อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ https://witpoko.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ

(คราวที่แล้วเรื่อง “ปืนของคุณเก๊าส์! (Gaussian Gun)” อยู่ที่นี่ครับ)

หายไปร่วมสามเดือนเพราะปิดภาคเรียนและน้ำท่วมนะครับ แต่ในที่สุดวันนี้ผมก็ได้ไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิอีกครับ (กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรมยังไม่เปิดเรียนเพราะน้ำท่วม) วันนี้เรื่องชั่งน้ำหนักวัดมวลสำหรับเด็กประถมและการทดลองเกี่ยวกับน้ำสำหรับเด็กอนุบาลครับ

ผมเริ่มด้วยการถามว่ามีใครจำได้ว่าความเฉื่อยคืออะไรได้บ้าง เมื่อปีที่แล้วเด็กโตได้ทำการทดลองเกี่ยวกับความเฉื่อยไปแล้วครั้งหนึ่ง เด็กๆส่วนใหญ่จำได้ว่าเคยทดลองดีดกระดาษรองเหรียญเพื่อดูความเฉื่อยไม่อยากเคลื่อนที่ของเหรียญ เมื่อตอนนั้นผมเคยบันทึกถึงความเฉื่อยไว้ว่า:

“ความเฉื่อย” หรือ Inertia (อ่านว่า อิ-เนอร์-เชียะ) เป็นคุณสมบัติของวัตถุทุกๆอย่างครับ เป็นคุณสมบัติของวัตถุต่างๆที่ไม่อยากเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าอยู่เฉยๆก็จะอยู่เฉยๆไปเรื่อยๆจนมีอะไรมาทำอะไรกับมัน ถ้าเคลื่อนที่อยู่แล้วก็ไม่อยากหยุด ไม่อยากวิ่งเร็วขึ้น ไม่อยากเลี้ยว ถ้าจะทำให้หยุด หรือเร็วขึ้น หรือเลี้ยว ต้องใช้แรงมากระทำกับมัน  

เราเรียกปริมาณความเฉื่อยของวัตถุแต่ละชิ้นว่า “มวล” ของวัตถุ บนโลกถ้าวัตถุไหนมีมวลมาก นำ้หนักของมันก็มากตาม แต่ในอวกาศไกลๆจากโลก แม้ว่าวัตถุนั้นจะมีน้ำหนักน้อยมากๆ (เพราะน้ำหนักคือแรงดึงดูดจากโลกมีค่าน้อยลงเมื่อห่างจากโลก) มวลหรือความเฉื่อยของมันก็ยังมี และทำให้วัตถุไม่ค่อยอยากเปลี่ยนแปลงการหยุดนิ่งหรือการเคลื่อนที่ของมัน ถ้าจะเปลี่ยนแปลง ก็ต้องมีแรงอะไรไปผลักดันดูดดึงมัน

สิ่งที่น่าสนใจอีกอย่างของวัตถุที่มีความเฉื่อยก็คือปริมาณความเฉื่อยที่เราเรียกว่ามวลนั้น จะดึงดูดมวลอื่นๆทุกมวลในจักรวาลได้ เราเรียกแรงนี้ว่าแรงโน้มถ่วง บนพื้นโลกแรงที่มวลของโลกดึงดูดมวลของวัตถุต่างๆเรียกว่าน้ำหนักของวัตถุนั้นๆ โดยที่น้ำหนักของวัตถุเท่ากับมวลของวัตถุคูณกับค่าคงที่ค่าหนึ่ง (ค่า g) ดังนั้นบนพื้นโลกถ้าเราจะวัดมวลของวัตถุใดๆเราก็ชั่งน้ำหนักของมันแล้วเราก็สามารถรู้ค่ามวลของมันได้ทันที (มวล = น้ำหนัก/g) ความจริงหน่วยที่เรียกว่ากิโลกรัมนั้นเป็นหน่วยของมวล ส่วนหน่วยของน้ำหนักนั้นนับเป็นนิวตัน แต่ในชีวิตประจำวันเราเรียกน้ำหนักเป็นกิโลกรัมก็ไม่มีปัญหาเพราะทุกคนเข้าใจตรงกัน มีแต่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่ต้องระวังเรื่องหน่วยบ้าง

แรงดึงดูดระหว่างมวลหรือแรงโน้มถ่วงมีความสำคัญมาก เพราะ การที่เรามีโลก มีดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ มีดวงจันทร์ มีแกแล็คซี (กลุ่มดาวที่มีดาวเป็นแสนล้านดวง) ได้ก็เพราะมวลต่างๆรวมตัวกันจนเกิดเป็นสิ่งต่างๆเหล่านี้ นอกจากนี้ธาตุส่วนใหญ่ที่ประกอบเป็นตัวเราก็ถูกสังเคราะห์ภายในดวงดาวที่ระเบิดในอดีต ถ้าไม่มีแรงโน้มถ่วงคอยรวบรวมของต่างๆให้จับตัวเป็นกลุ่มๆก้อนๆกันสร้างดาวฤกษ์ดาวเคราะห์ต่างๆ เราก็ไม่สามารถมีตัวตนขึ้นมาได้

กลับมาที่วิธีวัดมวลบนโลกใหม่ ผมบอกเด็กๆว่าเราสามารถชั่งน้ำหนักของวัตถุได้หลายแบบ แบบที่เข้าใจง่ายๆก็คือใช้สปริง โดยดูว่าน้ำหนักของของวัตถุดึงให้สปริงยืดได้เท่าไร น้ำหนักมากก็ทำให้สปริงยืดมาก

ตาชั่งแบบสปริง

ใช้ตาชั่งสปริงชั่งเหรียญได้ประมาณ 900 กรัม

ผมให้เด็กๆเดาว่าถ้าเอากระดาษ A4 (แบบ “80 กรัม”) หนึ่งแผ่นมาชั่งบนตาชั่ง เราจะได้ค่ามวลเป็นเท่าไร เด็กๆหลายๆคนก็เข้าใจว่ามันควรจะหนักน้อยกว่าขวดพลาสติกเปล่าก็เดาๆกันไปว่าน้อยกว่า 20 กรัม พอเราชั่งจริงๆก็ได้ว่ากระดาษมีมวล 5 กรัม ซึ่งก็เท่ากับที่มันควรจะเป็น เพราะว่ากระดาษถ่ายเอกสารประเภท “80 กรัม” นั้นต้องมีมวล 80 กรัมต่อหนึ่งตารางเมตร กระดาษ A4 มีขนาดกว้าง 21เซ็นติเมตร สูง 29.7 เซ็นติเมตร ดังนั้นจึงมีพื้นที่เท่ากับ 1/16 ตารางเมตร (มีเศษนิดหน่อย) ถ้าแต่ละแผ่นมีมวล 5 กรัม 16 แผ่นก็จะมีมวล 80 กรัม (คำนวณละเอียด = 80.17 กรัม )  ผมเอากระดาษ 16 แผ่นมาชั่งก็ได้น้ำหนัก 80 กรัมพอดี

จากนั้นเด็กๆก็ทดลองชั่งน้ำหนักของต่างๆที่หาได้ด้วยเครื่องชั่งทั้งสองแบบ และได้เปรียบเทียบว่าตาชั่งสปริงทำงานคลาดเคลื่อนเยอะตอนน้ำหนักน้อยๆ

หลังจากเด็กๆได้ทดลองชั่งของต่างๆสักพักแล้วผมก็ให้เด็กๆดูภาพจำลองการเคลื่อนไหวของโลก+ดวงอาทิตย์ การเคลื่อนไหวของโลก+ดวงจันทร์+ดวงอาทิตย์ การเคลื่อนไหวของดวงอาทิตย์สี่ดวง และอื่นๆโดยไปที่เว็บ My Solar System ครับ แนะนำให้เข้าไปทดลองเล่นครับ จะเข้าใจการโคจรต่างๆดีขึ้น

วงโคจรของดวงอาทิตย์+โลก+ดวงจันทร์ครับ

วงโคจรของดวงดาวเหล่านี้เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างมวลหรือที่เรียกอีกชื่อว่าแรงโน้มถ่วงครับ ถ้าไม่มีแรงโน้มถ่วง ก็ไม่มีวงโคจรแบบนี้ หรือไม่มีดาวต่างๆตั้งแต่ต้น

ผมได้บอกเด็กๆว่าส่วนประกอบในร่างกายเรานั้นประกอบด้วยแร่ธาตุต่างๆที่ถูกสังเคราะห์ด้วยปฏิกริยานิวเคลียร์ในแกนกลางของดาวฤกษ์  ในดาวฤกษ์ที่ใหญ่หน่อยสิ้นอายุขัย ดาวจะระเบิดและปลดปล่อยแร่ธาตุที่สังเคราะห์ไว้ให้กระเด็นออกมา เมื่อเวลาผ่านไปแร่ธาตุเหล่านี้ก็จะรวมตัวกันเป็นดาวฤกษ์และดาวเคราะห์รุ่นต่อไป ดวงอาทิตย์ของเราและโลกของเราก็เป็นดาวรุ่นหลังที่เกิดจากซากของดาวรุ่นก่อนๆ ร่างกายของเราก็ทำมาจากละอองดาว (หรือขยะนิวเคลียร์นั่นเอง)

อันนี้เป็นตัวอย่างขบวนการระเบิดของดาวที่นักวิทยาศาสตร์ทำการจำลองไว้ครับ:

พอพูดถึงดวงดาวเด็กๆก็มีคำถามกันใหญ่เลย ผมก็พยายามตอบเท่าที่ตอบได้ เช่น:

การทดลองแรกผมเอาหลอดฉีดยามาดูดอากาศให้เต็มแล้วอุดปลายด้วยนิ้วมือ แล้วให้เด็กๆกดก้านฉีดยา เด็กๆก็กดได้

จากนั้นผมก็ใช้หลอดฉีดยาเดียวกันดูดนำ้เข้าไปให้เต็ม อุดปลายด้วยนิ้วมือ แล้วให้เด็กๆกดก้านอีก ปรากฏว่ากดไม่ได้ครับ

การทดลองนี้แสดงว่าของเหลวเช่นน้ำจะกดให้มีขนาดเล็กลงยากมาก แต่ก๊าซเช่นอากาศสามารถถูกกดให้มีขนาดเล็กลงได้ง่าย

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆรู้จัก”กาลักน้ำ” โดยเราไปที่ห้องน้ำ เอาน้ำใส่กระป๋องวางไว้ในที่สูง แล้วเอาสายยางมาใส่น้ำให้เต็มแต่เอามืออุดไว้ทั้งสองข้าง จากนั้นก็เอาปลายข้างหนึ่งจุ่มไว้ในกระป๋อง แล้วปล่อยปลายอีกข้างหนึ่งไว้ในระดับต่ำกว่ากระป๋อง เมื่อเลิกอุดสายยาง น้ำจะไหลจากกระป๋องออกไปทางปลายสายยางที่อยู่ต่ำกว่ากระป๋อง ถ้าเรายกปลายสายยางให้สูงขึ้นน้ำจะไหลช้าลง ถ้ายกให้ต่ำลงน้ำจะไหลแรงขึ้น ถ้ายกสูงกว่ากระป๋องน้ำจะหยุดไหล