Category Archives: physics

วิทย์ม.ต้น: Simple Logic, วัดความสูง ความเร็ว ความเร่งด้วย Phyphox

วันพุธสัปดาห์นี้เด็กๆมัธยมต้นเรียนเรื่อง simple logic จากหนังสือ The Art of Thinking Clearly โดยคุณ Rolf Dobelli ที่ฝากใ้ห้เด็กๆคิดช้าๆด้วยตรรกะเมื่อต้องแก้ปัญหาสำคัญๆ

จากนั้นผมก็สอนเด็กๆว่าเราบ่งบอกตำแหน่งของวัตถุอย่างไร (ใช้เป็นลูกศรชี้, position vector) ความเร็วคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งวัตถุ ( ผลต่างของตำแหน่งหารด้วยผลต่างของเวลา) ความเร่งคืออัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็ว (ผลต่างของความเร็วหารด้วยผลต่างของเวลา)

จากนั้นเราทดลองใช้โทรศัพท์วัดความสูง ความเร็ว ความเร่ง ในแนวดิ่งเมื่อเรายกหรือวางโทรศัพท์ด้วยโปรแกรม Phyphox หน้าตาข้อมูลที่เก็บมาเป็นแบบนี้ครับ:

สำหรับเด็กม.ต้นแนะนำกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันแบบง่ายๆดังนี้:

แนะนำช่องเรียนรู้ทางฟิสิกส์เบื้องต้นสำหรับผู้สนใจครับ อันแรกโดย Professor Dave Explains:

รายการทีวี Mechanical Universe เก่าแล้ว แต่มีแทรกเรื่องราวประวัติศาสตร์ต่างๆไว้ด้วย:

อันนี้ Crash Course Physics เหมาะกับคนที่เคยเรียนมาบ้างแล้วอยากทบทวน เพราะเนื้อหาจะไปเร็ว:

สำหรับคนที่ซีเรียสอยากรู้เรื่องระดับมหาวิทยาลัย แนะนำช่องนี้โดย Walter Lewin ครับ ตัวอย่างเรื่อง classical physics เช่น:

วิทย์ม.ต้น: Cognitive Dissonance, กำเนิดธาตุ, เลนส์เล่นกล, น้ำพุโซ่

วันพุธสัปดาห์นี้เด็กๆมัธยมต้นเรียนเรื่อง cognitive dissonance จากหนังสือ The Art of Thinking Clearly โดยคุณ Rolf Dobelli  ที่บางทีเราจะมีความคิดขัดแย้งกันเองภายใน หรือขัดแย้งกับหลักฐานภายนอก ทำให้เราไม่สบายใจและมักจะสร้างเรื่องราวขึ้นมาปลอบใจตนเอง/มองหาหลักฐานอื่นๆ/หลีกเลี่ยงหลักฐานที่ไม่ชอบ เพื่อให้สบายใจขึ้นครับ

เราได้พูดคุยกับเรื่องธาตุต่างๆในจักรวาล ซึ่งเป็น threshold ที่ 3 ใน Big History Project

เรื่องตารางธาตุและ Dmitri Mendeleev

เห็นช่วงชีวิตของดวงดาว (เพราะดวงดาวเป็นที่สังเคราะห์ธาตุต่างๆจากไฮโดรเจนและฮีเลียม):

จาก http://planetfacts.org/wp-content/uploads/2011/04/Life-Cycle-of-a-Star.gif
จาก https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Star_Life_Cycle_Chart.jpg

ได้รู้จักเว็บตารางธาตุที่น่าสนใจ ที่ https://ptable.com:

จากเว็บ https://ptable.com

และที่ https://periodictable.com:

จากเว็บ https://periodictable.com

และได้รู้จักเพลงตารางธาตุ:

จากนั้นเด็กๆก็ได้เลนส์เล่นกลที่เรียกว่า Lubor’s Lens (เลนส์ลูเบอร์) กัน มันเป็นแผ่นพลาสติกบางๆที่จะมีเส้นนูนเล็กๆเรียงกันเป็นแถบเส้นตรง เส้นนูนเหล่านี้จะทำให้แสงในแนวหนึ่งกระจัดกระจายขณะที่ในแนวที่ตั้งฉากจะวิ่งผ่านไปได้ดีกว่ามาก เวลามองผ่านเลนส์นี้เราจะเห็นของที่วางในแนวหนึ่งแต่จะไม่เห็นในอีกแนวหนึ่งดังภาพต่อไปนี้:

อีกอย่างที่เด็กๆได้เล่นคือน้ำพุโซ่ที่เราเอาโซ่เล็กๆมาใส่ถ้วยแล้วปล่อยให้ปลายข้างหนึ่งตกลง ปลายที่ตกจะตกเร็วขึ้นจากแรงโน้มถ่วงของโลก เมื่อเร็วพอมันจะดึงให้โซ่ที่เหลือในถ้วยวิ่งออกจากถ้วยด้วยความเร็วสูง โซ่ที่วิ่งขึ้นจะพุ่งไปสูงกว่าขอบถ้วยก่อนจะเลี้ยวตกลงสู่พื้น:

คุณ Steve Mould เป็นคนแรกที่ทำอย่างนี้แล้วมาเผยแพร่ใน YouTube เมื่อหกปีที่แล้ว:

นักวิทยาศาสตร์อธิบายว่าน้ำพุโซ่ทำงานอย่างไร เปเปอร์อยู่ที่ https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rspa.2013.0689 พบว่าแต่ละปล้องของโซ่จะต้องบิดและดีดตัวมันขึ้นมาจากพื้นด้วยถึงจะเกิดปรากฎการณ์นี้ได้ เชือกนิ่มๆจะไม่สามารถพุ่งขึ้นมาเป็นน้ำพุได้แต่โซ่ที่แต่ละปล้องสามารถประมาณได้ด้วยแท่งตรงๆสั้นๆจะพุ่งขึ้นมาเป็นน้ำพุได้

บรรยากาศในห้องเรียนของเราครับ:

เล่นกับคอปเตอร์กระดาษ รูปทรงที่ทำจากกระดาษตกพร้อมกัน

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้หัดอธิบายกลเป็นการฝึกคิดแบบนักวิทยาศาสตร์ ประถมต้นหัดทำคอปเตอร์กระดาษและสังเกตว่าทำอย่างไรให้หมุนเร็ว ทำอย่างไรให้ลอยในอากาศนานๆ ขนาดมีผลไหม ฯลฯ เด็กประถมปลายทำลูกบอลกระดาษโปร่งๆขนาดต่างๆกันแล้วปล่อยจากที่สูงเท่ากัน พบว่าขนาดไม่มีผล (เพราะแรงต้านอากาศแปรผันตามพื้นที่หน้าตัดซึ่งแปรผันตามมวลในกรณีนี้) อนุบาลสามได้หัดพับและเล่นคอปเตอร์กระดาษกันครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมประถมคราวที่แล้วเรื่อง “ขว้างหลอดกาแฟ (ต่อ) การตกของกรวยกระดาษ (ต่อ) แรงโน้มถ่วงเทียม” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนที่เข้าสู้ช่วงสิ่งประดิษฐ์ เด็กประถมได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลังนะครับ ไว้ดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อนครับ กลวันนี้คือกลเสาแหลมทะลุตัว เด็กๆอธิบายกันได้ใกล้เคียงวิธีทำจริงมากครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ครับ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ผมสอนเด็กประถมต้นให้ทำคอปเตอร์กระดาษกันเองครับ ให้เขาไปปรับแต่งสัดส่วนและขนาดต่างๆแล้วทดลองว่าแบบไหนหมุนเร็ว แบบไหนหมุนช้า แบบไหนตกเร็ว แบบไหนตกช้า จริงๆสามารถเป็นโปรเจ็กเด็กมหาวิทยาลัยเรื่อง fluid dynamics ได้ครับ

วิธีทำเป็นดังในคลิปครับ:

เด็กๆแยกย้ายกันประดิษฐ์และทดลองครับ:

สำหรับเด็กๆประถมปลาย คราวที่แล้วเด็กๆได้สังเกตโคนกระดาษขนาดใหญ่และเล็กตกสู่พื้นพร้อมๆกัน คราวนี้เราทดลองรูปทรงอื่นๆโดยพับลูกบอลกระดาษและดูลูกบาศก์กระดาษตกผ่านอากาศกันครับ

(ข้อความในวงเล็บคือข้อมูลเพิ่มเติมสำหรับเด็กมัธยมหรือมหาวิทยาลัยที่เรียนฟิสิกส์นะครับ: ถ้าไม่มีแรงต้านอากาศ ของแถวๆผิวโลกจะตกจากที่สูงระดับเดียวกันถึงพื้นโลกพร้อมๆกันเช่นในตำนานที่กาลิเลโอปล่อยลูกเหล็กใหญ่และเล็กจากหอเอนปิซ่า แรงต้านอากาศน้อยมากเมื่อเทียบกับน้ำหนัก แรงต้านอากาศมีผลน้อยมาก ลูกเหล็กทั้งสองเลยตกถึงพื้นพร้อมกันครับ

สาเหตุที่เป็นอย่างนี้ก็เพราะแรงทั้งหมดที่กระทำต่อสิ่งของคือแรงโน้มถ่วงซึ่งแปรผันตรงกับมวล ดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็ว (=ความเร่ง) จึงไม่ขึ้นกับมวลของสิ่งของที่ตกด้วยกฏ F = mg = ma ของนิวตัน

ในสถานการณ์ที่แรงต้านอากาศมีผลกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าเราสามารถทำให้แรงต้านอากาศแปรผันตรงกับมวลของวัตถุได้ วัตถุเหล่านั้นก็จะตกลงมาถึงพื้นพร้อมๆกันไม่ว่ามันจะใหญ่หรือเล็กตราบใดที่มันมีรูปทรงเดียวกัน (ปกติแรงต้านอากาศไม่แปรผันตรงกับมวลของวัตถุ แต่จะขึ้นกับรูปทรง ความเร็ว และพื้นที่หน้าตัดของวัตถุ)

เราสามารถทำอย่างนั้นได้โดยสร้างรูปทรงจากกระดาษหรือวัสดุบางๆ เพราะถ้ากระดาษมีขนาด L มวลของสิ่งของจะโตตามพื้นที่ซึ่งแปรผันตรงกับ L ยกกำลัง 2 รูปทรงจะมีพื้นที่หน้าตัดตอนตกผ่านอากาศที่แปรผันตรงกับ L ยกกำลัง 2 และแรงต้านอากาศก็จะแปรผันตรงกับ L ยกกำลัง 2 ด้วย ทำให้แรงต้านอากาศแปรผันตรงกับมวล รูปทรงแบบเดียวกันที่ทำจากกระดาษประเภทเดียวกันจึงตกผ่านอากาศเหมือนๆกัน ความเร่งที่เวลาต่างๆเหมือนกัน ความเร็วที่เวลาต่างๆเหมือนกัน มันจึงตกพื้นพร้อมกัน

ในอดีตเราปล่อยกรวยกระดาษ (https://youtu.be/8tuKvSFma-I) คราวนี้เราจะลองลูกบอลกระดาษและลูกบาศก์กระดาษกันดูครับ)

วิธีทำที่สอนเด็กๆอยู่ในคลิปครับ:

เด็กๆแยกย้ายกันประดิษฐ์และทดลองครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสามผม ผมและคุณครูช่วยกันตัดกระดาษแล้วสอนให้เด็กๆพับเป็นคอปเตอร์กระดาษเล่นกันครับ: