด็กอนุบาลสามได้เล่นลูกข่างไจโรกันครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “ทดลองใชัหูบอกตำแหน่ง เล่นรถแรงดันอากาศ ไฟฟ้าทำให้ร้อน ไจโรสโคป” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ผมให้เด็กประถมดูรูปนี้ ให้คิดว่าคืออะไร และเกิดขึ้นได้อย่างไรครับ:

ภาพจาก https://imgur.com/BvTMfIX
ภาพจาก https://imgur.com/BvTMfIX

เด็กๆมองกันอยู่สักพักแล้วก็เข้าใจว่ามันคือปลาติดผนัง คำถามต่อไปก็คือมันไปติดได้อย่างไร เด็กๆสังเกตกันสักพักก็คิดว่าอากาศมันต้องเย็นจนปลาแข็งแน่เลยเพราะเห็นหิมะและน้ำแข็งเต็มไปหมด ผมถามเด็กๆว่าเคยจับก้อนน้ำแข็งเย็นๆจากตู้แช่แข็งไหม บางคนเคยและเล่าว่าน้ำแข็งมันจะดูดๆนิ้ว ผมจึงบอกว่าใช่แล้วน้ำแข็งจากตู้แช่แข็งมีอุณหภูมิต่ำมาก อาจจะประมาณ -20 ℃ พอเราไปจับ นิ้วเราก็ติด ผมถามว่านิ้วติดได้อย่างไร เด็กๆเดาไปมาแล้วในที่สุดก็เดาว่าสงสัยว่าเป็นน้ำที่นิ้วโดนก้อนน้ำแข็งเย็นแล้วเป็นน้ำแข็งตามทำให้นิ้วติด ผมจึงบอกว่าใช่แล้ว เป็นอย่างนั้นจริงๆ สำหรับภาพปลานี้ คนถ่ายเขาบอกว่าอุณหภูมิตอนถ่ายเย็นประมาณ -30 ℃ กำแพงก็คงเย็นมากๆ พอปลากระโดดขึ้นมาโดนกำแพง น้ำที่ติดตัวมันมาเลยกลายเป็นน้ำแข็งทำให้มันติดอยู่กับกำแพงเลย

ผมถามเด็กๆต่อว่าคิดว่าปลาติดอยู่อย่างนี้จะตายไหม และถ้าตายจะเหม็นเน่าไหม เด็กๆเดาว่าตายเพราะไม่มีอากาศหายใจ แต่ตายแล้วไม่น่าจะเหม็นเพราะเย็นเหมือนแช่ตู้เย็นอยู่ ผมบอกเด็กๆว่าผมก็คิดอย่างนั้นเหมือนกัน ผมถามเด็กๆอีกว่ารู้ไหมว่าทำไมปกติเวลาสัตว์ตายแล้วจะเน่าเหม็น เด็กๆไม่รู้ ผมจึงเล่าว่าในร่างกายเรา (หรือสัตว์ต่างๆ) มีสิ่งมีชีวิตเช่นแบคทีเรียอยู่มากมาย ส่วนใหญ่ไม่เป็นอันตรายกับเรา ปกติมันจะถูกควบคุมด้วยระบบภูมิคุ้มกันของเราทำให้ไม่มีจำนวนมากเกินไป พอเราตาย ระบบภูมิคุ้มกันหยุดทำงาน สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ก็แพร่พันธุ์เติบโตได้ไม่จำกัด ใช้ส่วนประกอบในร่างกายเราเป็นอาหาร เกิดการย่อยสลายร่างกายเราและปล่อยก๊าซที่เหม็นออกมา ถ้าอุณหภูมิต่ำมากๆ (เย็นมากๆ) สิ่งมีชีวิตเล็กๆเหล่านี้จะหลับกันหมด ไม่แพร่พันธุ์ จำนวนจึงน้อย ร่างกายที่ตายแล้วเลยไม่เหม็น

 จากนั้นเด็กๆประถมต้นได้เห็นว่าเวลาไฟฟ้าวิ่งผ่านลวด จะเกิดความร้อนขึ้น โดยผมเอาเทอร์โมมิเตอร์มาวัดให้เด็กๆดู แล้วผมก็ให้เด็กๆทดลองใช้เครื่องตัดโฟมครับ 

เครื่องตัดโฟมมีลวดไนโครม (Nichrome) ที่เกิดจากการผสมกันระหว่างนิเกิลกับโครเมียม มีความต้านทานสูงสำหรับโลหะ และทนความร้อนได้สูง เมื่อเราปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านลวดไนโครม มันจะร้อนมากพอที่จะละลายโฟมได้ เด็กๆได้เล่นเครื่องตัดโฟมที่ใช้พลังงานถ่านไฟฉายกับลวดไนโครมยาวประมาณสองนิ้วตัดโฟมกันใหญ่ครับ:

เด็กๆเล่นกันอย่างสนุกสนานครับ

เนื่องจากมีเครื่องตัดโฟมเครื่องหนึ่งเสีย ผมเลยเอามาทำให้เรืองแสงด้วยความร้อนจากกระแสไฟฟ้าให้เด็กๆดูครับ ปล่อยไฟหลายๆโวลท์เข้าไปจนร้อนแล้วแดงขึ้น พอร้อนมากขึ้นก็เป็นสีส้ม พอใส่ไฟฟ้าเข้าไปเยอะๆอีกก็สว่างจ้าดูเหมือนสีขาวๆแล้วก็ขาดครับ ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าของร้อนๆทุกอย่างจะเปล่งแสงออกมา แม้แต่ร่างกายของเราที่อุณหภูมิประมาณสามสิบกว่าองศาเซลเซียสก็ปล่อยแสงออกมา แต่แสงที่ออกมาคืออินฟราเรดที่ตาเรามองไม่เห็น แต่กล้องและงูบางชนิดจะเห็นได้ครับ เส้นลวดที่ร้อนๆก็ปล่อยแสงแดงๆส้มๆขาวๆขึ้นกับว่าร้อนแค่ไหนครับ ดวงอาทิตย์ร้อนมากๆ ผิวดวงอาทิตย์ร้อนประมาณ 5,500 ℃ จะปล่อยแสงอินฟราเรด (IR, ตาเรามองไม่เห็น) แสงที่ตาเราเห็นได้ และแสงอุลตร้าไวโอเลต (UV, ตาเรามองไม่เห็น) ออกมาเยอะมาก เวลาเราตากแดด แสง UV ทำให้ผิวเราคล้ำลง และถ้าโดนมากๆผิวก็จะแดงและลอกเพราะเซลล์ผิวหนังตายครับ

ลวดร้อนเรืองแสงเป็นแสงสีส้มๆครับ
ลวดร้อนเรืองแสงเป็นแสงสีส้มๆครับ

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้หัดทำมอเตอร์กระแสตรงด้วยการพันขดลวดครับ วิธีทำเป็นดังในคลิปนี้ครับ:

เด็กๆแยกย้ายกันทำแต่ไม่ค่อยสำเร็จเพราะจัดการให้ขดลวดมีความสมดุลหมุนง่ายๆไม่ค่อยได้ครับ ผมวางแผนจะเอาวิธีที่ง่ายขึ้นมาสอนเด็กๆต่อไปในอนาคตครับ 

เด็กๆตั้งใจทำกันมากครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสามทับสอง ผมให้เล่นของเล่นลูกข่างไจโรสโคปครับ มันคือลูกข่างที่หมุนอยู่ในกรอบที่เราจับยกไปมาได้ครับ เด็กๆได้เห็นว่าเวลาลูกข่างหมุนมันจะทรงตัวได้ แต่เวลาไม่หมุนมันจะล้ม หลักการก็คือธรรมชาติที่ว่าสิ่งที่กำลังหมุนอยู่ มันจะหมุนเหมือนเดิมไปเรื่อยๆทั้งความเร็วในการหมุนและทิศทางของแกนหมุนครับ ถ้าจะเปลี่ยนการหมุน ก็ต้องมีแรงอะไรบางอย่างมาบิดมันให้เปลี่ยนแปลง เด็กๆได้เลี้ยงลูกข่างบนโต๊ะ ได้เอาลูกข่างหมุนๆใส่กล่องแล้วเห็นกล่องตั้งอยู่ได้ ได้เอาลูกข่างหมุนๆวางบนเส้นเชือก และเอาเส้นเชือกคล้องลูกข่างให้ลอยอยู๋ในอากาศครับ วิธีเล่นผมเคยอัดเป็นคลิปแบบนี้ไว้ครับ:

คลิปตัวอย่างการเล่นของเด็กๆครับ:

ทดลองใชัหูบอกตำแหน่ง เล่นรถแรงดันอากาศ ไฟฟ้าทำให้ร้อน ไจโรสโคป

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมกับเด็กๆมาครับ เด็กประถมต้นได้พยายามปิดตาแล้วใช้หูบอกตำแหน่งที่มาของเสียง และได้เล่นรถความดันอากาศกัน (บริษัท Top Science ให้รถความดันอากาศมาเล่นครับ) ประถมปลายได้ดูคลิปเครื่องเรียงโดมิโน ได้เล่นรถความดันอากาศ และทำการทดลองเรื่องความร้อนจากกระแสไฟฟ้า ได้ทำให้ไส้ดินสอที่ทำจากกราไฟท์ร้อนจนเรืองแสงได้ครับ เด็กอนุบาลสามได้เล่นของเล่นตระกูลลูกข่างเรียกว่าไจโรสโคป

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “คุยกันเรื่องไฟฟ้า แม่เหล็ก แม่เหล็กไฟฟ้า และตัวนำไฟฟ้ากราไฟท์” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

เนื่องจากผมได้ดูคลิปนี้จาก Smarter Everyday ครับ:

ในคลิปเขาทำโดรนหายในป่า ติดอยู่ที่ยอดไม้ไหนสักต้น เขาจึงเร่งเครื่องโดรนเพื่อฟังเสียงแล้วใช้หูค่อยๆเดินเข้าไปใกล้โดรนมากขึ้นเรื่อยๆ ในคลิปมีการอธิบายว่าเรารู้ทิศทางในแนวราบจากเสียงที่วิ่งผ่านหูทั้งสองข้างไม่พร้อมกันและเสียงผ่านหัวเราทำให้ความถี่เสียงเปลี่ยนไปด้วย นอกจากนี้ใบหูก็เป็นเครื่องมือสำคัญที่ทำให้เรารู้ความสูงของแหล่งกำเนิดเสียงโดยอาศัยการสะท้อนจากส่วนต่างๆของใบหูก่อนจะเข้ารูหู ผมเลยมาทำการทดลองกับเด็กประถมต้นว่าสามารถหลับตาแล้วชี้แหล่งกำเนิดเสียงได้ดีแค่ไหน

ปรากฎว่าเด็กๆชี้พอได้แต่ไม่ค่อยแม่นยำเท่าไรครับ ผมไม่แน่ใจว่าเป็นเพราะอยู๋ในห้องที่มีเสียงสะท้อนหรือเปล่า นอกจากนี้เด็กๆบางคนยังอดใจปิดตาตลอดเวลาไม่ได้ ชอบมองก่อน ทำให้การทดลองของเราคราวนี้ล้มเหลวครับ ยังสรุปอะไรไม่ได้

ต่อไปผมให้เด็กๆเล่นรถความดันอากาศที่บริษัท Top Science ให้มาครับ ผมให้เด็กๆสังเกตส่วนต่างๆของรถว่ามีที่เก็บอากาศ มีหลอดฉีดยาที่เมื่อกดแล้วจะเด้งกลับมาเป็นแบบเดิมเพราะอากาศหนีไปไหนไม่ได้ มีเฟืองที่ล้อที่จะหมุนตามการขยับของหลอดฉีดยา โดยพยายามให้เด็กเสนอความคิดว่าส่วนต่างๆทำงานกันอย่างไรโดยไม่บอกเด็กๆก่อนนะครับ

จากนั้นเด็กๆก็แบ่งกันเล่นครับ:

 สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้ดูคลิปสิ่งประดิษฐ์นี้เป็นแรงบันดาลใจก่อนครับ:

เด็กๆดูแล้วก็ตื่นเต้นในความเจ๋งของมันมากครับ เด็กๆได้เห็นการแก้ปัญหาแต่ละส่วนที่คนสร้างต้องแก้ก่อนงานจะสำเร็จครับ

จากนั้นเด็กๆก็ได้ทดลองส่งกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านตัวนำไฟฟ้าเช่นลวดทองแดงและกราไฟท์ ให้รู้ว่าจะเกิดความร้อนขึ้นครับ ถ้าร้อนมากๆก็จะเปล่งแสงได้ครับ

ผมถ่ายวิดีโออธิบายให้พี่ๆมัธยมฟังเรื่องเดียวกันนี้แบบนี้ครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสามทับหนึ่ง ผมให้เล่นของเล่นลูกข่างไจโรสโคปครับ มันคือลูกข่างที่หมุนอยู่ในกรอบที่เราจับยกไปมาได้ครับ เด็กๆได้เห็นว่าเวลาลูกข่างหมุนมันจะทรงตัวได้ แต่เวลาไม่หมุนมันจะล้ม หลักการก็คือธรรมชาติที่ว่าสิ่งที่กำลังหมุนอยู่ มันจะหมุนเหมือนเดิมไปเรื่อยๆทั้งความเร็วในการหมุนและทิศทางของแกนหมุนครับ ถ้าจะเปลี่ยนการหมุน ก็ต้องมีแรงอะไรบางอย่างมาบิดมันให้เปลี่ยนแปลง เด็กๆได้เลี้ยงลูกข่างบนโต๊ะ ได้เอาลูกข่างหมุนๆใส่กล่องแล้วเห็นกล่องตั้งอยู่ได้ ได้เอาลูกข่างหมุนๆวางบนเส้นเชือก และเอาเส้นเชือกคล้องลูกข่างให้ลอยอยู๋ในอากาศครับ วิธีเล่นผมเคยอัดเป็นคลิปแบบนี้ไว้ครับ:

คลิปตัวอย่างการเล่นของเด็กๆครับ:

คุยกันเรื่องไฟฟ้า แม่เหล็ก แม่เหล็กไฟฟ้า และตัวนำไฟฟ้ากราไฟท์

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมมาครับ เราดูคลิปกิ่งไม้พาดสายไฟฟ้าแรงสูงกัน สังเกตปรากฎการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นตามมา ได้ดูคลิปการทดลองไฟฟ้ากับกราไฟท์ที่นำไฟฟ้าได้ดีและทนความร้อนได้มาก คุยกันเรื่องทีใดมีกระแสไฟฟ้าแถวๆนั้นจะมีสนามแม่เหล็ก (ความเป็นแม่เหล็ก) ทำการทดลองการดูดและผลักกันของสายไฟเมื่อกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่าน ทดลองแม่เหล็กไฟฟ้า และใช้แม่เหล็กไฟฟ้ายิงแม่เหล็กเล็กๆออกไปเป็นปืนของเล่น

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “กระแสไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก มอเตอร์อีกแบบ เล่นตะเกียบลม” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเราดูคลิปกิ่งไม้พาดสายไฟกันก่อนครับ:

สายไฟที่ส่งไฟฟ้าระยะทางไกลๆมักจะทำด้วยโลหะตระกูลอลูมิเนียมเพราะนำไฟฟ้าได้ดี เบา และราคาถูก สายพวกนี้มักจะแขวนอยู่บนเสาสูงๆและไม่มีฉนวนไฟฟ้าหุ้ม แรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่หลักหลายพันถึงหลายแสนโวลท์ขึ้นกับประเภทการส่งไฟฟ้า ตราบใดที่ไม่มีอะไรนำไฟฟ้าระหว่างสายไฟมากกว่าหนึ่งเส้นก็จะไม่มีปัญหาอะไร ไฟฟ้าก็วิ่งไปตามสายไฟไม่มีการลัดวงจร เราจึงเห็นนกหรือกระรอกเกาะสายไฟเส้นเดียวโดยไม่มีอันตราย แต่ถ้าสัตว์เหล่านั้นแตะสายไฟสองเส้นขึ้นไป ไฟฟ้าก็จะวิ่งผ่านทำให้มันตายได้

ในวิดีโอเราเห็นกิ่งไม้พาดสายไฟสองสายทำให้มีกระแสไฟฟ้าลัดวงจร วิ่งจากสายไฟเส้นหนึ่งไปอีกเส้นหนึ่งผ่านกิ่งไม้ กระแสไฟฟ้าที่วิ่งผ่านทำให้เกิดความร้อนในกิ่งไม้ ตอนแรกจะทำให้น้ำระเหยเป็นไอน้ำ ต่อจากนั้นไม้ก็ไหม้เป็นถ่านดำๆที่ประกอบไปด้วยกราไฟท์ที่นำไฟฟ้าได้ดีและทนความร้อน กระแสไฟฟ้าจึงวิ่งผ่านได้มากขึ้นอีกทำให้ไม้ร้อนขึ้นอีก อากาศที่อยู่รอบๆที่ปกติไม่นำไฟฟ้าก็ร้อนมากขึ้นเรื่อยๆจนกลายเป็นพลาสมาและนำไฟฟ้าได้ ไฟฟ้าวิ่งผ่านอากาศร้อนทำให้มันร้อนมากๆขึ้นไปอีกจึงเห็นอากาศร้อนจนเรืองแสงเหมือนฟ้าแลบและมีเสียงเหมือนฟ้าผ่าเล็กๆ อากาศร้อนลอยตัวขึ้นทำให้แสงลอยตัวตามขึ้นไปด้วย

ผมเล่าเรื่องกราไฟท์ว่าเป็นสารที่ประกอบด้วยธาตุคาร์บอนเรียงกันเป็นชั้นๆเหมือนขนมชั้น แต่ละชั้นลื่นหลุดออกจากกันได้ง่ายทำให้เป็นสารหล่อลื่นที่ดี และเอามาเขียนบนกระดาษได้เพราะกราไฟท์จะลื่นหลุดจากกันไปติดกระดาษ จึงใช้เป็นส่วนประกอบหลักๆของไส้ดินสอที่เราใช้กันทุกวันนี้ครับ

ผมให้เด็กๆดูคุณ Mehdi Sadaghdar แห่ง ElectroBoom ทำการทดลองกับกราไฟท์ว่ามันนำไฟฟ้าได้ดีแค่ไหนและทนความร้อนได้ดีแค่ไหน สามารถใช้เป็นตัวส่งไฟฟ้าหลอมโลหะได้ในคลิปนี้ครับ:

ต่อไปผมก็ให้เด็กๆสังเกตว่าถ้าเราทำให้กระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านเส้นตัวนำไฟฟ้า (เส้นฟอยล์อลูมิเนียม) 2 เส้น โดยให้ทิศทางการไหลของไฟฟ้าไปทางเดียวกันทั้งสองเส้น เส้นตัวนำไฟฟ้าทั้งสองจะดูดกัน ถ้าทิศทางการไหลของทั้งสองเส้นไหลตรงข้ามกัน เส้นตัวนำจะผลักกัน การดูดกันและผลักกันนี้เกิดจากสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลครับ ตรวจสอบดูได้โดยเอาแม่เหล็กมาใกล้ๆ การทดลองเป็นแบบในคลิปครับ:

ผมถามเด็กๆว่าถ้าจะทำให้แม่เหล็กแรงขึ้นจะทำยังไงกันดี เด็กๆก็เดาว่าใส่ไฟฟ้าเข้าไปเยอะๆ ผมจึงแสดงให้ดูว่าไฟฟ้าเยอะๆทำให้เกิดความร้อนมากทำให้ฟอยล์อลูมิเนียมละลายได้ ในที่สุดผมก็เฉลยว่าถ้าทำตัวนำให้เป็นขดๆโดยไม่ให้แต่ละขดแตะกันแล้วลัดวงจร แรงแม่เหล็กของแต่ละส่วนของขดก็จะบวกเสริมกันทำให้แรงแม่เหล้กมากขึ้น ผมเอาขดลวดที่พัน 100 รอบมาให้เด็กๆดู ให้สังเกตว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านมันกลายเป็นแม่เหล็กที่แรงพอสมควร สามารถเอาไปดูดเหล็ก หรือดูดและผลักก้อนแม่เหล็กได้ แล้วผมก็ใช้แม่เหล้กชิ้นเล็กๆวางไว้กลางขดลวดโดยให้ขั้วของมันผลักกับแม่เหล็กจากขดลวด เมื่อปล่อยไฟฟ้าเข้าไปก็กลายเป็นของเล่นปืนใหญ่แม่เหล็กดังในคลิปครับ:

บันทึกกิจกรรมวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กๆ อยากให้คุณพ่อคุณแม่คุณครูเอาไปประยุกต์เล่นกับเด็กๆเยอะๆครับ :-)