ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากลประตูวิเศษ จากนั้นเราก็เล่นกับความดันอากาศและความตึงผิวของน้ำโดยคว่ำแก้วใส่น้ำบนกระชอนมีรูโดยน้ำไม่หกออกมา
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นมายากลประตูวิเศษ:
กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ
คราวนี้เราหัดเล่นกลโดยใช้คุณสมบัติของอากาศและน้ำกัน
กลแรกที่เราเล่นกันคือคว่ำถ้วยแล้วน้ำไม่หก เราก็หาอุปกรณ์ประมาณนี้มาเล่น: น้ำ, แก้วน้ำ หรือภาชนะใส่น้ำอื่นๆเช่นขวดน้ำ ถ้วยน้ำ กระติกน้ำ, แผ่นพลาสติกเรียบ ๆ หรือแผ่นอะไรเรียบ ๆที่กันน้ำก็ได้เช่นแผ่นโฟมบาง ๆ หรือกระดาษแข็งเคลือบกันน้ำ
วิธีเล่นเป็นแบบนี้: เทน้ำใส่แก้วประมาณครึ่งแก้ว นำแผ่นพลาสติกเรียบมาปิดปากแก้ว มือหนึ่งจับแก้วไว้ อีกมือดันแผ่นพลาสติกให้ติดกับปากแก้ว แล้วคว่ำแก้วโดยประคองให้แผ่นพลาสติกปิดอยู่ เมื่อคว่ำเสร็จแล้วก็เอามือที่ประคองแผ่นพลาสติกออก แผ่นพลาสติกจะติดอยู่ที่ปากแก้ว และน้ำจะอยู่เหนือแผ่นพลาสติกไม่ไหลออกมา
หลักการธรรมชาติที่เกี่ยวข้องคือ คุณสมบัติของน้ำที่เป็นตัวกลางเชื่อมปากแก้วและแผ่นพลาสติกป้องกันไม่ให้อากาศไหลผ่าน และแรงดันอากาศภายนอกที่มากพอที่รับน้ำหนักของน้ำในแก้วได้
เวลาเราเห็นน้ำเปียกบนวัสดุต่างๆ นั่นหมายความว่ามีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำและโมเลกุลของวัสดุนั้นๆทำให้น้ำติดกับพื้นผิววัสดุ ในกรณีนี้โมเลกุลน้ำดึงดูดกับโมเลกุลแก้ว โมเลกุลน้ำดึงดูดกับโมเลกุลน้ำด้วยกันเอง และโมเลกุลน้ำดึงดูดกับโมเลกุลแผ่นพลาสติก ทำให้เกิดเป็นการเชื่อมต่อกันระหว่างแก้วและน้ำและพลาสติก กลายเป็นผนังชั่วคราวกันไม่ให้อากาศผ่านได้
ส่วนแรงดันอากาศนั้น ตามบริเวณพื้นราบใกล้ๆระดับน้ำทะเล จะมีแรงดันจากอากาศเท่ากับน้ำหนักประมาณ 1 กิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร ถ้าเราใส่น้ำให้เต็มแก้วโดยไม่มีอากาศเหลืออยู่ภายในเลย แล้วเอาพลาสติกมาปิดที่ปากแก้ว เมื่อคว่ำลงแรงดันอากาศจากภายนอกจะสามารถรับน้ำหนักได้เป็นกิโลกรัมเนื่องจากพื้นที่หน้าตัดของปากแก้วมีพื้นที่หลายตารางเซนติเมตรและภายในแก้วไม่มีแรงดันจากอากาศมาดันสู้ แรงดันอากาศภายนอกสามารถรับน้ำหนักของน้ำในแก้วตราบใดที่อากาศไม่สามารถไหลเข้าไปในแก้วได้
ในกรณีที่เราใส่น้ำไม่เต็มแก้ว มีอากาศเหลืออยู่บ้าง เมื่อเอาพลาสติกปิดปากแก้ว ตอนแรกความดันอากาศภายในและภายนอกแก้วยังเท่ากันอยู่ เมื่อเราคว่ำแก้วอาจมีน้ำไหลออกมาบ้างหรือแผ่นพลาสติกที่ปิดอยู่เปลี่ยนรูปทรงเล็กน้อย ทำให้ปริมาตรอากาศภายในเพิ่มขึ้น ความดันอากาศภายในลดลงต่ำกว่าความดันอากาศภายนอกจนทำให้อากาศภายนอกสามารถรับน้ำหนักของน้ำในแก้วได้ ถ้าเราปล่อยอากาศเข้าไปในแก้วเช่นเจาะรูส่วนบน อากาศจะไหลเข้าไปทำให้ความดันภายในแก้วเท่าๆกับความดันข้างนอกและแผ่นพลาสติกจะหลุดออกทำให้น้ำหกออกมา
กลที่สองคือน้ำไม่รั่วผ่านกระชอน
อุปกรณ์ที่ใช้เหมือนกลแรก แต่เพิ่มกระชอนหรือตะแกรงที่มีรูเล็กๆ
วิธีเล่นเหมือนกลแรก แต่แทนที่จะใช้แผ่นพลาสติกปิดแก้วก็ใช้กระชอนปิดแทน จากนั้นก็ใช้แผ่นพลาสติกไปปิดกระชอนอีกที ใช้มือดันแผ่นพลาสติกให้ดันกระชอนติดกับปากแก้วเอาไว้ แล้วคว่ำแก้วโดยใช้มือหนึ่งประคองไม่ให้กระชอนและแผ่นพลาสติกหลุดออกมาจากปากแก้ว ย้ายมือที่จับแก้วมาจับกระชอนแทน จากนั้นค่อย ๆ เลื่อนแผ่นพลาสติกออก ถ้าไม่มีอะไรผิดพลาดจะสามารถถือกระชอนที่มีแก้วน้ำคว่ำอยู่ข้างบนโดยมีน้ำด้านในไม่ไหลผ่านรูกระชอนได้สำเร็จ
ถ้าปากแก้วเล็กกว่าฝ่ามือเรา เราก็สามารถใช้ฝ่ามือแทนแผ่นพลาสติกปิดแทนก็ได้แต่จะมีโอกาสพลาดมากขึ้น
ถ้าเราไปมองใต้แก้ว เราจะเห็นน้ำอยู่เหนือกระชอน ถ้าเป่าให้ลมเข้าไปน้ำก็จะไหลออกมาตามปริมาณอากาศที่เข้าไป
หลักการธรรมชาติที่เกี่ยวข้องเป็นหลักการทำนองเดียวกับกลที่หนึ่ง แต่แทนที่จะใช้แผ่นพลาสติกปิดปากแก้ว น้ำและแรงตึงผิวของมันทำหน้าที่ยึดจับกันกับกระชอน กลายเป็นพื้นผิวที่กั้นไม่ให้อากาศไหลผ่านได้
แรงตึงผิวของน้ำเกิดจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำด้วยกันเองแถวๆบริเวณผิวน้ำ เราเห็นผิวของหยดน้ำโค้งนูนก็เพราะว่าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลน้ำด้วยกันเองขนาดมากกว่าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลน้ำและโมเลกุลก๊าซในอากาศ หยดน้ำจึงหดตัวเข้าหาศูนย์กลางทำให้ผิวโค้งนูน
ในกรณีกลที่สองนี้ โมเลกุลน้ำดึงดูดกับโมเลกุลในเส้นลวดกระชอน ส่วนน้ำในบริเวณรูของกระชอนก็จับตัวกันเองด้วยแรงตึงผิวของมัน ความร่วมมือของกระชอนและน้ำจึงกลายเป็นพื้นผิวที่รับน้ำหนักได้บ้าง ถ้าเราทำการทดลองนี้ด้วยกระชอนที่มีรูขนาดต่างๆกันจะพบว่าสามารถใช้กระชอนรูเล็กๆเล่นกลนี้ได้ง่าย แต่ถ้าเราใช้กระชอนที่มีรูใหญ่ขึ้นเราก็จะเล่นได้ยากขึ้นเรื่อย ๆ เพราะน้ำจะรั่วผ่านรูกระชอนได้ง่ายขึ้น ขนาดรูที่ใหญ่ที่สุดที่เคยทดลองทำสำเร็จคือประมาณ 2-3 มิลลิเมตร
เราสามารถใช้หลอดเป่าอากาศผ่านกระชอนเข้าไปในแก้ว จะพบว่าอากาศที่เป่าจะไปจะแทนที่น้ำทำให้น้ำไหลออกมาตามปริมาณอากาศที่เข้าไป ถ้าขนาดรูของกระชอนใหญ่พอเราสามารถใส่ไม้จิ้มฟันผ่านกระชอนให้มันลอยขึ้นไปในแก้วได้
คลิปบรรยากาศระหว่างกิจกรรมครับ:
