ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล วันนี้เด็กทำการทดลองเกี่ยวกับคุณสมบัติของน้ำเช่นความจุความร้อนสูง (ใช้ระบายความร้อนสิ่งต่างๆได้ดี) ขนาดเปลี่ยนแปลงยาก (ใช้สร้างเครื่องทุ่นแรงเช่นแม่แรงยกของ) และเมื่อกลายเป็นของแข็งมีความหนาแน่นต่ำกว่าของเหลว (ทำให้น้ำแข็งลอยอยู่เหนือน้ำ และดวงจันทร์ของดาวเสาร์ที่ชื่อ Enceladus ซึ่งผิวปกคลุมด้วยน้ำแข็งแต่ยังมีมหาสมุทรอยู่ภายใต้–น่าสำรวจหาสิ่งมีชีวิต)
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลตัดมือครับ:
กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ
เราทำการทดลองเกี่ยวกับน้ำกัน อันแรกเอาขวดพลาสติกใส่น้ำเต็มปิดฝาไม่มีอากาศภายใน และอีกขวดที่ภายในมีแต่อากาศ ให้เด็กๆบีบเปรียบเทียบกัน ขวดที่มีน้ำจะไม่เล็กลง ขวดที่มีอากาศจะเล็กลงได้
เอาหลอดฉีดยาขนาดเดียวกันมาสองอัน อันหนึ่งใส่น้ำเต็มและไล่อากาศให้ออกไปให้หมดไม่ให้มีฟองเหลือ อีกอันมีแต่อากาศภายในหลอด เมื่อเราเอามืออุดปลายหลอดฉีดยาและพยายามดันก้านหลอดฉีดยาให้ภายในหลอดมีขนาดเล็กลง หลอดที่มีน้ำจะไม่ขยับเลย หลอดที่มีแต่อากาศจะขยับทำให้ปริมาตรอากาศเล็กลงและเมื่อปล่อยมือปริมาตรอากาศจะขยายกลับมาเท่าเดิม
การทดลองสองอย่างข้างต้น แสดงให้เด็กๆเข้าใจว่าน้ำเปลี่ยนขนาด(ปริมาตร)ได้ยากมากด้วยการกด แต่อากาศเปลี่ยนขนาดได้ง่ายมาก
เราใช้หลักการที่น้ำไม่เปลี่ยนขนาดนี้สร้างแม่แรงไฮดรอลิก โดยเราเอาหลอดฉีดยาขนาดเล็กสูบน้ำให้เต็มแล้วต่อกับหลอดขนาดใหญ่ที่มีน้ำอยู่ข้างในบ้าง สิ่งที่สำคัญคือต้องระวังไม่ให้มีฟองอากาศอยู่ในหลอดทั้งสองเลย เมื่อกดหลอดเล็ก แรงที่หลอดใหญ่จะเพิ่มขึ้นหลายเท่า (= อัตราส่วนพื้นที่หน้าตัดหลอดใหญ่ต่อหลอดเล็ก) ถ้าเด็กๆกดหลอดเล็ก ผู้ใหญ่ตัวโตๆอย่างผมกดที่หลอดใหญ่ เด็กๆก็จะสามารถเอาชนะผมได้ครับ
สาเหตุที่เด็กๆสามารถใช้หลอดฉีดยาอันเล็กชนะผมที่ใช้หลอดฉีดยาอันใหญ่ก็เพราะความสัมพันธ์เรื่องความดันและแรงกดครับ ความดันคือแรงต่อพื้นที่ เวลาเรามีหลอดขนาดต่างกันใส่น้ำไว้ พอกดหลอดหนึ่ง ความดันมันส่งผ่านน้ำไปอีกหลอดหนึ่งทำให้สามารถเป็นตัวคูณแรงได้ถ้าพื้นที่หน้าตัดของหลอดอีกหลอดใหญ่กว่าพื้นที่หน้าตัดหลอดแรก
วิธีทำแม่แรงจากหลอดฉีดยา
คำอธิบายสำหรับเด็กที่โตๆหน่อยครับ
ผมเคยบันทึกกิจกรรมนี้ไว้ในช่องเด็กจิ๋ว & ดร. โก้ครับ:
อีกการทดลองหนึ่งที่เราเล่นกันคือลูกโป่งลนไฟ เราเอาลูกโป่งสองลูกมาลนไฟดูครับ ลูกหนึ่งมีแต่อากาศที่เราเป่าเข้าไปข้างใน อีกลูกเราใส่น้ำไว้ในลูกโป่งด้วย
เราพบว่าลูกโป่งที่ไม่มีน้ำใส่ไว้พอถูกไฟก็แตกอย่างรวดเร็ว เพราะยางถูกไฟก็มีอุณหภูมิสูงขึ้นจนเปลี่ยนสภาพและฉีกขาดออกจากกัน แต่สำหรับลูกโป่งที่ใส่น้ำไว้ เราสามารถลนไฟไว้ได้นานๆโดยที่มันไม่แตกเลย แต่ถ้าเราเอาไฟไปถูกยางตรงที่ไม่มีน้ำหล่อเลี้ยงไว้ ยางตรงนั้นก็จะขาดออกทำให้ลูกโป่งแตกเหมือนกัน
สาเหตุที่ลูกโป่งที่มีน้ำหล่อเลี้ยงอยู่ทนไฟอยู่ได้นานๆก็เพราะน้ำสามารถดูดซับความร้อนได้เยอะ เมื่อเราเอาไฟไปลนลูกโป่ง ยางของลูกโป่งก็จะร้อนขึ้น แต่เนื่องจากยางมีความบางและอยู่ติดกับน้ำ ความร้อนส่วนใหญ่ก็ถูกน้ำรับเอาไปหมด น้ำจะอุ่นขึ้นนิดหน่อยแต่อุณหภูมิไม่สูงพอที่จะทำให้ยางขาดได้ (แต่ถ้าเราใช้ยางที่หนาๆกว่าลูกโป่ง มันก็เป็นไปได้ว่ายางจะไหม้ไฟนะครับ เนื่องจากยางหนาทำให้ส่งถ่ายความร้อนไปยังน้ำที่อยู่ด้านตรงข้ามกับไฟไม่ทัน ยางด้านที่ใกล้ไฟอาจจะมีอุณหภูมิสูงเกินไปทำให้ติดไฟได้)
หลักการที่ว่าน้ำสามารถดูดซับความร้อนได้เยอะถูกใช้ในหม้อน้ำรถยนต์ ที่เราใช้น้ำไปดึงความร้อนออกมาจากเครื่องยนต์ที่เผาเชื้อเพลิงอยู่ แล้วมาระบายความร้อนที่รังผึ้งที่ใช้พัดลมเป่าให้ความร้อนออกไปกับอากาศที่ไหลผ่าน ถ้าระบบหม้อน้ำเสีย เครื่องยนต์ก็จะร้อนจัด จนละลายและหยุดทำงาน นอกจากนี้น้ำยังเป็นตัวควบคุมอุณหภูมิไม่ให้กระโดดไปมาเร็วๆด้วย เช่นในทะเลทรายที่น้ำน้อย ตอนกลางวันก็ร้อนจัด กลางคืนก็หนาว ในที่ที่มีน้ำเยอะๆ น้ำจะช่วยดูดซับเอาความร้อนไปในตอนกลางวัน และปล่อยความร้อนออกมาในตอนกลางคืน ทำให้ไม่ร้อนไม่หนาวต่างกันเกินไป
คลิปการทดลองที่เคยบันทึกไว้ในอดีตครับ:
ถ้าใช้ไฟแรงๆจากเครื่องพ่นไฟทำอาหาร (Culinary Torch) เพื่อให้ยางลูกโป่งถ่ายเทความร้อนให้น้ำไม่ทันจะได้ระเบิดแล้วถ่ายเป็นวิดีโอสโลโมชั่นไว้ครับ:
ผมเล่าให้เด็กๆฟังด้วยว่าร่างกายคนเรามีความหนาแน่นพอๆกับน้ำ เพราะร่างกายเราประกอบด้วยน้ำเป็นส่วนใหญ่ มีส่วนที่หนาแน่นกว่าน้ำเช่นกระดูก และบางส่วนที่หนาแน่นน้อยกว่าน้ำเข่นปอดที่มีอากาศและไขมัน พอรวมๆกันก็เลยลอยปร่ิมๆน้ำ ถ้าน้ำไม่มีคลื่นเราสามารถลอยไปได้เรื่อยๆด้วยท่าปลาดาวหรือท่าแมงกระพรุนไปเรื่อยๆ และให้ดูการแสดงแม่ชีลอยน้ำในคลิปนี้ครับ:
คลิปกิจกรรมที่เด็กๆเล่นกันในครั้งนี้ กดโลโก้ Facebook สีฟ้าที่มุมขวาบนเพื่อไปดูนะครับ:
