Category Archives: science class

วิทย์ประถม: เครื่องทุ่นแรงนิวแมติกส์และไฮดรอลิกส์, วิทย์อนุบาล: ตะเกียบลม

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมและอนุบาลสามมาครับ เด็กประถมได้หัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล และได้เล่นเครื่องทุ่นแรงใช้ลมยกของหนักๆ อนุบาลสามได้เล่นตะเกียบลม

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมประถมอยู่ที่นี่ กิจกรรมอนุบาลสามอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กประถมได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน กลวันนี้คือเสกให้รถรางหายไปครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ต่อไปผมให้เด็กๆรู้จักการใช้ลม (นิวแมติกส์) หรือของเหลว (ไฮดรอลิกส์) เป็นเครื่องทุ่นแรงยกของหนักๆครับ วันนี้เราเล่นกับลมก่อน ถ้าเราเป่าลมใส่ถุงพลาสติกใช้ยกของต่างๆ เราพบว่ามีแรงยกมากกว่าที่เราคาดคิด

ถุงลมยกน้ำหนักมากๆได้ก็เพราะว่าขนาดพื้นที่ของถุงมีขนาดใหญ่พอ เมื่อเป่าลมเข้าไปทำให้ถุงมีความดันอากาศ ผิวของถุงก็ช่วยกันพยุงน้ำหนักที่กดทับอยู่ ยิ่งถุงใหญ่เท่าไร (และถ้าวัสดุของถุงมีความทนทานพอ ไม่แตกหรือรั่วเสียก่อน) ถุงก็จะสามารถยกน้ำหนักได้มากขึ้นเท่านั้น (แต่ก็ต้องแลกด้วยปริมาณอากาศที่ต้องเป่าเข้าไปมากขึ้นเมื่อเทียบกับถุงเล็ก) น้ำหนักที่ยกได้เท่ากับพื้นที่คูณกับความดันอากาศนั่นเอง หลักการนี้เป็นหลักการเดียวกับการทำงานของยางรถยนต์ ยางรถมีความทนทานมากสามารถอัดอากาศความดันสูงๆเข้าไปได้เยอะๆ ทำให้ยางสามารถรับน้ำหนักรถเป็นตันๆได้ครับ

คลิปตอนสอนวิธีให้เด็กๆทำตามครับ:

เด็กๆพอรู้วิธีก็แยกย้ายกันเล่น:

ผมมีคลิปทำนองนี้กับเด็กๆชั้นอื่นด้วยครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสามบ้านพลอยภูมิ เราเล่น “ตะเกียบลม” กันครับ

ผมสอนให้เล่นตะเกียบลมที่ใช้หลักการที่ว่าเมื่อลมวิ่งไปตามผิวโค้งๆของลูกบอล กระแสลมจะโอบล้อมลูกบอลและดึงให้ลูกบอลอยู่ในกระแสลมนั้น ทำให้เราสามารถเลี้ยงลูกปิงปองด้วยเครื่องเป่าผมหรือลูกบอลชายหาดด้วยเครื่องเป่าใบไม้ได้ สามารถเอียงกระแสลมไปมาให้ลูกบอลลอยตามก็ได้ครับ

วิธีเล่นผมเคยบันทึกไว้ในช่องเด็กจิ๋ว & ดร.โก้ครับ:

เนื่องจากเรามองไม่เห็นสายลม (แม้ว่าจะรู้สึกได้) เราก็สามารถดูสายน้ำแทนครับ มันทำตัวคล้ายๆกัน:

การที่สายลมหรือสายน้ำวิ่งไปตามผิวโค้งๆของลูกโป่ง (หรือลูกบอลต่างๆที่เราใช้) และดูดลูกโป่งจะเปรียบเสมือนสายลมหรือสายน้ำทำตัวเป็นตะเกียบล่องหน คีบลูกโป่งไว้ครับ ปรากฎการณ์ที่ของไหล (สายลมหรือสายน้ำ) ชอบวิ่งไปตามผิววัตถุอย่างนี้มีชื่อว่า Coanda Effect ครับ

ถ้าสายลมแรงพอ เช่นออกมาจากเครื่องอัดลมความดันสูง แรงลมสามารถ “คีบ” ไขควงให้ลอยอยู่ได้ด้วยครับ:

พอเด็กๆรู้วิธีเล่นก็แยกย้ายกันเล่นเองครับ:

วิทย์ม.ต้น: ทฤษฎีสมคบคิด, ทดลองยกของด้วยลม

วันนี้เราคุยกันเรื่องต่างๆต่อไปนี้ครับ:

1. เราดูคลิปต้นชั่วโมงรอให้ทุกคนมาครบกันเรื่องการทำเหมืองในอวกาศ ซึ่งอาจจะเป็นธุรกิจในอนาคตตอนเด็กๆอายุมากขึ้น:

ในคลิปมีการพูดถึงการแยกธาตุต่างๆด้วย centrifuge เด็กๆจึงได้รู้จักเครื่อง centrifuge ที่ใช้ปั่นแยกของที่มีความหนาแน่นต่างๆกัน เช่นแบบในแล็บ:

หรือแบบไม่ใช้ไฟฟ้า แต่ใช้เชือกและมือปั่น:

2. ตัวอย่างทฤษฎีสมคบคิด (conspiracy theory) เช่นเรื่องคนเชื่อว่าโลกแบน หรือคนไม่เชื่อว่ามีการไปดวงจันทร์มาแล้ว เด็กๆสามารถเข้าไปดูลิงก์ที่ผมรวมไว้ที่ “ลิงก์เรื่องมนุษย์เคยไปดวงจันทร์(หรือเปล่า?)” เช่นคลิปการปล่อยค้อนและขนนกให้ตกลงสู่พื้นอันนี้:

เด็กๆได้รู้จักกระจก retroreflectors ที่สะท้อนแสงกลับไปในทิศทางเดิม มีทั่วไปหมดเช่นฝังไว้ตามถนน ติดไว้ที่รถจักรยาน หมวก เสื้อ รองเท้า เพื่อให้สังเกตได้ง่ายๆเมื่อมีแสงไฟตกกระทบ นอกจากนี้ยังมี retroreflectors ขนาดใหญ่วางไว้ที่ดวงจันทร์เพื่อใช้สะท้อนแสงเลเซอร์ที่ยิงไปจากโลกอีกด้วย

3. ตัวอย่างทฤษฎีสมคบคิดที่ว่าพิรามิดสร้างโดยมนุษย์ต่างดาว เราทำความรู้จักพิรามิดและทำไมถึงถูกสร้างโดยคนสมัยโบราณ ไม่ใช่มนุษย์ต่างดาว:

4. เด็กๆได้ทดลองเป่าลมเข้าไปในถุงเพื่อยกน้ำหนักต่างๆที่มากเกินคาดครับ

ถุงลมยกน้ำหนักมากๆได้ก็เพราะว่าขนาดพื้นที่ของถุงมีขนาดใหญ่พอ เมื่อเป่าลมเข้าไปทำให้ถุงมีความดันอากาศ ผิวของถุงก็ช่วยกันพยุงน้ำหนักที่กดทับอยู่ ยิ่งถุงใหญ่เท่าไร (และถ้าวัสดุของถุงมีความทนทานพอ ไม่แตกหรือรั่วเสียก่อน) ถุงก็จะสามารถยกน้ำหนักได้มากขึ้นเท่านั้น (แต่ก็ต้องแลกด้วยปริมาณอากาศที่ต้องเป่าเข้าไปมากขึ้นเมื่อเทียบกับถุงเล็ก) น้ำหนักที่ยกได้เท่ากับพื้นที่คูณกับความดันอากาศนั่นเอง

หลักการนี้เป็นหลักการเดียวกับการทำงานของยางรถยนต์ ยางรถมีความทนทานมากสามารถอัดอากาศความดันสูงๆเข้าไปได้เยอะๆ ทำให้ยางสามารถรับน้ำหนักรถเป็นตันๆได้ครับ

คลิปอธิบายกิจกรรมและการทดลองของเราครับ:

เมื่อหลายปีมาแล้วผมเคยทำกิจกรรมทำนองนี้มาแล้วครับ คลิปนั้นจะเห็นการยกคนที่นั่งอยู่ชัดเจน:

วิทย์ม.ต้น: Zeno’s Paradoxes, Infinite Series, เล่นกับความเฉื่อย

วันนี้เราคุยเรื่องเหล่านี้กันครับ

1. ผมพูดคุยกับเด็กๆเรื่องความเฉื่อย และเด็กๆได้ทำกิจกรรมเกี่ยวกับความเฉื่อยเหมือนในคลิปที่ลิงก์นี้ครับ

2. ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าแรงโน้มถ่วงดึงให้ดวงดาวโคจรกันเป็นวงรี ให้เด็กๆดูแบบจำลองที่ Newtonian Orbit และ Dance of Comets ที่เป็นโปรแกรมภาษา Scratch

หน้าตา Dance of Comets เป็นประมาณนี้ครับ

3. ผมยกตัวอย่าง Zeno’s Paradox มาหนึ่งอันคือถ้าเราจะเดินทางจากจุด A ไปจุด B เราต้องเดินทางไปครึ่งทางก่อน แล้วก็เดินทางไปอีกครึ่งทางของที่เหลือ แล้วก็เดินทางไปอีกครึ่งทางของที่เหลือ อย่างนี้ไปเรื่อยๆไม่รู้จบ แล้วทำไมเราถึงเดินทางจาก A ไป B ได้ ระยะทางที่เดินรวมๆกันจะเป็นเท่าไร พอเด็กๆงงสักพักเราก็ลองบวกระยะทางกัน โดยให้ระยะทางจาก A ถึง B เท่ากับ 1 หน่วย ระยะทางทั้งหมดที่เดินก็คือ 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + 1/32 + …

เด็กๆลองบวกในสเปรดชีตจะได้คำตอบเท่ากับ 1 ถาม Wolfram Alpha ก็ได้คำตอบเท่ากับ 1 และผมแสดงวิธีทำด้วยมือก็ได้คำตอบเท่ากับ 1

ให้ Wolfram Alpha หาค่าของ 1/2 + 1/4 + 1/8 + … ให้ครับ
คำนวณ 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + … ด้วยมือ ตั้งชื่อให้ผลรวมคือ S แล้วหาว่า S ต้องมีค่าเท่าไร

4. ความจริงสิ่งที่เราสนใจคือเราสามารถเคลื่อนที่จาก A ไป B ได้ไหม เราจึงควรดูว่าเราใช้เวลาเท่าไรในการเคลื่อนที่จาก A ไป B สมมุติว่าเราเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ v เวลาที่ใช้ทั้งหมดก็คือ 1/(2v) + 1/(4v) + 1/(8v) + … ซึ่งเท่ากับ 1/v เป็นเวลาที่เป็นไปได้ถ้า v มีค่าเป็นบวก

5. เรื่องประหลาดที่เด็กๆได้เห็นวันนี้คือถ้าเราบวกอะไรเข้าไปเรื่อยๆไม่มีที่สิ้นสุด บางทีผลรวมก็เป็นตัวเลขที่เรารู้จักถ้าสิ่งที่เราบวกเข้าไปเรื่อยๆมีขนาดเล็กลงเร็วพอ เช่น 1/2 + 1/4 + 1/8 + … = 1 หรือ 1/3 + 1/9 + 1/27 + 1/81 + … = 1/2 หรือ 1 + 2/3 + (2/3)^2 + (2/3)^3 +… = 3

6. แต่ถ้าสิ่งที่เราบวกเข้าไปเรื่อยๆไม่เล็กลงเร็วพอ ผลรวมก็อาจไม่มีค่าแน่นอน อาจโตไม่จำกัด เช่น 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + … จะมีขนาดไม่จำกัด

7. เด็กๆทดลองบวกเลขพวกนี้ทั้งในสเปรดชีต และทดลองถาม Wolfram Alpha ดู ตัวอย่างสเปรดชีตมีที่นี่และที่นี่ครับ