วิทย์ม.ต้น: ขนาดสัตว์ประหลาดในหนัง, อะตอม, ภาพยนต์ทำด้วยการขยับอะตอม

วิทย์ม.ต้นวันนี้เราคุยกันเรื่องขนาดสิ่งต่างๆ เรื่องเข้าใจสิ่งต่างว่าประกอบด้วยอะตอม และดูคลิปต่างๆที่เกี่ยวข้องครับ

1. เราคุยกันว่าเมื่อสัตว์มีขนาดใหญ่ขึ้น มวลของมันจะโตเหมือนขนาด^3 (ขนาดยกกำลัง 3) แต่ความแข็งแรงของกระดูกและกล้ามเนื้อจะโตตามขนาดพื้นที่หน้าตัดคือขนาด^2 (ขนาดยกกำลัง 2) ทำให้โตเกินไปไม่ได้ไม่งั้นกระดูกจะหักหรือเคลื่อนตัวไม่ได้ หรือไม่อย่างนั้นรูปทรงกระดูกก็ต้องกว้างขึ้นทำให้ขาโตๆเพื่อรับน้ำหนัก ให้สังเกตรูปทรงขาของหนู ม้า วัว ช้าง เป็นต้น

ถ้าของมีขนาดกว้างยาวเพิ่มขึ้นด้านละสองเท่า พื้นที่มันจะเพิ่มเป็นสี่เท่า = 2 x 2
ถ้าของมีขนาดกว้างยาวสูงเพื่มขึ้นด้านละสองเท่า ปริมาตรมันจะเพิ่มเป็นแปดเท่า = 2 x 2 x 2
โดยทั่วไปเมื่อของมีขนาดเพิ่มขึ้น ปริมาตรของมันจะเพิ่มแบบขนาดยกกำลัง 3 แต่พื้นที่ต่างๆของมันจะเพิ่มแบบขนาดยกกำลังสอง
ใช้ลูกเต๋าเปรียบเทียบปริมาตรและพื้นที่ผิว ก้อนใหญ่มีปริมาตรเป็นแปดเท่าของก้อนเล็ก และมีพื้นที่ผิวเป็นสี่เท่าของก้อนเล็ก

2. ผมเล่าเรื่องสรุปโดยย่อจากบทความ “The Biology of B-Movie Monsters” ที่ศึกษาว่าสัตว์ประหลาดขนาดยักษ์ในหนัง หรือเมื่อคนถูกย่อส่วนให้ตัวเล็กๆ จะพบปัญหาอะไรบ้าง และมีอะไรเปลี่ยนไปเมื่อขนาดเปลี่ยน เช่นถ้าเราตัวเล็กลงหลายสิบเท่าเราก็จะสูญเสียความร้อนและน้ำผ่านผิวหนังเร็วมาก หรือแรงตึงผิวของน้ำจะมีผลต่างๆมากมาย ขณะเดียวกันเราที่ตัวเล็กมากๆก็จะแข็งแรงมากเมื่อเทียบกับขนาด สามารถกระโดดได้ไกลและเคลื่อนที่ไวขึ้นเมื่อเทียบกับขนาด เมื่อตกจากที่สูงก็บาดเจ็บน้อยกว่า

3. เด็กๆได้ดูคลิปเรื่องขนาดจาก MinuteEarth

ได้รู้จักสิ่งมีชีวิตที่สูงที่สุด ที่กินพื้นที่มากที่สุด และหนักที่สุด ได้เข้าใจว่าทำไมปลาวาฬถึงใหญ่กว่าสัตว์บก (เพราะน้ำช่วยพยุงน้ำหนักตัว) และใหญ่กว่าปลาฉลามวาฬด้วย (เพราะหายใจด้วยปอด ได้ออกซิเจนมากกว่าหายใจด้วยเหงือก) เข้าใจเรื่องการจับปลาถ้าเราจับปลาใหญ่ปล่อยปลาเล็ก เราจะทำหน้าที่คัดเลือกพันธุ์ให้ปลาที่มีขนาดเล็กแพร่พันธุ์ได้ดีกว่าขนาดใหญ่ จึงอาจต้องปรับวิธีจับปลาใหม่ และรู้จักว่าทำไมฝุ่นผงควันต่างๆจึงจำเป็นสำหรับฝน

4. ผมเล่าเรื่องอะตอมให้เด็กๆฟัง โดยสรุปมาจากบท “Atoms in Motion” ในหนังสือ “The Feynman Lectures on Physics, Volume I” ใจความสำคัญคือถ้าเกิดภัยพิบัติทำให้อารยะธรรมของเราสูญสิ้น และเราต้องเลือกประโยคเดียวที่อัดแน่นไปด้วยข้อมูลต่างๆเกี่ยวกับธรรมชาติเพื่อส่งต่อไปคนหรือสิ่งมีชีวิตรุ่นต่อไปเราควรจะเลือกประโยคใด ประโยคที่นักฟิสิกส์เอกของโลก คุณ Richard Feynman เลือกคือ “All things are made of atoms—little particles that move around in perpetual motion, attracting each other when they are a little distance apart, but repelling upon being squeezed into one another.” แปลว่า “สิ่งของต่างๆประกอบด้วยอะตอม ซึ่งก็คืออนุภาคเล็กๆที่เคลื่อนที่ตลอดเวลา ดึงดูดกันเมื่ออยู่ใกล้ๆ แต่จะผลักกันเมื่ออยู่ใกล้เกินไป”

5. จากประโยคข้างต้น เราสามารถอธิบายสิ่งต่างๆรอบตัวเรา โดยอธิบายว่าอะตอมส่วนประกอบสิ่งต่างๆเหล่านั้นทำอะไรกันอยู่, แบ่งชนิดสิ่งต่างๆ(โมเลกุล)ที่เกิดจากอะตอมประเภทต่างๆมาต่อกัน, ความหนาแน่นและความแข็งแรงที่โมเลกุลอยู่ด้วยกันก็อธิบายสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ, การระเหยคืออะไร ทำไมการเป่าลมจึงทำให้น้ำระเหยเร็วขึ้น, การเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาเคมีเช่นอะตอมคาร์บอนรวมกับอะตอมออกซิเจนกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์หรือคาร์บอนมอนนอกไซด์, ฯลฯ

6. อะตอมในธรรมชาติแต่ละชนิดเรียกว่าธาตุนั่นเอง (เรายังไม่คุยรายละเอียดเรื่องไอโซโทป) เราทำความรู้จักตารางธาตุ ซึ่งก็คือการจัดการเรียงอะตอมประเภทต่างๆไว้เป็นหมวดหมู่ แนะนำเว็บตารางธาตุที่น่าสนใจสองอันคือ https://periodictable.com และ https://ptable.com

7. ผมเล่าเรื่องการพยายาม “ดู” อะตอมต่างๆด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบ Atomic Force Microscope และให้เด็กๆดูคลิปหน้าตาอะตอมเหล่านี้:

ดูภาพยนต์ที่ทำจากการขยับอะตอม:

ดูบางส่วนว่าเขาสร้างภาพยนต์ข้างบนอย่างไร:

8. เด็กๆเอาลูกปืน BB มาใส่ถาด จับเขย่าไปมา สังเกตเป็นแบบจำลองของก๊าซ ของเหลว ของแข็ง โครงสร้างผลึกและความบกพร่องในผลึก

9. การบ้านสำหรับพุธหน้าก็คืออ่านบทที่สามของหนังสือปลาที่ว่ายในสนามฟุตบอล แล้วเขียนสรุปความเข้าใจตนเอง ถ่ายรูปสรุปส่งให้ผม

One thought on “วิทย์ม.ต้น: ขนาดสัตว์ประหลาดในหนัง, อะตอม, ภาพยนต์ทำด้วยการขยับอะตอม”

Leave a Reply

Your email address will not be published.

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