หน้าหลัก » Blogs » ชั้นเรียนประถม – ประสมศาสตร์ประสานศิลป์ STEM ตอนที่ 24 – แรงกดดันกับแรงพยุงตัว

สารบัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง


แรงกดดันกับแรงพยุงตัว

หากเรายืนอยู่บนเครื่องเล่นกระดอนขึ้น-ลง (Trampoline) เรากำลังใช้แรงกดดันไปที่บริเวณพื้นผิวของเครื่องเล่นดังกล่าว โดยเราจะเห็นผล (Effect) ของมัน เนื่องจากเครื่องเล่นขยายตัวในแนวที่ต่ำลง (Stretch down) ในทำนองเดียวกัน โมเลกุลอากาศกดทับบริเวณพื้นผิวของลูกโป่ง จนกระเด้งออก (Bounce off) แรงกดดันทำให้ลูกโป่งขยายตัวออก (Stretch out)

เมื่ออยู่ภายในช่องแช่แข็ง (Freezer) ในตู้เย็น อากาศภายในลูกโป่งจะเย็นลง ทำให้โมเลกุลของอากาศไม่เคลื่อนไหวหรือกระดอนมากนัก จึงมีแรงกดดันไปอัดตรงบริเวณพื้นผิวน้อยลง ลูกโป่งจะเริ่มแฟบลง (Less inflated) สรุปได้ว่า เมื่ออุณหภูมิลดลง มักตามมาด้วยแรงกดดันที่ลดลง เหมือนการพยากรณ์อากาศ (Weather forecast) ที่เรามักได้ยินจากวิทยุ หรือรับชมจากโทรทัศน์

เมื่อเราโยนก้อนหินลงในน้ำ มันจะจม แต่ทำไมวัตถุขนาดใหญ่และน้ำหนักมาก อาทิ เรือบรรทุกสินค้าจึงลอยในน้ำได้ ขณะเดินทางในมหาสมุทร? คำตอบก็คือ เป็นเรื่องของการพยุงตัว (Buoyancy) แล้วปัจจัยอะไรที่มีผลกระทบต่อการพยุงตัวดังกล่าว?

ผู้ที่ค้นพบการพยุงตัว (Buoyancy) คนแรก [เท่าที่มีการบันทึก] คือ อาร์คีเมดีส (Archimedes) ชาวกรีกซึ่งมีชีวิตอยู่ในศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์กาล เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่เข้าใจแรงต้าน และสามารถประยุกต์ใช้กับสถานการณ์ที่ลำบากใจ (Dilemma) ในชีวิตจริง ที่ต้องการทางออก (Solution) ตัวอย่างเช่น เขาสามารถค้นพบ (Detect) ว่า มงกุฎของกษัตริย์เฮียโร (Heiro) ที่ 2 มิได้ทำจากทองคำบริสุทธิ์ (Pure gold) แต่ผสมด้วยโลหะที่ถูกกว่า อาทิ เงิน (Silver)

เมื่อวางวัตถุบนของเหลว (Fluid) อาทิ น้ำ วัตถุจะถูกแรงผลักดัน (Push) ขึ้นจากภายในน้ำ เรียกว่า “แรงพยุงตัว” (Buoyant force) มีหลายปัจจัย (Factor) ที่ทำให้เกิดแรงพยุงตัวมากหรือน้อย ปัจจัยหนึ่งคือ บริเวณพื้นผิว (Surface area) ที่สัมผัสกับของเหลว

หากเราลองตัดแผ่นอลูมินัม (Aluminum foil) ที่ใช้ในครัว ให้มีขนาดใกล้เคียงกับกระดาษ A4 สัก 2 แผ่น (Sheet) แล้วรองน้ำให้เต็มประมาณ 3 ใน 4 ของอ่างน้ำใหญ่ จากนั้นวางแผ่นอลูมินัม 1 แผ่น ลงบนผิวน้ำ โดยระมัดระวังมิให้หักงอ เพื่อมิให้มีน้ำขังอยู่บนแผ่นที่ลอยอยู่

จากนั้น ขยำ (Crumple) แผ่นอลูมินัมแผ่นที่ 2 ให้เป็นลูกเล็กๆ เท่าที่จะรวบรวม (Muster) ได้ แล้วใช้เครื่องยึด (Vise) จับ (Grip) ลูกบอลอลูมินัม และใช้คีม (Pliers) บีบ (Squeeze) ลูกบอลอลูมินัมให้เล็กลงไปอีก จนมีเส้นผ่าศูนย์กลาง (Diameter) ไม่เกินครึ่งนิ้ว แล้วนำลูกบอลอลูมินัมไปวางบนพื้นผิวน้ำ คำถามที่ทุกคนสงสัยก็คือ (1) แผ่นอลูมินัมจะลอยไหม? และ (2) ลูกบอลอลูมินัมจะจมไหม?

แหล่งข้อมูล:

  1. Sawah, Rihab and Anthony Clark. (2015). The Everything STEM Handbook – Help Your Child Learn and Succeed in the Fields of Science, Technology, Engineering, and Math. Avon, MA: Adams Media.
  2. Importance of Physics: Fundamental Science in Everyday Lives - https://blog.udemy.com/importance-of-physics/ [2016, December 8].

สมาชิกที่ใช้งานอยู่ขณะนี้ คน