หน้าหลัก » Blogs » ชั้นเรียนประถม – ประสมศาสตร์ประสานศิลป์ STEM ตอนที่ 33 – ฟิสิกส์กับสิ่งล่องลอย

สารบัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง


ฟิสิกส์กับสิ่งล่องลอย

เป็นที่รับรู้กัน (Established) แล้วว่า พลังโน้มถ่วง (Force of gravity) ดึงกระดาษให้ตกลงสู่พื้นดิน แต่ในขณะที่กระดาษกำลังตกลงสู่พื้นดิน ก็มีอีกพลังหนึ่งที่แสดงบทบาทสำคัญ (Come into play) พลังนั้นคือ พลังของอากาศที่ผลักดันขึ้น โดยต้านทุกๆ ส่วนของพื้นผิวกระดาษ ซึ่งเป็นพลังเดียวกันที่ผลักดันขึ้นในการต้านร่มชูชีพ (Parachute) ของนักกระโดดร่ม (Sky-diver)

ถ้าอาณาบริเวณพื้นผิวของแผ่นกระดาษกว้างกว่า อากาศก็จะผลักดันขึ้นได้มากกว่า พลังที่เกี่ยวข้องกับการผลักดันขึ้นเรียกว่า “พลังต้านอากาศ” (Air resistance) ซึ่งอยู่ในทิศตรงกันข้าม (Opposite) สิ่งนี้คงนำไปสู่คำถามว่า กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน ทำงานอย่างไร เมื่อมีพลังมากกว่า 1 แหล่ง?

ในการชักเย่อ (Tug of war) วัตถุหนึ่งถูกดึงลากด้วยเชือก ไปในทิศตรงกันข้ามในเวลาเดียวกัน ด้วยพลัง 2 แหล่ง ถ้าเชือกถูกดึงลากด้วยพลังที่เท่ากันจาก 2 ด้าน [ซ้ายและขวา] มันก็จะไม่เคลื่อนไหว แต่ถ้าทีมหนึ่ง (สมมุติว่า ด้านขวา) ดึงลากด้วยพลังที่มากกว่าเล็กน้อย ก็จะเกิดความแตกต่างขึ้น โดยเคลื่อนย้ายไปทิศทางที่มีพลังมากกว่า (กล่าวคือ ด้านขวา)

ความแตกต่างดังกล่าว ทำให้ทีมด้านขวาเริ่มมีความเร่ง (Accelerate) เพื่อเปลี่ยนแปลงความรวดเร็ว (Velocity) จากการอยู่นิ่งไปสู่การเคลื่อนไหว ความแตกต่างยิ่งมีมากเท่าไร ความเร่งก็ทวีขึ้นเท่านั้น และการเปลี่ยนแปลงความรวดเร็ว ก็เกิดขึ้นเป็นเงาตามตัว เช่นกัน เป็นปรากฏการณ์เดียวกันของพลังโน้มถ่วงกับพลังต้านอากาศ

แผ่นกระดาษที่แกว่งไกว (Sway) หรือดูเหมือนล่องลอย (Float) กลางอากาศ ก่อนจะตกลงสู่พื้นดิน ก็อาศัยการประยุกต์ใช้ของหลักการเดียวกันกับขนนก (Feather) และเมื่อเราขยำกระดาษแผ่นจนยับยู่ยี่ (Crumple) อาณาบริเวณพื้นผิว (Surface) ที่อากาศจะผลักดันขึ้นนั้น ลดน้อยถอยลง ทำให้พลังต้านอากาศ ลดลงตามไปด้วย ไม่สามารถต้านพลังโน้มถ่วงที่มีมากกว่า

ผลลัพธ์ก็คือ กระดาษก้อนดังกล่าว จะตกลงสู่พื้นดินอย่างรวดเร็วกว่า และเป็นเหตุผลเดียวกับการที่ดินสอที่ถูกปล่อยให้หลุดจากมือเด็ก จะตกลงสู่พื้นโดยตรงและทันที ไม่แกว่งไกว หรือดูเหมือนจะล่องลอยเหมือนขนนก คำถามที่ชวนคิดต่อไปก็คือ อะไรจะเกิดขึ้น ถ้าเราทดลองแผ่นกระดาษ กับก้อนกระดาษยับยู่ยี่ ในสุญญากาศ (Vacuum)?

สุญญากาศ คืออวกาศ (Space) หรือที่ไม่มีอากาศ (Air) หรือก๊าซ (Gas) ดังนั้น ในสุญญากาศ ก็จะไม่มีอากาศผลักดันขึ้นเพื่อต้านแผ่นกระดาษ และพลังต้านอากาศก็จะอันตรธานหายไป ทั้งแผ่นกระดาษและก้อนกระดาษยับยู่ยี่ ก็จะตกลงตามพลังโน้มถ่วงที่เหมือนกันและเท่ากัน จนตกถึงพื้นในเวลาเดียวกัน

เราสามารถแสวงหาหลอด (Tube) สุญญากาศที่ทำด้วยพลาสติกใส (Clear plastic) จากอินเทอร์เน็ต เพื่อสาธิต (Demonstrate) ให้เด็กเห็นว่า วัตถุเบา (อาทิ ขนนก) กับวัตถุหนัก (อาทิ เหรียญโลหะ) ตกถึงพื้นพร้อมกัน [ในเวลาเดียวกัน] เมื่ออากาศถูกดูดออกจากหลอด กล่าวคือ เมื่อพลังต้านอากาศถูกขจัด (Remove) ไป ก็จะไม่มีอะไรเหลือที่จะทำให้วัตถุที่กำลังตกลง เคลื่อนไหวได้ช้าลง

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, February 9].

สมาชิกที่ใช้งานอยู่ขณะนี้ คน