Category Archives: education

วิทย์ประถม: เล่นกับความเฉื่อย

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล และเล่นกับความเฉื่อยโดยพยายามดึงกระดาษหรือไม้ไอติมที่รองเหรียญอยู่โดยให้เหรียญอยู่ที่เดิม

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เรื่องผูกเชือกรองเท้าโดยเขย่าขาครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นผมก็เล่นกลเกี่ยวกับความเฉื่อย เริ่มโดยเอากระดาษขนาดแบ็งค์ยี่สิบมาวางบนปากขวดแก้ว แล้วเอาเหรียญสักสองสามเหรียญทับไว้ แล้วให้เด็กๆพยายามเอากระดาษออกมาโดยไม่จับเหรียญ และให้เหรียญอยู่บนขวดเหมือนเดิมครับ

หลังจากเด็กๆงงสักพักเราก็เฉลยครับ เราเอานิ้วชี้และนิ้วกลางไปตีเร็วๆที่กระดาษ กระดาษจะติดนิ้วออกมาอย่างรวดเร็ว (ถ้านิ้วแห้งเกินไปกระดาษไม่ติด ให้ใช้นิ้วแตะน้ำให้ชื้นๆนิดหน่อย) แต่เหรียญมีความเฉื่อยอยู่ไม่อยากขยับไปไหน จึงอยู่ที่ปากขวดเหมือนเดิม คลิปวิธีทำครับ:

หลังจากเด็กๆเล่นแบบนี้เป็นแล้ว ผมให้โจทย์ยากขึ้นโดยเอาไม้ไอติมมาแทนกระดาษ ใช้เหรียญวางทับ จะทำอย่างไร เพราะคราวนี้เราใช้นิ้วตีไม่ได้ ไม้ไอติมจะกระดก มีเด็กๆเสนอให้หาอะไรไปเคาะๆไม้ไอติม ในที่สุดเราก็หาทางตีไม้ไอติมให้กระเด็นออกไปเร็วๆได้ในที่สุด เช่นในคลิปนี้:

Posted by Pongskorn Saipetch on Tuesday, 9 August 2022

“ความเฉื่อย” หรือ Inertia (อ่านว่า อิ-เนอร์-เชียะ) เป็นคุณสมบัติของวัตถุทุกๆอย่างครับ เป็นคุณสมบัติของวัตถุต่างๆที่ไม่อยากเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าอยู่เฉยๆก็จะอยู่เฉยๆไปเรื่อยๆจนมีอะไรมาทำอะไรกับมัน ถ้าเคลื่อนที่อยู่แล้วก็ไม่อยากหยุด ไม่อยากวิ่งเร็วขึ้น ไม่อยากเลี้ยว ถ้าจะทำให้หยุด หรือเร็วขึ้น หรือเลี้ยว ต้องใช้แรงมากระทำกับมัน

เราเรียกปริมาณความเฉื่อยของวัตถุแต่ละชิ้นว่า “มวล” ของวัตถุ บนโลกถ้าวัตถุไหนมีมวลมาก นำ้หนักของมันก็มากตาม แต่ในอวกาศไกลๆจากโลก แม้ว่าวัตถุนั้นจะมีน้ำหนักน้อยมากๆ (เพราะน้ำหนักคือแรงดึงดูดจากโลกมีค่าน้อยลงเมื่อห่างจากโลก) มวลหรือความเฉื่อยของมันก็ยังมี และทำให้วัตถุไม่ค่อยอยากเปลี่ยนแปลงการหยุดนิ่งหรือการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าจะเปลี่ยนแปลง ก็ต้องมีแรงอะไรไปผลักดันดูดดึงมัน

วัตถุที่มวลมาก ความเฉื่อยก็จะมาก ทำให้ต้องใช้แรงมากในการเร่งหรือหยุดหรือเลี้ยววัตถุเหล่านั้น ด้วยเหตุนี้รถบรรทุกสิบล้อจึงเร่งให้มีความเร็วง่ายๆเหมือนรถจักรยานยนต์ไม่ได้ รวมถึงใช้ระยะทางในการหยุดมากกว่า

กลที่เล่นกับจานชามทั้งโต๊ะแทนที่จะเป็นเหรียญไม่กี่เหรียญก็ใช้หลักการเกี่ยวกับความเฉื่อยเหมือนกันครับ:

วิทย์ประถม: ภาพแรกจาก JWST, วัดความถี่เสียงที่หูฟังได้

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล, ได้ฟังเรื่องภาพแรกจาก James Webb Space Telescope (JWST), ได้เห็นว่า JWST ทำให้ตัวเย็นด้วยฉนวนความร้อนอย่างไร, และได้ทดลองวัดกันว่าเสียงความถี่ต่ำและสูงเท่าไรที่แต่ละคนสามารถได้ยิน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เรื่องแยกตัวเป็นสองชิ้นครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นผมก็เอารูปประวัติศาสตร์นี้ให้เด็กๆดูครับ:

ภาพจาก https://webbtelescope.org/contents/news-releases/2022/news-2022-035

ภาพนี้เป็นภาพที่เรียกว่า Webb’s First Deep Field ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ ภาพแสงแฉกๆคือดาวที่อยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา แต่จุดแสงที่เหลือเป็นกาแล็กซีนับพันที่อยู่ไกลโพ้น แต่ละกาแล็กซีมีดาวฤกษ์นับพันล้าน, หมื่นล้าน, แสนล้านดวง ทั้งภาพนี้เป็นบริเวณเล็กๆที่สามารถถูกบดบังได้ด้วยเม็ดทรายที่เราถือห่างจากตาเท่ากับหนึ่งช่วงแขน แสดงว่าจักรวาลช่างกว้างใหญ่ไพศาล เราเป็นส่วนเล็กๆส่วนหนึ่งเท่านั้น เราประมาณได้ว่าดาวฤกษ์ในจักรวาลมีมากกว่าจำนวนเม็ดทรายบนชายหาดทั้งโลก

รายละเอียดเพิ่มเติมสำหรับคุณพ่อคุณแม่คุณครูหรือเด็กๆที่สนใจอาจเข้าไปอ่านตามลิงก์เหล่านี้ครับ:

จากนั้นผมเอารูปกล้องเจมส์เว็บบ์ให้เด็กๆดู:

ภาพจาก Space Focus

เล่าให้เด็กๆฟังว่ากล้องเว็บบ์นี้รับแสงอินฟราเรดที่ตาเรามองไม่เห็น แสงอินฟราเรดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ช่วงที่ต่ำกว่าความถี่ของแสงสีแดง (อินฟรา = ใต้ เรด = แดง) ตาเรามองไม่เห็นแต่ผิวหนังเรารู้สึกได้เป็นความร้อน ของที่อุณหภูมิต่างๆเปล่งแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นกับว่ามันมีอุณหภูมิเท่าใด (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียงตามความถี่การสั่นจากต่ำไปสูงคือ วิทยุ ไมโครเวฟ อินฟราเรด แสงที่ตามองเห็น อัลตร้าไวโอเลต เอ็กซ์เรย์ แกมมาเรย์)

ให้เด็กๆสังเกตุกระจกสีเหลืองที่เป็นหลายชิ้นพับได้เพื่อส่งไปกับจรวด สังเกตการสะท้อนและรวมแสงเหมือนจานรับสัญญาณทีวีดาวเทียมที่เราเห็นตามบ้าน

กล้องเจมส์เว็บบ์ต้องทำตัวให้มีอุณหภูมิต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อลดสัญญาณรบกวนในการตรวจจับแสงอินฟราเรด จึงมีอุปกรณ์แผ่นกันแสงที่ดูเหมือนร่มซ้อนๆกันหลายๆชั้น อุปกรณ์นี้ทำหน้าที่เหมือนกระติกหลายชั้นที่เราคุยกันไปเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว ด้านที่โดนแสงอาทิตย์อาจจะร้อน แต่อีกด้านที่มีกระจกและกล้องรับสัญญาณจะเย็นเท่าๆกับอวกาศมืดๆแถวนั้น (ลบสองร้อยกว่าองศาเซลเซียส)

กล้องเจมส์เว็บบ์นับเป็นสิ่งประดิษฐ์สุดยอดของมนุษยชาติชิ้นหนึ่ง มีคนช่วยกันทำนับพันคนเป็นเวลายี่สิบกว่าปี น่าจะสังเกตและค้นพบอะไรใหม่ๆอีกมากมาย เราจะรอดูผลงานต่อไปได้อีกหลายปี

ต่อจากนั้นเราคุยกันเรื่องการได้ยินของพวกเรากันครับ มีการทบทวนว่าเราได้ยินเสียงอย่างไร เอารูปส่วนประกอบของหูมาดูกัน:

ภาพส่วนประกอบของหู จาก https://www.pinterest.com/explore/external-ear-anatomy/ ครับ

ได้เข้าใจว่าเสียงต่ำคือเสียงความถึ่ต่ำ คือมีการสั่นสะเทือนต่อวินาทีไม่มาก เสียงสูงคือเสียงความถึ่สูง มีการสั่นสะเทือนต่อวินาทีมาก และได้รู้จักหน่วยของความถี่ที่เรียกว่า “เฮิร์ตซ์” (Hz, Hertz) ซึ่งเท่ากับหนึ่งครั้งต่อวินาที

เด็กๆทดลองฟังเสียงสูงต่ำกันโดยสังเกตว่าเสียงต่ำที่สุดที่เริ่มได้ยินมีความถึ่เท่าไร เสียงสูงสุดที่ได้ยินมีความถึ่เท่าไร 

เมื่อความถี่ต่ำมากๆหรือสูงมากๆจนเราไม่ค่อยได้ยิน บางทีเราก็จะคิดไปเองว่าเราได้ยินครับ อย่างนี้ต้องให้อีกคนช่วยปรับความถี่ให้ หรือก็ต้องหลับตาขยับเปลี่ยนความถี่ไปมาว่าเริ่มได้ยินหรือยัง หรือไม่ก็เปิดปิดเสียงสลับไปดูว่าตอนปิดเสียงยังคิดว่าได้ยินหรือเปล่า ถ้าได้ยินก็แสดงว่าคิดไปเองครับ เราใช้โปรแกรม Sonic by Von Bruno (iOS) และ Physics Toolbox Tone Generator เป็นตัวสร้างความถี่ต่างๆครับ

เด็กๆวัดการได้ยินกัน ได้ผลประมาณนี้ครับ:

หูคนที่ทำงานได้สมบูรณ์จะฟังเสียงได้ประมาณความถี่ประมาณ 20 Hz ถึง 20,000 Hz ครับ เด็กๆเท่านั้นถึงจะฟังได้ช่วงกว้างอย่างนี้ คนยิ่งอายุเยอะขึ้นก็จะฟังความถี่สูงๆไม่ค่อยได้ จากการทดลองวันนี้เด็กๆประถมต้นฟังเสียงสูงได้ถึง 17,000-20,000+ Hz เลยครับ ส่วนคนอายุ 52 อย่างผมฟังได้ถึงแค่ 13,000-14,000 Hz ครับ

สัตว์ต่างๆสามารถฟังเสียงความถี่ต่างจากคนด้วยครับ ดังในรูปนี้:

เข้าไปอ่านเพิ่มเติมเรื่องนี้ได้ที่ https://en.wikipedia.org/wiki/Hearing_range ครับ

วิทย์ประถม: เรียนรู้เรื่องฉนวนความร้อน

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล จากนั้นได้เรียนรู้เรื่องฉนวนความร้อนโดยเอามือไปใส่ในถุงพลาสติกสองชั้นที่มีอากาศคั่นอยู่ภายในระหว่างชั้นนอกและชั้นใน แล้วจุ่มไปในน้ำร้อนและน้ำเย็น ได้ดูคลิปแอโรเจล สำหรับประถมปลายได้ดูคลิปจุ่มมือในตะกั่วหลอมเหลวร้อนจัดและเดินลุยไฟแต่ไม่เกิดอันตรายเพราะไอน้ำหรือขี้เถ้าเป็นฉนวนความร้อน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เรื่องย้ายไฟจากเทียนและเปลี่ยนสาวเป็นเสือครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นเราคุยกันเรื่องฉนวนความร้อนครับ (เพื่อทำการทดลองต่อเนื่องจากสัปดาห์ที่แล้วเรื่องผิวหนัง) ให้เด็กๆดูรูปเหล่านี้:

สังเกตขนหมีขั้วโลกกันหนาว
ขนเป็ดกันหนาว
เสื้อกันหนาว
ผ้าห่มนวมกันหนาว
กระติกใส้โฟมเก็บของร้อนเย็น

ผมบอกเด็กๆว่าของเหล่านี้มีอะไรที่เหมือนกันอย่างหนึ่ง คือของเหล่านี้มีการเก็บกักอากาศไว้เป็นชั้นกั้นรอบๆตัวมัน  อากาศจะไม่ค่อยยอมให้ความร้อนไหลผ่าน ขนหมีและขนเป็ดจะฟูๆเก็บกักอากาศไว้ภายใน เสื้อกันหนาวแล้วผ้านวมก็ฟูๆเก็บกักอากาศไว้ข้างใน โฟมในกระติกก็เป็นพลาสติกฟูๆที่เก็บกักอากาศไว้ข้างในเนื้อโฟม เมื่อมีอากาศอยู่รอบๆ ความร้อนก็ไหลจากด้านหนึ่งผ่านอากาศไปอีกด้านหนึ่งยาก ด้านไหนร้อนก็ร้อนอยู่นาน (เช่นร่างกายหมีและเป็ดเพราะการรักษาร่างกายให้อบอุ่นเป็นเรื่องสำคัญสำหรับสัตว์เลือดอุ่นอย่างสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนก) ด้านไหนเย็นก็เย็นอยู่นาน (เช่นกระติกใส่น้ำแข็ง)

วัสดุใดยอมให้ความร้อนผ่านได้ยากๆ เราเรียกวัสดุนั้นว่าฉนวนความร้อน เช่น อากาศ(ไม่มีลม) ไม้ โฟม พลาสติก แอโรเจล

วัสดุใดยอมให้ความร้อนผ่านได้ง่ายๆ เราเรียกวัสดุนั้นว่าตัวนำความร้อน เช่น เพชร โลหะเงิน ทองแดง ทอง อลูมิเนียม เหล็ก

จากนั้นพวกเราก็ทำการทดลองกักเก็บอากาศไว้รอบๆมือของเราแล้วจุ่มไปในน้ำร้อนหรือเย็น และเปรียบเทียบกับมือเปล่าๆที่จุ่มในน้ำร้อนหรือเย็น วิธีทำคือเอาพลาสติกกันกระแทก (bubble wrap) มาห่อมือแล้วเอาถุงพลาสติกมาคลุม แล้วไปจุ่มในน้ำร้อนหรือน้ำเย็น จะไม่รู้สึกว่าเป็นน้ำร้อนหรือน้ำเย็น เพราะอากาศในพลาสติกกันกระแทกเป็นฉนวนความร้อนที่ดี

อีกวิธีหนึ่งก็คือเอาถ้วยพลาสติกสองขนาดมาซ้อนกันให้มีอากาศอยู่ระหว่างถ้วย แล้วสวมมือในถ้วยด้านใน อากาศระหว่างถ้วยก็ทำหน้าที่เป็นฉนวนความร้อนด้วย

หลังจากเด็กๆได้ทำการทดลองเองกันทุกคนแล้ว ผมก็ให้เด็กๆดูวิดีโอคลิปของฉนวนกันความร้อนที่เรียกว่าแอโรเจล (aerogel) ซึ่งก็คือโฟมที่ทำด้วยทรายแทนที่จะเป็นพลาสติก (โฟมปกติจะทำด้วยพลาสติก) ในวิดีโอคลิป แอโรเจลใช้กันไฟจากท่อพ่นไฟโดยที่อีกข้างหนึ่งยังเย็นพอที่คนจะถือได้ครับ

แอโรเจลเป็นวัสดุที่มหัศจรรย์มาก มีน้ำหนักเบา กันความร้อนได้ดีมาก รับแรงกดได้มาก (แต่เปราะเมื่อถูกหัก) ที่เว็บนี้มีวิธีทำเองด้วยครับ

สำหรับประถมปลาย ผมให้ดูคลิปเหล่าการเดินลุยไฟที่เดินได้เพราะขี้เถ้าเป็นฉนวนความร้อน:

และการทดลอง(ที่อันตรายที่สุดถ้าพลาด) ดูว่าเอามือของเราไปจุ่มในตะกั่วเหลวร้อนๆได้หรือไม่ ถ้าได้ทำอย่างไร:

ปรากฏว่าทำได้ครับถ้าตะกั่วเหลวนั้นร้อนมากๆ (ตะกั่วเริ่มเป็นของเหลวที่ประมาณ 330 องศาเซลเซียส ในการทดลองเขาต้มตะกั่วจนร้อนประมาณ 450 องศาเซลเซียส) แล้วเอามือจุ่มน้ำให้เปียก แล้วจุ่มลงไปในตะกั่วแป๊บเดียวแล้วดึงออก (ถ้าตะกั่วไม่ร้อนมากพอ เวลาเอามือไปจุ่ม ตะกั่วจะเย็นลงพอเพียงที่จะเป็นของแข็งแล้วติดนิ้วขึ้นมาทำให้เป็นอันตราย)

สาเหตุที่สามารถจุ่มนิ้วเข้าไปในตะกั่วเหลวร้อนมากๆแล้วไม่เป็นอันตรายก็เพราะน้ำที่ติดนิ้วอยู่จะโดนความร้อนจากตะกั่วจนกลายเป็นไอน้ำ เจ้าไอน้ำจะเป็นตัวกั้น เป็นฉนวนความร้อนป้องกันไม่ให้ความร้อนจากตะกั่วทำอันตรายนิ้วได้ แต่ถ้าแช่ไว้นานๆน้ำก็จะระเหยเป็นไอหมดและนิ้วก็จะไหม้ได้

ปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องเดียวกับเวลาเราหยดน้ำไปบนกระทะร้อนๆแล้วหยดน้ำลอยอยู่บนกระทะได้นานๆ เราจะสังเกตได้ว่าเวลากระทะร้อนแต่ยังไม่ร้อนมากพอ เมื่อเราหยดน้ำลงไปน้ำจะฟู่ๆแล้วระเหยหายไปอย่างรวดเร็ว นี่เป็นเพราะความร้อนจากกระทะทำให้หยดน้ำส่วนที่ติดกับกระทะร้อนกลายเป็นไอ แต่เมื่อกระทะร้อนขึ้นมากๆ ไอน้ำที่เกิดขึ้นจะเกิดขึ้นเร็วพอและมากพอที่จะกลายเป็นชั้นไอน้ำรองรับหยดน้ำให้ลอยอยู่เหนือกระทะนานๆเนื่องจากชั้นไอน้ำนำความร้อนได้ช้ากว่าเวลาหยดน้ำติดกับกระทะตรงๆ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “ปรากฏการณ์ลีเดนฟรอสท์” (Leidenfrost Effect)

มีคลิปลีเดนฟรอสท์ที่น่าสนใจแต่ไม่ได้ให้เด็กดูเพราะเวลาหมด เลยมาบันทึกไว้ตรงนี้เผื่อมีคนสนใจครับ:

ปรากฎว่าถ้าทำพื้นผิวให้หยักๆเป็นฟันเลื่อย จะสามารถบังคับให้หยดน้ำเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต้องการด้วยครับ

มีคนทำให้หยดน้ำวิ่งเป็นวงกลมด้วยครับ: