ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ ผมเล่นกลเอาเหรียญใส่ไปในกระป๋องที่ใส่เมล็ดถั่วเขียวแล้วเขย่าให้เป็นแบงค์พัน หรือใส่ลูกบอลเล็กเข้าไปแล้วเขย่าให้เป็นลูกบอลใหญ่ให้เด็กประถมดู และเฉลยว่าเกิดจากปรากฏการณ์ถั่วบราซิล (Brazil Nut Effect) เด็กๆได้ทดลองเขย่าภาชนะที่ใส่ถั่วไว้แล้วสังเกตว่าเกิดอะไรขึ้น เด็กประถมปลายได้ทดลองดูว่าของอะไรใส่เข้าไปในถั่วเขย่าๆแล้วจมบ้าง เด็กประถมต้นได้หัดหาจุดศูนย์ถ่วงของสิ่งของยาวๆโดยใช้สองมือเลื่อนไปมา เด็กอนุบาลสามได้ดูผมเล่นกลเดียวกันและได้หัดวางไพ่ซ้อนกันให้ออกมานอกโต๊ะโดยอาศัยหลักการจุดศูนย์ถ่วง

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “คลิปทางช้างเผือก จุดศูนย์ถ่วงและสมดุล ถ้วยน้ำไม่หก” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

สำหรับเด็กประถม ผมมาเล่นกลให้ดู  เอากระป๋องใส่เมล็ดถั่วเขียว เอาฟอยล์อลูมิเนียมบี้ให้เป็นลูกกลมๆ โยนเข้าไปในกระป๋อง ปิดฝา เขย่าขึ้นลง แล้วเปิดฝามาพบว่าลูกบอลฟอยล์อลูมิเนียมกลายเป็นลูกใหญ่ครับ:

กลนี้สามารถใช้เหรียญบาทใส่เข้าไปในกระป๋องแล้วเขย่างๆพอเปิดกลายเป็นแบงค์ได้ด้วยครับ

สาเหตุที่เราเล่นอย่างนี้ได้เพราะว่าเวลาเราเขย่ากระป๋องทรงกระบอกที่มีเมล็ดถั่วหรือเม็ดอะไรเล็กๆ เขย่าขึ้นลง  ถ้ามีอะไรใหญ่ๆไปฝังไว้ตรงกลาง มันจะค่อยๆลอยขึ้นมา ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Brazil Nut Effect เพราะถ้าเรามีถั่วกินเล่นหลายๆชนิดอยู่ในกระป๋อง ถ้าเขย่าๆสักพัก ถั่วที่มีขนาดใหญ่จะลอยขึ้นมาครับ

สาเหตุที่เป็นอย่างนี้ซับซ้อนมาก แต่หลักๆก็คือเวลาเขย่าแล้วของใหญ่ๆลอยขึ้นมา เมล็ดถั่วจะตกลงไปในช่องว่างใต้ของใหญ่ๆ ทำให้ของใหญ่ๆตกกลับไปที่เดิมไม่ได้ นอกจากนี้การเขย่าจะทำให้มีการไหลเวียนของเมล็ดถั่ว ตรงกลางๆจะไหลขึ้นมา ตรงขอบๆจะไหลลง ดังวิดีโออธิบายอันนี้ครับ:

ข้อมูลเพิ่มเติมหาได้จากลิงก์นี้นะครับ

จากนั้นผมให้เด็กๆเขย่าเมล็ดถั่วในภาชนะใสๆแล้วใส่ลูกบอลต่างๆ ให้เด็กๆสังเกตกันครับ เด็กประถมปลายให้ทดลองหาว่าอะไรจมง่ายอะไรลอยง่ายด้วยครับ เด็กๆเขย่ากันอย่างเมามัน

สำหรับเด็กประถมต้น ผมให้หัดหาจุดศูนย์ถ่วงของสิ่งต่างๆโดยใช้เทคนิคตามคลิปที่ผมสอนและในช่องเด็กจิ๋วดร.โก้ครับ:

สังเกตว่ามือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะมีแรงกดบนมือน้อยกว่า ความฝืดน้อยกว่าทำให้มือนั้นเริ่มขยับก่อน มือทั้งสองจะผลัดกันขยับโดยที่มือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะเป็นมือที่ขยับ จนในที่สุดมือทั้งสองก็จะไปเจอกันใต้จุดศูนย์ถ่วงครับ

เด็กๆทดลองเล่นกันครับ:

สำหรับเด็กๆอนุบาลสาม ผมให้ดูกลแบบเด็กประถมเล็กน้อยแล้วให้เล่นเรียงไพ่ให้ยื่นออกมาจากโต๊ะกันครับ 

เราเอาไพ่มาเรียงซ้อนๆกันโดยให้เหลื่อมๆกันจนไพ่บนสุดยื่นออกไปจากอันล่างเยอะๆครับ:

จะเห็นได้ว่าชิ้นบนสุดจะเหลื่อมออกมาจากฐานได้เกือบครึ่งความยาว แต่ชิ้นต่อๆไปจะเหลื่อมน้อยลงเรื่อยๆ การวางแบบนี้ทำให้ไพ่แต่ละชิ้นอยู่ใต้จุดศูนย์ถ่วงโดยรวมของไม้หรือไพ่ทั้งหมดที่อยู่ด้านบนของมัน จึงยังทรงตัวอยู่ได้ 

เด็กๆพยายามเล่นกันมากครับ และส่วนใหญ่สามารถเรียงได้สำเร็จด้วยตัวเอง;

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้ดูคลิปถ่ายทางช้างเผือก ได้เรียนรู้ว่าดวงอาทิตย์เราเป็นเพียงดาวหนึ่งในนับแสนล้านดวงที่โคจรรอบๆกันเป็นแกแล็กซี่ทางช้างเผือก และในจักรวาลที่เราอยู่ก็มีแกแล็กซี่อีกนับแสนล้านแกแล็กซี่ ได้เรียนรู้ว่าถ้าจุดศูนย์ถ่วงอยู่นอกฐานรับน้ำหนักจะล้ม และได้ใช้หลักการจุดศูนย์ถ่วงนี้เรียงบล็อกไม้และไพ่ให้ยื่นออกมาจากฐานหรือขอบโต๊ะเยอะๆ เด็กอนุบาลสามได้รู้วิธีประดิษฐ์อุปกรณ์ขนส่งถ้วยน้ำให้น้ำหกยากๆด้วยหลักการแรงโน้มถ่วงเทียม

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “เล่นปล่อยรถของเล่นเข้าเป้า แรงโน้มถ่วงเทียมกันน้ำหก” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ผมถามเด็กประถมว่ารู้จักทางช้างเผือกไหม หลายๆคนรู้จักว่าเป็นแถบขาวๆบนท้องฟ้า เห็นเวลาไปค่ายธรรมชาติ แต่เด็กๆไม่ค่อยแน่ใจว่ามันคืออะไรผมเลยให้เด็กๆประถมดูคลิปวิดีโอทางช้างเผือกที่ถ่ายทำมาแบบ Time-Lapse คือถ่ายภาพทุกๆหลายนาทีแล้วเอาภาพมาต่อๆกันเป็นวิดีโอเคลื่อนไหว ภาพเหล่านี้ถ่ายด้วยกล้องที่รับแสงเป็นเวลานานทำให้มองเห็นดาวที่ไม่สว่างพอที่เราเห็นด้วยตาเปล่าด้วย:

The Beauty of the Milky Way from Alan Dyer on Vimeo.

ผมบอกเด็กๆว่าจุดสว่างๆแต่ละจุดคือดาวฤกษ์อย่างดวงอาทิตย์เราเลยนะ ทางช้างเผือกหรือ Milky Way Galaxy คือกลุ่มดาวนับแสนล้านดวงวิ่งโคจรรอบๆกันเพราะมันดึงดูดกันด้วยแรงโน้มถ่วง ตรงที่เราเห็นขาวๆพาดเป็นทางคือบริเวณใกล้จุดศูนย์กลางที่ดาวต่างๆโคจรรอบ แถวๆนั้นมีจำนวนดาวมากมายและหนาแน่นและห่างไกลจากเราทำให้เราไม่เห็นดาวแยกเป็นดวงๆ ให้เด็กๆคิดถึงไข่ดาวแบนๆที่มีไข่แดงตรงกลางและมีไข่ขาวรอบๆ พวกเราบนโลกอยู่แถวๆไข่ขาวห่างจากตรงกลางมาสักครึ่งหนึ่งของไข่ขาว บริเวณที่เราอยู่มีดวงดาวไม่หนาแน่นเท่าแถวกลางๆ 

ทางช้างเผือกเป็นเพียงกาแล็กซี่อันหนึ่งในนับแสนล้านอันในจักรวาลที่เราสังเกตเห็นครับ เราประมาณจำนวนกาแล็กซี่ได้จากวิธีเช่นในคลิปนี้:

คือใช้กล้องโทรทัศน์ Hubble ส่องไปในทิศทางต่างๆ บริเวณที่กล้องส่องมีขนาดไม่ใหญ่ สามารถหยิบเม็ดทรายแล้วเหยียดมือไปบังบริเวณนั้นๆได้ พบว่าจะเห็นกาแล็กซี่จำนวนเป็นพันเป็นหมื่นเลยครับ

หลังจากเด็กๆได้ดูคลิปแล้ว เราก็มาเล่นเกี่ยวกับจุดศูนย์ถ่วงกัน 

ถ้าเราหยิบของมาแล้วจินตนาการว่ามันประกอบด้วยส่วนย่อยชิ้นเล็กๆเต็มไปหมดโดยที่แต่ละชิ้นเล็กๆก็มีน้ำหนักของมัน จุดศูนย์ถ่วงก็คือตำแหน่งเฉลี่ยของส่วนย่อยต่างๆโดยคำนึงถึงน้ำหนักของส่วนย่อยด้วย เช่นถ้าเรามีไม้บรรทัดตรงๆที่มีความกว้างความหนาและความหนาแน่นเท่ากันทั้งอัน จุดศูนย์ถ่วงมันก็อยู่ที่ตรงกลางไม้บรรทัด ถ้ามีลูกบอลหนักสองลูกต่อกันด้วยไม้แข็งเบาๆโดยที่ลูกบอลหนึ่งหนักกว่าอีกลูก จุดศูนย์ถ่วงก็จะอยู่บนเส้นที่ลากผ่านลูกบอลทั้งสอง แต่ใกล้ลูกบอลหนักมากกว่า

วิธีหาจุดศูนย์ถ่วงของอะไรที่มีลักษณะยาวๆก็ทำได้ดังในคลิปที่ผมเคยถ่ายไว้ในอดีตครับ:

สังเกตว่ามือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะมีแรงกดบนมือน้อยกว่า ความฝืดน้อยกว่าทำให้มือนั้นเริ่มขยับก่อน มือทั้งสองจะผลัดกันขยับโดยที่มือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะเป็นมือที่ขยับ จนในที่สุดมือทั้งสองก็จะไปเจอกันใต้จุดศูนย์ถ่วงครับ

การทดลองอีกอันก็คือเราไปยืนให้ส้นเท้าและหลังติดกับผนัง แล้วพยายามก้มลงเก็บของที่พื้นโดยไม่งอเข่า เราจะล้มเมื่อพยายามทำอย่างนั้น เพราะเมื่อเราก้มโดยที่เราไม่สามารถขยับน้ำหนักไปข้างหลัง (เพราะหลังติดกำแพงอยู่) จุดศูนย์ถ่วงของเราจะล้ำไปข้างหน้า อยู่ข้างหน้าเท้าของเรา แล้วตัวเราก็จะเริ่มเสียสมดุลย์แล้วล้มในที่สุด (คลิปในอดีตครับ):

ถ้าเราสังเกตเวลาเราก้มตัวเก็บของ เราจะมีบางส่วนของร่างกายอยู่แนวหลังเท้าและบางส่วนอยู่แนวหน้าเท้าเสมอ เพราะไม่อย่างนั้นเราจะล้มเนื่องจากจุดศูนย์ถ่วงอยู่นอกบริเวณรับน้ำหนักที่เท้าครับ

ต่อไปเราก็เอาบล็อกไม้หรือไพ่มาเรียงซ้อนๆกันโดยให้เหลื่อมๆกันจนบล็อกไม้หรือไพ่บนสุดยื่นออกไปจากอันล่างเยอะๆครับ:

จะเห็นได้ว่าชิ้นบนสุดจะเหลื่อมออกมาจากฐานได้เกือบครึ่งความยาว แต่ชิ้นต่อๆไปจะเหลื่อมน้อยลงเรื่อยๆ การวางแบบนี้ทำให้ไม้หรือไพ่แต่ละชิ้นอยู่ใต้จุดศูนย์ถ่วงโดยรวมของไม้หรือไพ่ทั้งหมดที่อยู่ด้านบนของมัน จึงยังทรงตัวอยู่ได้ 

นี่คือบรรยากาศการพยายามวางไพ่ของเด็กๆครับ:

วิธีคำนวณว่าควรจะวางอย่างไรดูได้ในคลิปนี้ครับ (สำหรับม.ปลายหรือมหาวิทยาลัยนะครับ) สรุปก็คือให้วางเหลื่อมกันเป็น 1/2, 1/4, 1/6, 1/8, 1/10, 1/12 … ของความยาวไม้หรือไพ่ครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสามผมสอนให้ประดิษฐ์อุปกรณ์ช่วยถือแก้วน้ำหรือชามซุปให้หกยากๆครับ

เราสามารถประดิษฐ์อุปกรณ์ช่วยถือของแบบนี้ได้ง่ายๆด้วยของในบ้านครับ หาถาดหรือตะกร้าและเชือกมาก็ทำได้แล้ว ผมเคยบันทึกไว้ในรายการเด็กจิ๋ว & ดร.โก้ครับ:

สาเหตุที่น้ำไม่หกลงมาก็เพราะว่าการที่เราแกว่งแก้วไปมาอย่างนั้น ก้นแก้วจะเป็นตัวบังคับไม่ให้น้ำเคลื่อนที่ไปอย่างอิสระออกไปจากวงหมุน (เนื่องจากน้ำมีความเฉื่อย เมื่อมันเคลื่อนที่อย่างไรมันก็จะอยากเคลื่อนที่ไปอย่างเดิมด้วยความเร็วเดิม จนกระทั่งมีแรงมากระทำกับมัน ถ้าไม่มีก้นแก้วมาบังคับ น้ำก็จะกระเด็นไปในแนวเฉียดไปกับวงกลมที่เราแกว่งอยู่) ผลของการที่ก้นแก้วบังคับน้ำให้เคลื่อนที่เป็นวงกลมก็คือดูเหมือนมีแรงเทียมๆอันหนึ่งดูดน้ำให้ติดกับก้นแก้ว ทำหน้าที่เปรียบเสมือนแรงโน้มถ่วง เราเลยเรียกมันว่าแรงโน้มถ่วงเทียม 

เด็กๆได้เล่นตามแบบที่ผมทำให้ดูครับ เขาตื่นเต้นที่สังเกตเห็นผิวน้ำเรียบเหมือนเป็นเยลลี่:

หลังจากเด็กๆเล่นเสร็จ ผมก็แกว่งข้ามหัวให้ดูครับ ไม่อยากทำให้เด็กๆดูก่อนเพราะถ้าเด็กๆเล่นตามแล้วพลาดจะเลอะเทอะมากครับ:

ผมไม่ได้ถ่ายคลิปวิดีโอการแกว่งข้ามหัวครั้งนี้ไว้แต่มีคลิปจากในอดีตแบบนี้ครับ:

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้ดูคลิปน่าสนใจหลายอย่างเช่นโดรนบรรทุกคนบินได้เอง โดรนแปรอักษร 3 มิติที่โอลิมปิกฤดูหนาว และความเร็วรถในถนนแคบๆควรเป็นเท่าไรจึงจะลดอุบัติเหตุ เด็กๆได้ทดลองปล่อยรถของเล่นหลายๆแบบจากทางลาดระดับสูงต่างๆ ได้สังเกตว่าความแตกต่างอะไรมีผลกับระยะที่รถวิ่งไปก่อนจะหยุด แล้วเราก็เล่นเกมปล่อยรถให้ไปจอดในเป้าวงกลมที่พื้นกันครับ สำหรับเด็กอนุบาลสามผมไปสอนประดิษฐ์ถ้วยและถาดกันน้ำหกโดยอาศัยหลักการแรงโน้มถ่วงเทียม

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “ข้อจำกัดของสมอง เล่นโคลนแป้งมัน” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

สำหรับเด็กประถม ผมให้เด็กๆดูคลิปน่าสนใจเหล่านี้ก่อนครับ คลิปแรกคือโดรนกว่าพันลำบินเป็นรูปแบบต่างๆตามที่คนโปรแกรม สำหรับงานเปิดโอลิมปิกฤดูหนาวปีนี้ครับ:

อันที่สองคือโดรนที่คนเข้าไปโดยสารได้ บินเอง คนไม่ต้องบังคับ:

มีรายละเอียดเพิ่มเติมที่นี่นะครับ

คลิปที่สามคือคลิปแสดงว่าการขับรถในทางแคบ ขับที่ความเร็วเท่าไรจึงปลอดภัยครับ:

ระยะทางที่รถใช้ในการหยุดขึ้นอยู่กับความเร็วของรถ และความเร็วของระบบประสาทคนขับ เมื่อคนขับเห็นคนข้ามถนน สัญญาณจากตาจะวิ่งไปที่สมอง สมองตัดสินใจเหยียบเบรค ส่งสัญญาณมาตามเส้นประสาทไปที่ขาและเท้า ช่วงเวลานี้มักใช้เวลาระดับ 0.1-1 วินาที ในช่วงเวลานี้รถจะขยับไปเท่ากับความเร็วรถคูณกับ 0.1-1 วินาที หลังจากเหยียบเบรคแล้ว รถจะสูญเสียพลังงานจลน์ไปเป็นความร้อนที่เบรค ที่ยาง และพื้นถนน ระยะทางที่ต้องใช้จะแปรผันกับความเร็วกำลังสองโดยประมาณ ในคลิปมีการทดลองว่าถ้าจะขับรถให้ปลอดภัยบนทางแคบๆควรใช้ความเร็วไม่เกิน 30 กิโลเมตรต่อชั่วโมงครับ

ตอนแรกผมจะให้เด็กๆทดลองเอารถของเล่นมาวัดระยะทางที่รถวิ่งก่อนจะหยุดที่ความเร็วต่างๆ แต่ยังไม่มีอุปกรณ์วัดความเร็วแบบง่ายๆที่เด็กๆใช้เองได้ เลยให้เด็กๆปล่อยรถจากทางลาด ให้เด็กๆสังเกตว่ารถที่เขาใช้ปล่อยจากทางลาดแบบไหนแล้ววิ่งไปไกลประมาณเท่าไร เด็กๆสังเกตว่าความฝืดของล้อและเพลา และระดับความสูงทางลาดที่ปล่อยเป็นปัจจัยสำคัญว่ารถจะวิ่งไปไกลเท่าไรถึงหยุดครับ

หลังจากเด็กๆทำความคุ้นเคยกับรถเขาแล้ว เราก็เล่นเกมปล่อยรถใส่เป้าวงกลมที่พื้นกันครับ ผมใช้ชอล์ควาดวงกลมเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณครึ่งเมตรบนพื้น ให้เด็กๆอยู่ห่างไป 2-4 เมตรแล้วให้เขาปล่อยรถจากทางลาดชันลงใส่เป้า ใครจอดข้างในหรือแตะเส้นขอบเป้าได้ก็ได้คะแนน เด็กๆสนุกและลุ้นกันมาก

สำหรับเด็กอนุบาลสามผมสอนให้ประดิษฐ์อุปกรณ์ช่วยถือแก้วน้ำหรือชามซุปให้หกยากๆครับ

เราสามารถประดิษฐ์อุปกรณ์ช่วยถือของแบบนี้ได้ง่ายๆด้วยของในบ้านครับ หาถาดหรือตะกร้าและเชือกมาก็ทำได้แล้ว ผมเคยบันทึกไว้ในรายการเด็กจิ๋ว & ดร.โก้ครับ:

สาเหตุที่น้ำไม่หกลงมาก็เพราะว่าการที่เราแกว่งแก้วไปมาอย่างนั้น ก้นแก้วจะเป็นตัวบังคับไม่ให้น้ำเคลื่อนที่ไปอย่างอิสระออกไปจากวงหมุน (เนื่องจากน้ำมีความเฉื่อย เมื่อมันเคลื่อนที่อย่างไรมันก็จะอยากเคลื่อนที่ไปอย่างเดิมด้วยความเร็วเดิม จนกระทั่งมีแรงมากระทำกับมัน ถ้าไม่มีก้นแก้วมาบังคับ น้ำก็จะกระเด็นไปในแนวเฉียดไปกับวงกลมที่เราแกว่งอยู่) ผลของการที่ก้นแก้วบังคับน้ำให้เคลื่อนที่เป็นวงกลมก็คือดูเหมือนมีแรงเทียมๆอันหนึ่งดูดน้ำให้ติดกับก้นแก้ว ทำหน้าที่เปรียบเสมือนแรงโน้มถ่วง เราเลยเรียกมันว่าแรงโน้มถ่วงเทียม 

เด็กๆได้เล่นตามแบบที่ผมทำให้ดูครับ เขาตื่นเต้นที่สังเกตเห็นผิวน้ำเรียบเหมือนเป็นเยลลี่:

หลังจากเด็กๆเล่นเสร็จ ผมก็แกว่งข้ามหัวให้ดูครับ ไม่อยากทำให้เด็กๆดูก่อนเพราะถ้าเด็กๆเล่นตามแล้วพลาดจะเลอะเทอะมากครับ:

ผมไม่ได้ถ่ายคลิปวิดีโอการแกว่งข้ามหัวครั้งนี้ไว้แต่มีคลิปจากในอดีตแบบนี้ครับ: