แรงลอยตัว วัดปริมาตรด้วยการชั่งน้ำหนัก กระดาษจอมพลัง

เมื่อวานผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้ฝึกหัดการคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยการพยายามอธิบายมายากล และได้ทดลองวัดขนาดกำปั้นของแต่ละคนโดยการจุ่มไปในน้ำที่ใส่ภาชนะอยู่บนเครื่องชั่ง เด็กอนุบาลสามได้เห็นความมหัศจรรย์ของกระดาษม้วนเป็นท่อที่รับน้ำหนักได้เกินคาด

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมประถมคราวที่แล้วเรื่อง “แรงลอยตัว, Chromatography, ลูกปิงปองยกลูกเทนนิส” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

 ก่อนอื่นเด็กประถมได้ดูมายากลเหล่านี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลังนะครับ  กลแรกเป็นกลใบเลื่อยตัดตัว:

อีกอันคือคาบลูกกระสุนปืนที่ยิงใส่:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ครับ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

จากนั้นเด็กๆก็ทำความคุ้นเคยกับแรงลอยตัวและการแทนที่น้ำโดยให้สังเกตระดับน้ำที่สูงขึ้นเมื่อจุ่มวัตถุลงไป ให้เด็กคิดว่าทำไมระดับน้ำจึงสูงขึ้น ผมจุ่มลูกปิงปองและลูกแก้วทีละลูก ให้เด็กเดาว่าระดับน้ำอันไหนจะสูงกว่ากันครับ

ลูกปิงปองและลูกแก้วที่ใช้จุ่มน้ำครับ
ลูกปิงปองและลูกแก้วที่ใช้จุ่มน้ำครับ

เด็กๆได้เข้าใจว่าระดับน้ำที่เพิ่มขึ้นกับลูกที่จุ่มไปใหญ่แค่ไหน ไม่เกี่ยวกับว่าหนักแค่ไหนครับ ถ้าเราเอาทรายใส่ลูกปิงปองให้เต็มให้มันหนักๆแล้วจุ่มลงไปในน้ำ ระดับน้ำก็สูงเท่ากับลูกปิงปองแบบปกติ

จากนั้นผมเอาแก้วที่ใส่น้ำวางบนเครื่องชั่งน้ำหนัก แล้วให้เด็กๆเดาอีกว่าถ้าจุ่มลูกแก้วหรือลูกปิงปองลงไปโดยไม่ให้ตกลงไปถึงก้นแก้ว น้ำหนักที่เครื่องชั่งจะเพิ่มหรือลดอย่างไร เด็กๆก็เห็นว่าเมื่อจุ่มลูกปิงปองลงไป น้ำหนักที่เครื่องชั่งเพิ่มขึ้นมากกว่าเมื่อจุ่มลูกแก้วลงไป

น้ำหนักที่เพิ่มขึ้นนี้จะเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่มีขนาดเท่ากับวัตถุที่จุ่มลงไป กฏธรรมชาติข้อนี้ถูกค้นพบโดยอาร์คิมีดีสเมื่อกว่าสองพันปีมาแล้ว

ผมชั่งน้ำหนักน้ำให้เด็กๆดูจนเด็กเห็นว่าน้ำปริมาณ 1 ซีซี หนัก 1 กรัม ดังนั้นถ้าเราเอาอะไรไปจุ่มน้ำแล้วทำให้เครื่องชั่งอ่านเพิ่มขึ้น x กรัม ก็แสดงว่าของที่ไปจุ่มมีปริมาตร x ซีซี

ชั่งน้ำหนักน้ำ 1 ซีซี =  1 กรัมครับ
ชั่งน้ำหนักน้ำ 1 ซีซี = 1 กรัมครับ

จากนั้นเราก็วัดปริมาตรกำปั้นของพวกเรากันครับ ทำโดยเอากำปั้นไปจุ่มน้ำในถังที่วางบนเครื่องชั่งน้ำหนักแล้วดูว่าน้ำหนักเพิ่มขึ้นกี่กรัม แล้วก็แปลงเป็นปริมาตรของกำปั้นครับ

ได้ผลดังนี้ครับ:

เด็กประถมปลายได้เปรียบเทียบปริมาตรของลูกปิงปองกับสูตรปริมาตร V = 4/3 π rกับการทดลองที่วัดจากการจุ่มลูกปิงปองลงในน้ำครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสาม ผมให้เล่นท่อกระดาษทรงพลังครับ วิธีทำก็ในคลิปนี้ครับ:

ผมให้เอาท่อกระดาษสี่ท่อมาวางใต้แผ่นพลาสติกแข็งๆ ทำให้มันดูเหมือนโต๊ะเล็กๆ แล้วให้เด็กๆค่อยๆเอาของเล่นบล็อกไม้มาวางกันทีละคนๆ ดูว่ามันรับน้ำหนักได้แค่ไหน

ใส่จนหมดกล่องก็ยังรับน้ำหนักได้ จึงเอากล่องอื่นๆมาวางซ้อนรวมถึงกระเป๋าแบ็คแพ็คหนักๆของผมด้วย ก็ยังไม่ล้ม

สุดท้ายเลยเอาโต๊ไม้มาวางทับ แล้วให้เด็กขึ้นมายืนด้านบนครับ ท่อกระดาษก็พับลงไป น้ำหนักรวมน่าจะเกิน 30 กิโล

ต่อมาผมเอาแกนกระดาษทิชชู่หลายๆอันมาต่อเป็นฐานแล้วอุ้มเด็กๆให้ไปยืนกันข้างบน เด็กๆสนุกสนานกิ๊วก๊าวกันใหญ่

หลังจากเล่นเสร็จแล้ว ผมอธิบายเพิ่มเติมโดยถามเด็กๆว่าใครรู้บ้างกระดาษทำมาจากอะไร เด็กๆหลายคนก็รู้ว่าทำมาจากไม้ ผมก็เล่าเรื่องคร่าวๆว่าคนเอาต้นไม้ไปย่อยเป็นชิ้นเล็กๆผสมน้ำและสารเคมีกัดสีให้ขาว แล้วเอาลูกกลิ้งมารีดเอาน้ำออก แล้วเราก็ได้กระดาษแผ่นบางๆขาวๆ ผมบอกว่าดังนั้นจริงๆแล้วแผ่นกระดาษก็เหมือนไม้ที่บางมากๆ ถ้าเราเอามาม้วนแน่นๆ มันก็จะแข็งและรับน้ำหนักได้มากครับ

ผมเคยทำคลิปเรื่องนี้ไว้ในช่องเด็กจิ๋ว & ดร. โก้บน YouTube ด้วยครับ เชิญชมนะครับ:

 

Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.