ถ้วยบิน (Magnus Effect) ปืนทำงานอย่างไร, ของเล่นทำงานด้วยลม (Strandbeest)

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล เด็กประถมต้นได้ประดิษฐ์ของเล่นถ้วยบินจากการหมุน (ใช้ Magnus Effect) ประถมปลายฟังผมเล่าให้ฟังว่าปืนทำงานอย่างไร และเล่นเป่าลูกดอกค็อตต้อนบัด (ความดันในท่อทำงานเหมือนในลำกล้องปืน) เด็กๆอนุบาลสามเล่นของเล่น Strandbeest จำลองที่เดินได้ด้วยพลังงานลม

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมประถมคราวที่แล้วเรื่อง “หาทางขว้างหลอดไกลๆ, วิถีกระสุนโค้ง, ของเล่นพลังลม” ครับ ลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

เด็กประถมได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อนครับ กลวันนี้คือใช้ปากรับกระสุนปืนครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ครับ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

จากนั้นเด็กๆประถมต้นก็ได้ดูคลิปลูกบาสเก็ตบอลถูกทำให้หมุนแล้วปล่อยให้ตกจากที่สูง ปรากฎว่าลูกบอลลอยออกไปได้ไกลมากแทนที่จะตกลงมาตรงๆเวลาปล่อยแบบไม่หมุนครับ:

เวลาลูกบอลหรือทรงกระบอกหมุนๆวิ่งผ่านอากาศ แรงเสียดทานระหว่างอากาศและลูกบอลจะทำให้อากาศด้านหนึ่งเลี้ยวเข้าหาหลังลูกบอลมากกว่าอีกด้านหนึ่ง โดยด้านที่ผิวลูกบอลหมุนไปทางเดียวกับอากาศที่วิ่งผ่านลูกบอล (ก็คือทิศตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกบอลนั่นเอง) จะทำให้อากาศเลี้ยวมากกว่า ทำให้ลูกบอลโดนดึงไปทางนั้นครับ

ลูกบอลหรือทรงกระบอกที่หมุนๆ เมื่อวิ่งผ่านอากาศจะเกิดแรงยกหรือแรงกดขึ้นกับทิศทางการหมุนครับ แรงนี้เรียกว่าแรงแมกนัส (Magnus Force) แรงเกิดจากการเลี้ยงของอากาศที่วิ่งผ่านผิวลูกบอลไม่เท่ากันขึ้นกับว่าโดนด้านไหนของลูกบอลที่หมุนๆอยู่ (ภาพจาก wikipedia)

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:

สำหรับประถมปลาย ผมเล่าให้ฟังว่าปืนและกระสุนปืนทำงานอย่างไรครับ อธิบายว่าหัวกระสุนทำด้วยโลหะความหนาแน่นสูงๆเช่นตะกั่ว (หรือยูเรเนียมสำหรับกระสุนเจาะเกราะรถถังในสงคราม) อยู่ในลำกล้องที่เป็นทรงกระบอก มีก๊าซจากการเผาไหม้ดินปืนสร้างความดันในลำกล้องแล้วดันหัวกระสุนให้วิ่งไปที่เป้าหมายด้วยความเร็วสูง การทำงานจะเป็นประมาณแบบในคลิปนี้ครับ:

ผมเล่าเรื่องปืนกลยักษ์ที่ติดไว้ในเครื่องบิน A10 Thunderbolt 2 ให้เด็กๆฟังด้วย เล่าเรื่องหัวกระสุนยูเรเนียมที่เป็นกากเชื้อเพลิงเตานิวเคลียร์ที่คาดว่าไม่น่าจะมีรังสีอันตรายมากนัก แต่เมื่อนำไปใช้ในสงครามอ่าวเปอร์เชียทำให้ผู้คนป่วยเป็นมะเร็งและเด็กเติบโตผิดปกติมากมาย

จากนั้นเราเล่นเป่าลูกดอกที่ทำจากสำลีก้านกันครับ หลักการใช้ก๊าซจากลมหายใจของเราผลักกระสุน (สำลีก้าน) ออกไปตามลำกล้อง (หลอดพลาสติก) ใส่เป้าลูกโป่งที่ลอยอยู่ด้วยกระแสลมจากพัดลมในแนวดิ่ง (Coandă effect) ครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสามแนะนำให้เด็กรู้จักกับ Strandbeest (= beach animal) ที่เป็นสิ่งประดิษฐ์/งานศิลปะโดยคุณ Theo Jansen มันประกอบด้วยท่อ PVC พลาสติกต่อกันแล้วเดินได้ด้วยพลังลมครับ

มีของเล่นเป็นชุด kit ที่เราเอามาต่อเล่นเองได้ดังในคลิปนี้ครับ:

ผมเอาตัวที่ต่อแล้วสองตัวมาให้เด็กๆสังเกตการทำงานและเล่นแข่งกันครับ:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

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