เครื่องมือที่ใช้เสียงความถี่สูง, วัดคาบลูกตุ้มแกว่ง, จรวด Nerf

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้หัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ประถมต้นได้ดูเครื่องมือทำความสะอาด และเครื่องทำหมอกด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ประถมปลายได้พยายามวัดคาบการแกว่งของลูกตุ้มความยาวต่างๆ พยายามหาว่าความยาวเท่าไรทำให้คาบเท่ากับ 0.5, 1, 2 วินาที อนุบาลสามได้เล่นของเล่นจากความดันอากาศคือจรวดกระสุนโฟม Nerf ครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมประถมคราวที่แล้วเรื่อง “ความถี่เสียงที่หูฟังได้, ความถี่ธรรมชาติของวัตถุ, กลน้ำไม่หก” ครับ ลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กประถมต้นได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อนครับ กลวันนี้คือกลคนเข้าทรง:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ครับ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

เด็กๆประถมต้นได้รู้จักการประยุกต์ใช้คลื่นเสียงความถี่สูงๆ (ultrasonic) สองแบบครับ แบบแรกเป็นเครื่องทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียง (ultrasonic cleaning) หลักการทำงานก็คือมีการส่งผ่านคลื่นเสียงความถี่สูงผ่านเข้าไปในน้ำหรือสารละลาย ทำให้เกิดบริเวณสุญญากาศเล็กๆเต็มไปหมด (cavitation) เนื่องจากน้ำถูกคลื่นพาให้เคลื่อนที่ไปมา เมื่อคลื่นวิ่งผ่านไปน้ำก็วิ่งกลับมาบริเวณสุญญากาศเหล่านั้นอย่างรวดเร็ว เปรียบเสมือนเป็นการระเบิดเล็กๆทำให้ฝุ่นผงคราบสกปรกกระเด็นออกจากพื้นผิววัสดุที่เราต้องการทำความสะอาดครับ

คลิปตัวอย่างการทำความสะอาดแว่นตาด้วยคลื่นเสียง จะเห็นไขมันและสิ่งสกปรกหลุดลอยออกมาจากแว่นครับ:

ตัวอย่างการประยุกต์อันที่สองคือเครื่องสร้างหมอกด้วยคลื่นเสียงครับ คลื่นเสียงความถี่สูงๆจากแหล่งกำเนิดที่จุ่มไว้ในน้ำทำให้เกิดคลื่นที่ผิวน้ำ คลื่นขนาดเล็กๆบนผิวน้ำสามารถทำให้หยดน้ำเล็กๆถูกบีบให้หลุดออกมาเป็นหมอกได้ครับ

ภาพจาก https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6468117/

หน้าตาหมอกที่เกิดขึ้นเป็นแบบนี้ครับ:

เด็กประถมปลายได้ทำการทดลองเรื่องการสั่นการแกว่งต่อจากสัปดาห์ที่แล้ว โดยคราวนี้ให้สังเกตการแกว่งของลูกตุ้มที่ทำจากด้ายผูกกับน๊อตเหล็กหกเหลี่ยมครับ เด็กๆเห็นว่าความยาวของลูกตุ้ม (วัดจากปลายด้ายที่เราจับไว้ถึงตรงกลางน๊อตที่ผูกด้าย) กับคาบการแกว่ง (เวลาในการแกว่งให้ครบรอบหนึ่งครั้ง) มีความสัมพันธ์กันครับ ถ้าความยาวเท่ากันคาบจะเท่ากัน ถ้าความยาวมากคาบจะนาน ถ้าความยาวน้อยคาบจะไม่นาน

ข้อมูลคาบการแกว่งของลูกตุ้มขนาดต่างๆที่ช่วยกันวัดระหว่างป. 4-6 และม.1-3 ครับ
ลองเอาข้อมูลมาวาดกราฟเพื่อหาค่า g (ความเร่งจากแรงโน้มถ่วงที่ผิวโลก) ได้ g = 9.76 ± 0.05 เมตรต่อวินาทีกำลังสองครับ

สำหรับเด็กอนุบาลสามบ้านพลอยภูมิ ผมให้เอากระสุนโฟมปืน Nerf มาใส่ปากหลอดฉีดยาให้แน่นพอประมาณแล้วกดหลอดฉีดยา อากาศในหลอดจะเล็กลงจนความดันภายในสูงพอที่จะทำให้กระสุนโฟมหลุดกระเด็นออกไป แล้วก็ให้เขาพยายามยิงให้โดนเป้าต่างๆครับ เป็นการเล่นกับความดันอากาศต่อจากคราวก่อน

One thought on “เครื่องมือที่ใช้เสียงความถี่สูง, วัดคาบลูกตุ้มแกว่ง, จรวด Nerf”

Leave a Reply

Your email address will not be published.

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