หน้าหลัก » Blogs » ชั้นเรียนประถม – ประสมศาสตร์ประสานศิลป์ STEM ตอนที่ 25 – การลอยตัวกับแว่นขยาย

สารบัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง


การลอยตัวกับแว่นขยาย

แผ่นอลูมินัม (Aluminum foil) กับลูกบอลอลูมินัม ต่างก็ทำจากวัสดุเดียวกัน และเริ่มต้นด้วยขนาดเท่ากัน [กล่าวคือ มีมวลสารเท่ากัน] เพียงแต่ว่า แผ่นอลูมินัมมีบริเวณพื้นผิว (Surface area) ที่กว้างใหญ่กว่าลูกบอลอลูมินัมเท่านั้น แล้วความแตกต่างดังกล่าวมีความสำคัญไฉน?

ผลปรากฎว่า ลูกบอลอลูมินัมจมดิ่งลงไป (Straight) ที่ก้นอ่างน้ำใหญ่ ในขณะที่แผ่นอลูมินัม ยังคงลอยอยู่เหนือน้ำ สาเหตุก็คือ น้ำในอ่างผลักดันให้ทุกๆ ส่วนในบริเวณพื้นผิวแผ่นอลูมินัมลอยอยู่ด้วย “แรงพยุงตัว” (Buoyancy force) และความกว้างของบริเวณพื้นผิว ทำให้แรงพยุงตัวดังกล่าวแผ่กระจาย (Distributed) กำลังไปทั่ว

เมื่อเปรียบเทียบกับลูกบอลอลูมินัม ซึ่งมีบริเวณพื้นผิวที่แคบมาก น้ำที่อยู่ข้างใต้สามารผลักดันได้ไม่มาก แรงพยุงตัวดังกล่าวก็พลอยมีน้อยไปด้วย จึงไม่สามารถพยุงตัวลูกบอลอลูมินัม ให้ลอยได้เหมือนแผ่นอลูมินัม นี่คือบทเรียนที่สนุกสนานสำหรับเด็กชั้นประถมศึกษา ไม่ว่าจะเป็นการทดลอง (Experiment) กับพ่อแม่ที่บ้าน หรือกับครูในโรงเรียน

บทสรุปทางวิทยาศาสตร์ก็คือ ตราบใดที่แรงพยุงตัวต่อวัตถุเท่ากับน้ำหนักของวัตถุ มันจะทำให้วัตถุลอย นั่นเป็นเหตุผลที่เรือบรรทุกสินค้าขนาดใหญ่มีพื้นที่ผิวที่กว้าง แรงพยุงตัวที่ผลักดันเรือจากน่านน้ำด้านล่างจะต้องมากเท่ากับน้ำหนักของเรือบรรทุกสินค้า จึงจะทำให้เรือบรรทุกสินค้าลอยอยู่บนพื้นผิวน้ำ มิฉะนั้นเรือบรรทุกสินค้าก็จะจมลง

เมื่อเรามองผ่านกระจกของแว่นขยาย (Magnifying lens) จะเห็นสิ่งเล็กๆ (Tiny) ใหญ่โตขึ้น ตัวอักษรบนหน้าหนังสือจะปรากฏเป็นตัวใหญ่ขึ้น แว่นขยายมีความแรง (Strength) ที่แตกต่างกัน บางอันขยายได้เพียงเล็กน้อย แต่บางอันก็ขยายได้ใหญ่โต จึงตามมาด้วยคำถามมากมาย ตัวอย่างเช่น เนื่องจากแว่นขยายทำด้วยกระจก แล้วอะไรคือความแตกต่างระหว่างแว่นขยายกับกระจกหน้าต่าง? และทำไมเราถึงต้องถือแว่นขยายให้มีระยะห่างจากวัตถุจึงจะมองเห็น? นอกจากนี้ ยังมีสิ่งอื่นใดที่แว่นขยายช่วยสร้างความสนุกสนานได้อีก?

เมื่อเราดูแว่นขยายอย่างใกล้ชิด เราจะสังเกตว่า ด้านหน้าและด้านหลังพองออก (Bulge out) พื้นผิว (Surface) ของมันมีส่วนโค้งที่เว้าออก (Outward curvature) เลนส์ชนิดนี้มีชื่อว่า “เลนส์นูน” (Convex) ซึ่งมีศูนย์กลางของเลนส์หนากว่าขอบของมัน เหมือนด้านของทรงกลม (Sphere)

เมื่อเราดูกระจกหน้าต่างอย่างใกล้ชิด เราจะสังเกตว่า พื้นผิวของมันมิได้พองออก แต่แบนราบไปทั่ว (Totally flat) เมื่อเราวางแผ่นกระดาษที่มีข้อความไว้ข้างหลังกระจกหน้าต่าง ตัวอักษรดูเหมือนจะไม่ขยายใหญ่โตขึ้น ดังนั้น ความแตกต่างของกระจกหน้าต่างกับแว่นขยาย จึงอยู่ที่ความสามารถในการขยาย (Magnification) หรือไม่ขยาย ซึ่งเกิดจากลักษณะของพื้นผิว (Surface)

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 15].

สมาชิกที่ใช้งานอยู่ขณะนี้ คน