Category Archives: ภาษาไทย

วิทย์ประถม: เรียนรู้เรื่องฉนวนความร้อน

วันนี้ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล จากนั้นได้เรียนรู้เรื่องฉนวนความร้อนโดยเอามือไปใส่ในถุงพลาสติกสองชั้นที่มีอากาศคั่นอยู่ภายในระหว่างชั้นนอกและชั้นใน แล้วจุ่มไปในน้ำร้อนและน้ำเย็น ได้ดูคลิปแอโรเจล สำหรับประถมปลายได้ดูคลิปจุ่มมือในตะกั่วหลอมเหลวร้อนจัดและเดินลุยไฟแต่ไม่เกิดอันตรายเพราะไอน้ำหรือขี้เถ้าเป็นฉนวนความร้อน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เรื่องย้ายไฟจากเทียนและเปลี่ยนสาวเป็นเสือครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นเราคุยกันเรื่องฉนวนความร้อนครับ (เพื่อทำการทดลองต่อเนื่องจากสัปดาห์ที่แล้วเรื่องผิวหนัง) ให้เด็กๆดูรูปเหล่านี้:

สังเกตขนหมีขั้วโลกกันหนาว
ขนเป็ดกันหนาว
เสื้อกันหนาว
ผ้าห่มนวมกันหนาว
กระติกใส้โฟมเก็บของร้อนเย็น

ผมบอกเด็กๆว่าของเหล่านี้มีอะไรที่เหมือนกันอย่างหนึ่ง คือของเหล่านี้มีการเก็บกักอากาศไว้เป็นชั้นกั้นรอบๆตัวมัน  อากาศจะไม่ค่อยยอมให้ความร้อนไหลผ่าน ขนหมีและขนเป็ดจะฟูๆเก็บกักอากาศไว้ภายใน เสื้อกันหนาวแล้วผ้านวมก็ฟูๆเก็บกักอากาศไว้ข้างใน โฟมในกระติกก็เป็นพลาสติกฟูๆที่เก็บกักอากาศไว้ข้างในเนื้อโฟม เมื่อมีอากาศอยู่รอบๆ ความร้อนก็ไหลจากด้านหนึ่งผ่านอากาศไปอีกด้านหนึ่งยาก ด้านไหนร้อนก็ร้อนอยู่นาน (เช่นร่างกายหมีและเป็ดเพราะการรักษาร่างกายให้อบอุ่นเป็นเรื่องสำคัญสำหรับสัตว์เลือดอุ่นอย่างสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนก) ด้านไหนเย็นก็เย็นอยู่นาน (เช่นกระติกใส่น้ำแข็ง)

วัสดุใดยอมให้ความร้อนผ่านได้ยากๆ เราเรียกวัสดุนั้นว่าฉนวนความร้อน เช่น อากาศ(ไม่มีลม) ไม้ โฟม พลาสติก แอโรเจล

วัสดุใดยอมให้ความร้อนผ่านได้ง่ายๆ เราเรียกวัสดุนั้นว่าตัวนำความร้อน เช่น เพชร โลหะเงิน ทองแดง ทอง อลูมิเนียม เหล็ก

จากนั้นพวกเราก็ทำการทดลองกักเก็บอากาศไว้รอบๆมือของเราแล้วจุ่มไปในน้ำร้อนหรือเย็น และเปรียบเทียบกับมือเปล่าๆที่จุ่มในน้ำร้อนหรือเย็น วิธีทำคือเอาพลาสติกกันกระแทก (bubble wrap) มาห่อมือแล้วเอาถุงพลาสติกมาคลุม แล้วไปจุ่มในน้ำร้อนหรือน้ำเย็น จะไม่รู้สึกว่าเป็นน้ำร้อนหรือน้ำเย็น เพราะอากาศในพลาสติกกันกระแทกเป็นฉนวนความร้อนที่ดี

อีกวิธีหนึ่งก็คือเอาถ้วยพลาสติกสองขนาดมาซ้อนกันให้มีอากาศอยู่ระหว่างถ้วย แล้วสวมมือในถ้วยด้านใน อากาศระหว่างถ้วยก็ทำหน้าที่เป็นฉนวนความร้อนด้วย

หลังจากเด็กๆได้ทำการทดลองเองกันทุกคนแล้ว ผมก็ให้เด็กๆดูวิดีโอคลิปของฉนวนกันความร้อนที่เรียกว่าแอโรเจล (aerogel) ซึ่งก็คือโฟมที่ทำด้วยทรายแทนที่จะเป็นพลาสติก (โฟมปกติจะทำด้วยพลาสติก) ในวิดีโอคลิป แอโรเจลใช้กันไฟจากท่อพ่นไฟโดยที่อีกข้างหนึ่งยังเย็นพอที่คนจะถือได้ครับ

แอโรเจลเป็นวัสดุที่มหัศจรรย์มาก มีน้ำหนักเบา กันความร้อนได้ดีมาก รับแรงกดได้มาก (แต่เปราะเมื่อถูกหัก) ที่เว็บนี้มีวิธีทำเองด้วยครับ

สำหรับประถมปลาย ผมให้ดูคลิปเหล่าการเดินลุยไฟที่เดินได้เพราะขี้เถ้าเป็นฉนวนความร้อน:

และการทดลอง(ที่อันตรายที่สุดถ้าพลาด) ดูว่าเอามือของเราไปจุ่มในตะกั่วเหลวร้อนๆได้หรือไม่ ถ้าได้ทำอย่างไร:

ปรากฏว่าทำได้ครับถ้าตะกั่วเหลวนั้นร้อนมากๆ (ตะกั่วเริ่มเป็นของเหลวที่ประมาณ 330 องศาเซลเซียส ในการทดลองเขาต้มตะกั่วจนร้อนประมาณ 450 องศาเซลเซียส) แล้วเอามือจุ่มน้ำให้เปียก แล้วจุ่มลงไปในตะกั่วแป๊บเดียวแล้วดึงออก (ถ้าตะกั่วไม่ร้อนมากพอ เวลาเอามือไปจุ่ม ตะกั่วจะเย็นลงพอเพียงที่จะเป็นของแข็งแล้วติดนิ้วขึ้นมาทำให้เป็นอันตราย)

สาเหตุที่สามารถจุ่มนิ้วเข้าไปในตะกั่วเหลวร้อนมากๆแล้วไม่เป็นอันตรายก็เพราะน้ำที่ติดนิ้วอยู่จะโดนความร้อนจากตะกั่วจนกลายเป็นไอน้ำ เจ้าไอน้ำจะเป็นตัวกั้น เป็นฉนวนความร้อนป้องกันไม่ให้ความร้อนจากตะกั่วทำอันตรายนิ้วได้ แต่ถ้าแช่ไว้นานๆน้ำก็จะระเหยเป็นไอหมดและนิ้วก็จะไหม้ได้

ปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องเดียวกับเวลาเราหยดน้ำไปบนกระทะร้อนๆแล้วหยดน้ำลอยอยู่บนกระทะได้นานๆ เราจะสังเกตได้ว่าเวลากระทะร้อนแต่ยังไม่ร้อนมากพอ เมื่อเราหยดน้ำลงไปน้ำจะฟู่ๆแล้วระเหยหายไปอย่างรวดเร็ว นี่เป็นเพราะความร้อนจากกระทะทำให้หยดน้ำส่วนที่ติดกับกระทะร้อนกลายเป็นไอ แต่เมื่อกระทะร้อนขึ้นมากๆ ไอน้ำที่เกิดขึ้นจะเกิดขึ้นเร็วพอและมากพอที่จะกลายเป็นชั้นไอน้ำรองรับหยดน้ำให้ลอยอยู่เหนือกระทะนานๆเนื่องจากชั้นไอน้ำนำความร้อนได้ช้ากว่าเวลาหยดน้ำติดกับกระทะตรงๆ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “ปรากฏการณ์ลีเดนฟรอสท์” (Leidenfrost Effect)

มีคลิปลีเดนฟรอสท์ที่น่าสนใจแต่ไม่ได้ให้เด็กดูเพราะเวลาหมด เลยมาบันทึกไว้ตรงนี้เผื่อมีคนสนใจครับ:

ปรากฎว่าถ้าทำพื้นผิวให้หยักๆเป็นฟันเลื่อย จะสามารถบังคับให้หยดน้ำเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต้องการด้วยครับ

มีคนทำให้หยดน้ำวิ่งเป็นวงกลมด้วยครับ:

วิทย์ประถม: รู้จักผิวหนัง, วัดอุณหภูมิด้วยมือเชื่อถือไม่ได้

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ได้ทำความรู้จักกับผิวหนัง และทำการทดลองจุ่มมือในน้ำร้อนและน้ำเย็นให้สังเกตว่าเมื่อมือทั้งสองไปจุ่มในน้ำอุณหภูมิห้อง มือจะรู้สึกร้อนเย็นต่างกันทั้งๆที่อยู่ในที่อุณหภูมิเท่ากัน

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้คือผ้าเช็ดหน้าล่องหนและมอเตอร์ไซค์ล่องหน:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นเราคุยกันเรื่องผิวหนัง ผมก็เริ่มโดยถามเด็กก่อนว่าอวัยวะอะไรในร่างกายใหญ่ที่สุด เด็กๆก็เดาไปต่างๆนาๆมีทั้งสมอง ตับ กระเพาะ ปอด ก้น ขา จนในที่สุดผมก็เฉลยว่าผิวหนังเป็นอวัยวะใหญ่สุดในร่างกาย ถ้าลอกออกมาชั่งก็จะหนักประมาณ 1-2 กิโลกรัมสำหรับเด็ก และ 3-4 กิโลกรัมสำหรับผู้ใหญ่

ผมเริ่มถามเด็กๆว่าผิวหนังมีไว้ทำไม เด็กๆก็ตอบกันว่ามีไว้ห่อหุ้มตัว มีไว้รับแสง (เพราะเราจะสังเคราะห์วิตามิน D เมื่อแสงแดดโดนผิว) มีไว้กันเชื้อโรค มีไว้กันน้ำเข้าตัว ผมจึงเสริมอีกว่าผิวหนังใช้ควบคุมอุณหภูมิร่างกายเราด้วย เพราะเราเป็นสัตว์เลือดอุ่น ถ้าร้อนไปหรือหนาวไปเราจะตาย เราจึงใช้เหงื่อทำให้ตัวเราเย็นเวลาร่างกายเราร้อน นอกจากนี้เรายังมีเส้นประสาทที่ผิวหนังเพื่อส่งสัญญาณต่างๆไปยังสมองว่าเราจับอะไรหรือตัวเราไปโดนอะไร

ผมบอกเด็กๆว่าบนผิวหนังเรามีสิ่งมีชีวิตเล็กๆที่ตามองไม่เห็น คือแบคทีเรีย รา และยีสต์ประเภทต่างๆ  สิ่งมีชีวิตเหล่านี้อยู่ร่วมกับเรามาตลอดชีวิต ปกติจะไม่เป็นโทษกับเรา และจะช่วยป้องกันไม่ให้สิ่งมีชีวิตเล็กๆอื่นๆที่อาจจะมีโทษเข้ามาแพร่พันธุ์บนร่างกายเรา นอกจากนี้ถ้าดูร่างกายเราทั้งหมด จำนวนเซลล์แบคทีเรียจะมีมากกว่าจำนวนเซลล์มนุษย์เลยทีเดียว (แบคทีเรียขนาดเล็กกว่าเซลล์มนุษย์มาก และปกติส่วนใหญ่จะไม่เป็นอันตรายกับเรา ส่วนน้อยเป็นอันตรายและเราเรียกพวกนั้นว่าเชื้อโรค)

จากนั้นผมก็เอารูปภาพภาคตัดของผิวหนังให้เด็กๆดู อธิบายว่าผิวหนังจะหนาประมาณ 2-3 มิลลิเมตร (เอาไม้บรรทัดให้เด็กๆดูว่า 2-3 มิลลิเมตรมันใหญ่แค่ไหน) ผิวส่วนนอกสุดเรียกว่า epidermis (อิปิ๊ เดอร์มิส, epi = บน, dermis = ผิวหนัง) จะมีเซลล์ที่ผลัดเปลี่ยนกันขึ้นมาตายที่ข้างบนสุดเรื่อยๆ เป็นด่านสำคัญในการป้องกันไม่ให้สิ่งแปลกปลอมจากภายนอกเข้ามาในร่างกายเราได้ ใต้ชั้น epidermis จะเป็นชั้น dermis ซึ่งจะมีเนื้อเยื่อยืดหยุ่นต่อกันทำให้ผิวหนังเป็นชิ้นเดียวกัน ใต้ลงไปอีกก็จะเป็นชั้นไขมันและกล้ามเนื้อ ถ้าผิวหนังเสียหายเช่นมีดบาด มีแผล หรือโดนไฟลวก เชื่อโรคและสิ่งแปลกปลอมอื่นๆจากภายนอกก็จะสามารถเข้าไปในร่างกาย ทำให้เราป่วยหรือตายได้

ผมก็เอารูปวาดขยายว่าผิวหนังมีหน้าตาอย่างไรเมื่อมองใกล้ๆ มีขน มีรากขน มีต่อมเหงื่อ มีเส้นประสาท มีกล้ามเนื้อ มีต่อมน้ำมัน และเส้นเลือด (ภาพเอามาจาก https://3dprintingindustry.com/news/postech-university-develops-3d-bioprinting-technique-grows-human-skin-just-2-weeks-115372/)

ผมชี้ส่วนประกอบของผิวหนังให้เด็กๆดู เริ่มจากรากขนที่เป็นกลุ่มเซลล์มีชีวิตที่สร้างขน (หรือผม ถ้าเป็นขนบนศีรษะ)ให้งอกยาวออกไปเรื่อยๆ โดยส่วนประกอบของขนจะเป็นโปรตีนพวกคล้ายๆเปลือกกุ้ง เล็บ และนอแรด ขณะที่สร้างถ้ามีเม็ดสีใส่เข้าไปในเส้นผม ผมก็จะมีสีต่างๆกัน ถ้าไม่มีเม็ดสี ผมก็จะเป็นสีขาวๆเรียกว่าผมหงอกนั่นเอง เด็กๆถามว่าทำไมผู้ชายผมสั้นกว่าผู้หญิง ผมก็บอกว่าจริงๆแล้วถ้าปล่อยให้ผมยาวไปเรื่อยๆ ผมผู้ชายก็ยาวได้เหมือนกัน แม้ว่าอาจจะช้ากว่าผู้หญิงบ้าง มีเด็กถามว่าหัวล้านเกิดจากอะไร ผมก็บอกว่าถ้าเซลล์ที่รากผมตาย เส้นผมก็จะไม่มี หรือถ้าเซลล์ผลิตผมเส้นเล็กๆ เส้นผมก็จะบางๆ เป็นอาการเริ่มของหัวล้าน

ใกล้ๆรากขนจะมีกล้ามเนื้อเล็กๆติดอยู่ เวลาเราหนาว กล้ามเนื้อจะหดตัว ทำให้ขนลุก คาดว่าเป็นขบวนการรักษาความอบอุ่นของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งจะเห็นผลมากในสัตว์ที่มีขนมากๆ เพราะขนลุกแล้วขนจะพองเป็นเสื้อหนาวฟูๆกักอากาศไว้กันความร้อนรั่วไหล แต่คนเราขนน้อยเลยไม่รู้สึกอบอุ่นขึ้น

ในผิวหนังจะมีเส้นเลือดเยอะแยะ เพื่อส่งอาหาร อากาศและสิ่งจำเป็นอื่นๆให้เซลล์ผิวหนัง และนำของเสียจากเซลล์ผิวหนังไปทิ้ง เลือดที่วิ่งอยู่ในเส้นเลือดจะมีสีแดงสดถ้ามีออกซิเจนอยู่มาก เราเรียกว่าเลือดแดง ถ้าออกซิเจนถูกใช้ไป เลือดก็จะมีออกซิเจนน้อยและมีสีแดงคล้ำกว่า เราเรียกว่าเลือดดำ เวลามีดบาดแล้วเลือดไหลก็เป็นเพราะว่าผิวหนังมีเส้นเลือดเยอะแยะเต็มไปหมด พอมีดเข้าไปในผิวหนังจึงตัดโดนเส้นเลือดด้วย ทำให้เลือดไหล เวลากระทบกระแทกแรงๆแต่ผิวหนังไม่ขาดเราก็อาจมีรอยช้ำได้ รอยช้ำเกิดจากเส้นเลือดใต้ผิวหนังแตก เลือดไหลออกมานองใต้ผิดหนัง ถ้ารอนานพอ เลือดเหล่านี้ก็จะถูกย่อยสลายด้วยเซลล์เม็ดเลือดขาวและรอยช้ำก็จะหายไป

ในผิวหนังมีต่อมเหงื่อที่จะสร้างเหงื่อออกมาเพื่อให้ระเหยเป็นไอ พาความร้อนของร่างกายออกไปทิ้ง นอกจากนี้ยังมีเส้นประสาทหลายชนิดคอยส่งสัญญาณความรู้สึกต่างๆไปให้สมองแปลผล

จากนั้นผมก็อธิบายเรื่องการรักษาอุณหภูมิของร่างกายด้วยผิวหนัง โดยผมบอกว่าเราเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ถ้าตัวเราร้อนเกินไปหรือเย็นเกินไปเราจะตาย ดังนั้นร่างกายต้องมีขบวนการรักษาอุณหภูมิของร่างกายให้พอเหมาะ ถ้าร่างกายเราร้อนเกินไป เส้นเลือดบริเวณผิวหนังจะขยายตัว ให้เลือดไหลผ่านได้จำนวนมาก เลือดจะพาความร้อนจากส่วนลึกๆของร่างกายมายังผิว และทิ้งความร้อนออกไปนอกร่างกาย โดยอาจไปที่อากาศหรือน้ำรอบๆตัวโดยตรง หรือเกิดจากการที่เหงื่อระเหยเป็นไอ (ซึ่งเป็นขบวนการที่ต้องการความร้อน คือเหงื่อจะดูดความร้อนจากร่างกายออกไปทำเหงื่อให้เป็นไอ) เวลาเส้นเลือดขยายตัวเราจะเห็นผิวหนังมีสีแดงเข้มขึ้น นั่นทำให้เวลาเราร้อน หน้าเราจะแดง  (หลักการที่ของกลายเป็นไอจะดูดความร้อนนี้เป็นหลักการเดียวกับเครื่องปรับอากาศนั่นเอง โดยในเครื่องปรับอากาศ น้ำยาแอร์จะกลายเป็นไอแล้วดูดความร้อนจากอากาศรอบๆไปใช้ ทำให้อากาศรอบๆเย็น)

เวลาร่างกายเราหนาว เส้นเลือดบริเวณผิวหนังจะหดตัวเพื่อจำกัดให้เลือดไหลผ่านให้น้อยๆ จะได้ไม่เสียความร้อนทางผิวหนัง เวลาเส้นเลือดหดตัว เลือดแถวผิวหนังมีน้อย ผิวจึงมีสีซีด หน้าก็ซีด นอกจากนี้ถ้าพื้นที่ผิวมากๆ ร่างกายก็สามารถถ่ายเทความร้อนเข้าออกได้เร็ว ดังนั้นเวลาอากาศหนาว เราจึงมักจะขดตัวให้พื้นที่ผิวที่ถูกอากาศน้อยลง หรือไม่ก็กอดกันให้กลมๆเพื่อลดพื้นที่ผิวที่ถูกอากาศ

ผมอธิบายว่าทำไมเวลาเราร้อนเราถึงเหงื่อออก โดยบอกว่าเวลาร่างกายรู้สึกร้อน ผิวหนังจะปล่อยเหงื่อออกมา เมื่อเหงื่อเปลี่ยนจากน้ำเป็นไอ (ระเหย) เหงื่อก็จะดูดความร้อนรอบๆหยดเหงื่อไป ทำให้ร่างกายเราทิ้งความร้อนออกไปให้อากาศรอบๆ และร่างกายก็จะเย็นลง ถ้ามีลมพัด ก็จะทำให้เหงื่อระเหยได้ไวขึ้นเราจึงรู้สึกเย็นเร็วขึ้น

ต่อไปเด็กๆก็ทำการทดลองเรื่องการระเหยที่ดูดความร้อนออกไปจากผิวหนังของเรา ทำให้รู้สึกเย็น ผมพ่นแอลกอฮอล์ที่แขนเด็กๆ ให้ดูว่าแอลกอฮอล์เหลวระเหยหายไปจากผิวหนังแล้วผิวหนังจะเย็น ยิ่งเป่าก็ยิ่งเย็น

ผมเล่าเรื่องต่อไปว่าถ้าอากาศหนาวเย็นมากๆ แบบมีหิมะและน้ำแข็ง เส้นเลือดอาจจะหดตัวมากจนเลือดๆไปหล่อเลี้ยงอวัยวะริมๆไม่พอ ก็จะเกิดอาการหูหลุด นิ้วหลุด เนื้อตาย ถ้าหนาวมากไปติดต่อกัน ร่างกายก็จะทนไม่ไหว หยุดทำงานแล้วเราก็ตาย

ผมแทรกว่าความร้อนต่างๆที่เกิดในร่างกายเรานั้นเกิดจากการเปลี่ยนอาหารและอากาศเป็นพลังงานให้ร่างกายทำงานได้ ถ้าเราทานอาหารไม่พอ ไม่มีแป้งหรือคาร์โบไฮเดรต ไม่มีไขมัน ร่างกายก็จะเริ่มย่อยโปรตีนที่เก็บไว้ตามกล้ามเนื้อ โดยอวัยวะที่มีกล้ามเนื้อมากๆอย่างหัวใจก็จะโดนไปด้วย ทำให้หัวใจวายตายได้เมื่อมีอายุมากขึ้น

ต่อไปเราก็ทำการทดลองให้รู้ว่าสมองเราตัดสินว่าอะไรร้อนอะไรเย็นอย่างไร อุปกรณ์ก็มีอ่างใส่น้ำสามใบ ใบที่หนึ่งใส่น้ำอุ่นค่อนข้างร้อน (เกือบๆ 50 องศา) ใบที่สองใส่น้ำอุณหภูมิปกติไม่ร้อนไม่เย็น (ประมาณ 30 องศา) ใบที่สามใส่น้ำเย็นมีน้ำแข็งลอย (ต่ำกว่า 10 องศา)  จากนั้นเราก็เอามือของเราข้างหนึ่งจุ่มในใบที่หนึ่ง (น้ำอุ่น) และจุ่มมืออีกข้างหนึ่งในใบที่สาม (น้ำเย็น) รอสัก 15 วินาที แล้วเอามือทั้งสองไปจุ่มในใบที่สอง (น้ำปกติ) ทิ้งไว้สักพักเราจะรู้สึกว่ามือสองข้างรู้สึกไม่เหมือนกัน โดยที่มือที่จุ่มน้ำเย็นมาก่อนแล้วมาจุ่มน้ำปกติ จะรู้สึกว่ากำลังจุ่มมือไปในน้ำร้อน ขณะที่มือที่จุ่มน้ำอุ่นมาก่อนแล้วมาจุ่มน้ำปกติ จะรู้สึกว่ากำลังจุ่มมือไปในน้ำเย็น ถ้าร่างกายเราสามารถวัดอุณหภูมิได้แม่นยำ ทั้งสองมือควรจะรู้สึกเหมือนกัน เพราะจุ่มไปในน้ำปกติพร้อมๆกัน

การทดลองนี้แสดงว่าร่างกายเราตัดสินว่าอะไรร้อนเย็นจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ มือที่เคยเย็นมาก่อนแล้วไปอยู่ในที่ที่อุ่นกว่าจะรู้สึกว่าอยู่ในที่ร้อน มือที่เคยร้อนมาก่อนแล้วไปอยู่ที่ที่เย็นกว่าจะรู้สึกว่าอยู่ในที่เย็น ทั้งๆที่ทั้งสองมืออยู่ในที่เดียวกันก็ตาม

วิทย์ประถม: การรับรู้ความสว่างและสี, เซลล์ร็อด, เซลล์โคน

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล ได้สังเกตว่าสิ่งที่เรามองเห็น เกิดจากการตีความและวาดขึ้นด้วยความคิดในสมอง ได้รู้จักเซลล์ร็อดและเซลล์โคนที่รับรู้ความสว่างและสีที่ตกในลูกตา ได้ดูปรากฎการณ์ที่เซลล์ล้าจากการมองสิ่งเดิมนานๆแล้วเห็นสีหรือความสว่างตรงข้ามเมื่อมองไปที่อื่น

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เดินทะลุแผ่นเหล็ก:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นเรามาดูภาพลวงตานี้กัน:

ทุกคนเห็นได้ชัดเจนว่าสี่เหลี่ยมข้างบนมืดกว่าสี่เหลี่ยมข้างล่างมาก แต่ถ้าเอาอะไรไปบังตรงกลาง เราจะพบว่าทั้งสองที่สีใกล้เคียงกันมาก (ลองเอานิ้วทาบจอดูครับ)

เด็กๆได้ดูภาพลวงตาจำพวกนี้ที่สีเดียวกันแต่เราเห็นสว่างต่างกันเพราะมีส่วนประกอบรอบๆต่างกัน:

สีไหนเข้มกว่ากันระหว่าง A และ B

ตาเราจะเห็นว่า A เข้มกว่า B แต่ถ้าพิมพ์ออกมาแล้วตัดชิ้น A, B ออกมา จะพบว่ามันมีสีเดียวกัน สลับที่ A กับ B แล้วจะมองเห็น B สีเข้มกว่า A ครับ 

มีคลิปการทดลองที่คนตัดสลับให้ดู:

ผมมาทำให้เด็กๆดูสดๆโดยตัดกระดาษมาบังส่วนอื่นๆไว้ให้เห็นเฉพาะสี่เหลี่ยมสองอันที่จริงๆมีสีเดียวกันแต่เรามองเห็นต่างกัน:

สาเหตุที่เราเห็นอย่างนี้ก็เพราะว่าการมองเห็นของเรา เกิดจากการวาดภาพประมวลผลในสมอง สมองพิจารณาสิ่งแวดล้อมหลายอย่างก่อนที่จะเดาว่าภาพที่เราเห็นควรจะเป็นอย่างไร แสงและเงาต่างๆมีส่วนสำคัญที่เราจะคิดว่าควร”เห็น”อะไรครับ เราไม่ได้เห็นสิ่งที่เป็นจริงๆ แต่เห็นอย่างที่สมองคิดว่าควรจะเป็น

จากนั้นเราดูภาพขาวดำที่มีแถบสีบางๆพาดทับ เราจะเห็นเป็นภาพสีได้ด้วย:

ถ้าเราขยายภาพ เราจะเห็นว่าภาพเป็นภาพขาวดำที่มีแถบสีพาดผ่าน

วิดีโอขาวดำที่มีแถบสีพาดก็ทำให้เราเห็นเป็นสีต่างๆได้เหมือนกัน:

เว็บของผู้สร้างภาพลวงตาแบบนี้อยู่ที่นี่ครับ: Color Assimilation Grid Illusion

ถ้าอยากทดลองเล่นกับภาพของตัวเอง เข้าไปที่เว็บ Grid Illusion นี้ได้ครับ หน้าตาเว็บจะเป็นแบบนี้:

ต่อจากนั้นเด็กๆได้ดูภาพนักเต้นรำว่าหมุนทวนเข็มหรือตามเข็มนาฬิกากัน:

เราสามารถเห็นว่าเธอหมุนได้ทั้งตามเข็มและทวนเข็มเลยครับ เพราะสมองพยายามแปลการเคลื่อนที่ของเงาแบนๆให้เป็นสิ่งของสามมิติ ภาพแสงเงาที่เคลื่อนไหวบนจอแบนๆสามารถตีความเป็นการหมุนในสามมิติได้ทั้งตามเข็มและทวนเข็มนาฬิกา

มีคนทำภาพนักเต้นรำโดยใส่เส้นสีต่างๆให้บอกใบ้สมองว่าควรตีความว่าหมุนแบบไหน วิธีดูคือพยายามมองไปที่รูปซ้ายหรือขวา แล้วค่อยมองคนตรงกลาง คนตรงกลางจะหมุนตามรูปซ้ายหรือขวาที่เรามองครับ:

จากนั้นเราก็ดูภาพลวงตาที่เกิดจากการล้าของเซลล์รับแสงในตาครับ รูปแรกเป็นรูปขาวดำของในหลวง ร.9:

ก่อนอื่นเราจะขยายภาพให้ใหญ่ๆเต็มๆจอแล้วเราจะมองภาพนี้โดยไม่กระพริบตาและไม่ขยับหัวไปมา ให้ตาโฟกัสไปที่จุดๆเดียวกลางๆภาพ (เช่นตาหรือคางในภาพ) มองอยู่สัก 10-30 วินาที แล้วเราก็หันไปมองเพดานหรือผนังสีอ่อนๆ แล้กระพริบตาถี่ๆ เราจะเห็นภาพในหลวงที่มีสีกลับกับภาพที่เรามองในตอนแรก (คือเส้นสีขาวก็เห็นเป็นสีดำ พื้นสีดำก็เห็นเป็นพื้นสีขาว)

ต่อไปผมให้เด็กๆดูภาพกลับสี (ภาพเนกาตีฟ) นี้ประมาณ 15-30 วินาที (ขยายภาพให้เต็มจอ แล้วให้เด็กๆจ้องมองตรงกลางรูป ไม่กระพริบตา ไม่ขยับหัว):

ภาพกลับสี

แล้วเปลี่ยนภาพเป็นภาพนี้ทันทีครับ:

ภาพขาวดำ

สามารถลองดูที่ภาพนี้ก็ได้ครับ ภาพจะสลับระหว่างรูปสองแบบทุก 15 วินาที ตอนเห็นภาพสีกลับให้จ้องมองตรงกลางรูปเอาไว้

ภาพจะเปลี่ยนทุก 15 วินาทีครับ ตอนเป็นสีกลับให้จ้องมองตรงกลางไว้

ตอนภาพเปลี่ยน เราจะเห็นสีที่ดูเหมือนปกติ (แต่ซีดๆ) ทั้งๆที่ภาพที่แสดงเป็นภาพขาวดำครับ ถ้าเราขยับตาภาพจะกลายเป็นขาวดำทันที ถ้าเราจ้องตรงกลางไว้ เราจะเห็นภาพสีอยู่แป๊บนึง

มีภาพสลับให้ดูอีกสองชุดครับ ภาพจะสลับเปลี่ยนกันทุก 15 วินาที ตอนเป็นสีกลับให้จ้องมองตรงกลางไว้:

เราอธิบายปรากฎการณ์นี้ได้โดยเข้าใจว่าในเรตินาของตาเราจะมีเซลล์รับแสงอยู่สองประเภทคือเซลร็อดหรือเซลล์แท่ง หน้าตามันเป็นแท่งๆทรงกระบอก และเซลล์โคนหรือเซลล์กรวย หน้าตามันจะเป็นกรวยแหลม โดยที่เซลล์ร็อดจะรับความสว่างของแสงภายนอกแต่จะไม่แยกเแยะสีต่างๆ ส่วนเซลล์โคนจะรับสีต่างๆโดยที่เซลล์โคนจะแบ่งย่อยออกเป็นสามประเภทที่รับแสงแถบๆสีแดง สีเขียว สีน้ำเงินได้ดี

ภาพวาดหน้าตาของเซลล์ร็อดและเซลล์โคน
ภาพจาก http://webvision.med.utah.edu
เซลล์ร็อดและเซลล์โคนอยู่บนจอรับภาพข้างหลังลูกตาของเราครับ
ภาพจาก https://www.sciencenews.org/article/how-rewire-eye
ภาพถ่ายเซลล์ร็อดและเซลล์โคนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอน แล้วระบายสีให้เห็นชัดขึ้น
ภาพจาก https://fineartamerica.com/featured/rods-and-cones-in-the-eye-omikron.html

เจ้าเซลล์รับแสงนี้เมื่อโดนแสงหรือสีเดิมๆนานๆ (เช่นเกิดจากการจ้องภาพเดิมนานๆโดยไม่กระพริบตาและไม่ขยับหัว) จะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปที่สมองว่าได้รับแสงหรือสีอะไรโดยการเปลี่ยนสารเคมีในเซลล์ พอโดนแสงหรือสีเดิมนานๆสารเคมีก็จะร่อยหรอลงไปเรื่อยๆ ปกติเวลาเรากระพริบตาหรือไปมองภาพอื่นๆเซลล์จะมีโอกาสได้พักและเติมเต็มสารเคมีขึ้นมาใหม่ ในกรณีของเราที่ไม่กระพริบตาและดูภาพเดิมสารเคมีจะเหลือน้อย พอเราหันไปดูภาพขาวดำ เจ้าเซลล์ที่อ่อนล้าสารเคมีร่อยหรอก็จะส่งสัญญาณอ่อนกว่าปกติไปยังสมอง สมองจึงตีความว่าแสงหรือสีที่ตกลงบนเซลล์เหล่านั้นเป็นสีตรงข้าม ทำให้เราเห็นเป็นภาพลวงตาที่มีสีตรงข้ามกับภาพที่เราจ้องมองตอนแรกนั่นเอง

(*** สำหรับผู้ที่ใช้โปรแกรม Mathematica เป็น ผมมีโค้ดที่ใช้สร้างภาพกลับสีและภาพขาวดำแบบนี้ครับ เปิดรูปที่เราต้องการแล้วโปรแกรมจะสร้างไฟล์อีกสองไฟล์ที่เริ่มต้นด้วย inv_ สำหรับภาพกลับสี และ gray_ สำหรับภาพขาวดำ เผื่อเอาไปเล่นดูง่ายๆ:

Module[{file = SystemDialogInput["FileOpen"], 
   img, inv, gray, dir, basename, ext},
 If[file =!= $Canceled, img = Import[file];
  dir = DirectoryName[file];
  basename = FileBaseName[file];
  ext = FileExtension[file];
  inv = ColorNegate[img];
  Export[dir <> "inv_" <> basename <> "." <> ext, inv];
  gray = ColorConvert[img, "GrayScale"];
  Export[dir <> "gray_" <> basename <> "." <> ext, gray];
  ]]

(ถ้าสนใจหัดใช้ Mathematica ผมมีเขียนแนะนำไว้นิดหน่อยที่นี่นะครับ)

ถ้าไม่ใช้ Mathematica จะใช้วิธีอื่นๆก็ได้ครับ เช่น Pillow ในภาษา Python หรือใช้โปรแกรมตกแต่งภาพต่างๆก็ได้ ***)