วิทย์ประถม: เรียนรู้เรื่องสมดุลและจุดศูนย์ถ่วง

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมมาครับ เด็กๆได้หัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามคิดอธิบายมายากล ดูคลิปการแสดงวางของให้สมดุลกัน ประถมต้นหัดวางเหรียญบนไม้บรรทัดให้สมดุล ประถมปลายดันคลิปหนีบกระดาษให้แขวนขวดน้ำไว้ขอบโต๊ะให้ได้กันครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ ลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน กลวันนี้คือทำให้วงดนตรีหายไปครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

เด็กๆได้คูคลิปการแสดงวางของให้สมดุลอย่างเยี่ยมยอดกันครับ:

การยกของขึ้นมาโดยรับน้ำหนักที่จุดเดียว (เช่นใช้นิ้วเดียวยก หรือใช้เชือกผูก) โดยที่ของไม่หมุนแล้วตกลงไปนั้น ตำแหน่งที่ถูกยกจะต้องอยู่ในแนวเดียวกันกับจุดศูนย์ถ่วง (Center of Gravity) ของมัน

วิธีหาจุดศูนย์ถ่วงของอะไรที่มีลักษณะยาวๆก็ทำได้ดังในคลิปข้างล่าง ให้สังเกตว่ามือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะมีแรงกดบนมือน้อยกว่า ความฝืดน้อยกว่าทำให้มือนั้นเริ่มขยับก่อน มือทั้งสองจะผลัดกันขยับโดยที่มือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะเป็นมือที่ขยับ จนในที่สุดมือทั้งสองก็จะไปเจอกันใต้จุดศูนย์ถ่วงครับ:

(สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมสำหรับระดับมัธยม ให้เราหยิบของมาแล้วจินตนาการว่ามันประกอบด้วยส่วนย่อยชิ้นเล็กๆเต็มไปหมดโดยที่แต่ละชิ้นเล็กๆก็มีน้ำหนักของมัน จุดศูนย์ถ่วงก็คือตำแหน่งเฉลี่ยของส่วนย่อยต่างๆโดยคำนึงถึงน้ำหนักของส่วนย่อยด้วย เช่นถ้าเรามีไม้บรรทัดตรงๆที่มีความกว้างความหนาและความหนาแน่นเท่ากันทั้งอัน จุดศูนย์ถ่วงมันก็อยู่ที่ตรงกลางไม้บรรทัด ถ้ามีลูกบอลหนักสองลูกต่อกันด้วยไม้แข็งเบาๆโดยที่ลูกบอลหนึ่งหนักกว่าอีกลูก จุดศูนย์ถ่วงก็จะอยู่บนเส้นที่ลากผ่านลูกบอลทั้งสอง แต่ใกล้ลูกบอลหนักมากกว่า)

ผมเอาไม้บรรทัดมาถ่วงด้วยเหรียญจำนวนต่างๆกันที่ตำแหน่งต่างๆกันให้เด็กๆเดาว่าจะเกิดอะไรขึ้น เด็กๆได้สังเกตจุดหมุน ระยะทางระหว่างจุดหมุนถึงน้ำหนักถ่วง และเห็นว่าถ้าจะถ่วงให้สมดุลน้ำหนักที่มากต้องอยู่ใกล้จุดหมุนขณะที่อีกข้างหนึ่งน้ำหนักเบาต้องอยู่ห่างๆจุดหมุนครับ หน้าตาการทดลองเป็นประมาณนี้:

ทดลองถ่วงน้ำหนักต่างๆบนไม้บรรทัดครับ ให้สมดุลอยู่ให้ได้

ความรู้เพิ่มเติมสำหรับเด็กโตหน่อยคือ อาร์คิมีดีสค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักถ่วงทั้งสองข้างและระยะทางจากน้ำหนักถ่วงทั้งสองถึงจุดหมุนไว้เมื่อสองพันกว่าปีที่แล้วครับว่าถ้าให้ของที่ถ่วงสองข้างมีน้ำหนัก(หรือมวล ซึ่งแปรผันตรงกับน้ำหนัก) เป็น M1 และ M2 และระยะทางถึงจุดหมุนคือ a และ b ความสมดุลจะเกิดได้เมื่อ M1 x a = M2 x b ครับ

ให้ของที่ถ่วงสองข้างมีน้ำหนักหรือมวลเป็น M1 และ M2 และระยะทางถึงจุดหมุนคือ a และ b ความสมดุลจะเกิดได้เมื่อ M1 x a = M2 x b ครับ (ภาพจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Lever)

จากนั้นเด็กๆประถมต้นก็แยกย้ายกันทดลองหาจุดศูนย์ถ่วง และวางเหรียญให้สมดุลบนไม้บรรทัดกันครับ:

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้ดัดคลิปหนีบกระดาษเป็นตะขอรูปทรงต่างๆให้สามารถแขวนขวดใส่น้ำไว้ขอบโต๊ะ ให้สังเกตุว่าเชือกที่ห้อยอยู่ตำแหน่งไหนเทียบกับขอบโต๊ะครับ:

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.