วิทย์ประถม: การสั่นสะเทือน, โคลนแป้งข้าวโพด

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ได้คุยกันเรื่องการสั่นสะเทือนต่อ ได้เล่นกับโคลนแป้งข้าวโพดซึ่งถ้ากดช้าๆมันจะไหลเป็นของเหลวและนิ้วเราจะจมลงไปได้ ถ้ากดแรงๆมันจะแข็งตัวเป็นของแข็งและนิ้วเราจะติดอยู่ที่ผิว เราใช้การสั่นสะเทือนที่ความถึ่เหมาะๆให้โคลนตั้งตัวสูงขึ้นมาครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ โดยดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย อันนี้เรื่องยิงธนูผ่านตัวคน:

และดูกลแรกในคลิปนี้ที่ทำให้เหรียญหายไปครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

เราคุยกันเรื่องการสั่นสะเทือนจากลำโพงต่อจากคราวที่แล้ว เสียงสูง=ความถี่การสั่นสูง และเสียงต่ำ=ความถี่การสั่นต่ำ วันนี้เราจะเอาการสั่นสะเทือนที่ความถี่พอเหมาะมาเล่นกับโคลนแป้งข้าวโพดครับ

ผมให้เด็กๆดูรูปวาดโมเลกุลของแป้งจากเว็บนี้ครับ จะเห็นได้ว่าโมเลกุลมีขนาดใหญ่เกิดจากโมเลกุลน้ำตาลกลูโคสมาต่อกันเป็นเส้นยาวๆที่มีขนาดไม่แน่นอนครับ แต่ลักษณะมันจะเป็นเส้นยาวๆ:

ตัวอย่างโมเลกุลแป้ง

แป้งมีอยู่ในอาหารหลายๆชนิดเช่นข้าว ขนมปัง เกี๊ยว เส้นก๊วยเตี๋ยว เวลาเราเคี้ยวข้าวแล้วอมไว้ น้ำย่อยในน้ำลายของเราจะทำให้แป้งบางส่วนแตกตัวเป็นโมเลกุลน้ำตาล ทำให้เรารู้สึกว่ามันหวานขึ้น

เวลาเราเอาแป้งข้าวโพดไปละลายน้ำให้ข้นๆ(เหมือนโคลน) โมเลกุลยาวๆของมันจะลอยอยู่ในน้ำ พันกันยุ่งๆ ไขว้กันไปมา ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนคนช้าๆ โมเลกุลจะมีเวลาค่อยๆขยับผ่านกัน เราจึงไม่รู้สึกถึงแรงต้านมากนัก เหมือนกับคนของเหลวธรรมดา แต่ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนไปคนเร็วๆ โมเลกุลจะไม่มีเวลาขยับผ่านกัน มันจะยังพันกันเกี่ยวกันอยู่ แรงต้านที่นิ้วหรือช้อนจะเยอะมาก เราจะเห็นว่าเจ้าแป้งข้าวโพดละลายน้ำกลายเป็นของแข็งทันทีเมื่อเราไปคนมันเร็วๆ

นอกจากคนน้ำแป้งแล้วเรายังจะสามารถเอานิ้วไปจิ้มๆเร็วๆหรือไปบีบมันเร็วๆ เราจะรู้สึกว่ามันเป็นของแข็ง แต่ถ้าเอานิ้วไปจิ้มช้าๆนิ้วเราจะจมลงไปเหมือนจิ้มนิ้วลงไปในของเหลวหนืดๆ  ถ้าโยนไปมาเร็วๆเจ้าแป้งผสมน้ำนี้ก็จะจับตัวเป็นก้อนแข็ง แต่ถ้าหยุดโยนเมื่อไร มันก็จะเลิกแข็งตัวแล้วไหลเป็นของเหลวหนืดๆอีก ตัวอย่างเช่นในคลิปนี้ครับ:

นอกจากเราจะใช้นิ้วจิ้มแล้ว เรายังให้คลื่นเสียงมาช่วยจิ้มด้วยก็ได้ ถ้าเราเอาถาดพลาสติกบางๆวางไว้บนลำโพง เทโคลนแป้งข้าวโพดลงไป ) แล้วเปิดเสียงที่ความถี่ประมาณ 30-50 Hz ให้แป้งเต้นเป็นสัตว์ประหลาดได้ เพราะจังหวะที่คลื่นเสียงมากระทบโคลนเป็นจังหวะมันทำให้โคลนกลายเป็นของแข็งได้พอสมควร:

ต่อไปนี้คือข้อมูลเพิ่มเติมที่ผมไม่ได้พูดในเวลาเรียนแต่มาเขียนไว้ที่นีเผื่อมีเด็กสนใจนะครับ: เรามีคำเรียกความยากง่ายเวลาเราคนของเหลวว่า “ความหนืด” ของเหลวอะไรคนยากเช่นน้ำผึ่งเราก็เรียกว่ามีความหนืดสูง ของเหลวอะไรคนง่ายเช่นน้ำเปล่าเราก็เรียกว่ามีความหนืดต่ำ โดยปกติความหนืดจะลดลงเมื่อของมีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่ไม่ขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้า เจ้าแป้งข้าวโพดผสมน้ำเป็นของเหลวที่ไม่ปกติ เนื่องจากความหนืดของมันขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้าด้วย ถ้าเราคนเร็วมากๆมันจะหนืดมากจนกลายเป็นของแข็งไปเลย ของเหลวที่ความหนืดขึ้นกับความเร็วในการคนเรียกว่า Non-Newtonian Fluid ตัวอย่างอื่นๆของ Non-Newtonian fluid ก็มีเช่น ทรายดูด (ถ้าเราตกไปแล้วขยับตัวเร็วๆมันจะฝืดมาก ทำให้เราหมดแรงและออกมาไม่ได้และอดน้ำหรืออาหารตาย วิธีรอดคือค่อยๆขยับตัวช้าๆมากๆเข้าหาฝั่ง) ซอสมะเขือเทศ (ถ้าอยู่เฉยๆจะหนืดมาก ถ้าเขย่าหรือตบจะหนืดน้อย)  Silly Putty (ถ้าทิ้งไว้นานๆจะไหลสู่ที่ตำ่เหมือนของเหลว ถ้าบีบช้าๆจะนิ่ม ถ้าโยนใส่พื้นจะกระเด้ง ถ้าทุบแรงๆจะแตกออกเป็นเสี่ยงๆเหมือนแก้วแตก)

ความจริงเรื่อง Non-Newtonian fluid มีรายละเอียดมากกว่านี้ แต่ผมยกตัวอย่างให้พอเข้าใจกันโดยทั่วๆไป ถ้าสนใจเข้าไปที่ลิงค์แล้วดูรายละเอียดเพิ่มเติมนะครับ

Leave a Reply

Your email address will not be published.

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