วิทย์ม.ต้น: หัดเป็นนักสืบโคนันจากวิดีโอระเบิดในเบรุต, เปรียบเทียบระเบิดนิวเคลียร์, ทดลองทำให้กระป๋องสมดุล

วันนี้เราคุยเรื่องเหล่านี้กันครับ

  1. เราดูคลิปวิดีโอการระเบิดที่เบรุตเมื่อคืนนี้:

2. เราดูวิดีโอแล้วดูว่าเสียงระเบิดถึงเราหลังจากเห็นแสงไฟระเบิดประมาณ 4 วินาที ดังนั้นเราคาดว่าระเบิดอยู่ห่างจากกล้องประมาณ (4 วินาที)x(ความเร็วเสียง) เนื่องจากเสียงเดินทางได้ประมาณ 1 กิโลเมตรใน 3 วินาที ระยะทางจากระเบิดถึงกล้องควรจะประมาณกิโลเมตรเศษๆ เช่น 1.3 กิโลเมตร

3. เราสงสัยว่าตึกที่เกิดเหตุมีขนาดใหญ่แค่ไหน นักเรียนคนหนึ่งบอกว่าเราดู Google Maps กันดีไหม เราจึงกดเข้าไปดูกัน ได้ขนาดตึกยาว 150 เมตร (จริงๆหน้าตามันเหมือนไซโลทรงกระบอกหลายๆอันอยู่ด้วยกัน)

ขนาดตึกยาว 150 เมตรโดยการวัดจากภาพถ่ายดาวเทียมบน Google Maps

3. เราเอาวิดีโอมาดูทีละเฟรม แต่ละเฟรมห่างกัน 1/30 วินาที พบว่าตอนเริ่มระเบิด ลูกไฟระเบิดขยายตัว 75 เมตรใน 1/30 วินาที หรือเท่ากับ 2,250 เมตรต่อวินาที ความเร็วอันนี้ควรจะอยู่ระดับเดียวกับ detonation velocity ของสารที่ระเบิด (แต่จะน้อยกว่า detonation velocity)

4. เราหาดูว่าสารระเบิดแบบไหนมี detonation velocity ประมาณ 2,000-3,000 เมตรต่อวินาทีในตารางนี้ดูกัน พบว่า Ammonium Nitrate (2,700 m/s) หรือ Tenerit Simply (2,750 m/s) ใกล้เคียงที่สุด ถ้าเป็นระเบิดประเภทอื่นๆเช่น TNT ลูกไฟจะขยายตัวเร็วกว่านั้น

ภาพสองเฟรมต่อกัน เวลาห่างกัน 1/30 วินาที รัศมีการระเบิดเพิ่มประมาณ 75 เมตร

5. รัฐบาลเลบานอนบอกว่าการระเบิดเกิดจาก Ammonium Nitrate กว่า 2,700 ตันที่เก็บไว้แถวท่าเรือ ดังนั้นข้อมูลจากวิดีโอไม่ได้ขัดแย้งข้อมูลจากรัฐบาลว่าสารระเบิดคือสารอะไร

6. เราพยายามหาตำแหน่งกล้องบน Google Maps ด้วยว่าน่าจะอยู่แถวไหนตอนระเบิด พบว่าห่างไปประมาณ 1.25 กิโลเมตร ใกล้เคียงกับการประมาณข้อ 2 ด้านบน

7. ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่า “ควัน” ขาวๆกลมๆรอบๆระเบิดนั้นคือเมฆ เป็นไอน้ำในอากาศที่กลั่นตัวเป็นหยดน้ำเล็กๆเหมือนในเมฆเพราะคลื่นช็อค (shock wave) จากแรงระเบิดวิ่งผ่าน

เมฆขาวๆรอบๆระเบิด เกิดจากไอน้ำที่กลั่นตัวเป็นหยดน้ำเมื่อคลื่นช็อควิ่งผ่าน

8. ถ้าเราหาวิดีโอที่มีของที่เรารู้จักว่ากระเด็นอย่างไร และอยู่ห่างจากระเบิดเท่าไร เราจะสามารถประมาณพลังงานของระเบิดได้ว่าระเบิดมีกี่ตัน วิธีนี้นักฟิสิกส์ชื่อ Enrico Fermi (คนเดียวกับที่ถาม Fermi Paradox เกี่ยวกับมนุษย์ต่างดาว) เคยใช้ประมาณพลังงานระเบิดนิวเคลียร์ลูกแรกมาแล้ว

9. ถ้าเราใช้สมมุติฐานที่ว่าระเบิดคือ Ammonium Nitrate 2,700 ตัน เราสามารถเทียบพลังงานกับ TNT ว่าเป็น 0.42 x 2,700 ตัน = 1,134 ตัน TNT หรือประมาณ 1 กิโลตัน TNT
(ตัวเลข 0.42 คือ Relative Effectiveness สำหรับเทียบสารระเบิด Ammonium Nitrate กับ TNT)

10. พลังงานระเบิดครั้งนี้เท่ากับประมาณ 1/15 ของพลังงานระเบิดนิวเคลียร์ลูกที่ระเบิดเหนือเมืองฮิโรชิมาในสงครามโลกครั้งที่สอง (หรือเท่ากับ 1/20 ของลูกที่ลงเมืองนางาซากิ) ถ้าเทียบกับระเบิดนิวเคลียร์ปัจจุบัน ระเบิดครั้งนี้ปล่อยพลังงานประมาณ 1/100 – 1/10,000 เท่าของระเบิดนิวเคลียร์ปัจจุบัน

11. เด็กๆได้ดูคลิปประมาณว่าถ้าเอาระเบิดนิวเคลียร์ทุกลูกมาระเบิดจะเกิดอะไรขึ้นกับมนุษย์:

12. เด็กๆทำกิจกรรมหาปริมาณน้ำที่ทำให้กระป๋องอลูมิเนียมตั้งอยู่เอียงๆได้ ให้หัดให้เคยชินกับการทดลองหาความรู้ใหม่ๆด้วยตัวเอง ไม่ต้องรอให้ใครมาบอก วิธีทำดังในคลิปครับ:

บรรยากาศการทดลองวันนี้ครับ:

เด็กๆทำกิจกรรมหาปริมาณน้ำที่ทำให้กระป๋องอลูมิเนียมตั้งอยู่เอียงๆได้ ให้หัดให้เคยชินกับการทดลองหาความรู้ใหม่ๆด้วยตัวเอง ไม่ต้องรอให้ใครมาบอก วิธีทำดังในคลิปครับ

Posted by Pongskorn Saipetch on Tuesday, August 4, 2020

วิทย์ม.ต้น: หัดใช้สเปรดชีตต่อ, อนิเมชั่นระบบสุริยะ, ดาวนิวตรอน, Time Value of Money, เงินเฟ้อ

วันนี้เราฝึกใช้สเปรดชีตเป็นเครื่องคิดเลขช่วยคำนวณสิ่งต่างๆกันต่อครับ

  1. เด็กม.2 เปรียบเทียบขนาดปลายนิ้วกับเซลล์ จะได้อัตราส่วนพอๆกับเมล็ดข้าวกับห้อง (ลองคำนวณตามที่คลิปนี้เทียบเอาไว้) ตัวอย่างสเปรดชีตอยู่ที่นี่ครับ

2. เด็กม.2 รู้จัก geometric mean ที่ใช้หาค่าเฉลี่ยที่เกี่ยวข้องกับปริมาณที่มีการเติบโตแบบเรขาคณิต (geometric growth หรือ exponential growth)

3. เด็กม.1และ 2 ได้รู้จักหน้า YouTube ของ Dr. James O’Donoghue ที่มีอนิเมชั่นช่วยให้เข้าใจระบบสุริยะและความเร็วแสงอย่างดีเยี่ยม ยกตัวอย่างเช่นอัตราการหมุนของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ:

วิดีโอยาวห้าชั่วโมงกว่าๆซึ่งเป็นเวลาจริงๆที่แสงเดินทางจากดวงอาทิตย์ไปยังดาวเคราะห์ต่างๆจนถึงพลูโต ระยะทางมีอัตราส่วนที่ถูกต้องเมื่อเทียบกับความเร็วแสง ขนาดดาวต่างๆขยายขึ้น 1,000 เท่าเพื่อให้เราสามารถมองเห็นได้:

เปรียบเทียบขนาดและการหมุนของดาวเคราะห์ต่างๆและดวงอาทิตย์:

พื้นผิวโลกถ้าไม่มีน้ำปกคลุม:

4. เราเปรียบเทียบแนวที่เปลือกโลกชนกันในอนิเมชั่นพื้นผิวโลกข้างบน กับแนวที่มีแผ่นดินไหวข้างล่าง:

5. เด็กม.1 ได้รู้จักดาวนิวตรอน (neutron star) ที่แรงกดทับจากแรงโน้มถ่วงกดให้อะตอมยุบตัว ผลักอิเล็กตรอนไปรวมกับโปรตอนในนิวเคลียสกลายเป็นนิวตรอน ทำให้อะตอมลดขนาดเหลือเท่านิวเคลียสที่เต็มไปด้วยนิวตรอน ได้รู้จักว่าเทคโนโลยีต่างๆของเราเกิดขึ้นได้เพราะมีดาวนิวตรอนโคจรและชนกันทำให้เกิดธาตุหนักหลายๆชนิดที่เราใช้สร้างเครื่องมือต่างๆของเรา (กระบวนการชนนี้เรียกว่า kilonova )

6. เด็กม.1 และ 2 ได้รู้จัก Time Value of Money ซึ่งแปลว่าเงินปัจจุบันจะมีค่ามากกว่าเงินจำนวนเดียวกันในอนาคต เช่นเงิน 10,000 บาทวันนี้มีค่ากว่าเงิน 10,000 บาทอีก 12 เดือนข้างหน้า

7. โดยปกติเงินปัจจุบันจะมีค่ามากกว่าเงินจำนวนเดียวกันในอนาคต เพราะเงินปัจจุบันสามารถเอาไปลงทุนให้งอกเงยได้ นอกจากนี้ของต่างๆก็อาจมีราคาแพงขึ้นทำให้ในอนาคตต้องใช้จำนวนเงินมากขึ้นเพื่อซื้อของเท่าเดิม (ภาวะเงินเฟ้อ หรืออ่านง่ายๆที่นี่)

8. เด็กๆหัดคำนวณราคาสินค้าที่เงินเฟ้อต่อปีเท่ากับค่าต่างๆ สเปรดชีตตัวอย่างอยู่ที่นี่ครับ

9. การบ้านเด็กๆสำหรับศุกร์หน้าคือให้ไปทดลองเปลี่ยนอัตราเงินเฟ้อเพื่อหาคำตอบให้ปัญหานี้: ถ้าสินค้าราคาเพิ่มเป็น 2 เท่าในเวลา 1, 2, 3, 6, 10, 36, หรือ 72 ปี อัตราเงินเฟ้อในแต่ละกรณีเท่ากับเท่าไรต่อปี

วิทย์ม.ต้น: ทำไมเหมืองถึงร้อน, หน่วยวัดอุณหภูมิ, ความร้อนใต้ดิน, ระเบิดนิวเคลียร์ vs. อุกกาบาต KT

วิทย์ม.ต้นวันนี้เราคุยกันหลายเรื่องครับ

1. เด็กๆดูคลิปจาก Minute Earth ว่าทำไมเมื่อขุดลงไปใต้ดินลึกๆ เช่นในเหมือง อุณหภูมิถึงสูงขึ้น (ร้อนขึ้น) พบว่าเกิดจากการพาความร้อน (convection) โดยหินเหลวหนืดๆ จากความร้อนใจกลางโลกมาที่ใกล้ผิวโลก บางครั้งถ้าทะลุเปลือกโลกออกมาก็เป็นภูเขาไฟระเบิดได้

2. เราอาจใช้ความร้อนใต้ดินมาผลิตไฟฟ้าได้เช่นในประเทศ Iceland:

3. ใต้อุทยาน Yellowstone มีภูเขาไฟยักษ์อยู่ อาจจะระเบิดได้ถ้าความดันสูงเกินไป (แต่ไม่มีใครคาดว่าจะระเบิดในไม่กี่ปีนะครับ) มีแผนที่จะเอาพลังงานความร้อนมาใช้ ถ้าทำได้ดีอาจป้องกันการระเบิดได้และมีพลังงานฟรีๆมหาศาลมาใช้

4. พอเราพูดถึงอุณหภูมิ เราเลยทำความรู้จักหน่วยวัดอุณหภูมิหลักๆสามหน่วยคือองศาเซลเซียส (℃) องศาฟาเรนไฮต์ (℉) และเคลวิน (K) ให้สังเกตว่าเราไม่ใช้คำว่าองศาเคลวิน แต่ให้ใช้คำว่าเคลวินไปเลย

รู้ว่าที่แถวๆผิวโลกน้ำเหลวๆกลายเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0℃ หรือ 32℉ หรือ 273.15K และน้ำเดือดกลายเป็นไอที่อุณหภูมิ 100℃ หรือ 212℉ หรือ 373.15K

ถ้าความดันอากาศต่ำลง น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิต่ำลง เช่นที่ยอดเขา น้ำเดือดที่อุณหภูมิไม่ถึง 100℃

รู้จักการแปลงระหว่างองศา

K = C + 273.15
F = (9/5) C + 32

หรือถามคอมพิวเตอร์ให้คำนวณให้

5. ศูนย์เคลวิน (0K = -273.15℃) เป็นอุณหภูมิต่ำสุดของสสาร เมื่อก่อนเชื่อว่าถ้าลดอุณหภูมิไปตรงนั้นได้ อะตอมจะหยุดนิ่ง แต่จริงๆแล้วอะตอมปฏิบัติตัวอีกแบบ ทำให้มีปรากฎการแปลกๆเช่นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด (superconductivity)

6. อุณหภูมิเฉลี่ยในอวกาศไกลๆดาวฤกษ์จะประมาณ 3K (-273℃) ซึ่งเป็นอุณหภูมิของ CMB (Cosmic Microwave Background) ในห้องแล็บบนโลกนักวิทยาศาสตร์สามารถทำอุณหภูมิต่ำกว่านั้นได้ แค่นิดเดียวเหนือ 0K

7. เข้าใจกันว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีระเบิดนิวเคลียร์ระเบิดกลางเมือง:

8. พลังงานอุกกาบาตที่ชนโลกเมื่อ 65 ล้านปีที่แล้ว (KT extinction event) ที่ทำให้ไดโนเสาร์สูญพันธุ์ มีพลังงานมากกว่าระเบิดนิวเคลียร์นับพันล้านเท่า

บันทึกกิจกรรมวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กๆ อยากให้คุณพ่อคุณแม่คุณครูเอาไปประยุกต์เล่นกับเด็กๆเยอะๆครับ :-)