วิทย์ประถม: เรื่องแปลกของการหมุน, ของเล่นชอบหมุนทางเดียว (Rattleback)

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล  แล้วก็ได้เล่นกับการหมุนแบบแปลกๆเช่นของเล่น Rattleback และรู้จักการหมุนในบางแกนจะไม่สามารถหมุนตามแกนนั้นได้ตลอด (Tennis Racket Theorem)

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆประถมได้ดูมายากลเหล่านี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน วันนี้คือกลเปิดหน้านักเล่นกลครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ต่อจากนั้นผมก็สอนเด็กให้สังเกตว่าของแข็งรอบๆตัวเราจะมีแกนหมุนหลักสามแกน (Principal Axes of Rotation) โดยที่ทั้งสามแกนจะตั้งฉากกัน ยกตัวอย่างเช่นสำหรับไม้เทนนิส แกนทั้งสามจะอยู่ในทิศทางดังในรูป:

หรือสำหรับลูกบิดรูปตัว T แกนทั้งสามก็จะเป็นดังในรูป

หรือถ้าเป็นหนังสือปกแข็งสี่เหลี่ยม แกนทั้งสามก็จะขนานกับด้านกว้างสูงหนาของหนังสือ

ถ้าเราโยนวัตถุให้หมุนรอบแกนหลักแกนใดแกนหนึ่ง เราจะพบว่าจะมีอยู่หนึ่งแกนที่วัตถุไม่ยอมหมุนดีๆนิ่งๆ แต่จะบิดตัวไปมา ขณะที่แกนอื่นๆจะโยนให้หมุนได้นิ่งๆไม่มีปัญหา ความจริงนี้เรียกว่า Tennis Racket Theorem หรือ Intermediate Axis Theorem (ทฤษฎีบทไม้เทนนิส หรือทฤษฎีบทแกนที่สอง) เหมาะเป็นแบบฝึกหัดให้นักศึกษาฟิสิกส์หรือวิศวกรรมศาสตร์คำนวณดูครับ

ผมโยนวัตถุต่างๆให้เด็กๆดูเป็นตัวอย่างครับ:

ต่อจากนั้นผมก็เอาของเล่นที่เรียกว่า Rattleback (แรทเทิลแบ็ค) ที่เป็นชิ้นพลาสติกโค้งๆที่ไม่สมมาตรมาให้เด็กๆดูครับ หน้าตามันเป็นประมาณนี้:

ของเล่นพวกนี้มันประหลาดตรงที่ถ้าเราหมุนมันในทิศทางหนึ่งมันจะหมุนง่ายๆ แต่ถ้าหมุนอีกทิศทางมันจะสั่นๆแล้วหยุด แล้วหมุนสวนทางนิดหน่อย

พอผมแสดงตัวอย่างต่างๆให้เด็กดูแล้ว เด็กๆก็ทดลองและเล่นเองครับ

ผมใช้คลิปวิดีโอเหล่านี้ช่วยให้เด็กเข้าใจมากขึ้นครับ ไม่ได้โชว์ทั้งหมดแต่เลือกบางส่วนเท่าที่มีเวลาครับ:

หมุนลูกบิดในยานอวกาศให้เห็นการบิดตัวไปมาชัดๆครับ
Tennis Racket Theorem ทำงานอย่างไร
Rattleback แบบต่างๆ และของรอบตัวที่หมุนเหมือนกัน
Rattleback ทำงานอย่างไร

เวลาเหลือนิดหน่อยผมให้เด็กประถมปลายดูว่ายาน Perseverance ที่จะไปลงดาวอังคารวันที่ 18 กุมภาหน้าตาเป็นอย่างไรด้วยครับ:

อันนี้คือโดรนที่จะไปบินที่ดาวอังคาร:

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Your email address will not be published.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.