ของเล่นจากกิจกรรมวิทย์พ่อโก้ สำหรับ Maker Jam

ถามเด็กๆ ว่า ช่อง A กับ B ช่องไหนสีเข้มกว่ากัน? ทุกคนจะตอบว่า A เข้มกว่า แต่ความจริงทั้งสองช่องเป็นสีเทาเดียวกันเป๊ะ ถ้าพิมพ์ภาพออกมาแล้วตัดช่อง A กับ B มาวางชิดกัน จะเห็นว่าสีเหมือนกัน และถ้าสลับที่กันจะกลับเห็น B เข้มกว่า A

ที่เป็นแบบนี้เพราะสมองไม่ได้อ่านค่าความสว่างตรงๆ แต่ เดา สีจริงของวัตถุจากสิ่งรอบข้าง พอสมองรู้ว่าช่อง B อยู่ในเงาของทรงกระบอก มันจึงชดเชยให้ B ดูสว่างกว่าที่ตาเห็นจริง เป็นตัวอย่างชัดเจนว่าสิ่งที่เรา “เห็น” คือสิ่งที่สมองตีความ ไม่ใช่ความจริงเสมอไป

อุปกรณ์: ภาพพิมพ์ลงกระดาษ A4, กรรไกร (ไว้ตัดช่อง A กับ B มาเทียบกัน)

เปิดพัดลม (หรือเครื่องเป่าผม เครื่องเป่าใบไม้ เครื่องฟอกอากาศ) ให้เป่าขึ้นข้างบน แล้ววางลูกโป่ง ลูกปิงปอง หรือลูกบอลชายหาดลงบนลำลม ลูกจะลอยนิ่งอยู่ได้ ถ้าค่อยๆ เอียงพัดลมไปมา ลูกโป่งก็ยังถูกลมหนีบให้ลอยตามไปด้วย

สาเหตุคือ ปรากฏการณ์ Coandă ของไหลอย่างลมหรือน้ำชอบไหลเกาะไปตามผิวเรียบ เมื่อเจอผิวโค้งของลูกโป่ง สายลมจะเลี้ยวโค้งอ้อมไปตามผิว แรงปฏิกิริยาจึงดึงลูกโป่งเข้าหากลางลำลม เหมือนถูก “ตะเกียบลม” คีบไว้ ลองเอาลูกโป่งไปแตะสายน้ำจากก๊อกก็จะรู้สึกแรงดูดแบบเดียวกัน หลักการนี้เป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้ปีกเครื่องบินเกิดแรงยกด้วย

อุปกรณ์: พัดลม / เครื่องเป่าผม, ลูกโป่ง ลูกปิงปอง ลูกบอลชายหาด, ก๊อกน้ำ

ใส่ “นักดำน้ำ” ที่มีก้อนอากาศอยู่ข้างใน (ทำจากหลอดกาแฟพับ ซองซอส หรือหลอดฉีดยาลนไฟให้หัวตัน) ลงในขวดพลาสติกใสที่เติมน้ำจนเกือบเต็ม ปิดฝาให้แน่น ปรับให้นักดำน้ำลอยปริ่มๆ ผิวน้ำ

เมื่อ บีบขวด ความดันในขวดเพิ่มขึ้น ก้อนอากาศในตัวนักดำน้ำถูกบีบให้เล็กลง ปริมาตรน้ำที่ถูกแทนที่จึงน้อยลง แรงลอยตัวลดลง นักดำน้ำก็จม พอ ปล่อยมือ ความดันลดลง อากาศขยายกลับ แรงลอยตัวเพิ่ม นักดำน้ำก็ลอยขึ้น

เป็นไปตามหลักของอาร์คิมิดีสที่ว่า แรงลอยตัวเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ เล่นเป็นกล “พลังจิต” สั่งให้จมหรือลอยได้สนุกมาก

อุปกรณ์: ขวดพลาสติกใสมีฝา, หลอดกาแฟ / หลอดฉีดยา, ดินน้ำมันหรือคลิปหนีบกระดาษถ่วงน้ำหนัก, น้ำ

เอาแม่เหล็กนีโอดิเมียมดูดติดที่ปลายแหลมของตะปูเกลียว แล้วเอาหัวตะปูไปแตะขั้วหนึ่งของถ่านไฟฉาย แม่เหล็กจะดูดให้ตะปูห้อยติดอยู่ใต้ถ่านได้เอง จากนั้นใช้สายไฟหรือแถบฟอยล์อลูมิเนียม ต่อจากอีกขั้วของถ่านไปแตะที่ ขอบด้านข้างของแม่เหล็ก ตะปูกับแม่เหล็กจะหมุนติ้วทันที

หลักการคือ เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลอยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงกระทำ โดยแรงนี้ ตั้งฉากกับทั้งทิศทางของกระแสและทิศทางของสนามแม่เหล็ก ในที่นี้กระแสไหลจากแกนกลางออกไปทางขอบแม่เหล็กในแนวรัศมี ตัดกับสนามแม่เหล็กแนวตั้ง จึงเกิดแรงในแนววงกลม ทำให้ชุดตะปู-แม่เหล็กหมุนรอบตัวเอง เรียกว่า โฮโมโพลาร์มอเตอร์

ระวัง: วงจรนี้เกือบลัดวงจร ถ่านและสายจะร้อนเร็ว ให้ต่อเป็นช่วงสั้นๆ

อุปกรณ์: ถ่านไฟฉาย AA, ตะปูเกลียว (สกรู), แม่เหล็กนีโอดิเมียมกลมแบน, ฟอยล์อลูมิเนียมหรือสายไฟ

ตั้งถ่านไฟฉายขึ้น เอาแม่เหล็กนีโอดิเมียมติดที่ขั้วล่าง แล้วดัดลวดทองแดงเป็นรูป สมมาตรซ้าย-ขวา คร่อมถ่าน ให้ยอดลวดวางบนขั้วบวกด้านบน (เป็นจุดหมุน) และปลายลวดทั้งสองข้างห้อยลงมาแตะขอบแม่เหล็กพอดี ลวดจะหมุนรอบถ่านไฟฉายเอง

หลักการเดียวกับแบบตะปูเกลียว คือกระแสไฟฟ้าที่ไหลในลวดบริเวณสนามแม่เหล็ก จะได้รับแรงที่ตั้งฉากกับทั้งกระแสและสนาม ทำให้ลวดหมุน ความยากอยู่ที่การดัดลวดให้สมดุลและให้ปลายลวดแตะแม่เหล็กเบาๆ พอดี ไม่ฝืดเกินไป

วิทย์พ่อโก้แนะว่าถ้าทำกับเด็ก ให้ ม้วนและพับฟอยล์อลูมิเนียมแทนลวดทองแดง เพราะทำได้เร็วกว่าด้วยมือเปล่า แม้จะหมุนได้ไม่เร็วเท่าเพราะเบาและต้านลม

อุปกรณ์: ถ่านไฟฉาย AA, ลวดทองแดงเปลือย (หรือฟอยล์อลูมิเนียม), แม่เหล็กนีโอดิเมียม, คีมปากแหลม

เอาไม้บรรทัดอลูมิเนียมวางเอียง แล้วปล่อยแม่เหล็กนีโอดิเมียมให้ไถลลงมา หรือหย่อนแม่เหล็กลงในท่อที่ห่อด้วยฟอยล์อลูมิเนียมหนาๆ จะเห็นว่าแม่เหล็กเคลื่อนที่ ช้าผิดปกติ ทั้งที่อลูมิเนียมไม่ดูดแม่เหล็กเลย ลองเทียบกับการปล่อยของหนักธรรมดาจะต่างกันชัดเจน

เมื่อแม่เหล็กขยับใกล้ตัวนำไฟฟ้า (อลูมิเนียม ทองแดง) จะเกิด การเหนี่ยวนำไฟฟ้า ทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลวนอยู่ในเนื้อโลหะ กระแสวนนี้สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองขึ้นมา ในทิศที่ ต้านการเปลี่ยนแปลง ตามกฎของเลนซ์ แม่เหล็กจึงถูกหน่วงให้ช้าลง พลังงานจลน์เปลี่ยนไปเป็นความร้อนในโลหะ

หลักการเดียวกันนี้ใช้ในเบรกรถไฟฟ้าและรถไฮบริด เตาแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องปั่นไฟ และที่ปรับหนัก-เบาในจักรยานออกกำลังกาย

อุปกรณ์: แม่เหล็กนีโอดิเมียมแรงสูง, ไม้บรรทัด/รางอลูมิเนียม, ท่อพลาสติกห่อฟอยล์อลูมิเนียมหนาๆ หรือท่อทองแดง

เอาตะแกรงร่อนแป้งมาให้เด็กๆ ดูก่อนว่า “มีรูจริงๆ” เทน้ำใส่ก็ไหลผ่าน เป่าก็มีลมผ่าน จากนั้นเติมน้ำใส่แก้วจนเต็ม วางตะแกรงปิดปากแก้ว เอามือกดตะแกรงให้แนบ แล้ว พลิกคว่ำเร็วๆ ปล่อยมือออก จะพบว่าน้ำในแก้วไม่ไหลผ่านตะแกรงลงมา

เหตุผลคือ แรงตึงผิว ยึดผิวน้ำตรงรูเล็กๆ ของตะแกรงไว้ไม่ให้แตกออกเป็นหยด เมื่อผิวน้ำยังไม่ขาด อากาศจากข้างนอกก็เข้าไปแทนที่น้ำในแก้วไม่ได้ ความดันอากาศภายนอก จึงดันผิวน้ำเอาไว้ทั้งแก้ว (พิสูจน์ได้: ถ้าใช้ขวดพลาสติกแล้วเจาะรูที่ก้นให้อากาศเข้า น้ำจะไหลออกทันที แสดงว่าแรงหลักที่พยุงน้ำคือความดันอากาศ ส่วนแรงตึงผิวมีหน้าที่รักษาผิวน้ำไว้ให้อากาศดัน)

ลองรบกวนผิวน้ำดู เช่น เป่าลมแรงๆ เข้าไปจากด้านล่าง หรือเอากระดาษทิชชูไปแตะ น้ำก็จะไหลออกมา

อุปกรณ์: ตะแกรงร่อนแป้ง / กระชอนตาถี่, แก้วน้ำหรือขวดพลาสติกปากกว้าง, อ่างรองน้ำ, กระดาษทิชชู

ใส่น้ำ (หรือแอลกอฮอล์) ลงไปเล็กน้อยในขวดพลาสติกใส ปิดด้วยจุกที่มีวาล์วสำหรับสูบลม แล้วอัดอากาศเข้าไปให้ความดันสูงๆ จากนั้น เปิดจุกให้อากาศพุ่งออกอย่างรวดเร็ว จะเห็นเมฆหมอกสีขาวเกิดขึ้นเต็มขวดทันที

หลักการคือ เมื่ออัดอากาศให้ความดันเพิ่ม อุณหภูมิจะสูงขึ้น น้ำจึงระเหยเป็นไอมากขึ้น พอปล่อยให้อากาศ ขยายตัวอย่างรวดเร็ว ความดันลดฮวบ อุณหภูมิก็ลดลงอย่างรวดเร็วตามไปด้วย ไอน้ำที่เย็นลงจึงควบแน่นกลายเป็นละอองน้ำเล็กๆ ลอยอยู่ให้เราเห็นเป็นเมฆ

วิทย์พ่อโก้วัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดตอนอัดลมและตอนปล่อยลม พบว่าต่างกันประมาณ 4–7 องศาเซลเซียส เมฆบนท้องฟ้าจริงก็เกิดแบบนี้ คือไอน้ำลอยขึ้นที่สูง เย็นลง แล้วควบแน่น

อุปกรณ์: ขวดพลาสติกใส, จุกยางพร้อมวาล์ว/ที่สูบลม, น้ำหรือแอลกอฮอล์เล็กน้อย, เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด (ถ้ามี)

ใช้กระป๋องอลูมิเนียมสองใบ ต่อกระป๋องหนึ่งเข้ากับ ตะแกรงชั้นใน ของไม้ตียุงไฟฟ้า และอีกกระป๋องเข้ากับ ตะแกรงชั้นนอก แล้วแขวนลูกบอลเบาๆ ที่ทำจากฟอยล์อลูมิเนียม ห้อยอยู่ระหว่างกระป๋องทั้งสอง

พอกดสวิตช์ไม้ตียุง กระป๋องทั้งสองจะมีประจุไฟฟ้าต่างชนิดกันไปกองอยู่ ลูกบอลจะถูกดูดเข้าไปชนกระป๋องที่ใกล้กว่า รับประจุ จากกระป๋องนั้นมา แล้วกลายเป็นประจุชนิดเดียวกันจึงถูกผลักกระเด้งข้ามไปหาอีกกระป๋องหนึ่ง ถ่ายประจุให้ แล้วเด้งกลับมาอีก วนไปวนมาเป็นเสียง “ป๋องแป๋ง” จนกว่าประจุทั้งสองข้างจะเท่ากัน

ลูกบอลฟอยล์ทำหน้าที่เป็น “คนขนประจุ” ข้ามไปมา จึงเห็นการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าได้ด้วยตาเปล่า

ระวัง: ไม้ตียุงไฟฟ้าให้ไฟฟ้าแรงดันสูง ต้องมีผู้ใหญ่ดูแลตลอดเวลา อย่าให้เด็กจับส่วนที่มีไฟ และปลดถ่านออกทุกครั้งเมื่อเลิกเล่น

อุปกรณ์: กระป๋องอลูมิเนียมเปล่า 2 ใบ, ไม้ตียุงไฟฟ้า, ฟอยล์อลูมิเนียม, ด้าย, ไม้เสียบลูกชิ้นหรือหลอด