เล่นกับคอปเตอร์กระดาษ รูปทรงที่ทำจากกระดาษตกพร้อมกัน

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้หัดอธิบายกลเป็นการฝึกคิดแบบนักวิทยาศาสตร์ ประถมต้นหัดทำคอปเตอร์กระดาษและสังเกตว่าทำอย่างไรให้หมุนเร็ว ทำอย่างไรให้ลอยในอากาศนานๆ ขนาดมีผลไหม ฯลฯ เด็กประถมปลายทำลูกบอลกระดาษโปร่งๆขนาดต่างๆกันแล้วปล่อยจากที่สูงเท่ากัน พบว่าขนาดไม่มีผล (เพราะแรงต้านอากาศแปรผันตามพื้นที่หน้าตัดซึ่งแปรผันตามมวลในกรณีนี้) อนุบาลสามได้หัดพับและเล่นคอปเตอร์กระดาษกันครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมประถมคราวที่แล้วเรื่อง “ขว้างหลอดกาแฟ (ต่อ) การตกของกรวยกระดาษ (ต่อ) แรงโน้มถ่วงเทียม” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนที่เข้าสู้ช่วงสิ่งประดิษฐ์ เด็กประถมได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลังนะครับ ไว้ดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อนครับ กลวันนี้คือกลเสาแหลมทะลุตัว เด็กๆอธิบายกันได้ใกล้เคียงวิธีทำจริงมากครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ครับ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ผมสอนเด็กประถมต้นให้ทำคอปเตอร์กระดาษกันเองครับ ให้เขาไปปรับแต่งสัดส่วนและขนาดต่างๆแล้วทดลองว่าแบบไหนหมุนเร็ว แบบไหนหมุนช้า แบบไหนตกเร็ว แบบไหนตกช้า จริงๆสามารถเป็นโปรเจ็กเด็กมหาวิทยาลัยเรื่อง fluid dynamics ได้ครับ

วิธีทำเป็นดังในคลิปครับ:

เด็กๆแยกย้ายกันประดิษฐ์และทดลองครับ:

สำหรับเด็กๆประถมปลาย คราวที่แล้วเด็กๆได้สังเกตโคนกระดาษขนาดใหญ่และเล็กตกสู่พื้นพร้อมๆกัน คราวนี้เราทดลองรูปทรงอื่นๆโดยพับลูกบอลกระดาษและดูลูกบาศก์กระดาษตกผ่านอากาศกันครับ

(ข้อความในวงเล็บคือข้อมูลเพิ่มเติมสำหรับเด็กมัธยมหรือมหาวิทยาลัยที่เรียนฟิสิกส์นะครับ: ถ้าไม่มีแรงต้านอากาศ ของแถวๆผิวโลกจะตกจากที่สูงระดับเดียวกันถึงพื้นโลกพร้อมๆกันเช่นในตำนานที่กาลิเลโอปล่อยลูกเหล็กใหญ่และเล็กจากหอเอนปิซ่า แรงต้านอากาศน้อยมากเมื่อเทียบกับน้ำหนัก แรงต้านอากาศมีผลน้อยมาก ลูกเหล็กทั้งสองเลยตกถึงพื้นพร้อมกันครับ

สาเหตุที่เป็นอย่างนี้ก็เพราะแรงทั้งหมดที่กระทำต่อสิ่งของคือแรงโน้มถ่วงซึ่งแปรผันตรงกับมวล ดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็ว (=ความเร่ง) จึงไม่ขึ้นกับมวลของสิ่งของที่ตกด้วยกฏ F = mg = ma ของนิวตัน

ในสถานการณ์ที่แรงต้านอากาศมีผลกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าเราสามารถทำให้แรงต้านอากาศแปรผันตรงกับมวลของวัตถุได้ วัตถุเหล่านั้นก็จะตกลงมาถึงพื้นพร้อมๆกันไม่ว่ามันจะใหญ่หรือเล็กตราบใดที่มันมีรูปทรงเดียวกัน (ปกติแรงต้านอากาศไม่แปรผันตรงกับมวลของวัตถุ แต่จะขึ้นกับรูปทรง ความเร็ว และพื้นที่หน้าตัดของวัตถุ)

เราสามารถทำอย่างนั้นได้โดยสร้างรูปทรงจากกระดาษหรือวัสดุบางๆ เพราะถ้ากระดาษมีขนาด L มวลของสิ่งของจะโตตามพื้นที่ซึ่งแปรผันตรงกับ L ยกกำลัง 2 รูปทรงจะมีพื้นที่หน้าตัดตอนตกผ่านอากาศที่แปรผันตรงกับ L ยกกำลัง 2 และแรงต้านอากาศก็จะแปรผันตรงกับ L ยกกำลัง 2 ด้วย ทำให้แรงต้านอากาศแปรผันตรงกับมวล รูปทรงแบบเดียวกันที่ทำจากกระดาษประเภทเดียวกันจึงตกผ่านอากาศเหมือนๆกัน ความเร่งที่เวลาต่างๆเหมือนกัน ความเร็วที่เวลาต่างๆเหมือนกัน มันจึงตกพื้นพร้อมกัน

ในอดีตเราปล่อยกรวยกระดาษ (https://youtu.be/8tuKvSFma-I) คราวนี้เราจะลองลูกบอลกระดาษและลูกบาศก์กระดาษกันดูครับ)

วิธีทำที่สอนเด็กๆอยู่ในคลิปครับ:

เด็กๆแยกย้ายกันประดิษฐ์และทดลองครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสามผม ผมและคุณครูช่วยกันตัดกระดาษแล้วสอนให้เด็กๆพับเป็นคอปเตอร์กระดาษเล่นกันครับ:

Leave a Reply

Your email address will not be published.

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