อากาศร้อนเย็นและความดัน เสื้อกันหนาวทำงานอย่างไร ปืนลมหลอดกาแฟ

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ https://witpoko.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ สำหรับบันทึกการสอนต่างๆในอดีตเข้าไปดูที่ http://atriumtech.com/sci_kids/ นะครับ

(คราวที่แล้วเรื่อง “จรวดเชื้อเพลิงแข็ง! อากาศขยายตัวหดตัวตามความร้อนเย็น” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมและอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เด็กประถมต้นได้ทดลองเรื่องความดันอากาศเมื่ออากาศร้อนและเย็น คือได้สังเกตขวดพลาสติกปิดฝาไปแช่ในช่องฟรีซและช่องธรรมดาในตู้เย็น ได้เอาขวดพลาสติกบุบๆใส่น้ำร้อนนิดหน่อยแล้วเขย่าให้อากาศในขวดร้อนเกิดความดันสูงทำให้ขวดคืนตัวหายบุบ ได้ทำการทดลองเอามือจุ่มน้ำเย็นใส่น้ำแข็งโดยสวมถุงพลาสติกหนึ่งชั้น ถุงพลาสติกสองชั้น และถุงพลาสติกสองชั้นที่ใส่กระดาษฉีกฝอยๆไว้ระหว่างชั้นแล้วเปรียบเทียบว่าแบบไหนจุ่มน้ำแล้วเย็นสุด แบบไหนอุ่นสุด เด็กประถมปลายได้ประดิษฐ์ของเล่นปืนลมหลอดกาแฟ เด็กอนุบาลสามได้เล่นของเล่นเป่าหลอดกาแฟให้พุ่งไปไกลครับ

สำหรับเด็กประถมต้นผมให้เด็กๆเอาขวดพลาสติกเปล่าๆมีฝามาจากบ้านครับ ก่อนอื่นก็เลือกขวดใหญ่ 1.5 ลิตร และขวดเล็ก 500 ซีซี แบบเหมือนๆกันมาอย่างละสองขวด จัดเป็นสองชุด แต่ละชุดมีขวดเล็กและขวดใหญ่ แล้วก็เอาชุดแรกไปใส่ในช่องน้ำแข็งในตู้เย็น ชุดที่สองไว้ในตู้เย็นช่องปกติที่ไม่ใช่ช่องแข็ง รอประมาณครึ่งชั่วโมงแล้วเราจะมาดูกันครับ

จากนั้นเราก็มานั่งเป็นวงกลมดูผมทำตัวอย่างการทดลองกัน ผมเอาขวดมาบีบๆให้บุบๆแล้วปิดฝาไว้ แล้วถามเด็กๆว่าทำยังไงให้ขวดมันคืนสภาพเป็นไม่บุบดี เด็กๆบอกว่าเป่าขวดดีไหม ผมบอกว่าเป่าลมเข้าไปในขวดแรงๆก็ทำให้ขวดหายบุบได้แล้วก็เป่าให้เด็กดู แล้วถามว่ามีวิธีอื่นอีกไหมที่เด็กๆคิดว่าน่าจะทำได้

หลังจากเด็กๆงงอยู่สักพักผมก็เอาน้ำร้อนจากกระติกนิดหน่อยใส่เข้าไปในขวด ปิดฝาขวดให้แน่น แล้วเขย่าๆให้น้ำร้อนกระจายไปทั่วๆ สักพักขวดก็พองขึ้นพองขึ้น ไม่บุบอีกแล้ว แต่ถ้าทิ้งไว้สักพักขวดจะเริ่มบุบอีก ถ้าจะไม่ให้บุบต้องเปิดฝาขวดหลังจากเขย่าๆน้ำร้อนจนขวดเลิกบุบ ตอนเปิดจะได้ยินเสียงลมวิ่งออกมาจากขวดด้วย

จากนั้นเด็กๆก็ลองทำเองโดยผมเป็นคนใส่น้ำร้อนให้ เด็กๆก็สนุกสนานกันใหญ่กับการทำให้ขวดโป่งขึ้น หายบุบ และรอให้ขวดเย็นแล้วบุบอีก

จากนั้นเราก็ไปดูขวดที่เราใส่ไว้ในตู้เย็นกัน ผลปรากฏว่าขวดที่ใส่ไว้ในช่องน้ำแข็งบุบมากกว่าขวดในช่องเย็นธรรมดา และขวดใหญ่ดูเหมือนจะบุบกว่าขวดเล็ก เมื่อเอาขวดทั้งหลายออกจากตู้เย็นสักพักให้มันหายเย็น มันจะคืนตัวไม่บุบอีกต่อไป จะได้ยินเสียงกร๊อบแกร๊บตอนขวดมันขยับคืนตัวด้วย

จากนั้นเราก็ไปนั่งคุยกันในห้องเรียนว่าเหตุการณ์ที่เราเห็นนี่เกิดจากอะไร เด็กๆก็เสนอความเห็นกัน มีเด็กบางคนบอกว่าอากาศในขวดเวลามันร้อนมันขยายตัวทำให้ขวดโป่ง และเมื่ออากาศเย็นมันก็หดตัวทำให้ขวดบุบ ผมจีงบอกว่าใช่แล้ว มันเป็นอย่างนั้นนั่นเอง สังเกตว่าเวลาเราใส่น้ำร้อนเข้าไปเขย่าๆในขวดแล้วเปิดฝา จะมีลมพุ่งออกมาตอนเราเปิด ลมมันเกิดจากอากาศร้อนภายในขยายตัวแล้ววิ่งออกมานั่นเอง

ตอนเราเอาขวดไปแช่เย็น ขวดในช่องแข็งบุบมากกว่าขวดในช่องธรรมดาเพราะมันเย็นกว่า อากาศข้างในหดตัวมากกว่า ขวดเล็กดูบุบน้อยกว่าขวดใหญ่เพราะจากการจับๆมันน่าจะแข็งแรงกว่าด้วย ขวดทุกขวดคืนสภาพหายบุบเมื่อทิ้งไว้นอกตู้เย็นเมื่ออากาศภายในขวดอุ่นขึ้นและขยายตัวเข้าสู่สภาพเดิม

ต่อไปเด็กๆก็ทำการทดลองที่สอง ผมเอากาละมังใส่น้ำและใส่น้ำแข็งก้อนๆลงไปให้มันเย็น จากนั้นผมก็ทำ “ถุงมือ” มาสามแบบ แบบแรกคือถุงพลาสติกชั้นเดียว แบบที่สองคือถุงพลาสติกสองชั้น แบบที่สามคือถุงพลาสติกสองชั้นที่มีกระดาษหนังสือพิมพ์ฉีกเป็นฝอยๆใส่ไว้ระหว่างถุงพลาสติกทั้งสองชั้น แล้วเด็กๆก็ใส่ถุงมือทีละแบบ แล้วจุ่มมือลงไปในน้ำในกาละมัง เปรียบเทียบว่าแบบไหนใส่แล้วมืออุ่นสุด

เด็กๆสรุปว่าแบบที่สามที่มีกระดาษฝอยๆระหว่างชั้นพลาสติกอุ่นที่สุด ผมจึงให้เด็กๆสังเกตเสื้อหนาวฟูๆของเด็กๆด้วยว่ามันมีส่วนประกอบทำนองนี้ คือมีผ้าสองชั้นที่ข้างในยัดอะไรฟูๆไว้ให้กักเก็บอากาศไว้ข้างใน อากาศจะทำหน้าที่กันไม่ให้ความร้อนความเย็นวิ่งผ่านได้ง่ายๆนัก ร่างกายเราจึงอบอุ่นเมื่อใส่เสื้อหนาว

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้ประดิษฐ์ปืนลมหลอดกาแฟ ก่อนอื่นผมให้เด็กๆดูปืนลมยิงกระสุมโฟม Nerf ที่ธีธัชประกอบขึ้นมาตอนปิดปีใหม่ก่อน:

ผมคิดดัดแปลงโดยใช้หลอดกาแฟแทนลูกกระสุนโฟมเพราะหาง่ายกว่า ราคาไม่แพง บังเอิญผมไปพบหลอดพลาสติกแบบค่อนข้างแข็ง ยาว 98 เซ็นติเมตรที่ร้านแม็คโคร (ป้ายเขาบอกว่า “หลอดตรงตราแอโรยาว 980 มิลลิเมตร”) หลอดแบบนี้มีขนาดเล็กกว่าหลอดพลาสติกตรงทั่วไปที่เราใช้กันนิดหน่อย สามารถสวมหลอดทั่วไปไปบนหลอดแข็งได้ จึงดัดแปลงโดยหาขวดพลาสติกที่บีบได้มา เจาะรูที่ฝาให้สอดหลอดแข็งเข้าไปได้ให้คับๆ ตัดหลอดแข็งให้ยาวประมาณ 50 เซ็นติเมตรสอดเข้าไปในรูประมาณ 10 เซ็นติเมตร แล้วเอากาวร้อนทารอบๆรูทีสอดเข้าไปกันอากาศรั่ว จากนั้นก็เอาหลอดกาแฟปกติมาพับหัวแล้วพันเทปกาวเพื่อที่เวลาเราเปล่าอีกปลายจะได้ไม่มีอากาศรั่วออกมา หลอดที่พับหัวจะเป็น “ลูกดอก” ของเรา เมื่อเราเอาลูกดอกไปสวมกับหลอดแข็งที่ติดกับขวดแล้วเราบีบขวดให้อากาศในขวดไหลออกมาตามท่อ อากาศจะดันลูกดอกให้วิ่งออกไปข้างหน้าไปยังเป้าที่เราชี้ไป พออธิบายเสร็จ เด็กๆก็เริ่มประดิษฐ์ของตัวเองแล้วก็เล่นกันดังในคลิปครับ: