คราวนี้ในกิจกรรมวิทย์พ่อโก้ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบาบมายากล เราเล่นลูกข่างและไจโรสโคปนานาชนิด คุยกันเรื่องการหมุน ปริมาณการหมุนที่คงที่ (เรื่องพวกโมเมนตัมเชิงมุมคงที่ แต่ในภาษาสำหรับเด็ก) วงโคจร และในอวกาศมีแรงโน้มถ่วงนะ! (แต่มนุษย์อวกาศรู้สึกไร้น้ำหนักเพราะโคจรไปพร้อมกับยานอวกาศ)
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
เด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้กลเรื่องคนลอยแล้วหายไป
กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ
ผมเอาของเล่นที่เป็นลูกข่างเล็กๆมาพยายามตั้งให้เด็กๆดู ถ้ามันไม่หมุนมันจะล้มลงตลอด เอาเหรียญมาตั้งให้เด็กดู ซึ่งก็เป็นเหมือนกันที่จะล้มเมื่อไม่หมุน แต่จะทรงตัวตั้งอยู่ได้นานๆเมื่อหมุน
ของเล่นอีกชิ้นคือลูกข่างไจโรสโคป มันคือลูกข่างที่หมุนอยู่ในกรอบที่เราจับยกไปมาได้ครับ เด็กๆได้เห็นว่าเวลาลูกข่างหมุนมันจะทรงตัวได้ แต่เวลาไม่หมุนมันจะล้ม
หลักการที่สิ่งที่หมุนอยู่ไม่ล้มง่ายๆคือกฎเกณฑ์ในธรรมชาติอันหนึ่งที่ว่าสิ่งที่กำลังหมุนอยู่จะหมุนเหมือนเดิมไปเรื่อยๆทั้งความเร็วรอบในการหมุนและทิศทางของแกนหมุนครับ ถ้าจะเปลี่ยนการหมุน ก็ต้องมีแรงอะไรบางอย่างมาบิดมันให้เปลี่ยนแปลง กฏเกณฑ์ข้อนี้เรียกว่าการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมนั่นเอง
เด็กๆได้เลี้ยงลูกข่างบนโต๊ะ ได้เอาลูกข่างหมุนๆใส่กล่องแล้วเห็นกล่องตั้งอยู่ได้ ได้เอาลูกข่างหมุนๆวางบนเส้นเชือก และเอาเส้นเชือกคล้องลูกข่างให้ลอยอยู๋ในอากาศ วิธีเล่นผมเคยอัดเป็นคลิปแบบนี้ไว้ครับ:
ในวิดีโอจะเห็นเวลาเอาไจโรสโคปไปวางให้แกนหมุนใกล้แนวนอน และให้ปลายข้างหนึ่งติดกับฐาน จะเห็นว่าแกนหมุนมันจะกวาดไปรอบๆ อันนี้เป็นเพราะไจโรสโคปอยากจะชี้ให้แกนหมุนชี้ไปทางเดียว แต่แรงโน้มถ่วงของโลกอยากดูดมันให้ตกลงมาจากฐาน กลายเป็นแรงบิดทำให้แกนหมุนของไจโรสโคปกวาดไปรอบๆ ถ้าไจโรสโคปไม่หมุนตั้งแต่แรก มันก็จะตกลงมาจากฐานเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกแล้ว ไม่กวาดไปรอบๆตั้งแต่ต้น
หลักการของหมุนๆนี้ถูกใช้มาสร้างอุปกรณ์จริงๆที่ไม่ใช่ของเล่นเรียกว่าไจโรสโคป (Gyroscope) ด้วยครับ ไจโรสโคปที่จะชี้ทิศทางคงที่ไว้เสมอ ไว้ให้เรือ เรือดำน้ำ เครื่องบิน ยานอวกาศ คำนวณได้ว่าตอนนี้หันหัวไปทางทิศไหนโดยเทียบกับทิศทางของไจโรสโคป ไจโรสโคปเมื่อก่อนสร้างด้วยของที่หมุนจริงๆ แต่เดี๋ยวนี้สร้างด้วยวิธีอื่นๆได้ เป็นไฟฟ้าหรือแสงก็ได้
หลักการเดียวกันยังถูกใช้ในการยิงกระสุนปืนด้วย คือปืนในสมัยโบราณ ลูกกระสุนจะไม่หมุน ยิ่งได้แม่นยำในระยะจำกัด ต่อมานักประดิษฐ์ได้ใส่เกลียวเข้าไปในลำกล้องปืน เมื่อยิงด้วยกระสุนที่ทำจากโลหะที่อ่อนกว่าวัสดุของลำกล้อง กระสุนก็จะหมุนและไม่อยากเปลี่ยนทิศทาง ทำให้ยิงแม่นยำได้ไกลมากขึ้น กระสุนจะหมุนประมาณหลายร้อยรอบต่อวินาทีจนถึงพันสองพันรอบต่อวินาที รอยข้างๆกระสุนที่เกิดจากเกลียวนั้นใช้เป็นหลักฐานได้ว่ากระสุนถูกยิงออกมาจากปืนกระบอกไหน
ระหว่างคุยเรื่องการหมุนของดาวต่างๆ เด็กบางคนถามว่าในอวกาศไม่มีแรงโน้มถ่วงหรือ อันนี้เป็นความเข้าใจผิดของคนส่วนใหญ่ ในอวกาศยังมีแรงโน้มถ่วงอยู่เสมอ ไม่อย่างนั้นสิ่งต่างๆจะโคจรรอบกันไม่ได้ โลกจะโคจรรอบดวงอาทิตย์ไม่ได้ ดวงจันทร์จะโคจรรอบโลกไม่ได้ ดาวต่างๆโคจรกันเป็นกาแล็กซีไม่ได้ แรงโน้มถ่วงทำหน้าที่เหมือนเชือกที่มองไม่เห็นที่คอยดึงสิ่งต่างๆเข้าหากันทำให้เกิดวงโคจรต่างๆได้
สาเหตุที่สิ่งต่างๆลอยไปมาในสถานีอวกาศเป็นเพราะว่าตัวสถานีอวกาศและของที่อยู่ข้างในโคจรรอบโลกแบบเดียวกัน เป็นการตกเข้าหาโลกแต่ไม่โดนโลกเสมอเพราะมีความเร็วแนวเฉียงที่พอเหมาะ การโคจรที่เหมือนกันนี้ทำให้สิ่งต่างๆไม่ดันหรือดึงกันจึงไม่รู้สึกถึงน้ำหนัก
ปรากฏการณ์เดียวกันนี้สามารถสังเกตได้เมื่อเราอยู่ในลิฟท์ เมื่อลิฟท์เริ่มวิ่งขึ้นเราจะรู้สึกตัวหนักขึ้น เมื่อลิฟท์เริ่มวิ่งลงเราจะรู้สึกตัวเบาลง ท่าลิฟท์สายขาดและไม่มีเบรกเราและลิฟท์ก็จะตกสู่โลกเหมือนๆกัน พื้นลิฟท์และตัวเราจะไม่ดันกันทำให้เราอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก เราจะลอยไปมาเหมือนนักบินอวกาศได้
เราสามารถทำให้เกิดสภาพไร้น้ำหนักบนโลกได้โดยการไปอยู่ในเครื่องบินที่บินขึ้นและลงสลับกัน โดยที่ตอนบินลงเครื่องบินจะบินเหมือนกำลังตกสู่พื้นโลกอย่างอิสระ ทำให้ทุกคนในเครื่องบินลอยตัวไร้น้ำหนัก ดังในคลิปนี้:
ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าถ้าเราต้องการเดินไปเดินมาในยานอวกาศแบบมีน้ำหนักเหมือนกับเราอยู่บนผิวโลกเรามีอย่างน้อยสองทาง วิธีแรกคือเราต้องเร่งความเร็วของยานอวกาศให้เร็วขึ้นเรื่อยๆ พื้นยานอวกาศก็จะดันตัวเราทำให้เรารู้สึกเหมือนกับมีแรงโน้มถ่วงจากพื้นดูดตัวเรา วิธีนี้ต้องใช้พลังงานมาก อีกวิธีคือทำยานให้เป็นรูปทรงกระบอกหรือโดนัทแล้วหมุนไปเรื่อยๆ เมื่อเราอยู่ที่ผนังของยานอวกาศเราจะรู้สึกเหมือนเราถูกดูดให้ติดกับผนัง วิธีนี้ใช้พลังงานน้อยกว่า เพราะแค่ทำให้ยานอวกาศทรงกระบอกหมุนมันก็จะหมุนไปเรื่อยๆไม่ต้องใช้พลังงานเพิ่ม
จากนั้นเด็กๆก็แยกย้ายกันเล่นของเล่นครับ:
