วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล ได้ดูคลิปชีวิตความเป็นอยู่นักบินอวกาศในสถานีอวกาศนานาชาติ ได้เข้าใจเรื่องสภาพไร้น้ำหนัก และเล่นแกว่งถาดแกว่งตะกร้าสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมกัน
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้มีกลหนีเหล็กแหลม:
กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ
จากนั้นเด็กๆได้ดูคลิปความเป็นอยู่ของนักบินอวกาศในสถานีอวกาศนานาชาติกัน:
ได้สังเกตว่ามีอาหารแห้งไปผสมน้ำทีหลังเพื่อลดนำ้หนักขนส่งอาหาร รู้ว่าน้ำมีการใช้ซ้ำ recycle และรู้ว่านักบินอวกาศต้องออกกำลังกายสม่ำเสมอเพราะในภาวะไร้น้ำหนัก ถ้าอยู่ไปนานๆกระดูกและกล้ามเนื้อจะเสื่อมลง ต้องออกกำลังกายเพื่อรักษาสภาพครับ
ผมถามเด็กๆว่าเราจะเห็นของต่างๆรวมถึงนักบินอวกาศลอยไปมาเป็นเพราะอะไร เด็กๆตอบว่าเพราะไม่มีแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นความเข้าใจผิดของคนส่วนใหญ่ ในอวกาศยังมีแรงโน้มถ่วงอยู่เสมอ ไม่อย่างนั้นสิ่งต่างๆจะโคจรรอบกันไม่ได้ โลกจะโคจรรอบดวงอาทิตย์ไม่ได้ ดวงจันทร์จะโคจรรอบโลกไม่ได้ ดาวต่างๆโคจรกันเป็นกาแล็กซีไม่ได้ แรงโน้มถ่วงทำหน้าที่เหมือนเชือกที่มองไม่เห็นที่คอยดึงสิ่งต่างๆเข้าหากันทำให้เกิดวงโคจรต่างๆได้
สาเหตุที่สิ่งต่างๆลอยไปมาในสถานีอวกาศเป็นเพราะว่าตัวสถานีอวกาศและของที่อยู่ข้างในโคจรรอบโลกแบบเดียวกัน เป็นการตกเข้าหาโลกแต่ไม่โดนโลกเสมอเพราะมีความเร็วแนวเฉียงที่พอเหมาะ การโคจรที่เหมือนกันนี้ทำให้สิ่งต่างๆไม่ดันหรือดึงกันจึงไม่รู้สึกถึงน้ำหนัก
ปรากฏการณ์เดียวกันนี้สามารถสังเกตได้เมื่อเราอยู่ในลิฟท์ เมื่อลิฟท์เริ่มวิ่งขึ้นเราจะรู้สึกตัวหนักขึ้น เมื่อลิฟท์เริ่มวิ่งลงเราจะรู้สึกตัวเบาลง ท่าลิฟท์สายขาดและไม่มีเบรกเราและลิฟท์ก็จะตกสู่โลกเหมือนๆกัน พื้นลิฟท์และตัวเราจะไม่ดันกันทำให้เราอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก เราจะลอยไปมาเหมือนนักบินอวกาศได้
เราสามารถทำให้เกิดสภาพไร้น้ำหนักบนโลกได้โดยการไปอยู่ในเครื่องบินที่บินขึ้นและลงสลับกัน โดยที่ตอนบินลงเครื่องบินจะบินเหมือนกำลังตกสู่พื้นโลกอย่างอิสระ ทำให้ทุกคนในเครื่องบินลอยตัวไร้น้ำหนัก ดังในคลิปนี้:
ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าถ้าเราต้องการเดินไปเดินมาในยานอวกาศแบบมีน้ำหนักเหมือนกับเราอยู่บนผิวโลกเรามีอย่างน้อยสองทาง วิธีแรกคือเราต้องเร่งความเร็วของยานอวกาศให้เร็วขึ้นเรื่อยๆ พื้นยานอวกาศก็จะดันตัวเราทำให้เรารู้สึกเหมือนกับมีแรงโน้มถ่วงจากพื้นดูดตัวเรา วิธีนี้ต้องใช้พลังงานมาก อีกวิธีคือทำยานให้เป็นรูปทรงกระบอกหรือโดนัทแล้วหมุนไปเรื่อยๆ เมื่อเราอยู่ที่ผนังของยานอวกาศเราจะรู้สึกเหมือนเราถูกดูดให้ติดกับผนัง วิธีนี้ใช้พลังงานน้อยกว่า เพราะแค่ทำให้ยานอวกาศทรงกระบอกหมุนมันก็จะหมุนไปเรื่อยๆไม่ต้องใช้พลังงานเพิ่ม
ผมให้เด็กๆดูฉากหนึ่งจากภาพยนตร์ 2001: A Space Odyssey ตอนที่นักบินอวกาศวิ่งตามผนังของยานอวกาศเหมือนกับวิ่งบนพื้นโลก แสดงว่ายานอวกาศหมุนอยู่
จากนั้นเราเล่นของเล่นเพื่อสร้างความโน้มถ่วงเทียมเหมือนยานอวกาศหมุนอยู่โดยผมเอาถาดสี่เหลี่ยมที่ผูกสี่มุมด้วยเอ็นตกปลาสี่เส้นที่ยาวเท่าๆกัน แล้วรวบเส้นเอ็นเข้าด้วยกันเป็นที่ถือ มาให้เด็กๆดู เอาแก้วน้ำใส่น้ำและลูกปิงปองวางลงไป แล้วก็แกว่งถาดไปมา ให้เด็กๆสังเกตผิวน้ำกัน
เด็กๆสังเกตเห็นผิวน้ำอยู่นิ่งๆ ไม่กระเพื่อมหรือกระฉอกไปมา บางคนคิดว่ามันคือเยลลี่ด้วยซ้ำ ต้องเอานิ้วจิ้มดูให้เห็นว่าเป็นน้ำเหลวๆจริงๆ
ต่อไปผมไปแกว่งให้แรงขึ้นจนข้ามศีรษะ แต่น้ำก็ยังติดอยู่ในแก้วไม่ได้หกลงมาครับ:
สาเหตุที่น้ำไม่หกลงมาก็เพราะว่าการที่เราแกว่งกระป๋องเป็นวงกลมอย่างนั้น ก้นกระป๋องจะเป็นตัวบังคับไม่ให้น้ำเคลื่อนที่ไปอย่างอิสระออกไปจากวงหมุน (เนื่องจากน้ำมีความเฉื่อย เมื่อมันเคลื่อนที่อย่างไรมันก็จะอยากเคลื่อนที่ไปอย่างเดิมด้วยความเร็วเดิม จนกระทั่งมีแรงมากระทำกับมัน ถ้าไม่มีก้นกระป๋องมาบังคับ น้ำก็จะกระเด็นไปในแนวเฉียดไปกับวงกลมที่เราแกว่งกระป๋องอยู่) ผลของการที่ก้นกระป๋องบังคับน้ำให้เคลื่อนที่เป็นวงกลมก็คือดูเหมือนมีแรงเทียมๆอันหนึ่งดูดน้ำให้ติดกับก้นแก้ว ทำหน้าที่เปรียบเสมือนแรงโน้มถ่วง เราเลยเรียกมันว่าแรงโน้มถ่วงเทียม
เราใช้หลักการนี้ทำถาดช่วยถือของให้มันหกยากๆได้ด้วยครับ:
มีคนประดิษฐ์มาขายไว้ใส่แก้วไม่ให้น้ำหกเรียกว่า Spillnot :
มีคลิปการเทน้ำใส่แก้วในเครื่องบินที่กำลังบินกลับหัวครับ เรื่องนี้เป็นไปได้ก็เพราะเครื่องบินบินเป็นเกลียวเหมือนกับบินไปข้างหน้าและขยับตัวเป็นวงกลมเหมือนตอนเราเหวี่ยงถาดครับ (การเคลื่อนที่จะเหมือนที่ผมเหวี่ยงถาดไปด้วยและเดินไปข้างหน้าด้วยครับ แต่เครื่องบินเคลื่อนที่เร็วกว่ามาก) แรงโน้มถ่วงเทียมก็ทำการดึงน้ำให้ตกลงไปในถ้วยเหมือนกับแรงโน้มถ่วงจริงๆบนพื้นโลก:
เด็กๆเล่นแรงโน้มถ่วงเทียมโดยใช้กระป๋องข้าวโพดคั่วและตะกร้าผูกเชือกกันครับ:
