....ฟิสิกส์มหัศจรรย์ .....

เมื่อพูดถึงมายากลคาดว่าคนส่วนใหญ่จะรู้จักกันดีและต่างก็ชื่นชอบการแสดงมายากล โดยปกติสิ่งที่ทำให้มายากลน่าสนใจคือการทำให้เกิดบางสิ่งบางอย่างขึ้นโดยไม่คาดฝัน(หรือตรงข้ามกับสิ่งที่ผู้คนทั่วไปคาดคิด) ในทำนองเดียวกันการสาธิตทางวิทยาศาสตร์จะมีความน่าสนใจมากขึ้นถ้าทำในสิ่งที่ไม่คาดคิดให้เกิดขึ้น เนื่องจากการคาดหมายของคนเราเชื่อมต่อกับความเชื่อหรือคำบอกเล่าหรือแนวคิดที่ผิดพลาดที่มีมาก่อนหน้านี้ การสาธิตจะใช้ประโยชน์จากจุดบกพร่องนี้ทำให้เกิดผลลัพธ์ในสิ่งที่ไม่คาดคิดบางอย่าง เพื่อช่วยให้การเรียนการสอนตื่นเต้นน่าสนใจและมีความเข้าใจที่ถูกต้อง มีความเชื่อหรือแนวคิดที่ผิดพลาดมากมายเกี่ยวกับฟิสิกส์ที่สามารถใช้เป็นการแสดงมายากลได้ แต่นั่นไม่ใช่มายากลมันคือความมหัศจรรย์ของฟิสิกส์

ก่อนสาธิตฟิสิกส์มหัศจรรย์

การสาธิตที่จะนำเสนอต่อไปนี้ส่วนใหญ่จะเป็นฟิสิกส์แบบฉบับ (Classical physics) ถึงแม้การสาธิตเหล่านี้อาจจะเป็นที่คุ้นเคยกับครูอาจารย์ที่มีประสบการณ์ แต่จุดประสงค์ในที่นี้คือการแสดงการนำเสนอที่แตกต่างเพื่อส่งเสริมให้การเรียนการสอนมีความสนุกสนานและมีความหมาย สิ่งที่สำคัญอย่างหนึ่งที่ครูจะต้องย้ำเตือนเสมอก่อนและหลังการสาธิตคือ นักเรียนไม่ควรทำการทดลองเองโดยไม่มีผู้ที่มีความรู้ด้านฟิสิกส์เพียงพอควบคุมหรือให้คำปรึกษา และควรบอกด้วยว่าการสาธิตใดที่นักเรียนทำเองได้และการสาธิตใดที่ห้ามนักเรียนทำเองโดยเด็ดขาดเพราะบางการสาธิตอาจทำให้เกิดอันตรายแก่นักเรียนได้

ขอเชิญพบกับความมหัศจรรย์ของฟิสิกส์

เรื่องที่1 : เตียงตะปู

เตียงตะปูใช้สำหรับการสาธิตที่เหมือนการแสดงมายากลที่น่าตื่นเต้นและหวาดเสียว แต่จริงๆ แล้วไม่มีการแสดงมายากลแม้แต่น้อย เป็นการสาธิตที่แสดงเรื่องการกระจายของแรงและความดัน แสดงการประยุกต์ใช้ความรู้ทางด้านฟิสิกส์สาขากลศาสตร์ พวกโยคีหรือพระฮินดูที่ชอบแสดงปาฏิหาริย์โดยการนอนบนเตียงตะปูต้องคำนวณระยะห่างระหว่างตะปูที่ต้องการสำหรับการสร้างเตียงตะปูเพื่อการนอนที่แสนสบายตลอดคืน

ก่อนขึ้นเตียงตะปู

ในความนึกคิดของคนทั่วไปการนอนบนปลายตะปูเป็นเรื่องที่ไม่น่าเป็นไปได้เพราะตะปูน่าจะแทงทะลุเข้าไปในเนื้อ  แน่นอนเป็นไปไม่ได้ที่จะนอนบนปลายตะปู 1 ตัว ถึงแม้ว่าคนผู้นั้นจะฝึกฝนกายกรรมจนทำให้สามารถทรงตัวอยู่บนปลายตะปูได้ ทำไมหรือครับเพราะน้ำหนักตัวทั้งหมดจะไปรวมอยู่ที่ปลายตะปูซึ่งมีพื้นที่น้อยมากและในขณะเดียวกันตะปูก็มีแรงปฏิกิริยากระทำต่อผิวหนังด้วยขนาดเท่ากับน้ำหนักของคนที่นอนและกระทำบนพื้นที่เท่ากับพื้นที่ของปลายตะปู ถ้าเอาน้ำหนักตัวของคนหารด้วยพื้นที่ของปลายตะปูที่มีขาดน้อยกว่า 1 ตารางมิลลิเมตร จะพบว่ามีความดันจำนวนมหาศาลกระทำที่ผิวหนังตรงส่วนนั้น (ความดันมากกว่า 600 MPa สำหรับผู้ที่มวล 65 kg ความดันขนาดนี้มากกว่า 6000 เท่าของความดันบรรยากาศ) ซึ่งผิวหนังของคนธรรมดาไม่สามารถจะรับความดันขนาดนั้นได้ ตะปูจะทำให้ผิวหนังฉีกขาดและทะลุเข้าไปในเนื้อ

 

ฟิสิกส์บนเตียงตะปู

ความดันคือแรงที่กระทำบนพื้นที่ที่กำหนดให้ในทิศทางตั้งฉากกับพื้นที่นั้น ( ความดัน = แรง/พื้นที่) มีหน่วยเป็น นิวตันต่อตารางเมตร (N/m²) หรือ ปาสกาล (Pa) ดังนั้นความดันเป็นสัดส่วนผกผันกับพื้นที่ เมื่อพื้นที่เพิ่มขึ้นความดันจะลดลง สำหรับเตียงตะปูมีตะปูจำนวนมากมายที่รองรับใต้ตัวผู้นอน เมื่ออยู่ในภาวะสมดุลน้ำหนักของตัวคนจะเฉลี่ยไปบนตะปูแต่ละตัวทำให้ความดันที่ปลายตะปูกระทำกับผิวหนังลดลงจนปลายตะปูไม่ทำอันตรายต่อผิวหนัง

 

สำหรับเตียงตะปูสมการของความดันสามารถคิดว่าความดัน = แรง/จำนวนปลายตะปู (หรือ ความดันคือแรงต่อตะปู1ตัว) เมื่อจำนวนปลายตะปูเพิ่มขึ้นแรงจะกระจายไปบนจุดปลายตะปูที่เพิ่มขึ้นและกระจายไปบนผิวหนังที่กว้างขึ้น ผิวหนังแต่ละจุดที่สัมผัสปลายตะปูก็จะรับรู้ขนาดของแรงน้อยลงหรือความดันบนผิวหนังที่สัมผัสปลายตะปูน้อยลง ในทางกลับกันถ้าจำนวนตะปูน้อยลงผิวหนังแต่ละจุดที่สัมผัสปลายตะปูจะรับรู้ขนาดของแรงมากขึ้นหรือความดันบนผิวหนังที่สัมผัสปลายตะปูมากขึ้น ถ้าผิวหนังไม่เหนียวและหนาพอปลายตะปูอาจจะทะลุผิวหนังทำให้ได้รับบาดเจ็บ

---