Category Archives: education

วิทย์ประถม: การสั่นสะเทือน, โคลนแป้งข้าวโพด

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ได้คุยกันเรื่องการสั่นสะเทือนต่อ ได้เล่นกับโคลนแป้งข้าวโพดซึ่งถ้ากดช้าๆมันจะไหลเป็นของเหลวและนิ้วเราจะจมลงไปได้ ถ้ากดแรงๆมันจะแข็งตัวเป็นของแข็งและนิ้วเราจะติดอยู่ที่ผิว เราใช้การสั่นสะเทือนที่ความถึ่เหมาะๆให้โคลนตั้งตัวสูงขึ้นมาครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ โดยดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย อันนี้เรื่องยิงธนูผ่านตัวคน:

และดูกลแรกในคลิปนี้ที่ทำให้เหรียญหายไปครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

เราคุยกันเรื่องการสั่นสะเทือนจากลำโพงต่อจากคราวที่แล้ว เสียงสูง=ความถี่การสั่นสูง และเสียงต่ำ=ความถี่การสั่นต่ำ วันนี้เราจะเอาการสั่นสะเทือนที่ความถี่พอเหมาะมาเล่นกับโคลนแป้งข้าวโพดครับ

ผมให้เด็กๆดูรูปวาดโมเลกุลของแป้งจากเว็บนี้ครับ จะเห็นได้ว่าโมเลกุลมีขนาดใหญ่เกิดจากโมเลกุลน้ำตาลกลูโคสมาต่อกันเป็นเส้นยาวๆที่มีขนาดไม่แน่นอนครับ แต่ลักษณะมันจะเป็นเส้นยาวๆ:

ตัวอย่างโมเลกุลแป้ง

แป้งมีอยู่ในอาหารหลายๆชนิดเช่นข้าว ขนมปัง เกี๊ยว เส้นก๊วยเตี๋ยว เวลาเราเคี้ยวข้าวแล้วอมไว้ น้ำย่อยในน้ำลายของเราจะทำให้แป้งบางส่วนแตกตัวเป็นโมเลกุลน้ำตาล ทำให้เรารู้สึกว่ามันหวานขึ้น

เวลาเราเอาแป้งข้าวโพดไปละลายน้ำให้ข้นๆ(เหมือนโคลน) โมเลกุลยาวๆของมันจะลอยอยู่ในน้ำ พันกันยุ่งๆ ไขว้กันไปมา ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนคนช้าๆ โมเลกุลจะมีเวลาค่อยๆขยับผ่านกัน เราจึงไม่รู้สึกถึงแรงต้านมากนัก เหมือนกับคนของเหลวธรรมดา แต่ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนไปคนเร็วๆ โมเลกุลจะไม่มีเวลาขยับผ่านกัน มันจะยังพันกันเกี่ยวกันอยู่ แรงต้านที่นิ้วหรือช้อนจะเยอะมาก เราจะเห็นว่าเจ้าแป้งข้าวโพดละลายน้ำกลายเป็นของแข็งทันทีเมื่อเราไปคนมันเร็วๆ

นอกจากคนน้ำแป้งแล้วเรายังจะสามารถเอานิ้วไปจิ้มๆเร็วๆหรือไปบีบมันเร็วๆ เราจะรู้สึกว่ามันเป็นของแข็ง แต่ถ้าเอานิ้วไปจิ้มช้าๆนิ้วเราจะจมลงไปเหมือนจิ้มนิ้วลงไปในของเหลวหนืดๆ  ถ้าโยนไปมาเร็วๆเจ้าแป้งผสมน้ำนี้ก็จะจับตัวเป็นก้อนแข็ง แต่ถ้าหยุดโยนเมื่อไร มันก็จะเลิกแข็งตัวแล้วไหลเป็นของเหลวหนืดๆอีก ตัวอย่างเช่นในคลิปนี้ครับ:

นอกจากเราจะใช้นิ้วจิ้มแล้ว เรายังให้คลื่นเสียงมาช่วยจิ้มด้วยก็ได้ ถ้าเราเอาถาดพลาสติกบางๆวางไว้บนลำโพง เทโคลนแป้งข้าวโพดลงไป ) แล้วเปิดเสียงที่ความถี่ประมาณ 30-50 Hz ให้แป้งเต้นเป็นสัตว์ประหลาดได้ เพราะจังหวะที่คลื่นเสียงมากระทบโคลนเป็นจังหวะมันทำให้โคลนกลายเป็นของแข็งได้พอสมควร:

ต่อไปนี้คือข้อมูลเพิ่มเติมที่ผมไม่ได้พูดในเวลาเรียนแต่มาเขียนไว้ที่นีเผื่อมีเด็กสนใจนะครับ: เรามีคำเรียกความยากง่ายเวลาเราคนของเหลวว่า “ความหนืด” ของเหลวอะไรคนยากเช่นน้ำผึ่งเราก็เรียกว่ามีความหนืดสูง ของเหลวอะไรคนง่ายเช่นน้ำเปล่าเราก็เรียกว่ามีความหนืดต่ำ โดยปกติความหนืดจะลดลงเมื่อของมีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่ไม่ขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้า เจ้าแป้งข้าวโพดผสมน้ำเป็นของเหลวที่ไม่ปกติ เนื่องจากความหนืดของมันขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้าด้วย ถ้าเราคนเร็วมากๆมันจะหนืดมากจนกลายเป็นของแข็งไปเลย ของเหลวที่ความหนืดขึ้นกับความเร็วในการคนเรียกว่า Non-Newtonian Fluid ตัวอย่างอื่นๆของ Non-Newtonian fluid ก็มีเช่น ทรายดูด (ถ้าเราตกไปแล้วขยับตัวเร็วๆมันจะฝืดมาก ทำให้เราหมดแรงและออกมาไม่ได้และอดน้ำหรืออาหารตาย วิธีรอดคือค่อยๆขยับตัวช้าๆมากๆเข้าหาฝั่ง) ซอสมะเขือเทศ (ถ้าอยู่เฉยๆจะหนืดมาก ถ้าเขย่าหรือตบจะหนืดน้อย)  Silly Putty (ถ้าทิ้งไว้นานๆจะไหลสู่ที่ตำ่เหมือนของเหลว ถ้าบีบช้าๆจะนิ่ม ถ้าโยนใส่พื้นจะกระเด้ง ถ้าทุบแรงๆจะแตกออกเป็นเสี่ยงๆเหมือนแก้วแตก)

ความจริงเรื่อง Non-Newtonian fluid มีรายละเอียดมากกว่านี้ แต่ผมยกตัวอย่างให้พอเข้าใจกันโดยทั่วๆไป ถ้าสนใจเข้าไปที่ลิงค์แล้วดูรายละเอียดเพิ่มเติมนะครับ

วิทย์ประถม: ลำโพงทำงานอย่างไร, ความถี่การสั่นสะเทือน=เสียงสูงเสียงต่ำ

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เราหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล แล้วเรียนเรื่องเสียงและการสั่นสะเทือนกันต่อ ดูว่าลำโพงทำงานอย่างไร เห็นความถี่ของการสั่นของลำโพงและเสียงสูงเสียงต่ำ เห็นว่าความถี่การสั่นบางความถี่ที่พอดีจะทำให้เกิดการสั่นมากๆของสิ่งต่างๆเช่นโต๊ะไม้ที่วางลำโพง หรือของเล็กๆที่วางบนลำโพง (ซึ่งคือ resonance นั่นเอง) เปรียบเทียบกับการผลักชิงช้าอย่างไรให้แกว่งมากๆ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ โดยดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ต่อจากนั้นผมก็เอาลำโพงมาให้เด็กๆดูครับ

ลำโพงทำงานโดยมีแผ่นกระดาษหรือพลาสติกบางๆติดอยู่กับขดลวดที่ถูกล้อมรอบด้วยแม่เหล็ก เมื่อมีกระแสไฟฟ้าวิ่งเข้าขดลวดก็จะทำให้ขดลวดเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดการผลักและดูดกับแม่เหล็กทำให้ขดลวดและแผ่นกระดาษหรือพลาสติกบางๆขยับตัว ดันอากาศออกมาเป็นคลื่นเสียง ลำโพงเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนไหวที่ทำให้เกิดการสั่นของอากาศที่เป็นเสียงนั่นเอง

บน YouTube มีวิดีโออธิบายละเอียดโดยผ่าดูข้างในครับ:

ส่วนไมโครโฟนเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานในทางกลับกัน คือเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนการเคลื่อนไหวจากคลื่นเสียงให้กลายเป็นสัญญาณไฟฟ้า ในทางหลักการแล้วเราสามารถมองไมโครโฟนเป็นลำโพงที่เราไม่ได้ป้อนสัญญาณไฟฟ้าเข้าไป แต่มีคลื่นเสียงมากระทบแผ่นกระดาษด้านหน้าทำให้ขดลวดด้านหลังสั่น ขดลวดที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะมีกระแสไฟฟ้าวิ่ง เราสามารถเอากระแสไฟฟ้าเหล่านั้นไปใช้ต่อได้ เช่นบันทึกว่าไมโครโฟนรับเสียงอะไรมาบ้าง

เด็กๆได้สังเกตการสั่นสะเทือนของลำโพงที่ความถี่ต่างๆ (ความถี่สร้างด้วยโปรแกรม Sonic by Von Bruno ครับ) ให้รู้จักการสั่นสะเทือนนับเป็นหน่วยเฮิร์ตซ์ (Hz) เท่ากับหนึ่งครั้งต่อวินาที เราจะได้ยินเสียงดังชัดเจนเมื่อการสั่นสะเทือนสั่นในช่วงไม่กี่ร้อย Hz ถึงไม่กี่พัน Hz ซึ่งเป็นเสียงที่สำคัญในการดำรงชีวิตประจำวัน ได้สังเกตว่าความถี่สูงเราจะได้ยินเสียงสูง ความถี่ต่ำจะได้ยินเสียงต่ำ

ได้ดูการสั่นสะเทือนถ่ายด้วยกล้องสโลโมชั่น:

ได้เปรียบเทียบการกระเด้งของเม็ดโฟมเมื่อมีการสั่นสะเทือนความถี่ต่างๆ ถ้าตอนลำโพงสั่นลำโพงเคลื่อนที่ชนเม็ดโฟมตอนมันตกลงมาพอดีก็จะทำให้กระเด้งสูงขึ้น เหมือนกับการผลักชิงช้าที่เหมาะสมให้แกว่งมากขึ้น:

วิทย์ประถม: คลื่นเสียงและการสั่นสะเทือน ส่งเสียงไปตามท่อ โทรศัพท์เส้นเชือก

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมครับ เราหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล ดูคลื่นในสปริงจำลองการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง ส่งเสียงผ่านท่อยางที่ป้องกันไม่ให้คลื่นเสียงกระจายและอ่อนกำลังลง และเล่นของเล่นโทรศัพท์แก้วพลาสติก+เชือกกันครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลสั้นๆสองคลิปนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน วันนี้คือกลห่วง และตัดตัวในกล่องครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

เราคุยกันเรื่องเสียงต่อจากสัปดาห์ที่แล้ว (วิทย์ประถม: เสียง กล่องเสียง หู และปี่หลอด) ผมเล่าว่างเราได้ยินเสียงเพราะการสั่นสะเทือนทำให้อากาศหรือตัวกลางอื่นๆเปลี่ยนรูปร่างทำให้เกิดคลื่นเสียงวิ่งมาเข้าหูเราทำให้แก้วหูเราสั่น เช่นเมื่อเราตะโกน การสั่นสะเทือนจากในคอของเราจะทำให้อากาศสั่นตาม การสั่นสะเทือนชองอากาศจะกระจายจากปากของเราออกไปทุกทิศทาง เมื่อระยะไกลมากขึ้นขนาดของการสั่นสะเทือนจะลดลงเรื่อยๆ ทำให้เสียงเบาเกินกว่าที่จะได้ยินเมื่อระยะทางมากพอ

ถ้าเรามีวิธีบังคับให้การสั่นสะเทือนวิ่งไปในทิศทางที่เราต้องการ เช่นเอามือป้องปาก หรือพูดผ่านโทรโข่ง เสียงในทิศทางนั้นก็จะดังขึ้น ทำให้เสียงได้ยินไกลมากขึ้น

ถ้าเราบังคับให้เสียงวิ่งไปตามท่อยาง การสั่นสะเทือนส่วนใหญ่จะวิ่งไปตามอากาศในท่อยาง ทำให้สามารถฟังเสียงกระซิบไกลๆได้ คนเราใช้วิธีส่งเสียงไปตามท่อนี้ในตึกหรือในเรือโดยไม่ต้องใช้โทรศัพท์หรือวิทยุมานานเป็นพันปีแล้วครับ วันนี้เราเล่นโดยติดกรวยพลาสติกที่ปลายทั้งสองของสายยางยาวๆ แล้วให้เด็กๆผลัดกันพูดเบาๆและฟัง พบว่าได้ยินชัดดีมากๆ

เนื่องจากเราไม่เห็นอากาศสั่น ผมจึงเอาสปริงยาวๆมาให้เด็กๆดูเป็นแบบจำลองว่าคลื่นในสปริงเป็นตัวอย่างคล้ายๆคลื่นในอากาศ ให้เด็กๆขยับสปริงดู เห็นว่าคลื่นวิ่งผ่านกันได้

Posted by Pongskorn Saipetch on Tuesday, 30 November 2021

จากนั้นเราก็เล่นของเล่นโทรศัพท์ที่ทำจากถ้วยพลาสติกสองอันที่เชื่อมกันด้วยเชือกยาวๆ เมื่อดึงให้เชือกตึง การสั่นสะเทือนที่ถ้วยหนึ่งจะส่งผ่านเชือกไปทำให้อีกถ้วยหนึ่งสั่นสะเทือนตาม ทำให้สามารถพูดที่ถ้วยหนึ่งแล้วอีกคนฟังอีกถ้วยได้

ถ้าเชือกหย่อนการหรือใช้วัสดุยืดหยุ่นเช่นสปริง หรือหนังยาง เสียงก็จะไปไม่ถึงอีกถ้วย (แต่จะได้ยินเสียงแปลกๆถ้าลองดีดสปริงหรือหนังยางดู)

ถ้าวัสดูที่ทำถ้วยหนาหรือแข็งเกินไป การสั่นสะเทือนจากการพูดจะทำให้ถ้วยสั่นน้อย ทำให้อีกข้างไม่ค่อยได้ยิน

พออธิบายว่าของเล่นทำได้อย่างไร เด็กๆก็แยกย้ายกันเล่นครับ: