หน้าหลัก » Blogs » ชั้นเรียนประถม – ประสมศาสตร์ประสานศิลป์ STEM ตอนที่ 27 – สสารต่างชนิด

สารบัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง


สสารต่างชนิด

เมื่อเราพยายามวางวัตถุ (Object) บนน้ำที่เต็มถ้วย น้ำจะล้นถ้วย มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความหนาแน่น (Density) เพราะทุกสิ่งทุกอย่างครอบครอง (Occupy) พื้นที่ (Space) ในปริมาณหนึ่ง น้ำที่เต็มถ้วยครอบครองพื้นที่ทั้งหมดในถ้วย เมื่อเราพยายามเพิ่มบางสิ่งบางอย่างเข้าไปในพื้นที่นั้น ปริมาณบางส่วนของน้ำต้องล้นออกมา เพราะถูกแทนที่ (Displaced)

มวลสาร (Mass) เป็นมาตรวัดว่า มีสสาร (Matter) อยู่ในวัตถุมากน้อยเพียงใด ส่วนความหนาแน่น เป็นมาตรวัดมวลสาร (Mass) ที่ถูกอัด (Compacted) เข้าไปในปริมาตร (Volume) ของวัสดุ (Material) เนื่องจากมวลสารมีหน่วยวัดเป็นกรัม (Gram) และปริมาตรมีหน่วยวัดเป็นลูกบาศก์เซ็นติเมตร (Cubin centimeter) ความหนาแน่นจึงมีหน่วยวัดเป็นกรัมต่อลูกบาศก์ ซม.

หากเราวางตาชั่ง (Scale) บนพื้นผิวราบ (Flat surface) แล้วตั้งเครื่องไว้ที่ศูนย์ จากนั้นวางเป็ดยาง (Rubber duck) บนตาชั่งแล้วบันทึกมวลสาร และวางก้อนหินที่มีขนาดแตกต่างกันบนตาชั่ง แล้วบันทึกมวลสารของก้อนหินแต่ละก้อน จากนั้นคัดเลือกก้อนหินที่มีมวลสารใกล้เคียงกับเป็ดยาง มาวางคู่กับเป็ดยาง แล้วรวบก้อนหินที่เหลือไปกองรวมกันไว้ต่างหาก

วางถัง (Bucket) ไว้ในอ่างน้ำใหญ่ ซึ่งวางอยู่บนพื้นราบ ใช้สายยางรดน้ำ (Water hose) เติมน้ำให้เต็มถังจนปริ่ม แต่มิให้น้ำล้น (Spill) แล้วเอาก้อนหินที่มีมวลสารใกล้เคียงกับเป็ดยางวางบนถังน้ำ สังเกตว่า มันจะจมลงใต้น้ำ ทำให้น้ำล้นไปยังอ่างน้ำใหญ่ เอาถังออก แล้วเทน้ำที่ล้นอยู่ในอ่างน้ำใหญ่ไปยังภาชนะที่สามารถตวง (Measuring container) มวลสารได้

หยิบก้อนหินออกจากถัง แล้วใช้สายยางน้ำเติมน้ำให้เต็มถังจนปริ่มอีกครั้ง แต่มิให้ล้น คราวนี้วางเป็ดยางบนถังน้ำ สังเกตว่า มันจะลอยอยู่เหนือน้ำ ลองกดเป็ดยางทั้งตัวให้อยู่ใต้น้ำ (Submerge) ทำให้น้ำล้นไปยังอ่างน้ำใหญ่ เอาถังออกอีกครั้ง แล้วเทน้ำที่ล้นอยู่ในอ่างน้ำใหญ่ไปยังภาชนะที่สามารถตวงมวลสารได้

ปรากฏว่า ในภาชนะตวง ปริมาณของน้ำที่ล้นออกมาทั้ง 2 กรณี จะไม่เท่ากัน เป็ดยางได้แทนที่ปริมาณน้ำที่มากกว่าก้อนหิน จึงชวนให้สงสัยว่า เป็นไปได้อย่างไรในเมื่อเป็ดยางมีมวลสารใกล้เคียงกับก้อนหิน? ดังนั้น คงจะต้องเป็นปัจจัยอื่นที่สร้างผลกระทบดังกล่าว อาจเป็นส่วนประกอบของวัสดุ และ/หรือ ขนาด (ปริมาตร)?

เป็ดยางทำด้วยยาง ส่วนก้อนหินมาจากวัสดุที่เรียกว่า “ซิลิเคต” (Silicate) ยางมิได้มีความหนาแน่นเท่ากับก้อนหิน กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ ความหนาแน่นของก้อนหินมีมากกว่ายาง การมีความหนาแน่นมากกว่า เกิดจากการมีสสารที่ถูกอัดเข้าไปในวัสดุมากกว่า อาทิ ความหนาแน่นของก้อนหินอาจเป็น 4 เท่าของเป็ดยาง

เนื่องจากก้อนหินมีความหนาแน่นมากกว่าเป็ดยาง ดังนั้น ก้อนหินต้องมีขนาดเล็กกว่าเป็ดยาง จึงจะมีมวลสารที่ใกล้เคียงกันได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ เป็ดยางครอบครองพื้นที่มากกว่าก้อนหิน ดังนั้น เมื่อถูกกดให้จมอยู่ใต้น้ำ เป็ดยางจึงขับน้ำออกจากถังไปยังอ่างน้ำใหญ่ด้วยปริมาณที่มากกว่าก้อนหิน สรุปแล้ว วัตถุที่มีความหนาแน่นมากกว่า จะแทนที่น้ำในปริมาณที่น้อยกว่า (เมื่อถูกกดให้จมน้ำ) เมื่อเปรียเทียบกับวัตถุที่มีความหนาแน่นน้อย แต่มีมวลสารเท่ากัน

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 29].

สมาชิกที่ใช้งานอยู่ขณะนี้ คน