วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆครับ เด็กประถมได้ดูคลิปพลาสมาเรืองแสงจากองุ่นในเตาไม่โครเวฟ ได้ดูลูกบาสหมุนตกจากที่สูงแล้วร่อนไปไกลๆด้วยแรงยกจากอากาศที่เรียกว่า Magnus Effect และได้ประดิษฐ์ของเล่นถ้วยพลาสติกร่อนด้วยหลักการเดียวกันครับ นอกจากนี้ประถมปลายได้ดูคลิปการสร้างก๊าซไฮโดรเจนด้วยสิ่งของตามบ้านด้วย อนุบาลสามได้เล่นกับโคลนแป้งมันโดยใช้มือจิ้มแรงๆและเบาๆ ได้ดูโคลนแป้งมันบนลำโพงที่สั่นด้วยความถี่ต่างๆครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “คุยต่อเรื่องเสียง หูและการได้ยิน โคลนแป้งมันประหลาด” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ผมให้เด็กๆประถมดูคลิปนี้ครับ:

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าสถานะของสสารต่างๆนอกจะมีของแข็ง ของเหลว ก๊าซแล้ว ยังมีอีกหลายสถานะ มีเป็นสิบเลย แต่ที่พบเจอในชีวิตประจำวันก็จะมีสี่สถานะคือของแข็ง ของเหลว ก๊าซ และ พลาสมา (Plasma)

พลาสมาเป็นสถานะที่มีมากที่สุดในจักรวาลที่เราเห็นครับครับ มันคือก๊าซที่ร้อนมาก (มีพลังงานมาก) จนอิเล็คตรอนในอะตอมของก๊าซหลุดออกมาจากอะตอมและวิ่งไปมาทั่วไปสามารถนำไฟฟ้าได้ ดาวฤกษ์ทั้งหลายก็เป็นพลาสม่ากันทั้งนั้น สิ่งของใกล้ตัวที่เป็นพลาสมาหรือมีพลาสมาเป็นส่วนประกอบก็เช่นหลอดไฟฟลูออเรสเซนท์ ฟ้าแลบที่อากาศร้อนมากจนเปล่งแสง แสงเหนือแถบขั้วโลกก็เกิดจากพลาสมาครับ

ในการทดลองนี้ เวลาเอาองุ่นไปไว้ในเตาไมโครเวฟ ความร้อนทำให้ความชื้นในองุ่นกลายเป็นก๊าซ สนามไฟฟ้าแถวๆองุ่นเกิดการนำไฟฟ้าผ่านอากาศ (การอาร์คไฟฟ้า Electrical Arc) แล้วทำให้ก๊าซร้อนเป็นพลาสมาและเปล่งแสงครับ ในคลิปจะเห็นว่าพลาสมาร้อนมากทำให้ถ้วยพลาสติกละลายด้วยนะครับ

ของเล่น/ของประดับที่ผมชอบดูตอนเด็กๆคือลูกบอลพลาสมาครับ ตอนเด็กๆราคาแพงมาก ตอนผมแก่ราคาไม่กี่ร้อยบาท ผมเลยเอาซื้อมาเล่นครับ:

จากนั้นเด็กๆก็ได้ดูคลิปลูกบาสเก็ตบอลถูกทำให้หมุนแล้วปล่อยให้ตกจากที่สูง ปรากฎว่าลูกบอลลอยออกไปได้ไกลมากแทนที่จะตกลงมาตรงๆเวลาปล่อยแบบไม่หมุนครับ:

เวลาลูกบอลหรือทรงกระบอกหมุนๆวิ่งผ่านอากาศ แรงเสียดทานระหว่างอากาศและลูกบอลจะทำให้อากาศด้านหนึ่งเลี้ยวเข้าหาหลังลูกบอลมากกว่าอีกด้านหนึ่ง โดยด้านที่ผิวลูกบอลหมุนไปทางเดียวกับอากาศที่วิ่งผ่านลูกบอล (ก็คือทิศตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกบอลนั่นเอง) จะทำให้อากาศเลี้ยวมากกว่า ทำให้ลูกบอลโดนดึงไปทางนั้นครับ

เราเห็นปรากฎการณ์นี้ในกีฬาหลายๆอย่างเช่นฟุตบอล เทนนิส ปิงปอง เบสบอล หรือกีฬาอะไรก็ตามที่มีลูกบอลหมุนๆวิ่งผ่านอากาศครับ ในปืน BB ยิงกระสุนพลาสติกก็ใช้เทคนิคนี้ให้กระสุนวิ่งหมุนแบบ back-spin ให้ลอยอยู่นานๆ เรียกว่า hop-up ครับ

ผมแถมวิดีโอให้ดูอีกสองอันนะครับ เผื่อสนใจ (ไม่ได้โชว์ให้เด็กๆดูในห้องเรียนเพราะเวลาจำกัดครับ) อันแรกอธิบาย Magnus Effect ครับ:

อันที่สองอธิบายการเลี้ยวของลูกฟุตบอลครับ:

พอเด็กๆดูวิดีโอและคำอธิบายเสร็จก็หัดประดิษฐ์ของเล่นที่ใช้หลักการนี้กันครับ เอาถ้วยพลาสติกสองอันมาติดกันที่ก้นถ้วย แล้วใช้หนังยางดีดออกไปให้หมุนๆ เราสามารถทำให้ถ้วยพุ่งตกลงพื้นเร็วๆหรือให้ถ้วยร่อนอยู่ในอากาศนานๆขึ้นกับว่าเราทำให้หมุนแบบไหน แบบ top-spin หรือ back-spin ครับ ดูวิธีทำในวิดีโอเลยครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสาม ผมให้เล่นโคลนแป้งมันแบบที่เด็กประถมเคยเล่นคราวที่แล้วครับ ให้เอานิ้วจิ้มเร็วๆจะพบว่ามันแข็งตัว แต่ถ้าแตะเบาๆมันจะเหลวๆให้นิ้วจมลงไปได้ครับ

สาเหตุที่มันเป็นอย่างนี้ก็เพราะว่าเวลาเราเอาแป้งมันไปละลายน้ำให้ข้นๆ(เหมือนโคลน) โมเลกุลยาวๆของมันจะลอยอยู่ในน้ำ พันกันยุ่งๆ ไขว้กันไปมา ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนคนช้าๆ โมเลกุลจะมีเวลาค่อยๆขยับผ่านกัน เราจึงไม่รู้สึกถึงแรงต้านมากนัก เหมือนกับคนของเหลวธรรมดา แต่ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนไปคนเร็วๆ โมเลกุลจะไม่มีเวลาขยับผ่านกัน มันจะยังพันกันเกี่ยวกันอยู่ แรงต้านที่นิ้วหรือช้อนจะเยอะมาก เราจะเห็นว่าโคลนแป้งมันกลายเป็นของแข็งทันทีเมื่อเราไปคนมันเร็วๆครับ

จากนั้นเราก็ดูโคลนแป้งมันบนลำโพงกันครับ เอาโคลนแป้งมันไปไว้บนลำโพง แล้วปล่ยอเสียงให้มีความสั่นสะเทือนไปตีโคลนครับ ถ้าปรับความถี่การสั่นให้เหมาะสม ลำโพงจะตีโคลนตอนมันตกลงมาพอดีทำให้โคลนกลายเป็นของแข็งตั้งขึ้นมาครับ: