หน้าหลัก » Blogs » ชั้นเรียนประถม – ประสมศาสตร์ประสานศิลป์ STEM ตอนที่ 26 – เลนส์นูนกับความหนาแน่น

สารบัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง


เลนส์นูนกับความหนาแน่น

เลนส์นูนเท่านั้น ที่จะสามารถขยายตัวอักษร และเป็นจริงก็ต่อเมื่อเราถือแผ่นกระดาษที่มีตัวอักษร (หรือวัตถุที่ต้องการขยาย) ให้อยู่ใกล้กว่าระยะทางเฉพาะ ซึ่งอยู่ด้านหลัง (Beyond) ตัวเลนส์ หากเราถือวัตถุห่างไกลจากตัวเลนส์ มันจะเริ่มมองไม่ชัด (Blur) อะไรคือระยะทางเฉพาะดังกล่าว ที่ทำให้การมองขุ่นมัว? คำตอบก็คือ “ความยาวจุดมุ่งเน้น” (Focal length)

ความยาวดังกล่าว เป็นการวัดระยะทางจากจุดมุ่งเน้น (Focal point) ของเลนส์ ถึงจุดศูนย์กลางของเลนส์ อันที่จริง จุดมุ่งเน้นทั้ง 2 ด้านของเลนส์ มุ่งเน้นไปที่ทุกลำแสงซึ่งเดินทางผ่านเลนส์ กลเม็ด (Trick) การใช้แว่นขยายที่ทำให้วัตถุเล็กน้อยขยายใหญ่โตขึ้นคือ การถือแว่นขยายให้วัตถุที่ต้องการขยายอยู่ระหว่างเลนส์กับจุดมุ่งเน้น

คำถามจึงมีอยู่ว่า แล้วจะกำหนดว่าจุดมุ่งเน้นของเลนส์นูนอยู่ที่ใด? เลนส์นูนมีอีกชื่อหนึ่งว่า “เลนส์พุ่งเข้าหากัน” (Converging lens) เพราะเมื่อลำแสงเดินทางผ่านเลนส์นูน มันจะหักเห (Bend) เข้าหากัน กล่าวคือ ลำแสงหักเหไปพบกัน ณ จุดเดียว (Single) หรือจุดมุ่งเน้นที่อยู่ด้านตรงข้ามของเลนส์

หากเราถือกระดาษขาวอยู่ข้างใต้ (Beneath) แว่นขยาย ภายใต้แสงแดดจ้า เราจะสังเกตเห็นแสงแดดเริ่มก่อร่างเป็นวงกลมบนกระดาษเหมือน “จานสว่าง” (Bright disk) จากนั้นลองขยับเลนส์เข้าใกล้และห่างจากกระดาษขาว จะพบระยะทางที่ทำให้วงกลมสว่างบนกระดาษขาวเริ่มใหญ่ขึ้นหรือเล็กลง โดยเฉพาะให้เล็กลงสุดจนเป็นจุดมุ่งเน้นเดียว

จากนั้นจะสังเกตเห็นว่า กระดาษขาวเริ่มเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล ณ จุดมุ่งเน้นเดียวที่แสงอาทิตย์เดินทางผ่านเลนส์ หากเราถือกระดาษขาวยาวนานพอ จุดสีน้ำตาลจะสว่างขึ้น (Light up) จนเริ่มเผาไหม้ (Burn) แล้วขยับหัวไม้ขีด (Matchstick) ไปอยู่¬ข้างใต้ตรงศูนย์กลางของเลนส์แทนกระดาษขาว จะพบว่าด้วยระยะทางที่เท่ากันกับกระดาษขาว มีไฟจะจุดติดที่หัวไม้ขีด

ขั้นตอนต่อไป คงไม่ยากที่พ่อแม่หรือครูจะสอนเด็กชั้นประถมศึกษาให้ติดเตาจากเศษไม้ที่บ้าน หรือที่โรงเรียนในวิชาลูกเสือ โดยวิวัฒนาจากการทดลองจุดไฟติดหัวไม้ขีด ตามวิธีการ (Approach) ดังกล่าวข้างต้น

เมื่อเราโยนเหรียญเงิน 1 บาท ลงในน้ำ มันจะจม (Sink) แต่ถ้าเราโยนกิ่งไม้ (Twig) ลงในน้ำ มันจะลอย (Float) แม้ว่ากิ่งไม้ (หรือแม้กระทั่งท่อนซุง [Log]) จะใหญ่กว่าเหรียญมาก แต่มันยังไม่จม เป็นเพราะอะไร? คำตอบก็คือ มันเป็นเรื่องของความหนาแน่น (Density) ของวัสดุ (Material) ที่ใช้

หนทางหนึ่งที่จะทดสอบความหนาแน่นของวัสดุ คือการบีบ (Squeeze) หากต้องใช้ความพยายาม (Effort) มากกว่า ในการกด (Compress) เมื่อเราบีบ ก็แสดงว่ามีความหนาแน่นกว่า ตัวอย่างเช่น กล่องเครื่องมือที่เป็นโลหะ (Metal toolbox) มีความหนาแน่นกว่า ก้อนขนมปัง (Loaf of bread) ที่มีรูปทรงและขนาดเดียวกัน แล้วมีหนทางไหมที่เป็นวิทยาศาสตร์ซึ่งสามารถทดสอบความหนาแน่นของวัสดุ แทนที่จะต้องบีบ (Squish) มัน? คำตอบคือ มีครับ!

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 22].

สมาชิกที่ใช้งานอยู่ขณะนี้ คน