Category Archives: ภาษาไทย

วิทย์ประถม: Doppler effect, วงโคจรและแรงโน้มถ่วง

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆได้หัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล เด็กๆได้สังเกตเสียงที่เปลี่ยนไปเมื่อลำโพงเคลื่อนที่ (Doppler effect) ได้รู้ว่านักดาราศาสตร์สามารถใช้หลักการทำนองเดียวกันสำหรับคลื่นแสงประมาณความเร็วของกาแล็กซีไกลๆได้ ได้ดูแบบจำลองวงโคจรต่างๆที่คำนวณจากแรงโน้มถ่วงที่ค้นพบโดยนิวตัน ได้เล่นแกว่งลูกปิงปองยกขวดพลาสติกให้เข้าใจว่าวงโคจรต่างๆต้องมีแรงสู่ศูนย์กลาง

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้มีกลเดินผ่านพัดลมยักษ์:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นผมให้เด็กๆหลับตา แล้วผมใช้โปรแกรม Phyphox ในโทรศัพท์สร้างเสียงความถี่ 2,000 Hz (เมนู Tone Generator) ขยับโทรศัพท์ไปมา แล้วถามเด็กๆว่าได้ยินเสียงเปลี่ยนไปไหม ต่อจากนั้นให้เด็กๆลืมตาแล้วสังเกตว่าเมื่อโทรศัพท์กำลังเคลื่อนที่เข้าหาพวกเขาเสียงมันเป็นอย่างไร เมื่อโทรศัพท์กำลังเคลื่อนที่ห่างออกจากพวกเขาเสียงมันเป็นอย่างไร ปรากฎการณ์ที่เราได้ยินเสียงสูงต่ำต่างไปเมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่เรียกว่า Doppler effect นอกจากคลื่นเสียงแล้ว คลื่นแสงก็มีปรากฎการณ์ทำนองเดียวกัน ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถประมาณความเร็วของวัตถุไกลๆในอวกาศเช่นกาแล็กซีได้ ปรากฎการณ์สำหรับแสงมักจะเรียกว่า redshift สำหรับวัตถุที่วิ่งห่างไปจากเรา และ blueshift สำหรับวัตถุที่วิ่งเข้าหาเรา

สำหรับเด็กประถมปลายผมเล่าเรื่อง absorption line ที่ทำตัวเป็นบาร์โค้ดในสเปกตรัมของแสงจากดาวต่างๆหรือกาแล็กซีต่างๆว่าประกอบไปด้วยธาตุหรือสารเคมีอะไร และการที่บาร์โค้ดเหล่านี้ขยับเมื่อเทียบกับบาร์โค้ดในแสงดวงอาทิตย์จะบอกเราว่าดาวหรือกาแล็กซีเหล่านั้นเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกจากเรา

เด็กประถมปลายได้ดูคลิปเหล่านี้ประกอบ:

ผมเล่าข้อมูลและให้เด็กประถมปลายดูภาพจากกล้อง Hubble และ James Webb ที่ลิงก์เหล่านี้ด้วยครับ:

เด็กๆทั้งประถมต้นและประถมปลายได้ดูวงโคจรจำลองของดาวหางที่คำนวณด้วยแรงโน้มถ่วงที่เซอร์ไอแซค นิวตันค้นพบเมื่อสามร้อยกว่าปีมาแล้ว เด็กๆได้สังเกตว่า 1. วงโคจรเป็นวงรีๆ บางครั้งเหมือนวงกลมบ้าง 2. ความเร็วใกล้ดวงอาทิตย์สูงกว่าตอนห่างจากดวงอาทิตย์ 3. ถ้าความเร็วดาวหางไม่เหมาะสมมันจะไม่มีวงโคจร:

(กดเข้าไปเล่นเองได้ที่ https://scratch.mit.edu/projects/227691459/ ครับ)

เซอร์ไอแซค นิวตันพบว่าการที่วัตถุตกลงพื้นโลกกับการที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลกนั้นเกิดจากขบวนการเดียวกันคือแรงดึงดูดระหว่างมวลที่เราเรียกว่าแรงโน้มถ่วง

ถ้าเราปล่อยลูกบอล ลูกบอลจะตกลงพื้นโลก ถ้าเราขว้างลูกบอลไปในแนวขนานกับพื้นโลก ลูกบอลจะตกไกลขึ้น ยิ่งเราขว้างลูกบอลเร็วเท่าไรมันก็จะตกไกลขึ้นเรื่อยๆ ถ้าถึงความเร็วค่าหนึ่งมันจะตกไม่โดนพื้นโลก แต่จะโคจรรอบโลกได้

การที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลกก็เช่นกัน ดวงจันทร์โคจรรอบโลกได้เพราะมันมีความเร็วในแนวตั้งฉากกับเส้นที่ลากผ่านตัวมันและโลก ความเร็วในแนวนี้มากพอที่ทำให้ดวงจันทร์ไม่ตกชนโลก แต่จะโคจรไปรอบๆโลก

ผมให้เด็กๆดูการจำลองการเคลื่อนที่ของดาวสองดวงที่ดวงหนึ่งหนักกว่าอีกดวงมากๆ ถ้าปรับความเร็วของดาวดวงเล็กในแนวตั้งฉากกับเส้นที่เชื่อมดาวทั้งสองจะเห็นการวงโคจรแบบต่างๆได้ แบบจำลองนี้คำนวณแรงดึงดูดระหว่างดาวทั้งสองตามที่นิวตันค้นพบ:

(เข้าไปเล่นเองได้ที่ https://scratch.mit.edu/projects/225919898/editor/ ครับ)

เด็กประถมปลายได้ดูคลิปดาวแถวๆใจกลางทางช้างเผือกโคจรรอบหลุมดำยักษ์ด้วยครับ:

จากนั้นเราเล่นของเล่นแกว่งลูกปิงปองยกขวดกัน เราผูกเชือกยาวประมาณหนึ่งเมตรกับขวดพลาสติกเปล่าๆ ร้อยเชือกผ่านท่อพลาสติก(ก้านลูกโป่งหรือปากกาที่เอาใส้ปากกาออก)ยาวประมาณสิบเซ็นติเมตร เอาฟิล์มพลาสติกห่ออาหารห่อลูกปิงปองให้มีพลาสติกเหลือเป็นปมๆ แล้วผูกเชือกตรงปมนั้น ปกติขวดพลาสติกหนักกว่าลูกปิงปอง ถ้าเราจับท่อตรงกลาง ขวดจะตกลงไปจนสุด ลูกปิงปองจะถูกดึงมาติดท่อพลาสติกอีกด้าน ถ้าเราแกว่งให้ลูกปิงปองหมุนๆเป็นวง จะมีแรงตึงในเชือกมากขึ้นจนยกขวดขึ้นมาได้ การเคลื่อนที่เป็นวงกลมหรือวงรีจะต้องมีแรงดึงหรือผลักวัตถุเข้าสู่ศูนย์กลาง โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์โคจรรอบโลกก็เหมือนมีเชือกที่มองไม่เห็นเรียกว่าแรงโน้มถ่วงดึงมันเหมือนกัน

ผมเคยบันทึกวิธีการทำของเล่นนี้ไว้ แต่ในคลิปใช้ลูกเทนนิสแทนขวดพลาสติก:

วิทย์ประถม: สีรุ้ง, ปริซึม, คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆได้หัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล เราได้คุยกันเรื่องสีต่างๆในแสงอาทิตย์โดยใช้ปริซึมและแผ่น CD เป็นอุปกรณ์แยกแสงเป็นสีๆ ได้คุยกันเรื่องรุ้งกินน้ำ และแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตาเรามองเห็นได้ มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอีกมากมายที่เรามองไม่เห็นเช่นคลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ อินฟราเรด อัลตร้าไวโอเล็ต เอ็กซ์เรย์ รังสีแกมม่า

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้มีกลสั้นๆให้เด็กๆดู 3 กล:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ผมได้คุยกับเด็กๆเรื่องฟอสซิลวาฬบรูด้าอายุสามพันกว่าปีที่อำเภอบ้านแพ้ว สมุทรสาคร อยู่ห่างจากทะเล 15 กิโลเมตร ให้เด็กๆเข้าใจว่าโลกเราเปลี่ยนแปลงเสมอ บางที่เคยเป็นทะเลก็กลายเป็นแผ่นดิน บางที่เคยเป็นแผ่นดินกก็กลายเป็นทะเล เปลือกโลกเป็นพื้นแข็งหนาประมาณ 100 กิโลเมตรลอยอยู่บนหินร้อนละลายหนืดๆ เปลือกโลกมีหลายชิ้นโดยที่แต่ละชิ้นค่อยๆขยับไปช้าๆพอๆกับความเร็วเล็บงอก บางทีก็ชนกันกลายเป็นภูเขา บางทีชนกันแล้วขยับก็กลายเป็นแผ่นดินไหว เนื่องจากช่วงชีวิตมนุษย์สั้นหลักร้อยปีจึงไม่ได้สังเกตเห็นง่ายๆ

DISCOVERY: ฟอสซิลวาฬบรูด้าชื่อ ’วาฬอำแพง’ ได้ประกาศขึ้นทะเบียนเป็นซากดึกดำบรรพ์แล้ว สภาพเกือบสมบูรณ์ อายุ 3,380 ปี…

Posted by Environman on Sunday, 13 November 2022

จากนั้นผมเอาปริซึม (Prism) ที่ทำจากแก้วหรือพลาสติกมาให้เด็กๆดูครับ เอามารับแสงแดดอย่างนี้:

แสงแดดวิ่งผ่านปริซึมกลายเป็นหลายๆสีครับ

ผมถามเด็กๆว่าเห็นสีอะไรบ้าง เด็กๆบอกว่าเป็นสีรุ้ง ผมถามว่ารุ้งมีกี่สี เด็กๆก็บอกว่ามีเจ็ดสี แต่จริงๆแล้วสีที่ออกมามันมีเยอะมาก มีหลายสีหลายเฉด แต่เราจำๆกันมาว่ามีเจ็ดสีเพราะเราตั้งชื่อสีมาเรียกสีต่างๆเหล่านี้แค่เจ็ดสีเท่านั้น

จริงๆสีที่เราเห็นเป็นสิ่งที่เกิดในสมองเราเท่านั้น เราเห็นสีต่างๆเพราะมีแสงเข้ามาในตาเรา แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ต่างๆกัน (ความถี่คือจำนวนครั้งที่คลื่นสั่นต่อวินาที)  ตาเรามีเซลล์รับแสงสามชนิดที่ตอบสนองกับแสงความถี่ต่างๆ เซลล์รับแสงเหล่านี้จะส่งสัญญาณไปที่สมองเราขึ้นกับว่าแสงความถี่ต่างๆเข้ามาเยอะแค่ไหน แล้วสมองก็จะแปลสัญญาณเหล่านี้ว่าสิ่งที่เราเห็นมีสีอะไรบ้าง (จริงๆตาเรามีเซลล์รับแสงสี่ชนิด แต่มีแค่สามชนิดที่ตอบสนองเป็นสี อีกชนิดหนึ่งตอบสนองกับความสว่างเท่านั้น ผมเคยบันทึกเรื่องตาและเซลล์ต่างๆเหล่านี้ไว้แล้วที่ “คุยกับเด็กๆเรื่องตา ภาพลวงตา เซลล์ร็อดและเซลล์โคน” และที่ “วิทย์ประถม: การรับรู้ความสว่างและสี, เซลล์ร็อด, เซลล์โคน” ถ้าสนใจเชิญเข้าไปดูนะครับ)

ปริซึมแยกสีได้เพราะว่าแสงสีต่างๆ (ความถี่ต่างๆ) เดินทางด้วยความเร็วไม่เท่ากันในตัวกลางเช่นแก้วหรือพลาสติก ทำให้เปลี่ยนทิศทางต่างๆกันเล็กน้อย สีที่ต่างกันจึงแยกออกจากกัน

ผมคุยกับเด็กๆว่ารุ้งกินน้ำก็เกิดจากเม็ดฝนทำหน้าที่เหมือนปริซึมเล็กๆแยกแสงอาทิตย์เป็นสีต่างๆดังในคลิปนี้ครับ:

ปกติเราจะเห็นรุ้งกินน้ำเป็นวงโค้งๆ แต่ถ้าเราอยู่ที่สูงๆเราสามารถเห็นรุ้งเป็นวงกลมได้เหมือนในคลิปนี้ครับ:

นอกจากเราจะใช้ปริซึมแยกสีแล้วเราสามารถใช้แผ่น CD หรือ DVD มาแยกสีก็ได้

ผมเอาแผ่น CD มาเอียงไปเอียงมาให้สะท้อนแสงเป็นสีรุ้งๆให้เด็กเห็น สาเหตุที่เราเห็นสีรุ้งๆสะท้อนบนแผ่น CD ก็เพราะว่าแผ่น CD บันทึกข้อมูลเป็นจุดๆที่เรียงกันเป็นเส้นรูปก้นหอยวนจากตรงกลางด้านในออกมาถึงขอบด้านนอก พวกจุดข้อมูลเหล่านี้จะทำให้คลื่นแสงขนาดต่างๆสะท้อนและหักเหออกมาในทิศทางต่างๆกัน ทำให้แสงสีต่างๆกันสะท้อนออกมาในทิศทางต่างกันทำให้เราเห็นแต่ละสีได้ ภาพข้างล่างนี้คือภาพขยายว่าหน้าตาของจุดข้อมูลในแผ่น CD เป็นอย่างไรครับ:

ภาพขยายพื้นผิวของแผ่น CD ถ่ายภาพด้วย Atomic Force Microscope (ภาพต้นแบบจาก http://en.wikipedia.org/wiki/File:Afm_cd-rom.jpg)

จากนั้นเด็กๆก็แยกย้ายกันใช้ปริซึมและแผ่น CD สร้างสีรุ้งกันครับ:

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมเล่าให้ฟังว่าจริงๆแล้วแสงที่เรามองเห็น เป็นส่วนเล็กๆของสิ่งที่เรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า(Electromagnetic waves) คือถ้ามีประจุไฟฟ้าขยับไปมาเร็วๆ มันจะสร้างคลื่นให้วิ่งออกมา คลื่นนี้ประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปมาเป็นจังหวะ เราจะแบ่งแยกและตั้งชื่อคลื่นเหล่านี้ตามความถี่ในการสั่นของคลื่น (หรือในทางกลับกันตามความยาวคลื่นก็ได้ เพราะความถี่ในการสั่นแปรผกผันกับความยาวคลื่น)

จินตนาการหน้าตาของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าครับ
E คือสนามไฟฟ้า B คือสนามแม่เหล็ก (จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation)

ถ้าคลื่นสั่นสักประมาณ 400 ล้านล้านครั้งต่อวินาที เราจะเห็นเป็นสีแดงๆ ถ้าสั่นมากกว่าหน่อยก็จะเห็นเป็นสีแสด ถ้าสั่นมากกว่าอีกก็เป็นสีเหลือง ขึ้นไปเรื่อยๆจนถึงสั่นประมาณ 700-800 ล้านล้านครั้งต่อวินาทีเราก็จะเห็นเป็นสีม่วงๆ

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูภาพนี้ ที่แสดงว่าแสงที่เราเห็นเป็นส่วนเล็กๆของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีทั้งหมด:

เจ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเนี่ยมันสั่นได้ถี่กว่าสีม่วงอีก เรามีชื่อเรียกว่าแสง UV หรืออัลตร้าไวโอเล็ต แสง UV มีมากในแสงอาทิตย์แต่ตาเรามองไม่เห็น แต่ถ้าเราตากแดดนานๆมากเกินไปก็จะทำให้เซลล์ผิวหนังตายหรือกลายพันธุ์เป็นมะเร็งได้ แต่ถ้าไม่ได้โดนแดดเลยทำให้ได้รับ UV น้อยร่างกายเราก็จะสังเคราะห์วิตามินดีไม่เพียงพอทำให้เกิดโรงต่างๆอีกรวมถึงกระดูกไม่แข็งแรงและมะเร็ง ดังนั้นควรได้รับแดดบ้างสัก 10-20 นาทีต่อวัน แต่ไม่ควรโดนแดดแรงๆนานๆเป็นชั่วโมงๆ

ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสั่นถี่ขึ้นไปอีก เราจะเรียกมันว่า X-ray หรือรังสีเอ็กซ์ ซึ่งมีสมบัติทะลุทะลวงร่างกายเราได้ สามารถใช้ฉายผ่านร่างกายเราแล้วรับแสงที่วิ่งผ่านด้วยฟิล์มหรือชิปจับแสงเอ็กซ์เรย์ ทำให้เราเห็นว่าภายในร่างกายเราเป็นอย่างไร เด็กๆเคยสังเกตเห็นว่าคนที่ถ่ายภาพ x-ray ให้เรา (หรือแม้แต่เวลาเด็กๆจะถ่ายภาพ x-ray ฟัน) จะใส่เสื้อคลุมหนักๆที่ใส่ตะกั่วไว้ข้างในเพื่อกันไม่ให้ x-ray ผ่านเข้ามาโดนร่างกายมากเกินไป

คลื่นที่สั่นถี่กว่า X-ray ขึ้นไปอีกเรียกว่า Gamma ray หรือรังสีแกมม่าซึ่งสามารถวิ่งผ่านร่างกายเราได้มากขึ้นไปอีก และสามารถทำลายเซลล์ของเราได้มาก ปกติบนโลกเราจะไม่ค่อยโดนรังสีแกมม่านักนอกจากถ้าเราอยู่ใกล้แหล่งที่มีกัมมันตภาพรังสี

ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสั่นด้วยความถี่ต่ำกว่าสีแดง เราจะเรียกว่าอินฟราเรด (Infrared) คำว่า Infrared ประกอบด้วยคำว่า Infra- ที่แปลว่าต่ำกว่า และ red ที่แปลว่าสีแดง (คล้ายกับ Ultraviolet = Ultra- ที่แปลว่าสูงกว่า และ violet ที่แปลว่าสีม่วง) แสงอินฟราเรดเป็นแสงที่เรามองไม่เห็นแต่เรารู้สึกได้ด้วยผิวหนังของเราเวลาเรารู้สึกร้อน คลื่นอินฟราเรดจะถูกปล่อยออกมาจากร่างกายอุ่นๆแม้ในที่ที่มืดสนิท ดังนั้นสัตว์นักล่าบางชนิด(เช่นพวกงู)จะสามารถตรวจจับคลื่นนี้ได้ คนเราก็ประดิษฐ์กล้องที่ตรวจจับคลื่นอินฟราเรดได้ไว้ใช้หาตัวคนอุ่นๆในที่มืดๆ

ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสั่นด้วยความถี่ต่ำลงไปอีก เราจะเรียกคลื่นว่าคลื่น Microwave (ไมโครเวฟ) คลื่นนี้เราใช้กันทั่วไปในทีวีที่มีจานรับสัญญาณดาวเทียม จานที่รับนั้นรับคลื่นไมโครเวฟจากดาวเทียมนั่นเอง นอกจากนี้สัญญาณ Wifi ที่คอมพิวเตอร์ใช้ต่อเน็ตเวิร์ค สัญญาณโทรศัพท์มือถือ เตาไมโครเวฟ ต่างก็ใช้คลื่นไมโครเวฟเพื่อทำงานทั้งสิ้น

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สั่นด้วยความถี่ต่ำกว่าไมโครเวฟลงไปอีกจะเรียกว่าคลื่นวิทยุ ที่เราฟังวิทยุหรือใช้วิทยุสื่อสารก็จะใช้คลื่นพวกนี้

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหลาย ไม่ว่าจะเป็นคลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ อินฟราเรด แสงที่ตาเรามองเห็นได้ทุกสี อัลตร้าไวโอเล็ต รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมม่า ต่างก็เป็นของประเภทเดียวกัน ต่างกันที่ความถี่ในการสั่นของคลื่น คลื่นต่างๆเหล่านี้มีความเร็วในสูญญากาศเท่ากันด้วย เท่ากับความเร็วแสงในสูญญากาศ = 299,792,458 เมตรต่อวินาที (หรือประมาณ 3 แสนกิโลเมตรต่อวินาที) อันเป็นความเร็วสูงสุดที่สสาร พลังงาน และข้อมูลจะเดินทางได้

วิทย์ประถม: ความเร็วแสง: เร็วสำหรับเรา, ช้าสำหรับจักรวาล

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆได้หัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล จากนั้นได้เรียนเกี่ยวกับความเร็วแสงที่เร็วมากสำหรับเรา (เช่นเร็วกว่าเครื่องบินโดยสารล้านเท่า) แต่ช้ามากเมื่อเทียบกับขนาดของอวกาศ เด็กๆได้ทำกิจกรรมทำตัวเป็นแสงที่เดินทางระหว่างดวงอาทิตย์และโลก ให้ซึมซับเรื่องระยะทางในระบบสุริยะ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้มีกลสั้นๆให้เด็กๆดู 4 กล:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ก่อนอื่นผมให้เด็กๆดูคลิปภาพดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ให้เปรียบเทียบขนาด เห็นทิศทางและความเร็วการหมุน:

ผมคุยกับเด็กๆเรื่องความเร็วแสง ในสุญญากาศแสงเดินทางได้เร็วประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาทีหรือประมาณพันล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง เป็นความเร็วสูงสุดที่สิ่งต่างๆในจักรวาลของเราสามารถเคลื่อนที่ได้ (เท่าที่เราทราบ) ความเร็วแสงในตัวกลางอื่นๆเช่นน้ำหรือเพชรจะน้อยกว่า 300,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมงขึ้นกับว่าวิ่งผ่านตัวกลางอะไร

ความเร็วแสงเทียบเท่าได้กับการเคลื่อนที่รอบโลกเจ็ดรอบครึ่งในหนึ่งวินาที จึงเป็นความเร็วที่สูงมากๆ เร็วกว่าเสียง, เครื่องบินโดยสาร, หรือกระสุนปืนพกถึงประมาณล้านเท่า วัตถุที่มนุษย์สร้างและมีความเร็วที่สุดก็เป็นพวกยานอวกาศที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วหลักหมื่นหลักแสนกิโลเมตรต่อชั่วโมง ช้ากว่าแสงที่เคลื่อนที่เป็นพันล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมงมากๆ

แต่จักรวาลของเราใหญ่มาก ระยะทางระหว่างดวงดาวห่างมากจนแสงต้องเดินทางเป็นปีๆ แม้แต่ในระบบสุริยะที่มีดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ใกล้ๆของเรา แสงก็ต้องเดินทางเป็นหลักนาทีหรือชั่วโมง

ผมให้เด็กๆซึมซับความจริงข้อนี้โดยใช้แบบจำลองโลก-ดวงอาทิตย์จากสัปดาห์ที่แล้ว (วิทย์ประถม: เปรียบเทียบขนาดโลก, ดวงอาทิตย์, และระยะห่าง) ที่จำลองให้ดวงอาทิตย์มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 เซนติเมตร โลกเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 มิลลิเมตร และโลกห่างจากดวงอาทิตย์ 10 เมตร แล้วให้เด็กๆทำตัวเป็นแสงที่เดินทางจากดวงอาทิตย์มายังโลก เด็กๆต้องค่อยๆเคลื่อนตัว 2 เซนติเมตรต่อวินาทีหรือ 1 นาทีให้ขยับตัวไป 1.2 เมตร เด็กๆจะพบว่าแสงต้องใช้เวลานานมากกว่าจะเดินทางจากดวงอาทิตย์มายังโลก:

กิจกรรมให้เด็กๆเข้าใจว่าแสงมีความเร็วสูงมากเมื่อเทียบกับความเร็วต่างๆบนโลก แต่ก็ช้ามากเมื่อเปรียบเทียบกับระยะทางนอกโลก…

Posted by Pongskorn Saipetch on Monday, 7 November 2022

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าถ้าจะให้แสงเดินทางไปแถวๆพลูโตต้องใช้เวลาห้าชั่วโมงกว่าๆ และถ้าจะไปดาวที่ใกล้ที่สุด (Proxima Centauri) ต้องใช้เวลาสี่ปีกว่าๆ

เราจบกันด้วยคลิปวิดีโอสองคลิปนี้ให้เข้าใจขนาดของระบบสุริยะเมื่อเทียบกับความเร็วแสงครับ: