วิทย์ประถม: ภาพแรกจาก JWST, วัดความถี่เสียงที่หูฟังได้

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล, ได้ฟังเรื่องภาพแรกจาก James Webb Space Telescope (JWST), ได้เห็นว่า JWST ทำให้ตัวเย็นด้วยฉนวนความร้อนอย่างไร, และได้ทดลองวัดกันว่าเสียงความถี่ต่ำและสูงเท่าไรที่แต่ละคนสามารถได้ยิน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เรื่องแยกตัวเป็นสองชิ้นครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นผมก็เอารูปประวัติศาสตร์นี้ให้เด็กๆดูครับ:

ภาพจาก https://webbtelescope.org/contents/news-releases/2022/news-2022-035

ภาพนี้เป็นภาพที่เรียกว่า Webb’s First Deep Field ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ ภาพแสงแฉกๆคือดาวที่อยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา แต่จุดแสงที่เหลือเป็นกาแล็กซีนับพันที่อยู่ไกลโพ้น แต่ละกาแล็กซีมีดาวฤกษ์นับพันล้าน, หมื่นล้าน, แสนล้านดวง ทั้งภาพนี้เป็นบริเวณเล็กๆที่สามารถถูกบดบังได้ด้วยเม็ดทรายที่เราถือห่างจากตาเท่ากับหนึ่งช่วงแขน แสดงว่าจักรวาลช่างกว้างใหญ่ไพศาล เราเป็นส่วนเล็กๆส่วนหนึ่งเท่านั้น เราประมาณได้ว่าดาวฤกษ์ในจักรวาลมีมากกว่าจำนวนเม็ดทรายบนชายหาดทั้งโลก

รายละเอียดเพิ่มเติมสำหรับคุณพ่อคุณแม่คุณครูหรือเด็กๆที่สนใจอาจเข้าไปอ่านตามลิงก์เหล่านี้ครับ:

จากนั้นผมเอารูปกล้องเจมส์เว็บบ์ให้เด็กๆดู:

ภาพจาก Space Focus

เล่าให้เด็กๆฟังว่ากล้องเว็บบ์นี้รับแสงอินฟราเรดที่ตาเรามองไม่เห็น แสงอินฟราเรดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ช่วงที่ต่ำกว่าความถี่ของแสงสีแดง (อินฟรา = ใต้ เรด = แดง) ตาเรามองไม่เห็นแต่ผิวหนังเรารู้สึกได้เป็นความร้อน ของที่อุณหภูมิต่างๆเปล่งแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นกับว่ามันมีอุณหภูมิเท่าใด (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียงตามความถี่การสั่นจากต่ำไปสูงคือ วิทยุ ไมโครเวฟ อินฟราเรด แสงที่ตามองเห็น อัลตร้าไวโอเลต เอ็กซ์เรย์ แกมมาเรย์)

ให้เด็กๆสังเกตุกระจกสีเหลืองที่เป็นหลายชิ้นพับได้เพื่อส่งไปกับจรวด สังเกตการสะท้อนและรวมแสงเหมือนจานรับสัญญาณทีวีดาวเทียมที่เราเห็นตามบ้าน

กล้องเจมส์เว็บบ์ต้องทำตัวให้มีอุณหภูมิต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อลดสัญญาณรบกวนในการตรวจจับแสงอินฟราเรด จึงมีอุปกรณ์แผ่นกันแสงที่ดูเหมือนร่มซ้อนๆกันหลายๆชั้น อุปกรณ์นี้ทำหน้าที่เหมือนกระติกหลายชั้นที่เราคุยกันไปเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว ด้านที่โดนแสงอาทิตย์อาจจะร้อน แต่อีกด้านที่มีกระจกและกล้องรับสัญญาณจะเย็นเท่าๆกับอวกาศมืดๆแถวนั้น (ลบสองร้อยกว่าองศาเซลเซียส)

กล้องเจมส์เว็บบ์นับเป็นสิ่งประดิษฐ์สุดยอดของมนุษยชาติชิ้นหนึ่ง มีคนช่วยกันทำนับพันคนเป็นเวลายี่สิบกว่าปี น่าจะสังเกตและค้นพบอะไรใหม่ๆอีกมากมาย เราจะรอดูผลงานต่อไปได้อีกหลายปี

ต่อจากนั้นเราคุยกันเรื่องการได้ยินของพวกเรากันครับ มีการทบทวนว่าเราได้ยินเสียงอย่างไร เอารูปส่วนประกอบของหูมาดูกัน:

ภาพส่วนประกอบของหู จาก https://www.pinterest.com/explore/external-ear-anatomy/ ครับ

ได้เข้าใจว่าเสียงต่ำคือเสียงความถึ่ต่ำ คือมีการสั่นสะเทือนต่อวินาทีไม่มาก เสียงสูงคือเสียงความถึ่สูง มีการสั่นสะเทือนต่อวินาทีมาก และได้รู้จักหน่วยของความถี่ที่เรียกว่า “เฮิร์ตซ์” (Hz, Hertz) ซึ่งเท่ากับหนึ่งครั้งต่อวินาที

เด็กๆทดลองฟังเสียงสูงต่ำกันโดยสังเกตว่าเสียงต่ำที่สุดที่เริ่มได้ยินมีความถึ่เท่าไร เสียงสูงสุดที่ได้ยินมีความถึ่เท่าไร 

เมื่อความถี่ต่ำมากๆหรือสูงมากๆจนเราไม่ค่อยได้ยิน บางทีเราก็จะคิดไปเองว่าเราได้ยินครับ อย่างนี้ต้องให้อีกคนช่วยปรับความถี่ให้ หรือก็ต้องหลับตาขยับเปลี่ยนความถี่ไปมาว่าเริ่มได้ยินหรือยัง หรือไม่ก็เปิดปิดเสียงสลับไปดูว่าตอนปิดเสียงยังคิดว่าได้ยินหรือเปล่า ถ้าได้ยินก็แสดงว่าคิดไปเองครับ เราใช้โปรแกรม Sonic by Von Bruno (iOS) และ Physics Toolbox Tone Generator เป็นตัวสร้างความถี่ต่างๆครับ

เด็กๆวัดการได้ยินกัน ได้ผลประมาณนี้ครับ:

หูคนที่ทำงานได้สมบูรณ์จะฟังเสียงได้ประมาณความถี่ประมาณ 20 Hz ถึง 20,000 Hz ครับ เด็กๆเท่านั้นถึงจะฟังได้ช่วงกว้างอย่างนี้ คนยิ่งอายุเยอะขึ้นก็จะฟังความถี่สูงๆไม่ค่อยได้ จากการทดลองวันนี้เด็กๆประถมต้นฟังเสียงสูงได้ถึง 17,000-20,000+ Hz เลยครับ ส่วนคนอายุ 52 อย่างผมฟังได้ถึงแค่ 13,000-14,000 Hz ครับ

สัตว์ต่างๆสามารถฟังเสียงความถี่ต่างจากคนด้วยครับ ดังในรูปนี้:

เข้าไปอ่านเพิ่มเติมเรื่องนี้ได้ที่ https://en.wikipedia.org/wiki/Hearing_range ครับ

Leave a Reply

Your email address will not be published.

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