วิทย์ประถม: ความเฉื่อย, ตอกและงัดตะปู, คานดีดคานงัด

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ประถมต้นได้ทดลองเล่นกับความเฉื่อย ประถมปลายหัดตอกและงัดตะปู เรียนรู้เรื่องคาน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน กลวันนี้คือเสกให้คนลอยครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ผมเล่าเรื่องการระเบิดของแอมโมเนียมไนเตรตที่เมืองเบรุตสัปดาห์ที่แล้วให้เด็กๆฟังด้วยข้อมูลจาก “วิทย์ม.ต้น: หัดเป็นนักสืบโคนันจากวิดีโอระเบิดในเบรุต, เปรียบเทียบระเบิดนิวเคลียร์, ทดลองทำให้กระป๋องสมดุล” และภาพข้างล่างนี้ครับ:

ภาพจาก https://www.compoundchem.com/2020/08/05/ammonium-nitrate/

จากนั้นผมคุยกับเด็กประถมต้นเรื่องความเฉื่อย

“ความเฉื่อย” หรือ Inertia (อ่านว่า อิ-เนอร์-เชียะ) เป็นคุณสมบัติของวัตถุทุกๆอย่างครับ เป็นคุณสมบัติของวัตถุต่างๆที่ไม่อยากเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าอยู่เฉยๆก็จะอยู่เฉยๆไปเรื่อยๆจนมีอะไรมาทำอะไรกับมัน ถ้าเคลื่อนที่อยู่แล้วก็ไม่อยากหยุด ไม่อยากวิ่งเร็วขึ้นหรือช้าลง ไม่อยากเลี้ยว ถ้าจะทำให้หยุด หรือเร็วขึ้นช้าลง หรือเลี้ยว ก็ต้องมีแรงมากระทำกับมัน เราเรียกปริมาณความเฉื่อยของวัตถุแต่ละชิ้นว่า “มวล” ของวัตถุ

บนโลก เราพูดถึงนำ้หนักซึ่งคือแรงดึงดูดระหว่างมวลของโลกและมวลของวัตถุ เราเรียกแรงดึงดูดระหว่างมวลนี้ว่าแรงโน้มถ่วง วัตถุไหนมวลมากน้ำหนักที่ชั่งที่ผิวโลกก็หนักมาก

ในอวกาศไกลๆจากโลก แม้ว่าวัตถุนั้นจะมีน้ำหนักน้อยมากๆ (เพราะน้ำหนักคือแรงดึงดูดจากโลกมีค่าน้อยลงเมื่อห่างจากโลก) มวลหรือความเฉื่อยของมันก็ยังมีอยู่เหมือนเดิม และทำให้วัตถุไม่อยากเปลี่ยนแปลงการหยุดนิ่งหรือเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าจะเปลี่ยนแปลง ก็ต้องมีแรงอะไรไปผลักดันดูดดึงมัน

สำหรับกลความเฉื่อยของเหรียญ เราเอากระดาษขนาดแบ็งค์ยี่สิบมาวางบนปากขวดแก้ว แล้วเอาเหรียญสักสองสามเหรียญทับไว้ แล้วให้เด็กๆพยายามเอากระดาษออกมาโดยไม่จับเหรียญ และให้เหรียญอยู่บนขวดเหมือนเดิมครับ

เฉลยคือ เราเอานิ้วชี้และนิ้วกลางไปแตะน้ำให้ชื้นๆนิดหน่อย แล้วใช้สองนิ้วนั้นตีเร็วๆที่กระดาษ กระดาษจะติดนิ้วออกมาอย่างรวดเร็ว แต่เหรียญมีความเฉื่อยอยู่ไม่อยากขยับไปไหน จึงอยู่ที่ปากขวดเหมือนเดิม

อีกการทดลองหนึ่งก็คือก็เอากระดาษแข็งหรือไม้ไอติมไปวางปิดปากถ้วยพลาสติก แล้วเอาเหรียญไปวางไว้ข้างบน ถ้าเราเคาะหรือดีดกระดาษแข็งในแนวนอน เหรียญก็จะไม่ค่อยขยับ ถ้าจะขยับนิดหน่อยก็เพราะความฝืดจากกระดาษ ถ้าเราดีดกระดาษแข็งเร็วพอ กระดาษก็จะกระเด็นไป ขณะที่เหรียญตั้งอยู่ที่เดิม แล้วก็ตกลงไปในถ้วย ถ้าเราเลื่อนกระดาษช้าๆ แรงเสียดทานจากกระดาษก็จะเพียงพอที่จะลากเหรียญไปด้วย แต่เมื่อเราดีดกระดาษออกไปอย่างรวดเร็ว แรงเสียดทานจากกระดาษไม่เพียงพอที่จะพาเหรียญให้ติดไปกับกระดาษได้ เหรียญจึงอยู่เกือบๆที่เดิม และเมื่อไม่มีกระดาษรองอยู่ โลกก็ดึงดูดเหรียญให้ตกลงไปในถ้วย

คลิปการทดลองจะเป็นประมาณนี้ครับ:

เด็กๆแยกย้ายทดลองกันครับ:

สำหรับเด็กประถมปลาย เราคุยกันเรื่องเครื่องทุ่นแรงต่อจากสัปดาห์ที่แล้ว สัปดาห์นี้ผมให้หัดตอกและงัดตะปู การงัดตะปูเป็นการใช้คานเป็นเครื่องทุ่นแรงครับ

ผมก็สาธิตวิธีการตอกตะปูเข้าไปในไม้ให้ดู ให้เด็กๆพยายามดึงตะปูออกด้วยมือเปล่าซึ่งเด็กๆก็ไม่สามารถดึงออกได้ แล้วผมก็สาธิตการถอนตะปูโดยใช้ค้อนงัดออก

ผมอธิบายให้เด็กๆฟังว่าการงัดตะปูด้วยค้อนเป็นตัวอย่างหนึ่งของเครื่องทุ่นแรงที่เรียกว่าคาน โดยหลักการก็คือเราต้องมีแท่งอะไรแข็งๆที่ขยับรอบๆจุดๆหนึ่งที่เรียกว่าจุดหมุน โดยที่เราจะจับแท่งนี้สักตำแหน่งแล้วออกแรง โดยที่สิ่งที่เราพยายามถอนหรือยกจะติดกับคานอีกตำแหน่งหนึ่ง ถ้าระยะทางจากมือเราไปยังจุดหมุนยาวกว่าระยะจากสิ่งที่เราจะถอนหรือยกไปยังจุดหมุน คานก็จะผ่อนแรงเราให้เราใช้แรงน้อยลง

ภาพจาก https://etc.usf.edu/clipart/67200/67264/67264_proportions.htm

ยกตัวอย่างเช่นในรูปข้างบน ระยะทางจากตะปูที่เราจะถอนไปยังจุดหมุน (d) น้อยกว่าระยะทางจากจุดหมุนไปที่มือเราจับด้ามค้อน (D) ประมาณห้าเท่า ค้อนก็ทำหน้าที่ผ่อนแรงเราไปห้าเท่าทำให้เรางัดตะปูออกมาโดยไม่ยากเท่าไร

การผ่อนแรงนี้ไม่ได้มาฟรีๆ เราออกแรงน้อยลงก็จริง แต่ต้องขยับเป็นระยะทางมากขึ้นเพื่อแลกกับการออกแรงน้อยลง

พอเด็กๆรู้วิธีก็แยกย้ายกันทดลองเองครับ:

One thought on “วิทย์ประถม: ความเฉื่อย, ตอกและงัดตะปู, คานดีดคานงัด”

Leave a Reply

Your email address will not be published.

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