Tag Archives: วิทย์ม.ต้น

วิทย์ม.ต้น: Cosmos Ep. 7 การหาอายุโลก, ใช้ Schlieren Optics ดูเงาความหนาแน่นอากาศ

วันนี้เด็กๆม.ต้นที่กลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมได้ดูรายการ Cosmos: A Spacetime Odyssey ตอนที่ 7 กันครับ วันนี้เรื่องจะทราบอายุโลกได้อย่างไร พอดูเสร็จก็ทำการทดลอง schlieren optics  เพื่อ “มองเห็น” อากาศกันครับ

Clair Patterson เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ค้นพบอายุของโลกได้ถูกต้องใกล้เคียงกับความเป็นจริง เขาอาศัยหลักการที่ว่าสารกัมมันตภาพรังสีจะเปลี่ยนแปลงจากธาตุหนึ่งไปเป็นอีกธาตุหนึ่งด้วยอัตราการเปลี่ยนแปลงเป็นแบบ “ครึ่งชีวิต” คงที่

ครึ่งชีวิต (หรือ half-life) คือเวลาที่สารกัมมันตภาพรังสีเปลี่ยนไปเป็นสารอื่นๆครึ่งหนึ่ง เช่นถ้าสาร A เปลี่ยนร่างกลายเป็นสาร B ที่อยู่คงตัวไม่เปลี่ยนแปลงด้วยครึ่งชีวิตเท่ากับ 1 วัน และเราเริ่มต้นด้วยสาร A 1,000 กรัม และสาร B 0 กรัม เมื่อผ่านไปหนึ่งวัน สาร A จะลดไปครึ่งหนึ่งเหลือ 500 กรัม และกลายเป็นสาร B ไปประมาณ 500 กรัม เมื่อผ่านไปสองวันสาร A ก็จะลดลงไปอีกครึ่งจากที่เหลือ กลายเป็น 250 กรัม และสาร B กลายเป็นประมาณ 750 กรัม เมื่อผ่านไป 3 วัน สาร A ก็จะลดลงอีกครึ่งหนึ่งของที่เหลือ กลายเป็น 125 กรัม ผ่านไปสี่วันเหลือ 62.5  กรัม ผ่านไปห้าวันเหลือ 31.25  กรัม  ดังนี้ไปเรื่อยๆ

ในกรณีสาร A และ B ข้างต้น ถ้าเรารู้สัดส่วนระหว่าง A และ B และรู้ค่าครึ่งชีวิต เราก็สามารถคำนวณได้ว่าเวลาผ่านไปนานเท่าไรจึงจะเห็นอัตราส่วนที่เราพบ เช่นถ้าเราพบว่าในตัวอย่างเรามีสาร B ประมาณ 750 กรัมและสาร A ประมาณ 250 กรัม เราก็คำนวณได้ว่าเวลาต้องผ่านไป 2 วันจากตอนเริ่มต้นที่ตอนแรกมีแต่สาร A อย่างเดียว

Clair Patterson ดูกรณีสาร A คือยูเรเนียม-238/ยูเรเนียม-235 และสาร B คือตะกั่ว-206/ตะกั่ว-207 ที่มีครี่งชีวิตเท่ากับ 4.47 พันล้านปี/710 ล้านปี โดยตรวจหาสาร A และ B ในอุกกาบาตที่เป็นซากเหลืออยู่ในระบบสุริยะ ไม่ได้รวมตัวเป็นดาวเคราะห์  พบว่าอายุโลกเท่ากับประมาณ 4.5 พันล้านปีครับ

ถ้าสนใจลองดูประวัติเบื้องต้นของอายุโลกได้ที่นี่ครับ

งานของ Patterson ทำให้เขาพบด้วยว่ามีตะกั่วปนเปื้อนมากมายแถวๆผิวโลก พบว่าตะกั่วเหล่านี้มาจากน้ำมันเชื้อเพลิงที่เติม Tetraethyllead เพื่อเพิมสมรรถนะเครื่องยนต์ ในที่สุดตอนนี้น้ำมันรถก็ไม่ใส่สารเคมีที่มีตะกั่วเป็นส่วนประกอบแล้วหลังจากใช้มาหลายสิบปี

หลังจากดู Cosmos จบ เราก็ดูเงาความหนาแน่นของอากาศกันด้วยเทคนิค schlieren optics ครับ ปกติเราจะมองไม่เห็นอากาศแต่ถ้าเราจัดเรียงกระจกเว้า ไฟฉายจาก LED เล็กๆ และแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์ให้เหมาะสม เราจะเห็นเงาบนฉากที่แสดงให้เห็นความหนาแน่นที่ต่างๆกันในอากาศได้
ด้วยวิธีง่ายๆติดตั้งไม่เกินห้านาที เราจะสามารถสังเกตอากาศร้อนจากการเผาไหม้ ก๊าซต่างชนิดที่พ่นในอากาศ อากาศเย็นรอบๆก้อนน้ำแข็ง ลมร้อนจากเครื่องเป่าผม ฯลฯ วิธีทำเป็นดังในคลิปครับ:

หลักการก็คือเราปล่อยแสงจาก LED  เล็กๆไปสะท้อนกับกระจกเว้า กระจกเว้าจะรวมโฟกัสแสงกลับมาเป็นจุดเล็กๆ ถ้าขยับจุดรวมแสงให้ถูกแผ่นฟอยล์อลูมิเนียมบังสักครึ่งหนึ่ง แสงที่ผ่านฟอยล์อลูมิเนียมก็จะวิ่งผ่านไปตกที่จอรับภาพให้เราสังเกต เมื่อบริเวณต่างๆในอากาศมีความหนาแน่นต่างๆกัน (เช่นเกิดจากความร้อน จากก๊าซต่างชนิด หรือความดันสูงๆ) แสงที่เดินทางผ่านบริเวณนั้นๆจะมีการหักเหเปลี่ยนทิศทาง ถ้าทิศทางเปลี่ยนพอจนไปชนแผ่นฟอยล์อลูมิเนียม เราก็จะสังเกตบริเวณนั้นว่ามืดลงไป  

ตัวอย่างเงาอากาศร้อนจากการจุดเทียนเป็นแบบนี้ครับ:

ถ้าต้องการภาพที่คุณภาพดีๆกว่านี้ (แต่ก็ทำยากขึ้นและแพงขึ้น) ลองดูคลิปนี้:

คลิปนี้มีถ่ายแบบ slo-motion สวยๆด้วยครับ:

ถ้าต้องการคำอธิบายหลักการแบบฟิสิกส์และภาพสวยมากๆไปดูที่เว็บของมหาวิทยาลัย Harvard นะครับ

 

วิทย์ม.ต้น: รู้จักกับวิธีเรียงลำดับข้อมูล (Sorting) นั่งปรับปรุงและ debug โปรแกรม Scratch กันต่อ

วันนี้เด็กม.3 ได้รู้จักวิธีเรียงลำดับข้อมูลกันครับ  วิธีมีหลากหลาย แต่ละวิธีก็ใช้เวลาต่างๆกันเมื่อเรียงลำดับข้อมูลแบบต่างๆ ตอนแรกผมถามเด็กว่าถ้ามีหนังสือเยอะๆแล้วจะเรียงตามลำดับชื่อหนังสือจะทำอย่างไร ปรากฎว่าเด็กๆคิดสักพักแล้วก็บอกวิธีอยู่ในตระกูล Radix Sort คือกรุ๊ปตามตัวอักษรตัวแรกว่าอยู่ในกลุ่ม ก-ฮ, A-Z ซะเลย แล้วทำอย่างเดิมในแต่ละกรุ๊ปตัวอักษรแต่ใช้ตัวอักษรตัวถัดๆมาในชื่อ (เหมือน Recursive Radix Sort)

ต่อมาเด็กๆได้ดูคลิปอธิบาย Bubble Sort, Insertion Sort, และ Quick Sort ใน TED-ED ได้รู้จักวิธีแบ่งปัญหาให้เล็กลงแล้วแก้ด้ววิธีเดิม (Divide and Conquer + Recursion) จาก Quick Sort:

เด็กๆได้ดูภาพเคลื่อนไหวเปรียบเทียบวิธีเรียงลำดับแบบต่างๆที่เพจ Sorting Algorithms Animations ครับ เข้าไปกดดูกันนะครับ หน้าตาจะเป็นประมาณนี้ครับ:

จากเว็บ Sorting Algorithms Animations https://www.toptal.com/developers/sorting-algorithms
จากเว็บ Sorting Algorithms Animations https://www.toptal.com/developers/sorting-algorithms

มีคนทำเรื่อง Sorting ไว้ด้วยภาษา Scratch เยอะเหมือนกันครับ กดเข้าไปดูได้ที่ Sorting Algorithms ครับ

จากนั้นเด็กๆทั้งม.1, 2, 3 ก็นั่งเขียนโปรแกรม Scratch กันต่อครับ พยายามทำให้เกมต่างๆสนุกขึ้น และมีบั๊กน้อยลง พยายามจัดการโปรแกรมว่าไม่ควรเขียนอะไรซ้ำกัน ถ้าจะทำอะไรควรทำจากที่เดียว จะได้รู้แน่นอนว่าเกิดอะไรขึ้นในโปรแกรมครับ

วิทย์ม.ต้น: Cosmos Ep. 6, ทำกล้องจุลทรรศน์เลนส์เดี่ยว

วันนี้เด็กๆม.ต้นที่กลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมได้ดูรายการ Cosmos: A Spacetime Odyssey ตอนที่ 6 กันครับ วันนี้เรื่องส่วนประกอบเล็กๆของสิ่งต่างๆ อะตอม นิวตริโน เมื่อดูเสร็จเด็กๆก็ประกอบกล้องจุลทรรศน์จากเลนส์รวมแสงและกล้องมือถือครับ

แนะนำให้เด็กๆเข้าไปดู Scale of the Universe 2 นะครับ เลื่อนดูขนาดสิ่งของต่างๆในจักรวาล หรือลง App ใน iOS ที่ https://itunes.apple.com/us/app/the-scale-of-the-universe-2/id1062423259?mt=8  หน้าตาจะประมาณนี้ครับ:

ของต่างๆประกอบด้วยอะตอมหลากหลายชนิด (เรารู้จักแล้ว 118 ชนิด ดูตารางธาตุที่นี่นะครับ) อะตอมมาเรียงกันให้เหมาะสมก็จะเป็นสิ่งซับซ้อนมีชีวิตได้ มีอารมณ์ ความคิด ความรักได้

เชิญเข้าไปดูคลิปเพื่อเข้าใจขนาดอะตอมและนิวเคลียสที่นี่ครับ:

ตัวอย่างคลิปสิ่งมีชีวิตเล็กๆไล่ล่ากันคล้ายๆใน Cosmos ครับ:

ตัวอย่างสิ่งมีชีวิตเล็กแปลกๆหลายอย่างครับ:

อันนี้คลิปหมีน้ำ (Water Bear หรือ Tardigrade):

วิธีหาหมีน้ำ:

อันนี้คือมอธที่ดาร์วินทำนายว่าต้องมีลิ้นยาวเป็นฟุตครับ:

ถ้าเด็กๆสนใจเรื่องนิวตริโนลองดูคลิปนี้ครับ:

คลิปนี้อธิบายว่านิวตริโนช่วยให้เราหา Supernova ได้อย่างไร:

หลังจากดู Cosmos เสร็จ เด็กๆก็ประกอบเลนส์นูนกับกล้องมือถือกลายเป็นกล้องจุลทรรศน์เลนส์เดี่ยวส่องดูของต่างๆครับ วิธีทำเคยอธิบายไว้แล้วที่นี่ หรือที่นี่ครับ