วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์พ่อโก้ที่ศูนย์การเรียนปฐมธรรมครับ
-เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายกลมอเตอร์ไซค์หาย
-ผมเอารูปผิวดวงจันทร์ให้เด็กๆดูแล้วคุยกันว่ามันเกิดจากอุกกาบาตอย่างไร
-เอารูปกาแลกซีที่มีดาวหลักแสนล้านดวงให้เด็กๆดูแล้วให้เด็กจินตนาการว่าถ้าเราจะนับแสนล้านเราต้องใช้เวลากี่ปี (นับเร็วๆก็สามพันปี)
-คุยกันเรื่องสมดุลต่อ ให้เด็กๆรู้จักวิธีหาจุดศูนย์ถ่วงของวัตถุยาวๆ
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลจักรยานยนต์หาย:
กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ
ผมเอาภาพดวงจันทร์ที่ผมถ่ายมาด้วยกล้อง Nikon P1000 มาให้เด็กๆดูครับ:
นี่คือภาพถ่ายของดวงจันทร์ในระยะครึ่งเสี้ยว (First Quarter) ครับ
เราจะเห็นรายละเอียดผิวดวงจันทร์ได้ชัดเจน เช่น
- หลุมอุกกาบาต (เครเตอร์, Craters) ที่เกิดจากการชนของอุกกาบาต มีลักษณะเป็นวงกลม
- ทะเลจันทร์ (Lunar maria) ซึ่งเป็นบริเวณสีเข้ม เกิดจากลาวาโบราณที่เคยไหลปกคลุม
- ภูเขาและสันเขา ที่เกิดจากแรงกระแทกและการเคลื่อนตัวของเปลือกดวงจันทร์
ความสว่าง–มืดที่แบ่งครึ่งชัดเจนในภาพ เรียกว่า terminator (เส้นแบ่งกลางวัน–กลางคืนบนดวงจันทร์) ซึ่งเป็นบริเวณที่ทำให้เห็นเงาภูเขาและปากปล่องชัดเจนที่สุด
หลุมอุกกาบาตบนดวงจันทร์ส่วนใหญ่เกิดจาก การชนของวัตถุจากอวกาศ เช่น อุกกาบาต (meteoroids), ดาวเคราะห์น้อย (asteroids), หรือแม้แต่ดาวหาง (comets) ที่พุ่งเข้ามาด้วยความเร็วสูงมาก มีกลไกการเกิดประมาณนี้:
- วัตถุอวกาศพุ่งชนดวงจันทร์ด้วยความเร็วประมาณ 20–70 กิโลเมตรต่อวินาที
- พลังงานที่ปลดปล่อยมีค่ามหาศาล เทียบเท่าระเบิดนิวเคลียร์นับสิบลูกถึงหลายล้านลูก
- พลังงานจากการชนทำให้วัตถุและหินผิวดวงจันทร์ระเบิดออก
- เกิดการขุดหลุมขนาดใหญ่ พร้อมเศษหินกระจายออกไปเป็นรัศมี
- ผนังปากปล่องบางส่วนยุบหรือพังลงมา
- ทำให้เกิดลักษณะเป็น “ขั้นบันได” (terraces) รอบ ๆ ปากปล่องใหญ่
- ตรงกลางอาจดันขึ้นเป็น “ภูเขาใจกลาง” (central peak) เพราะแรงคืนตัว
ผิวโลกก็เคยโดนชนมากมายแบบดวงจันทร์โดน แต่ร่องรอยเครเตอร์หายไปมากแล้ว แต่บนดวงจันทร์ยังเห็นหลุมต่างชัดเจนเพราะบนดวงจันทร์: - ไม่มีบรรยากาศหนา → ไม่มีลม น้ำ ฝน ที่จะกร่อนหรือกลบ
- ไม่มีภูเขาไฟและแผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่มากนัก → ไม่มีการรีไซเคิลเปลือกโลกเหมือนบนโลก
- ดังนั้นหลุมที่เกิดขึ้นสะสมนับพันล้านปีก่อนยังคงอยู่เกือบเหมือนเดิม
ผมเอารูปกาแล็กซีหรือดาราจักร (Galaxy) ให้เด็กๆดูด้วย:
ภาพนี้คือกาแล็กซีชนิดกังหัน (Spiral Galaxy) ครับ
- เราจะเห็นเป็นแผ่นแบนที่หมุนรอบ ๆ ศูนย์กลางซึ่งสว่างมาก (บริเวณนี้มักมีดาวฤกษ์หนาแน่นและอาจมีหลุมดำมวลยวดยิ่งอยู่ตรงกลาง)
- แขนกังหันที่โค้งออกไปเต็มไปด้วยฝุ่นก๊าซและดาวฤกษ์ใหม่ที่กำลังเกิด ทำให้มีแสงสีฟ้า–ขาวสลับกับแถบมืดของฝุ่น
- กาแล็กซีที่ดวงอาทิตย์เราเป็นสมาชิกเรียกว่ากาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) ซึ่งก็เป็นกังหันเช่นกัน เพียงแต่เรามองจาก “ด้านใน” เลยไม่เห็นเป็นรูปเต็ม ๆ แบบนี้ เห็นแต่ทางสว่างๆพาดขอบฟ้า
ภาพนี้เป็นภาพตัวอย่างของความงามและความยิ่งใหญ่ของเอกภพ แสดงถึงโครงสร้างขนาดมหึมาที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์นับแสนล้านดวงโคจรรวมกันอยู่ด้วยแรงโน้มถ่วงครับ
ผมพยายามให้เด็กๆเข้าใจปริมาณขนาดดาวแสนล้านดวงว่าแสนล้านมันใหญ่แค่ไหน เลยให้จินตนาการว่าเรากดเครื่องนับวินาทีละหนึ่งครั้ง วันหนึ่งเราจะกดนับได้ 86,4000 ครั้ง (=24 ชั่วโมง x 60 นาทีต่อชั่วโมง x 60 วินาทีต่อนาที x 1 ครั้งต่อวินาที) แปลว่าต้องใช้เวลาประมาณ 11-12 วันถึงจะนับได้ถึงล้านถ้ากดทั้งวันทั้งคืนไม่นอนเลย, ต้องใช้เวลา 110-120 วัน (หรือ 4 เดือน) ถึงจะนับได้ถึงสิบล้าน, ต้องใช้เวลา 40 เดือน (หรือประมาณ 3 ปี) ถึงจะนับถึงร้อยล้าน, ต้องใช้เวลาประมาณ 30 ปีถึงจะนับถึงพันล้าน, ใช้เวลาประมาณ 300 ปีถึงจะนับถึงหมื่นล้าน, และใช้เวลาประมาณ 3,000 ปีถึงจะนับถึงแสนล้าน
ผมบอกเด็กๆด้วยว่าระยะทางระหว่างดาวมันมหาศาลมาก ดังที่เราเคยทำกิจกรรม วิทย์ประถม: เปรียบเทียบขนาดโลก, ดวงอาทิตย์, และระยะห่าง และ สอนวิทย์มัธยม 1: ขนาดโลก ดาวต่างๆ และระยะทางระหว่างดวงดาว
จากนั้นเราก็ทำกิจกรรมในห้องกัน วันนี้เรื่องหาจุดศูนย์ถ่วงของวัตถุยาวๆ
ของที่จะถูกยกขึ้นมาผ่านตำแหน่งเดียว (เช่นใช้นิ้วเดียวยก หรือใช้เชือกผูก) โดยที่ของไม่หมุนแล้วตกลงไปนั้น ตำแหน่งที่ถูกยกจะต้องอยู่ในแนวเดียวกันกับจุดศูนย์ถ่วง (Center of Gravity) ของมัน
ถ้าเราหยิบของมาแล้วจินตนาการว่ามันประกอบด้วยส่วนย่อยชิ้นเล็กๆเต็มไปหมดโดยที่แต่ละชิ้นเล็กๆก็มีน้ำหนักของมัน จุดศูนย์ถ่วงก็คือตำแหน่งเฉลี่ยของส่วนย่อยต่างๆโดยคำนึงถึงน้ำหนักของส่วนย่อยด้วย เช่นถ้าเรามีไม้บรรทัดตรงๆที่มีความกว้างความหนาและความหนาแน่นเท่ากันทั้งอัน จุดศูนย์ถ่วงมันก็อยู่ที่ตรงกลางไม้บรรทัด ถ้ามีลูกบอลหนักสองลูกต่อกันด้วยไม้แข็งเบาๆโดยที่ลูกบอลหนึ่งหนักกว่าอีกลูก จุดศูนย์ถ่วงก็จะอยู่บนเส้นที่ลากผ่านลูกบอลทั้งสอง แต่ใกล้ลูกบอลหนักมากกว่า
วิธีหาจุดศูนย์ถ่วงของอะไรที่มีลักษณะยาวๆก็ทำได้ดังในคลิปครับ:
สังเกตว่ามือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะมีแรงกดบนมือน้อยกว่า ความฝืดน้อยกว่าทำให้มือนั้นเริ่มขยับก่อน มือทั้งสองจะผลัดกันขยับโดยที่มือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะเป็นมือที่ขยับ จนในที่สุดมือทั้งสองก็จะไปเจอกันใต้จุดศูนย์ถ่วงครับ
ผมเคยบันทึกเรื่องนี้ไว้ในรายการเด็กจิ๋ว & ดร.โก้ด้วย:
จากนั้นเราก็เอาตะเกียบมาติดกับค้อนแล้วเลี้ยงให้สมดุลบนนิ้วหรือขอบโต๊ะครับ ส่วนหัวค้อนหนักกว่าด้ามทำให้จุดศูนย์ถ่วงอยู่ไปทางใกล้ๆหัวค้อนทำให้จุดที่เราเอานิ้วไปเลี้ยงอยู่ใกล้ๆหัวค้อน ผมเคยอัดคลิปวิธีทำไว้ดังนี้ แต่ในคลิปใช้ไม้บรรทัดแทนตะเกียบ:
พอเด็กๆรู้วิธีหาจุดศูนย์ถ่วงเพื่อถือของให้สมดุลแล้ว ก็แยกย้ายกันทดลองครับ:
