ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้ช่วยกันถ่ายวิดีโอสายน้ำที่สั่นด้วยลำโพงความถี่คล้ายๆจำนวนภาพที่กล้องวิดีโอถ่ายต่อวินาที เราพยายามถ่ายให้ได้วิดีโอที่สายน้ำเหมือนลอยอยู่นิ่งๆ หรือค่อยๆวิ่งออกจากท่อช้าๆ หรือวิ่งเข้าท่อช้าๆ เด็กอนุบาลสามได้เล่นโคลนแป้งมันที่ปกติเป็นของเหลวแต่จะกลายเป็นของแข็งเมื่อโดนกด เราเลยเอาโคลนแป้งมันมาสั่นบนลำโพงซะเลย
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “ดูเชือกสั่นด้วยความถี่ธรรมชาติต่างๆ เสียงและการสั่นสะเทือน” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
สำหรับเด็กประถม ผมให้ดูวิดีโอปริศนาอันนี้ครับ:
เป็นวิดีโอเฮลิคอปเตอร์บินโดยใบพัดหลักไม่หมุน และใบพัดที่หางหมุนช้าๆ ให้เด็กๆคิดกันว่าเป็นอย่างนี้ได้อย่างไร เด็กๆตอบกันว่าใบพัดหมุนเร็วมากจนถ่ายรูปออกมาเป็นอย่างนี้ ผมบอกเด็กๆว่ามันเกี่ยวกับใบพัดหมุนเร็วแค่ไหน (กี่รอบต่อวินาที) แต่ไม่ใช่ว่าเร็วมากๆแล้วจะถ่ายออกมาเป็นอย่างนี้ทุกความเร็ว หลังจากเด็กๆพยายามเดาต่อสักพักผมก็เฉลย
ผมเล่าให้เด็กฟังก่อนว่ากล้องวิดีโอทำงานอย่างไร กล้องวิดีโอทำงานโดยถ่ายรูปจำนวนมากๆเร็วๆแล้วเอารูปที่ถ่ายเหล่านั้นมาแสดงต่อๆกัน ทำให้เราเห็นเป็นการเคลื่อนไหว ปกติกล้องวิดีโอจะถ่ายภาพ 24, 25, 30, 50, หรือ 60 ครั้งต่อวินาที ผมถามเด็กๆว่าอะไรจะเกิดขึ้นถ้าเราใช้กล้องถ่ายภาพ 30 ครั้งต่อวินาทีและใบพัดก็หมุน 30 ครั้งต่อวินาทีเหมือนกัน เด็กบางคนเริ่มเข้าใจแล้วว่าภาพที่ถ่ายมาทั้งหมดจะเห็นใบพัดหมุนอยู่ในตำแหน่งเดิม เพราะทุกครั้งที่กล้องวิดีโอถ่ายรูป ใบพัดก็หมุนครบรอบพอดี ทำให้ภาพที่ถ่ายเห็นใบพัดอยู่อย่างเดิมๆ
ผมเอาปากกามาแทนใบพัดเฮลิคอปเตอร์แล้วค่อยๆขยับ พร้อมกับส่งเสียงแชะแทนการถ่ายรูปแต่ละรูป เด็กๆสังเกตได้ว่าถ้าปากกาหมุนครบรอบเมื่อมีเสียงแชะ ภาพที่ได้ก็เป็นภาพเดิม ถ้าปากกาหมุนเกินรอบไปเล็กน้อยทุกๆแชะ จะดูเหมือนปากกาหมุนเพิ่มไปทีละนิดๆ ถ้าปากกาหมุนไม่ถึงรอบโดยขาดไปเล็กน้อยทุกๆแชะ จะดูเหมือนปากกาหมุนถอยหลังช้าๆ ถ้าปากกาหมุน 2 (หรือ 3, 4, 5,…) รอบทุกแชะก็จะเห็นปากกาไม่หมุน
มีคลิปอธิบายดีๆเป็นภาษาอังกฤษที่นี่ครับ:
จากนั้นเราก็มาทำการทดลองคล้ายๆกัน แต่เนื่องจากเราไม่มีเฮลิคอปเตอร์ เราจึงเอาสายน้ำที่สั่นเป็นจังหวะมาถ่ายรูปครับ
เราเอาท่อพลาสติกไปติดกับลำโพงที่เราจะปล่อยเสียงให้สั่นตามความถี่ครั้งต่อวินาทีที่เรากำหนดได้ พอเราปล่อยน้ำให้วิ่งผ่านท่อ สายน้ำก็จะสั่นตามความถี่ที่เรากำหนด ผมบันทึกเป็นวิดีโอสรุปไว้ครับ:
เด็กๆถ่ายวิดีโอด้วยกล้องมือถือและแท็บเบล็ตกันใหญ่
สำหรับอนุบาลสาม เราเล่นโคลนแป้งมันเต้นระบำกันครับ
เวลาเราเอาแป้งมันไปละลายน้ำให้ข้นๆ(เหมือนโคลน) โมเลกุลยาวๆของมันจะลอยอยู่ในน้ำ พันกันยุ่งๆ ไขว้กันไปมา ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนคนช้าๆ โมเลกุลจะมีเวลาค่อยๆขยับผ่านกัน เราจึงไม่รู้สึกถึงแรงต้านมากนัก เหมือนกับคนของเหลวธรรมดา แต่ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนไปคนเร็วๆ โมเลกุลจะไม่มีเวลาขยับผ่านกัน มันจะยังพันกันเกี่ยวกันอยู่ แรงต้านที่นิ้วหรือช้อนจะเยอะมาก เราจะเห็นว่าโคลนแป้งมันกลายเป็นของแข็งทันทีเมื่อเราไปคนมันเร็วๆ
นอกจากคนโคลนแป้งมันเร็วๆแล้วเรายังจะสามารถเอานิ้วไปจิ้มๆเร็วๆหรือไปบีบมันเร็วๆ เราจะรู้สึกว่ามันเป็นของแข็ง แต่ถ้าเอานิ้วไปจิ้มช้าๆนิ้วเราจะจมลงไปเหมือนจิ้มนิ้วลงไปในของเหลวหนืดๆ ถ้าโยนไปมาเร็วๆเจ้าโคลนนี้ก็จะจับตัวเป็นก้อนแข็ง แต่ถ้าหยุดโยนเมื่อไร มันก็จะเลิกแข็งตัวแล้วไหลเป็นของเหลวหนืดๆอีก
(รายละเอียดสำหรับนักเรียนโตๆครับ: เรามีคำเรียกความยากง่ายเวลาเราคนของเหลวว่า “ความหนืด” ของเหลวอะไรคนยากเช่นน้ำผึ่งเราก็เรียกว่ามีความหนืดสูง ของเหลวอะไรคนง่ายเช่นน้ำเปล่าเราก็เรียกว่ามีความหนืดต่ำ โดยปกติความหนืดจะลดลงเมื่อของมีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่ไม่ขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้า เจ้าแป้งข้าวโพดผสมน้ำเป็นของเหลวที่ไม่ปกติ เนื่องจากความหนืดของมันขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้าด้วย ถ้าเราคนเร็วมากๆมันจะหนืดมากจนกลายเป็นของแข็งไปเลย ของเหลวที่ความหนืดขึ้นกับความเร็วในการคนเรียกว่า Non-Newtonian Fluid ตัวอย่างอื่นๆของ Non-Newtonian fluid ก็มีเช่น ทรายดูด (ถ้าเราตกไปแล้วขยับตัวเร็วๆมันจะฝืดมาก ทำให้เราหมดแรงและออกมาไม่ได้และอดน้ำหรืออาหารตาย วิธีรอดคือค่อยๆขยับตัวช้าๆมากๆเข้าหาฝั่ง) ซอสมะเขือเทศ (ถ้าอยู่เฉยๆจะหนืดมาก ถ้าเขย่าหรือตบจะหนืดน้อย) Silly Putty (ถ้าทิ้งไว้นานๆจะไหลสู่ที่ตำ่เหมือนของเหลว ถ้าบีบช้าๆจะนิ่ม ถ้าโยนใส่พื้นจะกระเด้ง ถ้าทุบแรงๆจะแตกออกเป็นเสี่ยงๆเหมือนแก้วแตก) ความจริงเรื่อง Non-Newtonian fluid มีรายละเอียดมากกว่านี้ แต่ผมยกตัวอย่างให้พอเข้าใจกันโดยทั่วๆไป ถ้าสนใจเข้าไปที่ลิงค์แล้วดูรายละเอียดเพิ่มเติมนะครับ)
แล้วเราก็เล่นโคลนแป้งมันกันครับ เอาโคลนแป้งมันไปไว้บนลำโพง แล้วปล่ยอเสียงให้มีความสั่นสะเทือนไปตีโคลนครับ ถ้าปรับความถี่การสั่นให้เหมาะสม ลำโพงจะตีโคลนตอนมันตกลงมาพอดีทำให้โคลนกลายเป็นของแข็งตั้งขึ้นมาครับ:
เด็กๆเล่นกันสนุกสนานดีครับ
