ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล วันนี้เด็กทำการทดลองเกี่ยวกับความดันอากาศเช่นพยายามดึงหลอดฉีดยาที่ปีดปลาย ดูดอากาศออกจากขวดพลาสติก ใช้กระดาษทับไม้บรรทัดไม่ให้กระดก ใช้สุญญากาศยกของต่างๆ
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลเปลี่ยนแบงค์ครับ:
กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ
คราวนี้เราทำการทดลองเกี่ยวกับความดันอากาศกันหลายอย่าง:
- ผมใช้ปากดูดอากาศออกจากขวดน้ำดื่มพลาสติกเปล่าๆ จะพบว่าขวดบุบแบนอย่างรวดเร็ว
- ผมให้เด็กๆดึงก้านหลอดฉีดยาโดยใช้นิ้วอุดที่ปลายเปิดกันไม่ให้อากาศเข้า จะพบว่าต้องใช้แรงมากเพื่อดึง
- ให้เด็กๆเอายางปั๊มห้องน้ำ (หรือในอีกชื่อคือไม้ปั๊มส้วม) ที่ใหม่ๆยังไม่เคยใช้ มากดกับผิวเรียบแล้วพยายามดึงออก จะพบว่าต้องใช้แรงมาก
- เอาอุปกรณ์ขนย้ายกระจกมากดกับผิวเรียบ อุปกรณ์จะติดแน่นกับผิวเรียบ ดึงไม่ออก ถ้าติดกับโต๊ะเล็กๆสามารถยกเด็กขึ้นมาได้
- เอาไม้บรรทัดมาวางไว้ให้พ้นขอบโต๊ะ แล้วปล่อยน้ำหนักใส่ที่ปลายที่ยื่นออกมา ไม้บรรทัดจะกระเด็น แต่ถ้าเอากระดาษเรียบไปวางทับที่ปลายที่อยู่บนโต๊ะ เมื่อปล่อยน้ำหนักใส่ ไม้บรรทัดจะอยู่บริเวณเดิม ไม่กระเด็น
ลักษณะกิจกรรมจะเป็นประมาณนี้:
การทดลองต่างๆของเราวันนี้เกี่ยวข้องกับความดันอากาศ
สำหรับความรู้เบื้องต้นเรื่องอากาศ ผมถามเด็กๆว่าเรารู้สึกว่าลมพัดไหม ลมคืออากาศที่เคลื่อนตัว เรารู้สึกได้เพราะอากาศมีตัวตน มีน้ำหนัก คือแถวๆพื้นโลกจะมีน้ำหนักประมาณหนึ่งกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (จริงๆประมาณ 1.275 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร เมื่อเทียบกับน้ำจะพบว่าน้ำหนาแน่นกว่าอากาศประมาณ 800 เท่า คือน้ำจะมีน้ำหนักประมาณ 1,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร)
เราอยู่บนผิวโลก เราใช้อากาศหายใจ อากาศที่อยู่รอบๆโลกเรียกว่าชั้นบรรยากาศ (Earth Atmosphere) ชั้นบรรยากาศของโลกมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับโลก คือมีอากาศสูงขึ้นไปจากพื้นโลกเพียง 100-200 กิโลเมตรเท่านั้น เมื่อเทียบกับขนาดโลกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 13,000 กิโลเมตร ชั้นบรรยากาศจะหนาเพียงประมาณ 1% ของขนาดโลกเท่านั้น
แม้ว่าชั้นบรรยากาศจะมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับโลก แต่มันใหญ่มากเมื่อเทียบกับตัวเรา น้ำหนักของอากาศที่กดทับลงมาแถวๆพื้นโลกเทียบได้กับน้ำหนักสิบตันต่อตารางเมตรเลยทีเดียว (เทียบได้กับน้ำหนักช้างสองตัวกดลงมาในพื้นที่หนึ่งตารางเมตร หรือประมาณ 1 กิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร) น้ำหนักที่กดลงมาต่อพื้นที่คือความดันอากาศนั่นเอง
ในการทดลองที่ใช้ไม้ปั๊มห้องน้ำหรืออุปกรณ์ย้ายกระจก เวลาเรากดลงไป เราจะไล่อากาศออกไปจากบริเวณที่เบ้ายางประกบกับพื้น ความดันอากาศภายในเบ้ายางจะลดลงตามปริมาณอากาศที่ลดลง ความดันอากาศภายในเบ้ายางจึงน้อยกว่าความดันอากาศภายนอก เบ้ายางจึงถูกกดให้แนบสนิทกับพื้น ทำให้ดึงออกยาก แต่ถ้าพื้นขรุขระ พื้นจะมีช่องเล็กๆให้อากาศจากภายนอกไหลเข้าไปในเบ้ายางได้ง่ายๆ ทำให้ดึงออกง่าย
ในการทดลองดึงเข็มฉีดยา สาเหตุที่เราใช้แรงมากในการดึงก้านก็เพราะว่าเราต้องสู้กับแรงดันจากความดันอากาศนั่นเอง ถ้าเราไม่อุดปลายหลอดให้อากาศไหลเข้าออกอย่างอิสระ เราจะไม่ต้องใช้แรงมาก แต่ถ้าอุดปลายหลอด เราต้องสู้กับแรงกดจากอากาศภายนอกที่ดันก้านหลอดฉีดยาไม่ให้เคลื่อนที่ออกมา
สำหรับการทดลองที่ปล่อยน้ำหนักใส่ไม้บรรทัด เมื่อเราเอากระดาษไปวางทับไม้บรรทัด อากาศที่กดทับกระดาษจะทำหน้าที่เป็นน้ำหนักกดไม้บรรทัดไม่ให้ขยับด้วย ถ้าขยำกระดาษแผ่นนั้นให้เป็นลูกบอลแล้ววางทับไม้บรรทัด น้ำหนักของลูกบอลกระดาษจะไม่พอที่จะกดไม้บรรทัด ไม้บรรทัดและลูกบอลกระดาษจะกระเด็น