Category Archives: education

วิทย์ประถม: ความเฉื่อย, ตอกและงัดตะปู, คานดีดคานงัด

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ประถมต้นได้ทดลองเล่นกับความเฉื่อย ประถมปลายหัดตอกและงัดตะปู เรียนรู้เรื่องคาน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน กลวันนี้คือเสกให้คนลอยครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ผมเล่าเรื่องการระเบิดของแอมโมเนียมไนเตรตที่เมืองเบรุตสัปดาห์ที่แล้วให้เด็กๆฟังด้วยข้อมูลจาก “วิทย์ม.ต้น: หัดเป็นนักสืบโคนันจากวิดีโอระเบิดในเบรุต, เปรียบเทียบระเบิดนิวเคลียร์, ทดลองทำให้กระป๋องสมดุล” และภาพข้างล่างนี้ครับ:

ภาพจาก https://www.compoundchem.com/2020/08/05/ammonium-nitrate/

จากนั้นผมคุยกับเด็กประถมต้นเรื่องความเฉื่อย

“ความเฉื่อย” หรือ Inertia (อ่านว่า อิ-เนอร์-เชียะ) เป็นคุณสมบัติของวัตถุทุกๆอย่างครับ เป็นคุณสมบัติของวัตถุต่างๆที่ไม่อยากเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าอยู่เฉยๆก็จะอยู่เฉยๆไปเรื่อยๆจนมีอะไรมาทำอะไรกับมัน ถ้าเคลื่อนที่อยู่แล้วก็ไม่อยากหยุด ไม่อยากวิ่งเร็วขึ้นหรือช้าลง ไม่อยากเลี้ยว ถ้าจะทำให้หยุด หรือเร็วขึ้นช้าลง หรือเลี้ยว ก็ต้องมีแรงมากระทำกับมัน เราเรียกปริมาณความเฉื่อยของวัตถุแต่ละชิ้นว่า “มวล” ของวัตถุ

บนโลก เราพูดถึงนำ้หนักซึ่งคือแรงดึงดูดระหว่างมวลของโลกและมวลของวัตถุ เราเรียกแรงดึงดูดระหว่างมวลนี้ว่าแรงโน้มถ่วง วัตถุไหนมวลมากน้ำหนักที่ชั่งที่ผิวโลกก็หนักมาก

ในอวกาศไกลๆจากโลก แม้ว่าวัตถุนั้นจะมีน้ำหนักน้อยมากๆ (เพราะน้ำหนักคือแรงดึงดูดจากโลกมีค่าน้อยลงเมื่อห่างจากโลก) มวลหรือความเฉื่อยของมันก็ยังมีอยู่เหมือนเดิม และทำให้วัตถุไม่อยากเปลี่ยนแปลงการหยุดนิ่งหรือเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าจะเปลี่ยนแปลง ก็ต้องมีแรงอะไรไปผลักดันดูดดึงมัน

สำหรับกลความเฉื่อยของเหรียญ เราเอากระดาษขนาดแบ็งค์ยี่สิบมาวางบนปากขวดแก้ว แล้วเอาเหรียญสักสองสามเหรียญทับไว้ แล้วให้เด็กๆพยายามเอากระดาษออกมาโดยไม่จับเหรียญ และให้เหรียญอยู่บนขวดเหมือนเดิมครับ

เฉลยคือ เราเอานิ้วชี้และนิ้วกลางไปแตะน้ำให้ชื้นๆนิดหน่อย แล้วใช้สองนิ้วนั้นตีเร็วๆที่กระดาษ กระดาษจะติดนิ้วออกมาอย่างรวดเร็ว แต่เหรียญมีความเฉื่อยอยู่ไม่อยากขยับไปไหน จึงอยู่ที่ปากขวดเหมือนเดิม

อีกการทดลองหนึ่งก็คือก็เอากระดาษแข็งหรือไม้ไอติมไปวางปิดปากถ้วยพลาสติก แล้วเอาเหรียญไปวางไว้ข้างบน ถ้าเราเคาะหรือดีดกระดาษแข็งในแนวนอน เหรียญก็จะไม่ค่อยขยับ ถ้าจะขยับนิดหน่อยก็เพราะความฝืดจากกระดาษ ถ้าเราดีดกระดาษแข็งเร็วพอ กระดาษก็จะกระเด็นไป ขณะที่เหรียญตั้งอยู่ที่เดิม แล้วก็ตกลงไปในถ้วย ถ้าเราเลื่อนกระดาษช้าๆ แรงเสียดทานจากกระดาษก็จะเพียงพอที่จะลากเหรียญไปด้วย แต่เมื่อเราดีดกระดาษออกไปอย่างรวดเร็ว แรงเสียดทานจากกระดาษไม่เพียงพอที่จะพาเหรียญให้ติดไปกับกระดาษได้ เหรียญจึงอยู่เกือบๆที่เดิม และเมื่อไม่มีกระดาษรองอยู่ โลกก็ดึงดูดเหรียญให้ตกลงไปในถ้วย

คลิปการทดลองจะเป็นประมาณนี้ครับ:

เด็กๆแยกย้ายทดลองกันครับ:

สำหรับเด็กประถมปลาย เราคุยกันเรื่องเครื่องทุ่นแรงต่อจากสัปดาห์ที่แล้ว สัปดาห์นี้ผมให้หัดตอกและงัดตะปู การงัดตะปูเป็นการใช้คานเป็นเครื่องทุ่นแรงครับ

ผมก็สาธิตวิธีการตอกตะปูเข้าไปในไม้ให้ดู ให้เด็กๆพยายามดึงตะปูออกด้วยมือเปล่าซึ่งเด็กๆก็ไม่สามารถดึงออกได้ แล้วผมก็สาธิตการถอนตะปูโดยใช้ค้อนงัดออก

ผมอธิบายให้เด็กๆฟังว่าการงัดตะปูด้วยค้อนเป็นตัวอย่างหนึ่งของเครื่องทุ่นแรงที่เรียกว่าคาน โดยหลักการก็คือเราต้องมีแท่งอะไรแข็งๆที่ขยับรอบๆจุดๆหนึ่งที่เรียกว่าจุดหมุน โดยที่เราจะจับแท่งนี้สักตำแหน่งแล้วออกแรง โดยที่สิ่งที่เราพยายามถอนหรือยกจะติดกับคานอีกตำแหน่งหนึ่ง ถ้าระยะทางจากมือเราไปยังจุดหมุนยาวกว่าระยะจากสิ่งที่เราจะถอนหรือยกไปยังจุดหมุน คานก็จะผ่อนแรงเราให้เราใช้แรงน้อยลง

ภาพจาก https://etc.usf.edu/clipart/67200/67264/67264_proportions.htm

ยกตัวอย่างเช่นในรูปข้างบน ระยะทางจากตะปูที่เราจะถอนไปยังจุดหมุน (d) น้อยกว่าระยะทางจากจุดหมุนไปที่มือเราจับด้ามค้อน (D) ประมาณห้าเท่า ค้อนก็ทำหน้าที่ผ่อนแรงเราไปห้าเท่าทำให้เรางัดตะปูออกมาโดยไม่ยากเท่าไร

การผ่อนแรงนี้ไม่ได้มาฟรีๆ เราออกแรงน้อยลงก็จริง แต่ต้องขยับเป็นระยะทางมากขึ้นเพื่อแลกกับการออกแรงน้อยลง

พอเด็กๆรู้วิธีก็แยกย้ายกันทดลองเองครับ:

วิทย์ม.ต้น: เล่นแบบจำลองความเสียหายจากระเบิด, รู้จักใช้คำสั่ง Goal Seek ในสเปรดชีต

วันนี้เราคุยเรื่องเหล่านี้กันครับ:

  1. เราดูคลิประเบิดต่างๆ รู้จักการทำงานของดินปืนที่เผาไหม้ (deflagration) ที่ความเร็วการเผาไหม้น้อยกว่าความเร็วเสียง เปรียบเทียบกับการระเบิด (detonation) ที่การเผาไหม้เร็วกว่าความเร็วเสียง และคลิปการระเบิดต่างๆ:

2. เข้าใจการทำงานของลูกกระสุนในปืน, ลูกกระสุนมักจะทำจากโลหะที่หนาแน่นและอ่อนเช่นตะกั่ว, ลำกล้องเรียบไม่แม่นยำเท่าลำกล้องเกลียวเพราะกระสุนในลำกล้องเรียบไม่ได้วิ่งออกไปในทิศทางขนานลำกล้องเป๊ะๆ และลำกล้องเกลียวทำให้กระสุนหมุนทำให้รักษาทิศทางดีขึ้น (เหมือนขว้างลูกอเมริกันฟุตบอลให้หมุนจะได้วิ่งไปตรงๆและไกลๆ ตามกฎอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม), หัวกระสุนตะกั่วมักจะหุ้มทองแดงเพื่อไม่ให้ตะกั่วหลุดติดเกลียวลำกล้องทำให้ลำกล้องภายในเล็กลง เพิ่มความดันในลำกล้อง และอาจทำให้กระสุนค้างในลำกล้องหรือลำกล้องแตกได้

ภาพตัดขวางกระสุนแบบต่างๆ ภาพจาก https://www.wired.com/2013/07/incredible-cross-sections-of-real-ammunition/
ลำกล้องเรียบ (smooth bore) และลำกล้องมีเกลียว (rifle) ภาพจาก http://www.abovetopsecret.com/forum/thread743919/pg1

3. ทดลองดูแบบจำลองความเสียหายจากระเบิดนิวเคลียร์ขนาดต่างๆ โดยสามารถเลือกจุดที่ระเบิด ระเบิดบนเป้าหมายที่พื้นหรือเหนือเป้าหมาย (กดดูลิงก์ใต้ภาพดูนะครับ)

ทดลองเล่นได้ที่เว็บ https://outrider.org/nuclear-weapons/interactive/bomb-blast/
อันนี้ระเบิดแถวบ้านผมด้วยระเบิดขนาดที่ลงที่ฮิโรชิมา
ทดลองเล่นได้ที่ https://nuclearsecrecy.com/nukemap/
อันนี้ผมทดลองระเบิดขนาด 1 กิโลตัน (พลังงานพอๆกับระเบิดที่เบรุตเมื่อวันที 4 สิงหา 2020 ) ตรงอนุสาวรีย์ประชาธิปไตย

4. เด็กๆได้รู้จักคุณ Tsutomu Yamaguchi ที่รอดชีวิตจากระเบิดนิวเคลียร์สองลูก ทั้งที่ฮิโรชิมา และนางาซากิ แล้วมีชีวิตยืนยาวจนถึง 93 ปี เสียชีวิตเมื่อปี 2010

5. เด็กๆได้รู้จักคุณ Stanislav Petrov ผู้ตัดสินใจไม่ยิงขีปนาวุธนิวเคลียร์จากสหภาพโซเวียตเมื่อปี 1983 เมื่อได้รับสัญญาณเตือนภัยจากดาวเทียมว่ามีขีปนาวุธ 1 ตามด้วย 5 ลูกยิงมาจากสหรัฐอเมริกา คุณ Petrov ไม่ยิงตอบโต้เพราะคาดว่าสัญญาณเตือนภัยเป็นสัญญาณผิดพลาด ซึ่งก็เป็นอย่างนั้นจริงๆ พวกเราจึงยังมีชีวิตอยู่ทุกวันนี้ครับ ไม่งั้นคงมีสงครามโลกครั้งที่ 3 และเราอาจจะสูญพันธุ์ไปแล้ว

6. เด็กๆได้รู้จัก Goal Seek ในสเปรดชีต ที่จะทำหน้าที่ลองเปลี่ยนค่าในเซลล์ของสเปรดชีตไปมา เพื่อให้ได้สิ่งที่เราต้องการ เช่นการบ้านจากสัปดาห์ที่แล้วที่ให้เด็กๆไปทดลองเปลี่ยนอัตราเงินเฟ้อเพื่อหาคำตอบว่าถ้าสินค้าราคาเพิ่มเป็น 2 เท่าในเวลา 1, 2, 3, 6, 10, 36, หรือ 72 ปี อัตราเงินเฟ้อในแต่ละกรณีเท่ากับเท่าไรต่อปี เราสามารถใช้ Goal Seek ให้คอมพิวเตอร์ทำงานแทนเราก็ได้

ตัวอย่างในคลิปข้างล่างนี้คือหาว่าอัตราเงินเฟ้อเฉลี่ยปีละเท่าไรจะทำให้ราคาของเพิ่มเป็นสองเท่าในสิบปี (จริงๆแล้ว(ปัญหาง่ายๆอย่างนี้แก้โดยใช้สูตรยกกำลังตรงๆก็ได้ แต่ Goal Seek ใช้แก้ปัญหาซับซ้อนกว่านี้ได้ เลยให้เด็กๆรู้จักกันไว้)):

ให้เด็กๆได้รู้จัก Goal Seek ในสเปรดชีต ที่จะทำหน้าที่ลองเปลี่ยนค่าในเซลล์ของสเปรดชีตไปมา เพื่อให้ได้สิ่งที่เราต้องการ ตัวอย่างนี้คือหาว่าอัตราเงินเฟ้อเฉลี่ยปีละเท่าไรจะทำให้ราคาของเพิ่มเป็นสองเท่าในสิบปี (ปัญหาง่ายๆอย่างนี้แก้โดยใช้สูตรยกกำลังตรงๆก็ได้ แต่ Goal Seek ใช้แก้ปัญหาซับซ้อนกว่านี้ได้ เลยให้เด็กๆรู้จักกันไว้)

Posted by Pongskorn Saipetch on Friday, August 7, 2020

Goal Seek มีทั้งใน Google Sheets และใน Excel ทดลองเล่นกันดูได้ครับ

ตัวอย่างสเปรดชีตที่เราเล่นกันในชั้นเรียนก็มีอันนี้ที่ใช้ Goal Seek หาอัตราเงินเฟ้อ และอันนี้ใช้ Goal Seek หาว่าต้องขายของกี่ชิ้นถึงจะถึงจุดคุ้มทุน

วิทย์ประถม: สมดุล, คานทุ่นแรง, สะกดจิตไก่

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ประถมต้นได้เรียนรู้เรื่องการทรงตัว และหัดเล่นกลตั้งกระป๋องเอียงๆ ประถมปลายได้เรียนรู้เรื่องการสะกดจิตไก่และเครื่องทุ่นแรงประเภทคานครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน กลวันนี้คือเสกวิญญาณออกมาจากพิรามิดครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

เราคุยกันเรื่องจุดศูนย์ถ่วงกันต่อจากคราวที่แล้ว (วิทย์ประถม: เรียนรู้เรื่องสมดุลและจุดศูนย์ถ่วง) สำหรับเด็กประถมต้นผมอธิบายให้ฟังว่าเมื่อเรายืนอยู่ เท้าของเราจะอยู่ใต้จุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย

เราทำการทดลองโดยไปยืนให้ส้นเท้าและหลังติดกับผนัง แล้วพยายามก้มลงเก็บของที่พื้นโดยไม่งอเข่า เราจะล้มเมื่อพยายามทำอย่างนั้น เพราะเมื่อเราก้มโดยที่เราไม่สามารถขยับน้ำหนักไปข้างหลัง (เพราะหลังติดกำแพงอยู่) จุดศูนย์ถ่วงของเราจะล้ำไปข้างหน้า อยู่ข้างหน้าเท้าของเรา แล้วตัวเราก็จะเริ่มเสียสมดุลย์แล้วล้มในที่สุด:

ถ้าเราสังเกตเวลาเราก้มตัวเก็บของ เราจะมีบางส่วนของร่างกายอยู่แนวหลังเท้าและบางส่วนอยู่แนวหน้าเท้าเสมอ เพราะไม่อย่างนั้นเราจะล้มเนื่องจากจุดศูนย์ถ่วงอยู่นอกบริเวณรับน้ำหนักที่เท้าครับ

จากนั้นผมก็เล่นกลตั้งกระป๋องให้เด็กๆดู:

วิธีทำก็คือใส่น้ำเข้าไปในกระป๋องบ้าง ประมาณ 1/8 กระป๋อง  แล้วจับกระป๋องเอียงให้ก้นที่ตัดเฉียงๆของมันทาบกับพื้น น้ำจะเป็นตัวถ่วงให้มันตั้งอยู่ได้ครับ พอเฉลยเสร็จผมก็ใส่น้ำเข้าไปทีละนิดให้เด็กๆเห็นว่าถ้าใส่น้ำน้อยไปกระป๋องก็ล้ม ถ้าใส่มากไปกระป๋องก็ล้ม ต้องใส่น้ำอยู่ประมาณพอดีๆแล้วจะตั้งกระป๋องได้

เด็กๆแยกย้ายหัดเล่นกันครับ:

สำหรับเด็กประถมปลาย เนื่องจากเด็กๆมีโปรเจ็กเลี้ยงไก่ ผมจึงให้ดูวิธีสะกดจิตไก่ตามคลิปสองอันนี้ บอกว่าเด็กๆควรไปทดลองทำดู:

จากนั้นผมให้เด็กๆรู้จักเครื่องทุ่นแรงที่เรียกว่าคานกันครับ ตอนแรกผมให้เด็กๆพยายามช่วยกันยกให้ตัวผมสูงขึ้นจากพื้น:

เด็กๆพบว่าขยับตัวผมได้ยากมากๆ แต่พอเอาท่อเหล็กมาทำเป็นคานงัด เด็กแต่ละคนก็สามารถยกให้ตัวผมสูงขึ้นมาจากพื้นได้

ผมเอารูปคานทั้งสามแบบให้เด็กๆดู:

จากนั้นผมให้เด็กๆผลัดกันขึ้นมาทดลองเปรียบเทียบแรงที่จับคานประเภท 1 ให้สังเกตว่าถ้าจะจับให้คานทรงตัวอยู่บนจุดหมุน จะต้องออกแรงด้านที่ใกล้จุดหมุนมากกว่าด้านที่ไกล ให้เด็กๆจำความรู้สึกนี้เอาไว้: