Interesting Things: February 2012

Thursday, February 23, 2012

"ตรวจสายต่อต่างๆก่อน"

วันนี้ผมได้ข่าวว่าผลที่นักวิทยาศาสตร์จับเวลาแล้วพบว่านิวตริโนวิ่งเร็วกว่าแสงอาจเกิดจากข้อผิดพลาดที่สายต่อแบบเส้นใยนำแสงต่อกับการ์ดในคอมพิวเตอร์ไม่แน่น พอไขให้แน่นแล้วพบว่าเวลาที่บอกว่านิวตริโนวิ่งมาถึงก่อนแสงจะหายไป จึงน่าจะเป็นสาเหตุที่ทำให้ผลการทดลองออกมาเป็นอย่างนั้น

พอผมได้ยินข่าวนี้ปุ๊บ ผมก็คิดถึงคำแนะนำที่มีประโยชน์กับผมมากมากว่า 25 ปีแล้ว คือถ้ามีปัญหาอะไรเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์หรืออิเลคทรอนิคส์ทั้งหลาย ให้ตรวจดูก่อนว่าสายไฟและสายสัญญาณต่างๆต่ออยู่แน่นดีไหม ผมเห็นคำแนะนำนี้เป็นครั้งแรกในบทความของ Jerry Pournelle ตอนที่เขายังเขียนบทความให้นิตยสาร Byte อยู่ ผมจำคำแนะนำนี้ได้ขึ้นใจและใช้มันเสมอๆเมื่อต้องแก้ปัญหาเกี่ยวกับเครื่องไฟฟ้าอิเลคทรอนิคส์ทั้งหลาย

หวังว่าท่านผู้อ่านจะนำเอาไปใช้นะครับ ชีวิตท่านน่าจะดีขึ้นบ้าง :-)

Tuesday, February 21, 2012

ทดลองต้มน้ำเปล่า น้ำเกลือ และเอาลูกโป่งลนไฟ

ความจริงตรงกลางต่ำสุด แต่มุมและเส้นต่างๆในมุมมองนี้ทำให้เราคิดว่ามันเป็นจุดสูงสุด มันเลยแปลกที่ลูกบอลวิ่งสู่ที่สูงได้

มองที่ศูนย์กลางสักครึ่งนาทีแล้วมองไปรอบๆตัว จะเห็นสิ่งต่างๆเต้นเป็นคลื่นๆ

หลังจากที่เด็กๆได้เวียนหัวกับภาพลวงตาแล้ว เราก็มาเริ่มทำการทดลองกัน เราเคยเอาน้ำแข็งใส่น้ำ แล้ววัดอุณหภูมิมาแล้วในอดีต เมื่อเราเอาเกลือโรยน้ำแข็ง ปรากฎว่าอุณหภูมิต่ำลงไปอีก คราวนี้เราจะมาลองต้มน้ำกันโดยที่เราจะต้มน้ำเปล่าๆ แล้วก็ต้มน้ำใส่เกลือ เพื่อวัดอุณหภูมิว่าเป็นอย่างไรครับ

ต้มกันแบบนี้แหละครับ

เราทำการต้มน้ำสามครั้ง ครั้งแรกใส่แต่น้ำเปล่าๆ ครั้งที่สองเอาน้ำใส่เกลือไม่มาก ครั้งที่สามเอาน้ำใส่เกลือมาก โดยที่ทุกครั้งเอาน้ำ 500 ซีซี หรือครึ่งลิตร ใส่หม้ออลูมิเนียมแล้วต้มด้วยเตาแก๊สปิกนิก ถ้าใส่เกลือเราก็จะคนจนเกลือละลายหมดก่อนต้ม น้ำที่ใช้ที่กลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมเป็นน้ำที่ออกมาจากเครื่องกรองน้ำ RO น้ำที่กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรมเอามาจากน้ำประปาครับ เราตักเกลือด้วยช้อนกินข้าว ไม่ได้ตวงละเอียด เราใช้เทอร์โมมิเตอร์ดิจิตอลจุ่มน้ำแล้วอ่านค่าทุกๆสามสิบวินาทีจนอุณหภูมิไม่เพิ่มขึ้น ผมแจกนาฬิกาจับเวลาให้เด็กๆช่วยกันนับเวลาแล้วผมก็อ่านค่าจากเทอร์โมมิเตอร์ให้จดกัน ผลที่ได้เป็นอย่างนี้ครับ:

ผลที่ปฐมธรรมครับ

ผลที่ภูมิธรรมครับ

กราฟจากปฐมธรรมครับ

กราฟจากภูมิธรรมครับ

น้ำปกติไม่ใส่เกลือจะเดือดที่ 100 องศาเซลเซียสครับ (ที่ความดันปกติไม่มากหรือน้อยเกินไป) แต่พอเราใส่เกลือเข้าไป น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศา (ที่ 101, 103, 103.5, และ 105 ขึ้นกับปริมาณเกลือ) ดังนั้นเวลาเราทานสุกี้ เวลาน้ำซุปเดือด อุณหภูมิของมันควรจะมากกว่า 100 อาศาครับ

สำหรับความแตกต่างระหว่างใส่เกลือและไม่ใส่เกลือตอนช่วง 30-200 วินาทีที่บ้านพลอยภูมิ (ที่ไม่ใส่เกลืออุณหภูมิต่ำกว่าเยอะ) อาจจะเป็นเพราะผมจับเทอร์โมมิเตอร์ไม่เหมือนกัน ครั้งแรกตอนไม่ใส่เกลือผมจุ่มเอียงให้มือออกข้างๆเตา ครั้งหลังๆผมผูกเทอร์โมมิเตอร์แล้วห้อยลงมาจุ่มน้ำ ตอนผมไปทำการทดลองซ้ำที่ภูมิธรรมผมจับเทอร์โมมิเตอร์เหมือนๆกันแล้วผมก็ไม่เห็นความแตกต่างก่อนเดือดเหมือนที่เห็นที่ปฐมธรรมครับ

โดยปกติ เวลาเราเอาอะไรไปละลายน้ำ เช่นเกลือหรือน้ำตาล น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิสูงขึ้นกว่าน้ำบริสุทธิ์ที่ไม่มีอะไรละลายอยู่ เพราะตัวที่ไปละลายอยู่ในน้ำทำให้โมเลกุลน้ำกระเด็นหลุดออกมาจากก้อนน้ำเหลวๆเป็นไอน้ำได้ยากขึ้น เราต้องเพิ่มอุณหภูมิเพื่อให้โมเลกุลน้ำสั่นแรงขึ้นอีกหน่อย มันจึงจะกระเด็นหลุดออกมาเป็นไอได้

ถ้าจะทำให้น้ำเดือดยากเข้าไปอีก เราสามารถเพิ่มความดันอากาศเพื่อป้องกันไม่ให้โมเลกุลน้ำกระเด็นมาเป็นไอน้ำได้ง่ายๆ หลักการนี้คือหลักการของหม้อความดัน (Pressure Cooker) ที่กักไอน้ำไว้ในหม้อ ทำให้ความดันสูง น้ำจึงเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศาเซลเซียส (อาจจะที่ประมาณ 120 องศา หรือมากกว่าขึ้นกับความดัน) ทำให้อาหารสุกเร็วหรือเปื่อยขึ้น

ถ้าเราจะทำให้น้ำเดือดง่ายๆ เราก็ไปในที่ความดันอากาศต่ำๆ เช่นภูเขาสูงๆ เวลาเราต้มน้ำ มันจะเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียสครับ

ต่อไปเราก็ทำการทดลองอันที่สองกัน เราเอาลูกโป่งสองลูกมาลนไฟดูครับ ลูกหนึ่งมีแต่อากาศที่เราเป่าเข้าไปข้างใน อีกลูกเราใส่น้ำไว้ในลูกโป่งด้วย เชิญดูคลิปเลยครับ:

เราพบว่าลูกโป่งที่ไม่มีน้ำใส่ไว้พอถูกไฟก็แตกอย่างรวดเร็ว เพราะยางถูกไฟก็มีอุณหภูมิสูงขึ้นจนเปลี่ยนสภาพและฉีกขาดออกจากกัน แต่สำหรับลูกโป่งที่ใส่น้ำไว้ เราสามารถลนไฟไว้ได้นานๆโดยที่มันไม่แตกเลย แต่ถ้าเราเอาไฟไปถูกยางตรงที่ไม่มีน้ำหล่อเลี้ยงไว้ ยางตรงนั้นก็จะขาดออกทำให้ลูกโป่งแตกเหมือนกัน

สาเหตุที่ลูกโป่งที่มีน้ำหล่อเลี้ยงอยู่ทนไฟอยู่ได้นานๆก็เพราะน้ำสามารถดูดซับความร้อนได้เยอะ เมื่อเราเอาไฟไปลนลูกโป่ง ยางของลูกโป่งก็จะร้อนขึ้น แต่เนื่องจากยางมีความบางและอยู่ติดกับน้ำ ความร้อนส่วนใหญ่ก็ถูกน้ำรับเอาไปหมด น้ำจะอุ่นขึ้นนิดหน่อยแต่อุณหภูมิไม่สูงพอที่จะทำให้ยางขาดได้ (แต่ถ้าเราใช้ยางที่หนาๆกว่าลูกโป่ง มันก็เป็นไปได้ว่ายางจะไหม้ไฟนะครับ เนื่องจากยางหนาทำให้ส่งถ่ายความร้อนไปยังน้ำที่อยู่ด้านตรงข้ามกับไฟไม่ทัน ยางด้านที่ใกล้ไฟอาจจะมีอุณหภูมิสูงเกินไปทำให้ติดไฟได้)

หลักการที่ว่าน้ำสามารถดูดซับความร้อนได้เยอะถูกใช้ในหม้อน้ำรถยนต์ ที่เราใช้น้ำไปดึงความร้อนออกมาจากเครื่องยนต์ที่เผาเชื้อเพลิงอยู่ แล้วมาระบายความร้อนที่รังผึ้งที่ใช้พัดลมเป่าให้ความร้อนออกไปกับอากาศที่ไหลผ่าน ถ้าระบบหม้อน้ำเสีย เครื่องยนต์ก็จะร้อนจัด จนละลายและหยุดทำงาน นอกจากนี้น้ำยังเป็นตัวควบคุมอุณหภูมิไม่ให้กระโดดไปมาเร็วๆด้วย เช่นในทะเลทรายที่น้ำน้อย ตอนกลางวันก็ร้อนจัด กลางคืนก็หนาว ในที่ที่มีน้ำเยอะๆ น้ำจะช่วยดูดซับเอาความร้อนไปในตอนกลางวัน และปล่อยความร้อนออกมาในตอนกลางคืน ทำให้ไม่ร้อนไม่หนาวต่างกันเกินไป

สุดท้ายนี้เป็นตัวอย่างบันทึกของเด็กๆและบรรยากาศห้องเรียนครับ อัลบั้มเต็มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ (รอยดำๆที่ก้นของลูกโป่งคือเขม่าที่เกิดจากขี้ผึ้งในเทียนเผาไหม้แล้วลอยขึ้นมาติดผิวยางของลูกโป่งครับ ไม่ใช่รอยไหม้ของลูกโป่ง เอาเขม่าไปขีดเขียนระบายสีได้ครับ):

Tuesday, February 14, 2012

เรียนรู้เรื่องโมเลกุลแป้งข้าวโพดและใช้หลักการของเบอร์นูลลีเพิ่มปริมาณลม

ตัวอย่างโมเลกุลแป้ง

แป้งมีอยู่ในอาหารหลายๆชนิดเช่นข้าว ขนมปัง เกี๊ยว เส้นก๊วยเตี๋ยว เวลาเราเคี้ยวข้าวแล้วอมไว้ น้ำย่อยในน้ำลายของเราจะทำให้แป้งบางส่วนแตกตัวเป็นโมเลกุลน้ำตาล ทำให้เรารู้สึกว่ามันหวานขึ้น

เวลาเราเอาแป้งข้าวโพดไปละลายน้ำให้ข้นๆ(เหมือนโคลน) โมเลกุลยาวๆของมันจะลอยอยู่ในน้ำ พันกันยุ่งๆ ไขว้กันไปมา ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนคนช้าๆ โมเลกุลจะมีเวลาค่อยๆขยับผ่านกัน เราจึงไม่รู้สึกถึงแรงต้านมากนัก เหมือนกับคนของเหลวธรรมดา แต่ถ้าเราเอานิ้วหรือช้อนไปคนเร็วๆ โมเลกุลจะไม่มีเวลาขยับผ่านกัน มันจะยังพันกันเกี่ยวกันอยู่ แรงต้านที่นิ้วหรือช้อนจะเยอะมาก เราจะเห็นว่าเจ้าแป้งข้าวโพดละลายน้ำกลายเป็นของแข็งทันทีเมื่อเราไปคนมันเร็วๆ

นอกจากคนน้ำแป้งแล้วเรายังจะสามารถเอานิ้วไปจิ้มๆเร็วๆหรือไปบีบมันเร็วๆ เราจะรู้สึกว่ามันเป็นของแข็ง แต่ถ้าเอานิ้วไปจิ้มช้าๆนิ้วเราจะจมลงไปเหมือนจิ้มนิ้วลงไปในของเหลวหนืดๆ ถ้าโยนไปมาเร็วๆเจ้าแป้งผสมน้ำนี้ก็จะจับตัวเป็นก้อนแข็ง แต่ถ้าหยุดโยนเมื่อไร มันก็จะเลิกแข็งตัวแล้วไหลเป็นของเหลวหนืดๆอีก ถ้าคิดภาพไม่ออกเชิญดูวิดีโอคลิปเลยครับ

เรามีคำเรียกความยากง่ายเวลาเราคนของเหลวว่า "ความหนืด" ของเหลวอะไรคนยากเช่นน้ำผึ่งเราก็เรียกว่ามีความหนืดสูง ของเหลวอะไรคนง่ายเช่นน้ำเปล่าเราก็เรียกว่ามีความหนืดต่ำ โดยปกติความหนืดจะลดลงเมื่อของมีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่ไม่ขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้า เจ้าแป้งข้าวโพดผสมน้ำเป็นของเหลวที่ไม่ปกติ เนื่องจากความหนืดของมันขึ้นกับว่าเราคนเร็วหรือคนช้าด้วย ถ้าเราคนเร็วมากๆมันจะหนืดมากจนกลายเป็นของแข็งไปเลย ของเหลวที่ความหนืดขึ้นกับความเร็วในการคนเรียกว่า Non-Newtonian Fluid ตัวอย่างอื่นๆของ Non-Newtonian fluid ก็มีเช่น ทรายดูด (ถ้าเราตกไปแล้วขยับตัวเร็วๆมันจะฝืดมาก ทำให้เราหมดแรงและออกมาไม่ได้และอดน้ำหรืออาหารตาย วิธีรอดคือค่อยๆขยับตัวช้าๆมากๆเข้าหาฝั่ง) ซอสมะเขือเทศ (ถ้าอยู่เฉยๆจะหนืดมาก ถ้าเขย่าหรือตบจะหนืดน้อย) Silly Putty (ถ้าทิ้งไว้นานๆจะไหลสู่ที่ตำ่เหมือนของเหลว ถ้าบีบช้าๆจะนิ่ม ถ้าโยนใส่พื้นจะกระเด้ง ถ้าทุบแรงๆจะแตกออกเป็นเสี่ยงๆเหมือนแก้วแตก)

ความจริงเรื่อง Non-Newtonian fluid มีรายละเอียดมากกว่านี้ แต่ผมยกตัวอย่างให้พอเข้าใจกันโดยทั่วๆไป ถ้าสนใจเข้าไปที่ลิงค์แล้วดูรายละเอียดเพิ่มเติมนะครับ

ผมเคยทำการทดลองแป้งข้าวโพดเต้นระบำไปแล้วและบันทึกไว้ที่นี่ครับ เป็นวิธีเล่นกับแป้งข้าวโพดกับคลื่นเสียงโดยที่ลำโพงเราไม่ต้องเสียหาย แต่ถ้ามีลำโพงใหญ่ที่เราไม่แคร์ว่าจะพังหรือเปล่าลองทำตามคลิปข้างล่างดูนะครับ:

ถ้าใครมีแป้งข้าวโพดสักตันสองตันก็ผสมใส่อ่างใหญ่ๆแล้ววิ่งข้ามไปข้ามมาได้เลย:

อีกเรื่องที่เราทำการทดลองกันวันนี้ก็คือการใช้หลักการของเบอร์นูลลีในการเป่าถุงก๊อบแก๊บครับ หลักการของเบอร์นูลลีก็คือที่ใดที่อากาศไหลเร็ว ความดันอากาศแถวนั้นจะน้อย ดังนั้นถ้าบริเวณอื่นที่อยู่รอบๆมีความดันอากาศมากกว่า ก็จะมีลมวิ่งจากที่ความดันมากเข้าหาที่ความดันน้อยกว่า หลักการนี้ใช้ได้กับของที่ไหลได้และมีความหนืดน้อยๆเช่นอากาศและน้ำ

เราสังเกตการทำงานของหลักการนี้ได้จากการเป่าถุงก๊อบแก๊บขนาดใหญ่ๆ คือถ้าเราเอาปากจ่อปากถุงแล้วเป่า แล้วนับว่าต้องสูดหายใจกี่ครั้งถุงถึงจะป่อง แล้วเราเป่าอีกแบบโดยให้ปากเราอยู่ห่างจากถุงสัก 10-30 เซ็นติเมตรแล้วเป่าเรื่อยๆเข้าถุง แล้วนับจำนวนครั้งที่สูดหายใจ เราจะพบว่าจำนวนครั้งในการเป่าแบบที่สองน้อยกว่าแบบแรก (ยกตัวอย่างเช่นสำหรับผมเอง การเป่าแบบเอาปากแนบปากถุงต้องหายใจสองครั้ง แต่การเป่าแบบเอาปากห่างจากถุงต้องหายใจเพียงหนึ่งครั้ง)

เป่าแบบที่หนึ่ง เอาปากชิดปากถุง

เป่าแบบที่สอง ให้ปากห่างจากปากถุงหน่อย

ปรากฎการณ์นี้อธิบายได้ด้วยหลักการของเบอร์นูลลีเพราะว่า ในการเป่าแบบที่สอง ลมจากปากเราจะวิ่งเข้าปากถุง สายลมนี้วิ่งเร็วกว่าอากาศรอบๆสายลม ความดันมันจึงต่ำกว่า อากาศรอบๆที่มีความดันสูงกว่าจึงวิ่งเข้าหาความดันต่ำแล้วผสมโรงวิ่งเข้าไปในถุงด้วย ถุงจึงโป่งเร็วกว่าการที่เราเอาปากไปเป่าเข้าถุงตรงๆ

หลักการนี้ใช้ประโยชน์ได้ในสถานการณ์ที่เราต้องการเป่าลมเข้าไปในห้องเยอะๆ (เช่นเวลาไล่ควัน หรือกลิ่นเหม็นๆ) แทนที่เราจะเอาพัดลมไปจ่อติดกับประตูหรือหน้าต่างเลย เราควรเว้นระยะสักหน่อย (เช่นสักหนึ่งฟุตถึงไม่กี่เมตร) เพื่อให้กระแสลมจากพัดลมดึงเอาอากาศรอบๆให้วิ่งเข้ามาร่วมวงด้วย

นอกจากนี้นักประดิษฐ์ที่ชื่อ Sir James Dyson (ผู้คิดค้นเครื่องดูดฝุ่นแบบลมหมุนโดยไม่ต้องใช้ถุงเก็บฝุ่นและผู้ผลิดเครื่องเป่ามือให้แห้งอย่างรวดเร็วด้วยกระแสลม) ได้ประดิษฐ์พัดลมแบบใหม่ที่ใช้หลักการนี้ คือให้ลมความเร็วสูง(ซึ่งมีความดันต่ำ)มาชักชวนให้อากาศรอบๆที่ความดันต่ำกว่าวิ่งเข้ามาร่วมวง ทำให้มีกระแสลมปริมาณเยอะขึ้น:

ผมได้ทำการทดลองเกี่ยวกหลักการของเบอร์นูลลีไปหลายครั้งแล้ว เช่นทำของเล่นเลี้ยงลูกบอลด้วยลมและเลี้ยงลูกปิงปองด้วยเครื่องเป่าผม และ เป่ากระดาษให้ยุบ เชิญชมคลิปเลี้ยงลูกด้วยลมและคลิปเลี้ยงลูกปิงปองข้างล่างครับ:

และผมก็ไม่พลาดที่จะให้เด็กๆดูคลิปนี้ครับ ที่ใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมการเป่าลม ทำให้บังคับการลอยของลูกบอลได้อย่างแม่นยำ:

ตัวอย่างการบันทึกของเด็กๆประถมครับ:

ภาพอื่นๆอยู่ในอัลบั้มภาพการเรียนการสอนที่นี่ครับ

สำหรับเด็กๆอนุบาลสามโรงเรียนบ้านพลอยภูมิ ผมให้เล่นกับแป้งข้าวโพดครับ เด็กๆจิ้มใหญ่เลย

เกือบลืมไป เด็กอนุบาลสามต้อนรับผมด้วยความอบอุ่นแบบนี้ครับ:

Wednesday, February 08, 2012

อะตอมและโมเลกุล (+ของเล่นนักดำน้ำสำหรับเด็กอนุบาล)

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://kostuff.blogspot.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ

(คราวที่แล้วเรื่องอุณหภูมิ อะตอม และของเล่นคอปเตอร์กระดาษอยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องอะตอมและโมเลกุลสำหรับเด็กประถม และทำของเล่นนักดำน้ำสำหรับเด็กอนุบาลครับ

คราวที่แล้วคุยกับเด็กๆไปว่าเวลาเราบอกว่าของอะไรร้อน ของอะไรเย็นนั้น เรากำลังวัดว่าอะตอมหรือโมเลกุลในของนั้นๆเคลื่อนที่ไปมาเร็วแค่ไหน ถ้าเคลื่อนที่เร็วหรือสั่นเร็วก็จะร้อน ถ้าเคลื่อนที่ช้าหรือสั่นช้าก็จะเย็น วันนี้เราเลยมาคุยกันต่อให้มีความเข้าใจอะตอมและโมเลกุลมากขึ้น

ผมเริ่มโดยถามเด็กๆว่าอะตอมคืออะไร เพื่อดูว่าเด็กๆเข้าใจอะไรบ้างจากสัปดาห์ที่แล้ว เด็กโต(ป.4)ตอบได้ว่าเป็นส่วนประกอบเล็กๆ เล็กที่สุด ถ้าทำให้เล็กไปกว่านั้นจะเปลี่ยนชนิด ผมก็ยกตัวอย่างเสริมว่าถ้าเราเอาทองมาตัดเป็นชิ้นเล็กๆไปเรื่อยๆ มันจะถึงจุดหนึ่งที่ชิ้นทองเล็กมากจนถ้าเราพยายามแบ่งแยกมัน ชิ้นส่วนที่ได้จะไม่ใช่ทองอีกต่อไป เราเรียกเจ้าชิ้นทองที่เล็กที่สุดว่าอะตอมของทอง ในแบบคล้ายๆกัน เราพบว่ามีชิ้นเหล็กที่เล็กที่สุดที่เรียกว่าอะตอมของเหล็ก คือถ้าเราพยายามตัดอะตอมของเหล็กให้เล็กลงไปอีก ผลลัพธ์ที่ได้จะไม่ใช่เหล็กอีกต่อไป เช่นเดียวกันชิ้นอลูมิเนียมที่เล็กที่สุดก็เรียกว่าอะตอมของอลูมิเนียม ชิ้นเล็กสุดของออกซิเจนเรียกว่าอะตอมออกซิเจน นักวิทยาศาสตร์พบว่าวัสดุต่างๆจะประกอบด้วยอะตอมชนิดต่างๆเรียงต่อๆกัน และจำนวนชนิดของอะตอมที่เรารู้จักจะมีประมาณร้อยกว่าชนิด เราเรียกอะตอมแต่ละชนิดว่าธาตุ

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียชื่อ มิตริ อิวานโนวิช มินดีลีฟ (Dmitri Ivanovich Mendeleev) พบว่าธาตุหลายๆชนิดมีคุณสมบัติไปในทางเดียวกันและเขาได้จัดเรียงธาตุเป็นตารางธาตุ (Periodic Table of Elements) เมื่อร้อยกว่าปีที่แล้ว ธาตุที่อยู่ในคอลัมน์เดียวกันของตารางธาตุจะมีคุณสมบัติไปในทางเดียวกัน ในวันนี้ผมเอาตารางธาตุที่ทำโดยคุณ Theodore Gray ที่ทำเป็น App บน iPad มาให้เด็กๆดู

ตัวอย่าง App:

สำหรับท่านที่ไม่มี App นะครับ ท่านสามารถไปดูเว็บ http://periodictable.com/ ที่คุณ Gray ทำเอาไว้ ก็จะได้ดูรูปและข้อมูลคล้ายๆกัน

เว็บ http://periodictable.com/

ผมให้เด็กๆดูข้อมูลและรูปภาพของธาตุสามธาตุคือ ไฮโดรเจน (H), ออกซิเจน (O), และคาร์บอน (C) เรื่องหลักๆก็คือไฮโดรเจนมีเยอะมากที่สุด นับเป็น 3/4 ของธาตุทั้งหมดในจักรวาล ส่วนใหญ่อยู่ในดาวฤกษ์และในอวกาศ การเปลี่ยนแปลงจากธาตุไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมเป็นขบวนการสำคัญที่ทำให้ดาวฤกษ์ร้อนและเปล่งแสงออกมาได้ ไฮโดรเจนในรูปก๊าซบนโลกมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศ ถ้าไปใส่ลูกโป่งก็จะลอย แต่อันตรายเพราะติดไฟได้ ถ้าโดนเปลวไฟก็จะระเบิดเป็นลูกไฟได้ (แต่ผลที่ได้คือน้ำเพราะไปรวมกับออกซิเจนเป็นน้ำ H₂O) ตอนนี้ลูกโป่งเลยใช้ก๊าซฮีเลียมใส่แทนเพราะไม่ติดไฟ ถ้าดูปริมาณไฮโดรเจนในร่างกายเราจะพบว่ามีไฮโดรเจนอยู่ประมาณ 10% โดยน้ำหนัก (เช่นถ้าเราหนัก 50 กิโลกรัม เราจะมีไฮโดรเจนอยู่ในร่างกายประมาณ 5 กิโลกรัม)

ส่วนออกซิเจนนั้น ในรูปแบบก๊าซเป็นสิ่งสำคัญที่เราต้องใช้ในการหายใจ ออกซิเจนชอบรวมกับธาตุอื่นๆแล้วปล่อยพลังงานออกมา ถ้ารวมแล้วปล่อยพลังงานออกมามากๆเร็วๆเราก็จะเห็นเป็นเปลวไฟ ถ้าออกมาช้าๆเราก็จะรู้สึกถึงความร้อน เช่นตัวเราอุ่นๆเพราะร่างกายเราเอาอาหารที่ทานเข้าไปรวมกับออกซิเจนแล้วร่างกายก็เอาพลังงานไปใช้ทำนู่นทำนี่ ในร่างกายเรามีออกซิเจนอยู่ประมาณ 61% โดยน้ำหนัก (เช่นถ้าเราหนัก 50 กิโลกรัม เราจะมีออกซิเจนอยู่ในร่างกายประมาณ 30.5 กิโลกรัม)

คาร์บอนเป็นธาตุที่สำคัญต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกมาก ส่วนประกอบต่างๆในร่างกาย ในเซลล์ ใน DNA ในโปรตีน ฯลฯ ล้วนต้องใช้คาร์บอนเป็นส่วนเชื่อมโยงอะตอมประเภทอื่นๆให้เหมาะสมทั้งสิ้น ร่างกายเราประกอบด้วยคาร์บอน 23% โดยน้ำหนัก นอกจากนี้ถ้าอะตอมคาร์บอนจับตัวกันแบบที่ว่าแต่ละอะตอมจับกับสี่อะตอมเราจะได้คาร์บอนในรูปเพชรซึ่งแข็งมาก ถ้าจับตัวกันแบบแต่ละอะตอมจับกับสามอะตอมเราจะได้คาร์บอนในรูปกราไฟท์ซึ่งเป็นแผ่นแบนซ้อนกันอยู่เป็นชั้นๆ แต่ละชั้นจะลื่นออกจากกันได้ง่ายทำให้กราไฟท์เป็นสารหล่อลื่น และใช้ทำไส้ดินสอที่เราใช้เขียนกัน (เวลาเราเขียนหนังสือด้วยดินสอ ชั้นนอกสุดของกราไฟท์จะลื่นหลุดออกจากไส้ดินสอแล้วไปติดอยู่บนกระดาษ กลายเป็นตัวหนังสือ)

คาร์บอนจับตัวกันแบบด้านซ้ายกลายเป็นเพชร จับตัวกันแบบด้านขวาเป็นกราไฟท์

ผมสมมุติว่าตัวเองเป็นอะตอมคาร์บอนในเพชร

จากนั้นผมก็บอกว่าวัตถุต่างๆที่เรารู้จักประกอบด้วยอะตอมชนิดต่างๆมาต่อกัน เวลาอะตอมมากกว่าหนึ่งอันมาต่อกันเป็นของชนิดต่างๆเราเรียกว่าของชิ้นนั้นว่าโมเลกุล เช่นก๊าซออกซิเจนที่เราหายใจก็คืออะตอมออกซิเจนสองอันมาต่อกัน (O₂) น้ำที่เราดื่มก็ประกอบด้วยโมเลกุลน้ำที่เกิดจากไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมมาจับคู่กับออกซิเจนสองอะตอม (H₂O) เวลาเราหายใจออกมาเราก็จะหายใจเอาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ประกอบไปด้วยคาร์บอนหนึ่งอะตอมรวมกับออกซิเจนสองอะตอม (CO₂) ออกมา

เพื่อให้เด็กๆเข้าใจมากขึ้น เราจึงแบ่งกลุ่มเด็กๆเป็นกลุ่มไฮโดรเจน กลุ่มออกซิเจน กลุ่มคาร์บอน โดยเอากระดาษเขียน H, O, หรือ C แล้วแปะหน้าอกไว้ แล้วก็ให้จับกลุ่มกันเป็นโมเลกุลต่างๆ

ก๊าซไฮโดรเจน H₂

ก๊าซออกซิเจน O₂

โอโซน O₃

คาร์บอนเกาะกันเป็นกราไฟท์

น้ำ H₂O

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H₂O₂ ที่ใช้ฟอกสีผมและฆ่าเชื้อโรค

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ที่เราหายใจออกมา

มีเธน CO₄ ที่เราได้จากการหมักขยะและกลั่นน้ำมัน ใช้เป็นเชื้อเพลิง เป็นก็าซเรือนกระจกที่ร้ายแรงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์เยอะ

จากนั้นผมก็บอกเด็กๆว่าเวลาอะตอมมาต่อกัน มันไม่ได้ต่อกันมั่วๆ มันจะต่อกันแบบมีรูปแบบ มีรูปร่างที่เฉพาะเจาะจง แล้วผมก็ให้เด็กๆเอาดินน้ำมันมาปั้นเป็นแบบจำลองโมเลกุลต่างๆ โดยให้สีดำเป็นคาร์บอน สีแดงเป็นไฮโดรเจน สีฟ้าเป็นออกซิเจน รูปแบบก็ดูตามวิกิพีเดียครับ (เช่นน้ำก็ดูรูปที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Water#Chemical_and_physical_properties)

โอโซน O₃

น้ำ H₂O

คาร์บอนไดออกไซด์ CO₂

มีเธน CO₄

น้ำ H₂O โอโซน O₃ คาร์บอนไดออกไซด์ CO₂

คาร์บอนจับตัวแบบเพชร

DNA

กำไลเพชร

เมื่อเด็กได้ทำแบบจำลองของโมเลกุลง่ายๆแล้วผมก็บอกเด็กๆว่าโมเลกุลส่วนใหญ่จะดูยุ่งยากกว่าเยอะ แล้วผมก็เอารูปแบบจำลองน้ำตาลกลูโคส และหน้าตา DNA ให้เด็กๆดู

น้ำตาลกลูโคส

DNA

นี่คือตัวอย่างการสรุปงานของเด็กๆครับ:

ภาพอื่นๆอยู่ที่อัลบั้มการเรียนการสอนที่นี่ครับ

สำหรับเด็กๆอนุบาล ผมเข้าไปทำของเล่นนักดำน้ำ (Cartesian Diver) เพราะได้ข่าวว่าเด็กๆพยายามทำกันเองแล้วไม่สำเร็จ จึงเข้าไปทำให้ดู รายละเอียดการสร้างและคำอธิบายเคยบันทึกไว้แล้วเมื่อปีกว่าๆมาแล้วนะครับ หรือดูวิดีโอคลิปวิธีทำข้างล่างนี้ก็ได้: