Category Archives: science

วิทย์ประถม: การหมุนของแม่เหล็ก, “ปริมาณการหมุน” (โมเมนตัมเชิงมุม)

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากลคนลอยได้ เด็กๆปล่อยแม่เหล็กกลมสองลูกเข้าหากันให้หมุนเร็วๆ คุยกันเรื่อง “ปริมาณการหมุน” (โมเมนตัมเชิงมุม)

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลคนลอยได้:

กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ผมให้เด็กๆดูคลิปนักสเก็ตน้ำแข็ง:

ให้เด็กๆสังเกตคนเล่นสเก็ตน้ำแข็ งเวลาเขาเริ่มหมุนตัวแขนขาเขาจะกางออก แล้วพอหุบแขนหุบขาเขาจะหมุนตัวเร็วขึ้นมากๆ ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าจักรวาลที่เราอยู่มีกฏของธรรมชาติข้อหนึ่งที่ว่า “โมเมนตัมเชิงมุม” หรือ “ปริมาณการหมุน” นั้นจะคงที่เสมอถ้าไม่มีใครไปบิดให้การหมุนเปลี่ยนไป กฎนี้เรียกว่าการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม  ปริมาณการหมุนนั้น เท่ากับผลคูณของ น้ำหนัก (ความจริงคือมวล) กับ ความเร็วในการหมุน กับ ระยะทาง(ที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่)จากจุดหมุน (รายละเอียดพวกนี้ เด็กๆต้องไปศึกษาเพิ่มเติมในวิชาฟิสิกส์ในอนาคตครับ) ถ้าของอะไรบางอย่างกำลังหมุนรอบๆจุดหนึ่งแล้วอยู่ๆระยะทางถึงจุดหมุนลดลง ของนั้นๆก็ต้องหมุนรอบๆจุดหมุนให้เร็วขึ้นเพื่อชดเชยให้ปริมาณการหมุนคงที่ ความจริงข้อนี้เราจะเห็นได้จากนักเล่นสเกตน้ำแข็งที่หมุนตัวเร็วขึ้นเมื่อหุบแขนขา และหมุนช้าลงเมื่อกางแขนกางขา

เราเอากฎข้อนี้มาเล่นได้โดยเอาแม่เหล็กกลมๆขนาดเท่ากันสองลูก แล้วเล่นกลิ้งให้มันชนกันเฉียงๆครับ พอมันดูดติดกันมันจะหมุนเร็วมาก:

ตอนที่แม่เหล็กยังวิ่งเข้าหากันแต่ยังห่างกันอยู่ก็คล้ายๆตอนนักสเก็ตน้ำแข็งกางแขนขาให้กว้างๆ เมื่อแม่เหล็กชิดติดกันก็คล้ายๆนักสเก็ตน้ำแข็งหุบแขนหุบขา

จากนั้นเด็กๆก็เล่นกลิ้งแม่เหล็กกลมๆเข้าหากัน บางครั้งแม่เหล็กจะดูดติดกันและหมุนอย่างเร็วมากอยู่เป็นเวลาหลายวินาที ตอนแรกลูกบอลแม่เหล็กอยู่ห่างกันและวิ่งเฉียงๆเข้าหากันก็มีปริมาณการหมุนระดับหนึ่ง พอมันเข้ามาติดกันมันต้องหมุนเร็วขึ้นมากๆเพื่อชดเชยระยะห่างที่หดลงและให้คงปริมาณการหมุนเอาไว้  ผมบอกว่าถ้าเราทำการทดลองนี้ในอวกาศที่ไม่มีแรงต้านจากอากาศ และไม่มีความฝืดจากพื้น แม่เหล็กทั้งสองจะหมุนไปเรื่อยๆนานๆ เหมือนกับการที่โลกที่เกิดจากฝุ่นผงที่ดึงดูดมาติดกันแล้วหมุนมาเป็นเวลา 4-5 พันล้านปีแล้ว เหมือนกับดาวต่างๆ ดวงจันทร์ทั้งหลายหมุนรอบตัวไปเรื่อยๆไม่ยอมหยุดเสียที

บรรยากาศการเล่นจะเป็นประมาณนี้ครับ:

เด็กมัธยมอาจหาความรู้เพิ่มเติมจากสองคลิปนี้ได้ครับ:

วิทย์ประถม: ลอยลูกแก้วด้วยฟอยล์อลูมิเนียม

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล เด็กๆทำฟอยล์อลูมิเนียมเป็นรูปทรงต่างๆเพื่อรับน้ำหนักลูกแก้วให้ลอยในน้ำได้

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลงอช้อนครับ:

กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

สัปดาห์นี้ผมเอาลูกแก้วมาชั่งน้ำหนักให้เด็กๆดู (น้ำหนักประมาณ 5.6 กรัม) แล้วปล่อยลงในน้ำ ก่อนจะปล่อยให้เด็กๆเดากันว่ามันจะลอยหรือจม เมื่อมันจมผมก็เอาฟอยล์อลูมิเนียม (ฟอยล์ห่อปลาเผา) ขนาดกว้างยาวประมาณ 10 ซ.ม. x 10 ซ.ม. มาชั่งน้ำหนัก (ประมาณ 0.4 กรัม) และลอยอยู่ที่ผิวน้ำให้เด็กๆดู

จากนั้นผมก็ถามเด็กๆว่าถ้าเราเอาลูกแก้วไปวางบนฟอยล์ จะจมหรือลอย เมื่อเด็กๆเดาเสร็จ ผมก็ทดลองวางลูกแก้วให้เด็กๆดู

ผมให้เด็กๆสังเกตว่ารูปทรงฟอยล์เป็นอย่างไร ทำไม่ไม่จมลงไป ถ้าเราดูด้านข้างเราจะเห็นฟอยล์ตรงกลางจมลงไปในน้ำเล็กน้อย เป็นการแทนที่น้ำทำให้เกิดแรงลอยตัวที่น้ำดันกลับ สามารถรับน้ำหนักลูกแก้วได้ น้ำที่ขอบๆฟอยล์ก็ไม่ทะลักเข้ามาง่ายๆเพราะน้ำมีแรงตึงผิวอยู่ ผิวน้ำยังไม่แตกแยกออก

จากนั้นผมก็ค่อยๆเพิ่มจำนวนลูกแก้วบนฟอยล์ไปทีละลูก และให้สังเกตรูปทรงฟอยล์ที่ค่อยๆเปลี่ยนไป เมื่อวางลูกแก้วได้ 5-6 ลูก ฟอยล์ก็จะเสียรูปทรงทำให้น้ำเข้าและจมในที่สุด

ภาพข้างล่างเหล่านี้คือภาพจำนวนลูกแก้วตั้งแต่ 1-5 ลูก และด้านข้างของแผ่นฟอยล์ที่เปลี่ยนไป

ให้เด็กๆสังเกตว่าถ้าน้ำเริ่มเข้ามาในแผ่นฟอยล์ได้ มันจะจม ถ้าจะให้จมยากๆจะทำอย่างไร เด็กๆมีการเสนอว่าทำให้เป็นแพหรือเรือ จึงแจกฟอยล์อลูมิเนียมให้เด็กๆแยกย้ายกันสร้างรูปทรงต่างๆให้รับน้ำหนักลูกแก้วได้มากๆ ให้ทดลองดัดแปลงสังเกตเรียนรู้ด้วยตนเองกัน

Growing Up in the Universe – Richard Dawkins

A excellent series of lectures by Richard Dawkins. มารวมไว้บนหน้าเดียวกันเพราะลิงก์ในวิดีโอที่ไปหน้าหลักของซีรีส์ที่ Richard Dawkins Foundation for Reason & Science พัง (2022-06-08)