หน้าหลัก » Blogs » ชั้นเรียนประถม – ประสมศาสตร์ประสานศิลป์ STEM ตอนที่ 30 – ฟิสิกส์ของวัตถุเคลื่อนไหว

สารบัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง


ฟิสิกส์ของวัตถุเคลื่อนไหว

การเคลื่อนไหว (Movement) ของวัตถุมีอยู่รอบตัวเรา ผู้คนเดิน (Pedestrian) บนเส้นทางริมถนน (Sidewalk) อาจเห็นคนเล่นกระดานสเก็ต (Skateboard) ผ่านไปมา หรือขณะที่เราถีบจักรยาน อาจพบรถยนต์วิ่งพลุกพล่าน (Heavy traffic) หรือเราอาจจะโดยสารเครื่องบินทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้า

ไม่ว่าจะเป็นว่าวที่ลอยอยู่กลางอากาศ ปลาที่กำลังแหวกว่าย ยางรถยนต์ที่เลื่อนไหล (Skid) หรือแขนของหุ่นยนต์ (Robotic arm) ทั้งหมดนี้คือ ปฏิบัติการของฟิสิกส์ (Physics in action) การเคลื่อนไหวเกิดขึ้นไปตามหลักการ (Principle) พื้นฐาน 2 – 3 ข้อ ของเซอร์ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton)

ท่านผู้นี้เป็นนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ที่ได้รับการยกย่องว่าเป็น “บิดาของฟิสิกส์แต่ดั้งเดิม” (Classic physics) มีชีวิตอยู่ระหว่าง ปี พ.ศ. 2186 ถึง พ.ศ. 2270 ครั้งหนึ่งเขานั่งอยู่ใต้ต้นแอปเปิล แล้วสังเกตเห็นลูกแอปเปิลหล่นใส่ศีรษะ อันนำไปสู่การสร้าง (Formulate) “กฎจักรวาลของแรงโน้มถ่วง” (Universal law of gravitation)

กฎข้อแรกของนิวตัน กล่าวว่า เมื่อวัตถุที่เคลื่อนไหวอยู่ (In motion) มันต้องการอยู่ในสภาพเคลื่อนไหวเหมือนเดิม นอกจากจะมีแรงที่กระทำต่อ (Act on) วัตถุนั้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ในทำนองเดียวกัน วัตถุที่มิได้เคลื่อนไหว ก็ต้องการอยู่นิ่งเฉย (Still) นอกจากว่าจะมีแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลง

ตัวอย่างเช่น ถ้าเราวางน้ำแข็งก้อน (Ice cube) บนผิวแนวราบ (Horizontal surface) อาทิ ในถาดอบ (Baking pan) บนโต๊ะครัว (Kitchen countertop) มันจะอยู่ในสภาพนิ่ง (Stay put) แต่ถ้าเรายกถาดให้เอียงขึ้น (Tilt) แล้วปล่อยให้แรงโน้มถ่วงกระทำต่อน้ำแข็งก้อน มันจะเริ่มเคลื่อนไหว

นี่คือคุณสมบัติ (Property) ของสสาร (Matter) ที่ต้องการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง หากอยู่ในสภาวะเคลื่อนไหว หรือดำรง (Remain) การหยุดนิ่ง หากมิได้เคลื่อนไหว กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ เมื่ออยู่ในสภาวะเคลื่อนไหว หรืออยู่นิ่งเฉย มันจะต่อต้าน (Resist) การเปลี่ยนแปลงเสมอ

การเคลื่อนไหวของน้ำแข็งก้อน จากฟากหนึ่งของถาดอบไปยังอีกฟากหนึ่ง เรียกว่า “การไถล” (Slide or translational) แต่ถ้าวัตถุกลิ้ง (Roll) แทนการไถล จะเกิดอะไรขึ้น? กฎข้อแรกของนิวตันยังคงประยุกต์ใช้ได้ไหม? เราจะทดลองเพื่อหาคำตอบ

วัสดุที่ต้องการใช้ทดลอง ได้แก่ น้ำผลไม้ที่เหมือนกัน (Identical) 2 กระป๋อง กระดานไม้ (Wooden board) 1 แผ่น ขนาด 50 ซ.ม. คูณ 120 ซ.ม. และกอง (Stack) หนังสือหรือนิตยสาร โดยเราจะค้นหา (Investigate) ว่า สสารจะต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในขณะเคลื่อนไหว ในรูปของของเหลว (Liquid) มากกว่าในรูปของของแข็ง (Solid) หรือไม่? หรือถามอีกนัยหนึ่งว่า เป็นการง่ายกว่าไหม ถ้าจะปล่อยให้น้ำผลไม้ “ไถล” อยู่ภายในกระป๋อง เพราะอยู่ในรูปของเหลว แทนที่จะ “กลิ้ง” ไปกับกระป๋อง เพราะน้ำผลไม้อยู่ในรูปแช่แข็ง?

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. Motion (physics) - https://en.wikipedia.org/wiki/Motion_(physics) [[2017, January 19].

สมาชิกที่ใช้งานอยู่ขณะนี้ คน