วิทย์ประถม: แรงดันน้ำ, วัดปริมาตรกำปั้น, ของเล่นถ้วยบินจากแรงแม็กนัส, วิทย์อนุบาลสาม: ของเล่นเสือไต่ถัง

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมและเด็กอนุบาลสามอนุบาลบ้านพลอยภูมิมาครับ เด็กประถมต้นเล่นกับแรงดันน้ำและวัดปริมาตรกำปั้น ประถมปลายเล่นของเล่นถ้วยบินจากแรงแม็กนัส อนุบาลสามเล่นของเล่นเสือไต่ถัง

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมประถมอยู่ที่นี่ กิจกรรมอนุบาลสามอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กประถมได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน กลวันนี้คือลูกบอลลอยครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

สำหรับเด็กประถมต้น ผมทำการทดลองเรื่องความดันน้ำให้เด็กๆดูโดยจุ่มถ้วยพลาสติกบางๆลงในน้ำ ให้เห็นแรงดันน้ำกดถ้วย:

ผมถามเด็กๆว่าเคยดำน้ำไหม รู้สึกอย่างไรเมื่อดำน้ำ เด็กๆที่เคยดำลงไปใต้น้ำจะเข้าใจเรื่องความดันน้ำที่กดหน้าอกหรือหูเราได้ดี จริงๆแล้วเวลาเราเดินอยู่เหนือน้ำอากาศก็มีความดันอากาศกดตัวเราอยู่ ความดันอากาศเกิดจากนำ้หนักของอากาศในบรรยากาศที่กดทับเรานั่นเอง ความดันนี้มีค่าประมาณน้ำหนัก 1 กิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร หรือน้ำหนัก 10 ตันต่อตารางเมตร! สาเหตุที่ตัวเราไม่ยุบลงก็เพราะว่าเรามีอากาศในปอดอยู่ด้วย และร่างกายเราประกอบไปด้วยของเหลวที่ต่อสู้กับแรงกดจากอากาศได้

เมื่อเราไปดำน้ำ ทุกๆสิบเมตรที่ดำลงไป ความดันจากน้ำจะเพิ่มขึ้นประมาณเท่ากับความดันบรรยากาศที่ผิวน้ำ (= น้ำหนัก 1 กิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร ) ความดันน้ำลึกๆจึงมากมายมหาศาลมาก เรือดำน้ำปกติดำลงไปลึกไม่เกินไม่กี่ร้อยเมตร ถ้าลึกไปกว่านั้นอาจถูกน้ำบีบจนแบนได้

จากนั้นเราก็วัดปริมาตรกำปั้นกัน ผมเอาเหยือกน้ำตั้งไว้บนตาชั่ง แล้วอาศัยความจริงที่ว่าแรงดันน้ำที่ทำกับมือเราเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกแทนที่ และน้ำหนึ่งกรัมมีขนาด 1 ลูกบาศก์เซ็นติเมตร (หรือ 1 cc หรือ 1 มิลลิลิตร) พอเราเอามือจุ่มลงไปน้ำหนักบนตาชั่งก็จะเพิ่มเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกมือเราแทนที่ ถ้าเพิ่มหนึ่งกรัมก็เท่ากับว่าถูกแทนที่ไปหนึ่งลูกบาศก์เซ็นติเมตรครับ เช่นสมมุติว่าจุ่มกำปั้นลงไปแล้วตาชั่งบอกว่าน้ำหนักเพิ่ม 200 กรัม ก็แสดงว่าปริมาตรของกำปั้นเท่ากับ 200 ลูกบาศก์เซ็นติเมตร

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้ประดิษฐ์ของเล่นถ้วยบินจากแรงแม็กนัสกันครับ:

เวลาลูกบอลหรือทรงกระบอกหมุนๆวิ่งผ่านอากาศ แรงเสียดทานระหว่างอากาศและลูกบอลจะทำให้อากาศด้านหนึ่งเลี้ยวเข้าหาหลังลูกบอลมากกว่าอีกด้านหนึ่ง โดยด้านที่ผิวลูกบอลหมุนไปทางเดียวกับอากาศที่วิ่งผ่านลูกบอล (ก็คือทิศตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกบอลนั่นเอง) จะทำให้อากาศเลี้ยวมากกว่า ทำให้ลูกบอลโดนดึงไปทางนั้นครับ

ลูกบอลหรือทรงกระบอกที่หมุนๆ เมื่อวิ่งผ่านอากาศจะเกิดแรงยกหรือแรงกดขึ้นกับทิศทางการหมุนครับ แรงนี้เรียกว่าแรงแมกนัส (Magnus Force) แรงเกิดจากการเลี้ยวของอากาศที่วิ่งผ่านผิวลูกบอลไม่เท่ากันขึ้นกับว่าโดนด้านไหนของลูกบอลที่หมุนๆอยู่ (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:

สำหรับเด็กอนุบาลสามบ้านพลอยภูมิ ผมก็ให้เล่นและสังเกตของเล่น “เสือไต่ถัง” ที่เราเอาลูกแก้วไปวิ่งเร็วๆในขอบกาละมัง สังเกตว่าเมื่อลูกแก้วกระเด็นหลุดออกจากกาละมังมันจะวิ่งไปในแนวตรงๆไม่เลี้ยวโค้ง แสดงว่าขอบกาละมังดันลูกแก้วเข้าสู่กลางกาละมังบังคับให้ลูกแก้ววิ่งโค้งได้ ผมเคยอัดคลิปวิธีเล่นไว้แล้วดังนี้:

มีอยู่ในรายการเด็กจิ๋ว & ดร.โก้ด้วยครับ:

พอเด็กๆรู้จักวิธีเล่นก็เล่นกันเองครับ:

Leave a Reply

Your email address will not be published.

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