หมวดหมู่: สสวท.ปี62

ข้อ 8.

เมื่อนำแท่งแม่เหล็กแท่งเดียวกันเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วเข้าในขดลวดที่ต่อกับเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า ได้ผลดังตาราง

ข้อใดสรุปถูกต้อง

1. กระแสไฟฟ้ามีผลต่อจำนวนรอบของขดลวด

2. จำนวนรอบของขดลวดไม่มีผลต่อกระแสไฟฟ้า

3. ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนขดลวดมีผลต่อกระแสไฟฟ้า

4. การเพิ่มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของแกนขดลวด จะทำให้กระแสไฟฟ้าน้อยลง

…………………………………

เป็นไงบ้างครับ สำหรับโจทย์ข้อนี้

ซึ่งพี่ๆหลายท่านพอเห็นโจทย์แล้วก็นึกโกรธท่านอาจารย์ผู้ออกข้อสอบว่าช่างโหดร้ายสิ้นดี เพราะเรื่องเกี่ยวกับไฟฟ้าแม่เหล็กแบบนี้เป็นหลักสูตรที่พี่ๆมัธยมเค้าเรียนกัน น้องที่อยู่แค่ประถมต้นจะไปรู้เรื่องได้อย่างไร

อย่าเพิ่งโกรธขนาดนั้นเลยครับ เพราะถ้าอ่านโจทย์ดีๆ จะเห็นได้ว่าโจทย์ได้บอกผลการทดลองมาหมดเกลี้ยงแล้ว เราเพียงแค่นำผลการทดลองที่ว่านี้มาสรุปก็จะได้คำตอบแล้ว

อย่างนี้แหละครับ ที่เป็นข้อสอบในแนวการคิด-วิเคราะห์ ซึ่งบ่อยครั้งเราอาจไม่ต้องใช้ความรู้ที่นอกเหนือจากที่โจทย์บอกเลย เราก็ทำได้อบ่างสบายๆแล้วล่ะครับ

มาค่อยๆดูด้วยกันนะครับ…

จากผลการทดลองตามตาราง เราจะเห็นได้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงตัวแปรอยู่ 2 ตัว คือ…

1. เส้นผ่าศูนย์กลางของแกนขดลวด กับ
2. จำนวนรอบของขดลวด

และจุดประสงค์ของการทดลอง ก็เพื่อศึกษาว่ากระแสไฟฟ้ามีการเพิ่มขึ้นหรือไม่อย่างไรเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงตัวแปรต้นตามข้างต้น

ซึ่งในเบื้องต้นนี้ น้องๆหนูๆ ก็คงบอกกันได้นะครับว่า กระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงนั้นก็คือตัวแปรตามนั่นเอง

ทีนี้ หากเรากำหนดให้ผลการทดลองรูปแรกในกรอบสีเขียวๆ เป็นการทดลองครั้งแรกเราจะพบได้ว่า…

• จากการทดลองที่ 2 เมื่อเพิ่มรอบขดลวด กระแสไฟจะเพิ่มขึ้น
• จากการทดลองที่ 3 เมื่อเพิ่มเส้นผ่าศูนย์กลาง กระแสไฟจะเพิ่มขึ้น
• จากการทดลองที่ 4 เมื่อเพิ่มทั้งรอบขดลวด และเพิ่มเส้นผ่าศูนย์กลาง กระแสไฟฟ้าก็ยิ่งเพิ่มมากขึ้น

นี่ไงครับ จากการทดลองเราสามารถสรุปเบื้องต้นได้แบบนี้นะครับ

ทีนี้เราก็มาดูคำตอบในแต่ละตัวเลือกกัน…

คำตอบข้อที่ 1. กระแสไฟฟ้ามีผลต่อจำนวนรอบของขดลวด

กระแสไฟฟ้าเป็นตัวแปรตามนะครับ ส่วนตัวแปรต้นคือจำนวนรอบ ดังนั้นการสรุปว่าตัวแปรตามมีผลต่อตัวแปรต้นจึงผิดนะครับ ซึ่งถ้าจะให้ถูกต้องพูดว่าจำนวนรอบมีผลต่อกระแสไฟฟ้าใช่ไหมครับ

ดังนั้น คำตอบข้อนี้จึงผิดครับ

 

คำตอบข้อที่ 2. จำนวนรอบของขดลวดไม่มีผลต่อกระแสไฟฟ้า

ผลการทดลองจะเห็นได้ว่ากระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น เมื่อเราเพิ่มจำนวนรอบ คำตอบข้อนี้จึงผิดอีกเช่นกัน

 

คำตอบข้อที่ 3. ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนขดลวดมีผลต่อกระแสไฟฟ้า

คำตอบข้อนี้ถูกต้องนะครับ เพราะผลการทดลองเป็นอย่างนี้เลย

 

คำตอบข้อที่ 4. การเพิ่มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของแกนขดลวด จะทำให้กระแสไฟฟ้าน้อยลง

คำตอบข้อนี้ผิดเพราะ การเพิ่มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของแกนขดลวด จะทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ไม่ใช่น้อยลง

 

ดังนั้น คำตอบที่ถูกต้องสำหรับโจทย์ข้อนี้ก็คือคำตอบข้อ 3. นั่นเอง

เห็นไหมครับว่าไม่ต้องใช้ความรู้ที่เกินกว่าความรู้ของน้องๆ ป.3 ซักนิดเดียววว

 

ข้อ 7. กำหนดให้ ลูกบอลกระดอนจากพื้นโดยไม่สูญเสียพลังงานและไม่คิดแรงดันอากาศ

เด็กชายเอกทดลองข้วางลูกบอลด้วยแรง F ลงในแนวดิ่ง ดังรูป 1 และทดลองปล่อยลูกบอลเดียวกัน ที่ระดับเดียวกันให้ตกลงมา ดังรูป 2

ข้อใดสรุปถูกต้อง

     1. หลังลูกบอลหลุดจากมือสักครู่ แรงที่กระทำต่อลูกบอลในรูป 1 มากกว่ารูป 2

     2. เมื่อลูกบอลตกกระทบพื้นจะกระดอนขึ้นสูงไม่เท่ากัน

     3. ลูกบอลจะตกถึงพื้นด้วยความเร็วเท่ากัน

     4. ลูกบอลใช้เวลาตกถึงพื้นเท่ากัน

………………………………………………

สำหรับน้องๆหนูๆแล้วเป็นไงครับข้อนี้ และสำหรับพี่ๆ คิดว่าน่าจะตอบข้อไหน แล้วจะอธิบายแนวคิดแบบประถมๆที่ไม่เกินความรู้มากเกินไปให้ลูกๆฟังอย่างไรดีครับ

 

ตามปกติเมื่อตอนเราทำข้าวของหล่นลงพื้น เรามักจะพบข้าวของนั้นมักเป็นต้องหล่นลงทับนิ้วเท้าของเราทุกที ซึ่งแม่ๆ ก็มักจะบอก(ทำนองดุ) ว่าทำไมซุ่มซ่าม ทำไมไม่พยายามคว้าเอาไว้ ทำไมไม่ชักเท้าหนี และอีกร้อยแปดพันเก้าของคำว่าทำไม

คืองี้ครับคุณแม่ เวลาของหล่นนั้นจะตกถึงพื้นด้วยเวลาที่รวดเร็วมาก และแม่ทราบไหมครับว่าจะขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ จะหนักหรือเบาก็จะตกถึงพื้นด้วยเวลาที่เท่าๆกัน ซึ่งจังหวะนั้นเองที่น้องๆหนูๆไม่ทันจะคิดอะไรนิ้วเท้าอันน้อยๆก็ช้ำเพราะโดนกระแทกแล้วครับ

อีกอย่างนะครับ บางทีอาจจะคิดทันว่าต้องชักเท้าหนีแต่ถ้าเป็นการยืนอยู่และขาข้างนั้นกำลังเป็นขาที่รับน้ำหนัก (ผู้ใหญ่บางท่านเรียกว่า “ขาตาย”) ถ้าจะขยับขานั้นออกจะต้องถ่ายน้ำหนักไปที่ขาอีกขานึงก่อนถึงจะขยับขาขานั้นได้ ซึ่งก็มักไม่ค่อยทันเหรอครับ

อีกอย่างนะครับ มันเป็นอุบัติเหตุที่ไม่มีใครอยากให้เกิด ข้าวของตกแตกก็ซ่อมได้ ซื้อหาใหม่ได้ นิ้วเท้าที่บวมก็ทายาหาหมอก็หายได้ แต่คำบ่นของแม่ที่วนเวียนซ้ำซากที่แทงบาดลึกเข้าไปในใจลูกนั้น ซ่อมให้หายยากนะครับ

อ้าว…บ่นไปถึงไหนซะแล้ว

เรากลับมาเรื่องของของที่ตกลงสู่พื้นกันต่อดีกว่านะครับ 

ซึ่งในเบื้องต้นตามที่ผู้น้อยพูดเอาไว้ก่อนหน้านั้นว่า “ข้าวของจะขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ จะหนักหรือเบาก็จะตกถึงพื้นด้วยเวลาที่เท่าๆกัน” นั้น ผมไม่ได้พูดไปเรื่อยเปื่อยนะครับ เพราะประเด็นนี้ กาลิเลโอ นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีผู้ยิ่งใหญ่ของโลกได้ทำการทดลองไว้แล้วเมื่อกว่า 400 ปีมาแล้ว ซึ่งน้องๆหนูๆคงทราบกันดีอยู่แล้วนะครับว่าเป็นการทดลองที่หอเอนแห่งเมืองปิซา โดยกาลิเลโอทิ้งวัตถุที่มีน้ำหนักต่างกันลงจากจากหอเอน เพื่อพิสูจน์ว่าวัตถุที่มีน้ำหนักต่างกันจะตกถึงพื้นพร้อมกัน

ซึ่งก็เป็นจริงตามนั้น แต่ด้วยความที่ผลการทดลองนั้นขัดต่อความเชื่อดั่งเดิมของเหล่านักวิทยาศาสตร์ที่เป็นทั้งนักบวชและผู้นำจิตวิญญาณ ความเชื่อดั่งเดิมที่ว่าของหนักกว่าจะต้องตกถึงพื้นก่อนของเบากว่าก็ยังคงได้รับการเชื่อถืออยู่ต่อไปอีกนานพอสมควรเลยครับ

และพี่ๆน้องๆทราบไหมครับว่า กาลิเลโอ ได้ทำการทดลองและเขียนหนังสือเพื่อพิสูจน์เหตุการณ์อีกหลายอย่าง  ซึ่งก็ค้านกับความเชื่อเดิมๆ จนได้รับการต่อต้านจากเหล่านักบวชผู้ทรงอำนาจ และก็มาแตกหักเมื่อกาลิเลโอได้เขียนหนังสือสนับสนุนทฤษฎีของโคเปอร์นิคัส (นักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่อีกคนหนึ่ง) ที่ว่าด้วยดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยจักรวาล โดยมีดาวเคราะห์ต่างๆ รวมทั้งโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ไม่ใช่โลกเป็นศูนย์กลางของทุกสิ่งอย่างที่ศาสนจักรเที่ยวบอกใครต่อใครไว้

ในท้ายที่สุดแนวคิดของผู้มีอำนาจก็เป็นเหมือนเดิมทั้งอดีตและปัจจุบัน คือผู้ที่คิดต่างก็มักถูกกำจัด กาลิเลโอจึงถูกกล่าวหาว่าเป็นคนนอกรีตและถูกจำคุก ซึ่งในภายหลังแม้จะได้รับการปล่อยตัวออกมาเพราะถูกบังคับให้ออกมาเขียนหนังสือว่าทฤษฎีของโคเปอร์นิคัสนั้นไม่จริง ก็ยังถูกกักขังไว้ในบ้านหลังหนึ่งจนตลอดชีวิตเลยครับ

อ้าว…ไปเรื่องอื่นอีกแล้ว (ฮา)

งั้นสรุปกันก่อนนะครับว่า ข้าวของจะขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ จะหนักหรือเบาก็จะตกถึงพื้นด้วยเวลาที่เท่าๆกัน นะครับ ซึ่งอาจขยายความเพิ่มเติมอีกนิดนึงว่า แสดงว่าวัตถุทั้งสองนั้นจะมีความเร็วเท่ากันจึงตกถึงพื้นเวลาเดียวกัน ถ้าปล่อยออกจากมือพร้อมๆกัน

เอาล่ะครับ ทีนี้น้องๆหนูๆ ก็เคยทราบกันด้วยประสบการณ์กันแล้วนะครับว่าดินสอที่หล่นจากพื้นลงมากระแทกนิ้วเท้าเรานั้น จะเจ็บมากหรือเจ็บน้อย จะขึ้นกับระยะที่หล่นว่าสูงหรือเตี้ยแค่ไหน

ถ้าหล่นลงมาจากที่สูงมากๆ เราก็จะเจ็บมาก ถ้าหล่นจากที่สูงน้อยๆเราก็จะเจ็บน้อย ซึ่งที่เป็นอย่างนี้ก็เป็นเพราะความเร็วของดินสอตอนพุ่งลงมาปักนิ้วเท้าเรานั้นมากน้อยต่างกันนั่นเอง

ซึ่งหากจะขยายความต่อไปอีกซักนิดนึง เพื่อไม่ให้งง (หรือจะทำให้งงมากกว่าเดิมหว่า ?) ที่ดินสอหล่นลงพื้นได้ก็เพราะแรงโน้มถ่วงของโลกดึงดูดลงมานั่นไงครับ

 แรงโน้มถ่วงของโลกที่ดึงวัตถุลงมาทำให้นั้น จะทำให้วัตถุมีความเร็วเพิ่มมากขึ้น และเพิ่มมากขึ้นตามระยะทางที่หล่นลงมา หรือพูดได้ว่าวัตถุที่ตกลงมานั้นจะตกลงมาด้วยความเร่งค่าหนึ่ง ซึ่งก็คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกนั่นเองครับ

เพื่อความชัดเจนเกี่ยวกับคำว่า “ความเร่ง” ผู้น้อยใคร่ขอยกตัวอย่างให้หนูๆฟัง (ซึ่งในตอนนี้ถ้าคุณแม่ไม่นั่งฟังอยู่ด้วยก็จะดีมากๆเลยครับ)

นึกถึงการกินข้าวของเราในตอนเช้าดูซิครับ ตามปกติแล้วเราก็จะกินข้าวไปเรื่อยและดูทีวีไปเรื่อย ไม่รีบไม่ร้อนอะไร จนอาจเรียกได้ว่ามีความเร็วในการตักกินแต่ละคำคงที่มากๆ

แต่ถ้าเป็นเช้าวันไปโรงเรียนเราจะทำอย่างนี้ไม่ได้นะครับ เพราะการกินข้าวของเราจะมีเสียงของคุณแม่มาประกอบฉากอยู่ทุกสิบวินาที

แม่ซึ่งเมื่อคืนยังเป็นนางฟ้าผู้ใจดีอยู่เลย ก็กลายร่างเป็นนางยักษ์เร่งเร้าให้เรากินเร็วๆ เร็วๆ หนักเข้าก็เริ่มมาลงมือป้อนเอง

พอกินคำแรกยังไม่ทันกลืน ก็ป้อน(ยัด)คำต่อไปเข้าไปในปาก พลางพูดตามว่ารีบๆเคี้ยว รีบๆเคี้ยว มันสายแล้ว มันสายแล้ว ซึ่งความเร็วในการกินของเราก็จะเพิ่มขึ้น เพิ่มขึ้น และในที่สุดก็จะกินหมดได้อย่างรวดเร็วจนไม่น่าเชื่อ 

ลักษณะอาการของแม่(ผู้กลายร่างเป็นนางยักษ์) นี่และครับคือ “ความเร่ง” ครับ

หากน้องๆหนูๆ พอจะเข้าเรื่องความเร่งดีแล้ว ก็บอกให้คุณแม่มาฟังผมเล่าให้ฟังต่อได้แล้วครับ (ฮา)

ทีนี้ เราก็เข้าใจแล้วนะครับว่าความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของโลกจะทำให้วัตถุที่หล่นลงมีความเร็วเพิ่มมากขึ้นไปเรื่อยๆนะครับ

ทีนี้ เรามาดูรูปประกอบคำอธิบายกันซักนิดนึงนะครับ

สมมติลูกบอล A อยู่สูงจากพื้น 5 เมตร ลูกบอล B และ C อยู่สูงจากพื้น 3 เมตร

ถ้าเราปล่อยลูกบอล B ให้ตกอย่างอิสระ ความเร็วที่ตำแหน่งเริ่มต้น หรือ V_b1 จะต้องเท่ากับ 0 แล้วก็จะค่อยๆมีความเร็วมากขึ้นไปเรื่อยๆ จนมีความเร็วเป็น V_b2 ซึ่งเป็นความเร็วสุดท้ายก่อนที่จะตกถึงพื้น

ทีนี้ ถ้าเราปล่อยลูกบอล A ให้ตกอย่างอิสระ ความเร็วที่ตำแหน่งเริ่มต้น หรือ V_a1ก็จะเท่ากับ 0 แล้วก็จะค่อยๆมีความเร็วเพิ่มขึ้นไปเรื่อยๆ จนถึง ณ ตำแหน่ง 3 เมตรจากพื้น ก็จะมีความเร็วเท่ากับ V_a2 แล้วก็จะมีความเร็วเพิ่มขึ้นไปอีกเรื่อยๆ เป็น V_a3 ซึ่งเป็นความเร็วสุดท้ายก่อนที่จะตกถึงพื้น

เมื่อเปรียบเทียบความเร็วของลูกบอล A และ B เราจะพบว่า ณ ตำแหน่ง ปลายสุดก่อนจะถึงพื้น ความเร็ว V_a3 จะมากกว่า V_b2  เนื่องจาก A มีระยะการตกมากกว่า B (A 5 เมตร , B 3 เมตร)

และเมื่อเปรียบเทียบ ณ ตำแหน่ง 3 เมตรจากพื้น เราจะเห็นได้ว่า V_b1 จะมีค่าเท่ากับ 0 เพราะเป็นจุดเริ่มต้นปล่อย ในขณะที่ V_a2 มีค่ามากกว่า 0 อย่างแน่นอน แสดงว่า ณ จุด 3 เมตรจากพื้นนั้น ถ้าใครมีความเร็วมากกว่า ก็จะถึงพื้นด้วยความเร็วมากกว่าด้วย

ทีนี้ สำหรับลูกบอล C ที่อยู่ตำแหน่งสูงเท่ากับ B เราจะไม่ปล่อยให้ตกแบบอิสระแล้วครับ แต่เราจะขว้างลงไปด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วของ A ที่จุด 3 เมตร ดังนั้นค่า V_c1 ของ C ในจุดเริ่มต้นจะไม่เท่ากับ 0 แล้วนะครับ ซึ่งเมื่อเราทำอย่างนี้ ความเร็ว ณ จุดก่อนถึงพื้นของ C ก็ย่อมเท่ากับความเร็วของ A ที่จุดก่อนถึงพื้น ซึ่งจะมากกว่าความเร็วของ B อย่างแน่นอนใช่ไหมครับ

ดังนั้น เราก็สรุปได้ว่า ถ้าเราขว้างลูกบอลลงพื้น ลูกบอลก็จะถึงพื้นด้วยความเร็วที่มากกว่าการตกแบบอิสระ ซึ่งการที่ความเร็วมากกว่าก็ย่อมต้องใช้เวลาที่น้อยกว่าด้วยนะครับ

อธิบายอย่างนี้คงไม่งงนะครับพี่น้องงงง

ทีนี้เรามาต่อกันที่ เมื่อลูกบอลตกถึงพื้นแล้วจะเกิดอะไรขึ้นบ้าง ซึ่งอันนี้เราไม่ต้องคิดอะไรมากเลยใช่ไหมครับเพราะเราน่าจะมีประสบการณ์ตรงจากการเล่นขว้างลูกปิงปองกันมาบ้างแล้วว่า ถ้าเราออกแรงขว้างลูกปิงปองอย่างแรง ลูกปิงปองก็จะวิ่งไปกระทบพื้นด้วยความเร็วสูง แล้วก็จะกระดอนขึ้นด้วยความเร็วสูงด้วย และไม่ต้องสงสับเลยใช่ไหมครับว่าลูกปิงปองจะกระดอนขึ้นด้วยระยะที่สูงมากอีกด้วย

มาถึงตอนนี้ เราก็น่าจะทำข้อสอบข้อนี้ได้แล้วใช่ไหมครับ

อย่าลืมนะครับ โจทย์กำหนดให้ ลูกบอลกระดอนจากพื้นโดยไม่สูญเสียพลังงานและไม่คิดแรงดันอากาศ ซึ่งหมายถึงว่าตอนลูกบอลเคลื่อนที่จะไม่มีความต้านทานของอากาศที่อาจทำให้ลูกบอลช้าลง และวิ่งกระแทกพื้นด้วยความเร็วเท่าไรก็กระดอนขึ้นด้วยความเร็วเท่านั้นนะครับ

โจทย์บอกว่า “เด็กชายเอกทดลองข้วางลูกบอลด้วยแรง F ลงในแนวดิ่ง ดังรูป 1 และทดลองปล่อยลูกบอลเดียวกัน ที่ระดับเดียวกันให้ตกลงมา”

ข้อใดสรุปถูกต้อง

 

คำตอบข้อที่ 1. หลังลูกบอลหลุดจากมือสักครู่ แรงที่กระทำต่อลูกบอลในรูป 1 มากกว่ารูป 2

อ้าว…เรื่องนี้ยังไม่ได้อธิบายให้ฟังใช่ไหมครับ

งั้นยกตัวอย่างง่ายๆ ให้ดูนะครับ เวลาเราเข็นรถให้เคลื่อนที่เรามีวิธีทำอยู่ 2 วิธี วิธีแรกคือการออกแรงเข็นแบบเดินเข็นตามรถไปเรื่อยๆให้เคลื่อนไปข้างหน้า ถ้าอย่างนี้เป็นการออกแรงอย่างต่อเนื่องนะครับ ดังนั้นในทุกระยะที่รถเคลื่อนไปก็ยังคงมีแรงของเราที่ดันไว้อยู่ตลอด

ส่วนการเข็นรถอีกวิธีคือการเข็นแบบผลักออกไปเลย ซึ่งรถก็จะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า แล้วจะค่อยๆช้าลงเพราะเราไม่ได้ตามไปผลักตลอด ซึ่งก็คือมีแรงกระทำต่อรถเฉพาะในตอนแรกตอนเดียวเท่านั้น

ดังนั้นการขว้างลูกบอลลงพื้น แรงที่กระทำต่อลูกบอลก็จะมีในครั้งแรกครั้งเดียว พอหลุดมือไปแล้วแรงของเราก็ไม่ได้กระทำอีกต่อไปแล้ว ดังนั้น ณ จุดหลังจากลูกบอลหลุดจากมือแรงก็จึงเป็นศูนย์

ส่วนการปล่อยให้ลูกบอลหลุดจากมือตกลงพื้นเฉยๆ อันนี้เราก็คงทราบกันดีอยู่แล้วนะครับว่า เมื่อเราไม่ได้ออกแรง แรงกระทำที่ลูกบอลก็ย่อมเป็นศูนย์นะครับ

ดังนั้น ข้อความที่ว่า “หลังลูกบอลหลุดจากมือสักครู่ แรงที่กระทำต่อลูกบอลในรูป 1 มากกว่ารูป 2” จึงไม่ถูกต้องครับ จริงๆแล้วต้องเป็นศูนย์ทั้งคู่นะครับ

 

คำตอบข้อที่ 2. เมื่อลูกบอลตกกระทบพื้นจะกระดอนขึ้นสูงไม่เท่ากัน

อันนี้ใช่เลยนะครับ เพราะเมื่อเราขว้างลูกบอลลง ลูกบอลก็ย่อมต้องเคลื่อนที่เร็ว เมื่อกระทบถูกพื้นก็ย่อมต้องกระดอนกลับด้วยความเร็ว ดังนั้นก็จะกระดอนสูงกว่าลูกที่ปล่อยให้ตกเฉยๆ

 

คำตอบข้อที่ 3. ลูกบอลจะตกถึงพื้นด้วยความเร็วเท่ากัน

เมื่อเราขว้างลูกบอลลง ลูกบอลก็ย่อมต้องเคลื่อนที่เร็ว ณ จุดจะตกลงถึงพื้นก็ย่อมต้องเร็วกว่าลูกที่ปล่อยให้หล่นเฉยๆ การพูดว่าจะมีความเร็วเท่ากันจึงผิดนะครับ

 

คำตอบข้อที่ 4. ลูกบอลใช้เวลาตกถึงพื้นเท่ากัน

เมื่อเราขว้างลูกบอลลง ลูกบอลก็ย่อมต้องเคลื่อนที่เร็ว ดังนั้น ณ จุดจะตกลงถึงพื้นก็ย่อมต้องเร็วกว่าลูกที่ปล่อยให้หล่นเฉยๆ ซึ่งเมื่อเคลื่อนที่เร็วกว่าก็ย่อมต้องใช้เวลาน้อยกว่า การพูดว่าจะใช้เวลาตกถึงพื้นเท่ากันจึงเป็นคำพูดที่ไม่ถูกต้องนะครับ

ดังนั้น คำตอบที่ถูกต้องก็ต้องเป็นคำตอบข้อที่ 2. ครับพี่น้องงง

 

ข้อ 6.

วัตถุเบาสองก้อน A และ B แขวนไว้ด้วยเชือกเบาและถูกกั้นด้วยแผ่นฉนวนไฟฟ้า ดังรูป 1 นำแท่งแก้วไปขัดถูกับผ้าไหมแล้วมาแตะวัตถุ B ดังรูป 2 ทำให้วัตถุ A และวัตถุ B แยกออกจากกัน ดังรูป 3

ข้อใดสรุปถูกต้อง

     1. ก่อนแตะ วัตถุ A และ B ไม่มีประจุไฟฟ้า

     2. ก่อนแตะ วัตถุ A และ B มีประจุเหมือนกัน

     3. แท่งแก้วหลังขัดถูกับผ้าไหมแต่ยังไม่ไปแตะวัตถุ B มีประจุชนิดเดียวกับวัตถุ B ในรูป 3

     4. แท่งแก้วหลังขัดถูกับผ้าไหมแต่ยังไม่ไปแตะวัตถุ B มีประจุชนิดตรงข้ามกับวัตถุ A ในรูป 3

…………………………………..

สำหรับข้อสอบข้อนี้นั้น ผู้น้อยคนนี้ใคร่ขออธิบายความรู้ที่เกี่ยวข้องเล็กๆน้อยซักนิดนึงก่อนนะครับ โดยหวังใจไว้ว่าเมื่ออ่านความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเรื่องนี้แล้ว น้องๆก็จะสามารถทำข้อสอบทำนองนี้ได้ทั้งหมดเลย (นั่น…ว่าไปนั่น)

 

ความรู้ข้อที่ 1 : ไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้ามี 2 ประเภทนะครับก็คือไฟฟ้ากระแสกับไฟฟ้าสถิต ซึ่งไฟฟ้ากระแสคือการไหลของอิเล็กตรอนภายในตัวนำไฟฟ้าจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง โดยสำหรับข้อนี้ขอข้ามการอธิบายเรื่องของไฟฟ้ากระแสไปก่อนนะครับ ไม่งั้นคงเฉลยไม่จบตามเวลาที่ควรจะเป็นโดยเด็ดขาด

ส่วนไฟฟ้าสถิตนั้น เรามาเริ่มกันอย่างนี้ก่อนนะครับ…

ตามปกติแล้ววัตถุทุกชนิดมีความเป็นกลางทางไฟฟ้าครับ ซึ่งก็คือจะมีปริมาณของประจุบวกและประจุลบอย่างละเท่า ๆ กัน แต่ประจุไฟฟ้าตามที่ว่านี้จะมีการเพิ่มหรือลดได้เนื่องจากการขัดถู หรือสัมผัสกันระหว่างวัตถุครับ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวัตถุที่ไม่นำไฟฟ้าที่เรียกกันว่า “ฉนวน” ถ้ามีการขัดถูหรือสัมผัสกัน จะทำให้เกิดการถ่ายเทประจุไฟฟ้าเป็นผลให้เกิดความไม่สมดุลของจำนวนประจุบวกและประจุลบในวัตถุนั้นๆ

ความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้านี่แหละครับคือ “ไฟฟ้าสถิต” ครับ โดยถ้ามีจำนวนประจุบวกมากกว่าลบ วัตถุนั้นก็จะแสดงอำนาจทางไฟฟ้าเป็นบวก แต่ถ้ามีประจุลบมากกว่า วัตถุนั้นก็จะแสดงอำนาจทางไฟฟ้าเป้นลบครับ

 

ความรู้ข้อที่ 2 : ไฟฟ้าสถิตทำให้วัตถุดูดหรือผลักกัน

ประจุไฟฟ้าที่เหมือนกันจะผลักกัน และประจุไฟฟ้าที่ต่างกันจะดูดกันครับ ดังนั้นถ้าในวัตถุ A ที่มีประจุลบจำนวนมาก ก็จะดูดกับวัตถุ B ถ้าวัตถุ B นั้นมีประจุบวกเป็นจำนวนมาก และในทางตรงข้ามถ้ามีการผลักกันก็แสดงว่าวัตถุ B นั้นต้องมีประจุเหมือนกับวัตถุ A ซึ่งในที่นี้ B ก็จะเป็นวัตถุที่มีประจุลบเป็นจำนวนมากนั่นเอง ซึ่งหากอ่านแล้วงงๆ ก็ลองดูรูปประกอบไปด้วยนะครับ

จากรูปที่ 1 ทรงกลม 2 ลูก ต่างก็มีความเป็นกลางทางไฟฟ้า ดังนั้นจึงไม่ดูดและไม่ผลักกัน

รูปที่ 2 ทรงกลมต่างก็มีประจุเป็นลบทั้งคู่ อย่างงี้ก็จะผลักกัน

รูปที่ 3 ทรงกลมต่างก็มีประจุบวกทั้งคู่ อย่างนี้ก็จะผลักกันเช่นเดียวกันครับ

รูปที่ 4 ทรงกลมมีประจุที่ตรงกันข้ามกัน อย่างงี้ก็จะดูดกันอย่างแน่นอนเลยใช่ไหมครับ

รูปที่ 5 ทรงกลมนึงมีประจุลบ อีกทรงกลมนึงเป็นกลาง อย่างนี้ก็จะดูดกันนะครับ

รูปที่ 6 ทรงกลมนึงมีประจุบวก อีกทรงกลมนึงเป็นกลาง อย่างนี้ก็จะดูดกันเช่นเดียวกันนะครับ

 

ความรู้ข้อที่ 3 : ประจุไฟฟ้าสามารถถ่ายเทไปมาได้

เมื่อวัตถุต่างๆมาสัมผัสกัน ประจุไฟฟ้าที่อยู่ในวัตถุนั้นก็จะมีการถ่ายเทกันไปมาทั้งนี้เพื่อพยายามให้เกิดความสมดุลทางไฟฟ้าอีกครั้งหนึ่ง โดยเฉพาะถ้าเป็นการสัมผัสกับวัตถุที่เป็นตัวนำทางไฟฟ้าก็ยิ่งจะมีการถ่ายเทง่ายขึ้นด้วย

การถ่ายเทของประจุนี้ ถ้ามีจำนวนมากๆ อาจก่อให้เกิดประกายไฟขึ้นมาได้เลยนะครับ หรือถ้ามีจำนวนไม่มากนักก็อาจก่อให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรามักจะเจออยู่ทุกบ่อยก็คือการรู้สึกเหมือนถูกไฟช็อตขณะจับโลหะเช่นการจับลูกบิดประตูนั่นไงครับ

เหตุการณ์อย่างนี้ มักจะเกิดในหน้าหนาวหรือในห้องแอร์นะครับ ซึ่งอาจอธิบายได้ว่าในหน้าหนาวหรือในห้องแอร์นั้นความชื้น(หรือไอน้ำ)ในอากาศจะต่ำ ไอน้ำในอากาศจึงไม่ได้ทำหน้าที่เป็นตัวกลางให้ไฟฟ้าไหลออกไปจากตัวเราได้ จึงทำให้ไฟฟ้าสถิตที่อยู่ที่ตัวเราไม่สามารถถ่ายเทออกไฟได้ ไฟฟ้าสถิตจึงสะสมอยู่ที่ตัวเรามากขึ้นมากขึ้น จนเมื่อเราเอื้อมมือไปจับลูกบิดประตู ประจุไฟฟ้าก็จะเกิดการถ่ายเทอย่างรวดเร็วจนเรารู้สึกว่าถูกไฟดูดจนสะดุ้งนั่นไงครับ

 

ทีนี้เรามาดูโจทย์ข้อนี้กันนะครับ

โจทย์บอกว่า “วัตถุเบาสองก้อน A และ B แขวนไว้ด้วยเชือกเบาและถูกกั้นด้วยแผ่นฉนวนไฟฟ้า ดังรูป 1”

จากรูปที่ 1 วัตถุเบาแขวนไว้ด้วยเชือกที่ออกมาจากจุดเดียวกัน ซึ่งการแขวนออกมาจากจุดเดียวกันอย่างนี้ วัตถุเบา A และ B อาจแปะอยู่ติดกันได้หลายกรณี ดังนี้นะครับ

รูปที่ 1 แปะะติดกันด้วยแรงโน้มถ่วงของโลกโดยที่ทั้งคู่อาจไม่มีอำนาจทางไฟฟ้าสถิตเลย (เป็นกลาง)
รูปที่ 2 และ 3 คือก็อาจแปะติดกันด้วยแรงทางไฟฟ้าสถิตก็ได้ โดยแต่ละลูกมีอำนาจทางไฟฟ้าสถิตที่ตรงข้ามกัน เช่น A เป็นบวก B เป็นลบ หรือ A เป็นลบ และ B เป็นบวกก็ได้

รูปที่ 4, 5, 6 และ 7 คือก็อาจแปะติดกันด้วยแรงทางไฟฟ้าสถิตก็ได้ โดยมีอยู่ลูกหนึ่งที่มีอำนาจทางไฟฟ้าสถิต ส่วนอีกลูกที่เหลือเป็นกลาง อย่างนี้ก็จะดูดกันได้เช่นเดียวกัน

เป็นไงครับ การแปะติดกันเกิดขึ้นด้วยหลายกรณีมากเลยนะครับ

และโจทย์ยังบอกอีกว่า ระหว่างวัตถุเบานั้นคั่นด้วยฉนวน เป็นการบอกเอาไว้ก่อนว่าถ้าวัตถุ A กับ B มีประจุ ก็จะไม่มีการถ่ายเทประจูระหว่างกันเพราะมีแผ่นฉนวนนี้กั้นอยู่

 

ทีนี้โจทย์ก็บอกว่า “นำแท่งแก้วไปขัดถูกับผ้าไหม”

การนำแท่งแก้วไปถูกับผ้าไหมเป็นการก่อให้เกิดไฟฟ้าสถิตขึ้นใช่ไหมครับ ดังนั้นถึงแม้เราจะไม่ทราบว่าแท่งแก้วเมื่อขัดถูกับผ้าไหมแล้ว ใครจะมีประจุบวก ใครจะมีประจุลบก็ไม่เป็นไร อย่างน้อยเราก็ได้รู้แน่ๆแล้วว่าตอนนี้แท่งแก้วมีประจุอย่างใดอย่างหนึ่งอย่างแน่นอนครับ

ส่วนหากมีความสงสัยว่าเอาอะไรไปขัดถูกับอะไรจะได้ประจุแบบไหนบ้าง อาจสามารถหาอ่านได้ในหนังสือวิทยาศาสตร์ทั่วไปได้เลยนะครับ

พอเราเอาแท่งแก้วที่มีประจุมาสัมผัสกับวัตถุทรงกลม ประจุจากแท่งแก้วก็จะถ่ายเทไปยังทรงกลม ถึงตอนนี้ทรงกลมที่ถูกแตะก็จะมีประจุแบบเดียวกับแท่งแก้วแล้วนะครับ

ดังนั้น เมื่ออ่านมาถึงตรงนี้ พ่อแม่พี่น้องบางท่านก็อาจจะกระซิบกันดังๆว่า ถ้างั้น ก็ไม่ต้องไปคิดอะไรให้มากความ เรามาตอบกันไปเลยดีกว่าว่าคำตอบที่ถูกต้องก็ต้องเป็นคำตอบข้อ 3. ที่พูดว่า “แท่งแก้วหลังขัดถูกับผ้าไหมแต่ยังไม่ไปแตะวัตถุ B มีประจุชนิดเดียวกับวัตถุ B ในรูป 3” อย่างแน่นอน

ครับพี่ ถ้าจะสรุปว่างั้นก็คงได้ แต่ผู้น้อยคนนี้ใคร่ขอเฉลยจนจบต่อก่อนนะครับ…

ในเบื้องต้นนั้น B ในรูปที่ 3 ที่จะผลักกับ A ได้ ก็ต่อเมื่อ B ในรูปที่ 3 ต้องมีประจุเหมือนกับ A 

ดังนั้น เหตุการณ์ที่ B จะกางออกแบบ ในรูปที่ 3 และแปะติดกับ A แบบในรูปที่ 1 จะมีอยู่ 4 สถานะการณ์ตามรูปข้างบนนี้ โดยพระเอกที่จะทำให้ B มีประจุแบบไหนก็คือแท่งแก้วที่ขัดถูกับผ้าไหมมาแล้ว ซึ่งถ้าแท่งแก้วเป็นบวกเมื่อสัมผัสกับ B ก็จะทำให้ B เป็นบวกด้วย หรือถ้าแท่งแก้วเป็นลบ(*)เมื่อสัมผัสกับ B ก็จะทำให้ B เป็นลบด้วย

หมายเหตุ (*) : สมมติว่าเราไม่ทราบว่าแท่งแก้วจะเป็นประจุบวกหรือลบนะครับ

 

ทีนี้เราก็ไปดูคำตอบในแต่ละตัวเลือกกันนะครับ

 

คำตอบข้อที่ 1. ก่อนแตะ วัตถุ A และ B ไม่มีประจุไฟฟ้า

เป็นคำตอบที่ผิดนะครับ เพราะถ้า A ไม่มีประจุ (หรือเรียกว่าเป็นกลาง) ก็ไม่มีทางที่จะผลักกับ B แบบรูปที่ 3 ได้

 

คำตอบข้อที่ 2. ก่อนแตะ วัตถุ A และ B มีประจุเหมือนกัน

เป็นคำตอบที่ผิดนะครับ เพราะถ้าประจุเหมือนกัน A กับ B ในรูปที่ 1 จะต้องผลักกันกางออกมาไม่ใช่แปะติดกันอย่างในรูป

 

คำตอบข้อที่ 3. แท่งแก้วหลังขัดถูกับผ้าไหมแต่ยังไม่ไปแตะวัตถุ B มีประจุชนิดเดียวกับวัตถุ B ในรูป 3

เป็นคำตอบที่ถูกครับ เพราะแท่งแก้วเมื่อสัมผัสกับ B ประจุจากแท่งแก้วก็จะถ่ายให้ B ทำให้ B ในรูปที่ 3 มีประจุเช่นเดียวกับแท่งแก้ว

 

คำตอบข้อที่ 4. แท่งแก้วหลังขัดถูกับผ้าไหมแต่ยังไม่ไปแตะวัตถุ B มีประจุชนิดตรงข้ามกับวัตถุ A ในรูป 3

เป็นคำตอบที่ผิดครับ เพราะถ้าแท่งแก้วมีประจุตรงข้ามกับ A ก็จะทำให้ B ในรูปที่ 3 มีประจุตรงข้ามกับ A ด้วย ซึ่งถ้า A กับ B มีประจุตรงข้ามกัน ก็จะดูดแปะติดกัน ไม่ใช่กางออกแบบรูปที่ 3 ครับ

 

ดังนั้น เราก็สรุปว่า คำตอบข้อที่ 3 เป็นคำตอบที่ถูกต้องที่สุดนะครับ

 

ข้อ 5.

ต๋องกับเรย์ซ้อมแทงสุกเกอร์ลูกสีขาวจากจุด A ไปชนลูกสนุกเกอร์สีดำที่จุด B โดยลูกสีขาวเคลื่อนที่เป็นแนวเส้นตรง ดังรูป

ถ้าลูกสีขาวของเรย์ใช้เวลาในการเคลื่อนที่ไปชนลูกสีดำน้อยกว่าลูกสีขาวของต๋อง ข้อใดสรุปได้ถูกต้อง

     1) ต๋องออกแรงน้อยกว่า ทำให้ลูกสีดำเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า

     2) เรย์ออกแรงมากกว่า ทำให้ลูกสีดำเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า

     3) ลูกสีขาวของต๋องเคลื่อนที่เร็วกว่า ทำให้ลูกสีดำเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า

     4) ลูกสีขาวของเรย์เคลื่อนที่ช้ากว่า ทำให้ลูกสีดำเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า

………………………

เป็นบ้างครับ สำรับโจทย์ข้อนี้…

เมื่อพูดถึงเรื่องของสนุกเกอร์นั้น ในสมัยก่อนนู้นนนน สนุกเกอร์ถือเป็นสิ่งที่ไม่น่าพึงประสงค์มากนักของพ่อแม่และครูบาอาจารย์

ถ้าจะเรียกว่าโต๊ะสนุกนั้นเป็นสถานที่อโคจร และเป็นสิ่งต้องห้ามสำหรับสุจริตชนทั้งหลายเลยก็ว่าได้ครับ

เพราะในอดีตนั้น สนุกเกอร์ เป็นเกมของการพนันของเหล่าเซียนน้อยใหญ่ทั้งหลาย ซึ่งเมื่อมีการพนันก็ย่อมมีการทะเลาะวิวาทต่อยตีกันบ้างอยู่เป็นธรรมดา

คุณแม่ๆ จึงสั่งห้ามโดยเด็ดขาดมิให้ลูกๆเฉียดกรายเข้าไปใกล้โต๊ะสนุกเกอร์โดยเด็ดขาด ซึ่งคำสั่งนี้เหมารวมไปถึงคุณพ่อบ้านทั้งหลายด้วยครับพี่น้อง

มาจนกระทั่งวันหนึ่ง มีเซียนสนุกเกอร์ฝีมือดีได้จุติขึ้นมาในสยามประเทศแห่งนี้ ซึ่งเขาคนนี้แหละครับ ที่นำพาให้สนุกเกอร์สามารถออกมาจากมุมมองด้านมืดของผู้คนทั้งหลาย และได้รับการยอมรับว่าเป็นเกมกีฬาชนิดหนึ่ง ถึงขนาดว่าทีวีช่อง 7 สี มีการถ่ายทอดสดการแข่งขันมาให้ชมกันถึงบ้านเลยครับ ซึ่งคิดดูซิครับว่าสนุกเกอร์ในยุดเฟื่องฟูนั้น ได้รับการยอมรับในวงกว้างขนาดไหน

เซียนคนที่ว่านี้คือ “ต๋อง ศิษย์ฉ่อย” หรือมีชื่อจริงว่า วัฒนา ภู่โอบอ้อม หรือในชื่อภาษาฝรั่งว่า เจมส์ วัฒนา (James Wattana)  โดยในยุครุ่งเรืองสุดขีดนั้น เค้าอยู่ในอันดับ 3 ของโลกเลยนะครับ 

ลีลาการแทงสนุกของต๋องที่ได้รับฉายาจากฝรั่งว่าเป็น The Thai Tornado นั้น มีทั้งความดุดัน ว่องไว และกล้าได้กล้าเสีย จนเป็นเสน่ห์อย่างหนึ่งที่ทำให้ผู้คนทั่วโลกต่างก็เฝ้าติดตามการแข่งขันของเขา

ดังไม่ดัง ก็เอาเป็นว่าในสมัยนั้นถ้าคืนไหนมีการถ่ายทอดสด ผู้คนจำนวนมากทั้งชายทั้งหญิงต่างก็ตั้งตารอดู ต๋อง ศิษย์ฉ่อย กันเกือบครึ่งค่อนประเทศ และบทสนทนาในวันรุ่งขึ้นจะต้องมีเรื่องของต๋องคนนี้อยู่ในหัวข้อการสนทนานั้นๆอย่างแน่นอน

และแล้วกีฬาที่ถูกมองเห็นแต่ด้านมืด ก็ถูกนักการเมืองบางคนที่ชอบเกาะกระแสความนิยม พยายามผลักดันให้มีการเปิดการเรียนการสอนในโรงเรียนเลยนะครับ

แต่ก็นับเป็นโชคดีของเด็กๆ ที่จนแล้วจนรอดสนุกเกอร์ไม่ถูกบรรจุเข้าไปในหลักสูตรการเรียนการสอนครับพี่น้อง

นั่น โม้ไปไกลอีกแล้ว…

กลับเข้ามาเรื่องของวิทยาศาสตร์กันดีกว่านะครับ

ตามหลักการแล้วเวลาสิ่งของวิ่งเข้าไปชนกับอีกสิ่งหนึ่ง จะเกิดการถ่ายทอดพลังงานขึ้นครับ ลูกสนุกเกอร์ก็เช่นเดียวกัน เมื่อลูกขาววิ่งไปกระทบลูกดำ ลูกดำก็จะเคลื่อนออกไปซึ่งจะเคลื่อนด้วยความเร็วมากน้อยแค่ไหนก็ขึ้นอยู่กับความเร็วของลูกขาวที่วิ่งเข้ามาชน

โจทย์บอกว่า ถ้าลูกสีขาวของเรย์ใช้เวลาในการเคลื่อนที่ไปชนลูกสีดำน้อยกว่าลูกสีขาวของต๋อง ข้อใดสรุปได้ถูกต้อง

ในเบื้องต้นนั้น ที่โจทย์บอกว่าลูกสีขาวของเรย์ใช้เวลาในการเคลื่อนที่ไปชนลูกสีดำน้อยกว่าลูกสีขาวของต๋อง แสดงว่าลูกสีขาวของเรย์วิ่งด้วยความเร็วมากกว่าของต๋องใช่ไหมครับ เพราะถ้าวิ่งเร็วกว่าก็ต้องใช้เวลาน้อยกว่านั่นเองครับ

ทีนี้ การที่ลูกขาวของเรย์จะวิ่งเร็วกว่าได้นั้น ต้องเกิดจากการที่เรย์ออกแรงแทงลูกสนุกด้วยแรงที่มากกว่าต๋องนะครับ

ดังนั้นเรามาสรุปเบื้องต้นกันก่อนนะครับว่า เรย์ออกแรงมากกว่า และลูกขาววิ่งเร็วกว่า และเมื่อวิ่งไปกระแทกลูกดำ ลูกดำก็จะต้องเคลื่อนที่เร็วกว่าลูกดำของต๋องครับ

คราวนี้เราก็ไปดูตัวเลือกคำตอบแต่ละข้อกัน

คำตอบข้อที่ 1) ต๋องออกแรงน้อยกว่า ทำให้ลูกสีดำเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า

ข้อนี้ถูกต้องนะครับเพราะ ต๋องออกแรงน้อยกว่า ลูกขาวก็เคลื่อนช้ากว่า พอกระแทกลูกดำ ก็ทำให้ลูกดำเคลื่อนช้ากว่า ซึ่งก็มีผลทำให้ลูกสีดำเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า

คำตอบข้อที่ 2) เรย์ออกแรงมากกว่า ทำให้ลูกสีดำเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า

ข้อนี้ผิดใช่ไหมครับ เพราะถ้าเรย์ออกแรงมาก ลูกขาวก็ต้องเคลื่อนเร็ว พอชนแล้วลูกดำก็ต้องเคลื่อนเร็วกว่า ระยะทางที่ลูกดำวิ่งไปก็ต้องมากกว่า

คำตอบข้อที่ 3) ลูกสีขาวของต๋องเคลื่อนที่เร็วกว่า ทำให้ลูกสีดำเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า

ข้อนี้ก็ผิดนะครับ เพราะโจทย์บอกว่าเรย์ออกแรงมากกว่า ลูกขาวก็ต้องวิ่งเร็วกว่าลูกขาวของต๋อง ไม่ใช่ของต๋องเร็วกว่านะครับ

คำตอบข้อ 4) ลูกสีขาวของเรย์เคลื่อนที่ช้ากว่า ทำให้ลูกสีดำเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า

ข้อนี้ก็ผิดนะครับ เพราะโจทย์บอกว่าเรย์ออกแรงมากกว่า ลูกขาวก็ต้องวิ่งเร็วกว่าลูกขาวของต๋อง ไม่ใช่วิ่งกว่านะครับ

 

ดังนั้นคำตอบข้อที่ถูกต้เองที่สุดก็คือคำตอบข้อที่ 1 ครับ

 

ข้อที่ 4.

นำตาชั่งสปริง มาชั่งทุเรียนและแตงโมได้ผล ดังรูป 1

พิจารณาคานสมดุลดังรูป 2 เมื่อนำทุเรียน 1 ผล และแตงโม 1 ผลใส่ลงในตะกร้าที่วางอยู่บนคานคนละด้าน พบว่าคานเอียงไปด้านหนึ่ง

ถ้ามีส้มโอหนักลูกละ 5 นิวตัน และมะพร้าวหนักลูกละ 10 นิวตัน นักเรียนจะเลือกวางส้มโอหรือมะพร้าวลงในตะกร้าใบใดเพื่อให้คานสมดุล

1.วางส้มโอ 1 ลูก ฝั่งเดียวกับทุเรียน

2. วางส้มโอ 2 ลูก ฝั่งเดียวกับแตงโม

3. วางมะพร้าว 1 ลูก ฝั่งเดียวกับทุเรียน

4. วางมะพร้าว 2 ลูก ฝั่งเดียวกับแตงโม

เป็นไงบ้างครับสำหรับโจทย์ข้อนี้ จะว่ายากก็ไม่ใช่ จะว่าง่ายก็ไม่เชิงใช่ไหมครับ?

 

ความรู้ข้อที่ 1 : น้ำหนักกับมวลคือเรื่องเดียวกันที่แตกต่างกัน

ใช่แล้วครับ ที่จั่วหัวไว้นั้นไม่ได้ตั้งใจเขียนให้อ่านแล้วงง แต่ตั้งใจบอกอย่างนี้จริงๆว่าน้ำหนักกับมวลนั้นคือเรื่องเดียวกันแต่แตกต่างกันครับ

เริ่มกันที่มวลก่อนก็แล้วกันนะครับ…

มวลคือเนื้อสารของวัตถุ ที่ไม่ว่าจะอยู่ที่ไหนก็จะคงที่อยู่อย่างนั้น (ถ้าไม่มีใครไปเปลี่ยนสภาพของเนื้อสารนั้นซะก่อนนะครับ) เช่นไม่ว่าจะอยู่บนโลก บนดวงจันทร์ บนดาวอังคาร หรือในอวกาศ มวลก็จะคงที่อยู่เสมอ ไม่เพิ่ม ไม่ลดแต่อย่างใด

มวลมีหน่วยนับหลากหลายหน่วย แต่ถ้าจะเอาที่เป็นมาตรฐานที่ใช้กันในวิชาวิทยาศาตร์ก็คือหน่วยที่เป็นกิโลกรัมครับ

เป็นไงครับ เรื่องของมวลเป็นอะไรที่เข้าใจง่ายๆอย่างนี้นั่นแหละครับ

ทีนี้ ก็มาต่อกันที่เรื่องของน้ำหนักครับ…

น้ำหนักคือแรงที่อยู่กับวัตถุที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงครับ ดังนั้นตัวเราเมื่ออยู่บนโลกก็จะมีน้ำหนักขนาดนึง พอไปอยู่บนดวงจันทร์ก็จะมีน้ำหนักอีกขนาดนึง ซึ่งนั่นเป็นเพราะแรงโน้มถ่วงของโลกกับดวงจันทร์นั้น ไม่เท่ากันนั่นเองครับ

หากพูดให้เป็นภาษาวิทยาศาสตร์แบบคณิตศาสตร์ น้ำหนักจะเท่ากับ มวล x แรงโน้มถ่วงครับ หรือเขียนได้เป็นสูตรว่า w = m x g เมื่อ w คือน้ำหนัก , m คือมวล และ g คือแรงโน้มถ่วงครับ

แรงโน้มถ่วงของโลกเราจะมีค่าเท่ากับ 9.81 m/s² ครับ ซึ่งเพื่อให้ง่ายในการเรียนรู้วิชาฟิสิกส์เบื้องต้น จึงมักกำหนดให้แรงโน้มถว่งมีค่าเท่ากับ 9.8 หรือไม่งั้นก็เป็น 10 m/s² ไปเลยครับ

อนึ่ง น้ำหนัก (w) จะมีหน่วยเป็นนิวตัน (N) นะครับ

เมื่ออ่านมาถึงตรงนี้แล้ว พี่ๆ บางท่านอาจนึกถึงหนังเกี่ยวกับอวกาศชื่อดังหลายๆเรื่องที่พระเอกมักจะมีเหตุให้ต้องออกไปลอยเท้งเต้งอยู่นอกยานอวกาศเสมอๆ ซึ่งก็ไม่ใช่อื่นใดหรอกครับ เมื่อในอวกาศไม่มีแรงโน้มถ่วงใดๆ (หรือพูดได้ว่าแรงโน้มถ่วงเท่ากับ 0 ) ดังนั้น อาจอธิบายโดยการคำนวณว่าในอวกาศจะมีน้ำหนักเท่าใด โดย…

เมื่อ w = mg  และเมื่อแรงโน้มถ่วงไม่มี ก็คือ  g = 0

ดังนั้น w = m x 0 = 0 ซึ่งก็คือการไม่น้ำหนักนั่นเอง

นั่นแหละครับ ที่ทำให้พระเอกสุดหล่อของเราลอยเท้งเต้งอยู่ในอวกาศได้โดยไม่ได้ตกหล่นไปไหน ก็เพราะเค้าอยู่ในสภาพไร้น้ำหนักนั่นเองครับ

เมื่อเราทราบค่าของแรงโน้มถ่วงของโลก(ที่มีค่าเท่ากับ 9.81 m/s² หรือ 10) แล้ว ทีนี้เมื่อเราทราบค่าของมวล เราก็สามารถคำนวณน้ำหนักของตัวเราและพ่อแม่พี่น้องรวมทั้งเพื่อนๆ ได้เลยใช่ไหมครับ

เช่นหากตัวเรามีมวล 50 กิโลกรัม เราก็จะมีน้ำหนักเท่ากับ 50 x 10 = 500 นิวตันครับ (เมื่อชั่งอยู่บนโลก)

 

ความรู็ข้อที่ 2 : เครื่องชั่งสปริง คือเครื่องชั่งน้ำหนักหรือเครื่องชั่งมวล

ว่ากันตามหลักการแล้ว เมื่อเราขึ้นไปยืนอยู่บนเครื่องชั่งแบบสปริง แรงโน้มถ่วงของโลกจะออกแรงดูดตัวเรา ทำให้น้ำหนักของเรากดลงบนเครื่องชั่ง ดังนั้นว่ากันตามจริงแล้ว เครื่องชั่งแบบสปริงต้องถือว่าเป็นเครื่องน้ำหนักครับพี่น้อง

“อ้าว… แล้วทำไมเครื่องชั่งอ่านได้เป็นหน่วยกิโลกรัม ไม่เห็นจะเป็นหน่วยนิวตันซักกาหน่อย” บางท่านคงนึกกังขาเชื่อครึ่งไม่เชื่อครึ่ง

คือแบบนี้ครับ เนื่องจากเครื่องชั่งที่เราใช้ๆกันอยู่นี่ ออกแบบมาให้เราใช้เฉพาะอยู่บนโลกเท่านั้น ดังนั้นในตอนที่สร้างเครื่องชั่งจึงมีการคำนวณให้สปริงมีความแข็งเพื่อหักแรงโน้มถ่วงของโลกไว้แล้ว เครื่องชั่งน้ำหนักจึงแสดงหน่วยเป็นกิโลกรัมซึ่งเป็นหน่วยของมวล ไม่ใช่หน่วยเป็นนิวตันครับ

ดังนั้น หากจะพูดว่าเครื่องชั่งที่เราใช้ๆกันอยู่เป็นเครื่องชั่งมวลก็อาจจะถูกสำหรับการชั่งบนโลกใบนี้ แต่ถ้าเอาเครื่องชั่งอันนี้ไปชั่งน้ำหนักตัวเราที่ดวงจันทร์ จะอ่านได้น้ำหนักที่เป็นกิโลกรัมได้น้อยมากๆ ทั้งนี้เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์มีค่าน้อยมากๆนั่นเองครับ

ซึ่งเป็นเรื่องที่ไม่ถูกต้องนะครับ เพราะมวลของเรานั้น ไม่ว่าจะอยู่ที่ไหนๆ ก็ตาม ก็จะต้องมีค่าเท่าเดิมเสมอ ดังนั้นมวลที่เป็นมีหน่วยเป็นกิโลกรัมของเราที่โลกกับที่ดวงจันทร์ก็จะต้องเท่ากันเสมอ

แต่ที่อ่านผลจากเครื่องชั่งได้ไม่เท่ากัน ก็เป็นเพราะเครื่องชั่งนั้นออกแบบมาเพื่อหักแรงดึงดูดของโลกที่มีค่ามาก พอเราเอาไปชั่งบนดวงจันทร์ สปริงอันที่ออกแบบมาสำหรับโลกจึงแข็งกว่าที่ควรจะเป็น จึงมีผลทำให้น้ำหนักเป็นกิโลกรัมที่อ่านได้จึงน้อยกว่าการชั่งบนโลกครับ

ทีนี้ก็กลับมาที่โลกใบนี้กันดีกว่านะครับ

เมื่อเราชั่งน้ำหนักที่เครื่องชั่งสปริงได้ เราก็สามารถคำนวณหาน้ำหนักที่เป็นนิวตันได้ โดยอาศัยสูตรคำนวณที่ว่า

     w = m x g

ดังนั้น หากเราชั่งได้ 50 กิโลกรัม แสดงว่าเรามีน้ำหนักเท่ากับ 50 x 10 ซึ่งก็คือ 500 นิวตัน นั่นเองครับ

ในทางกลับกัน หากเพื่อนของเราบอกว่าเค้ามีน้ำหนักเท่ากับ  600 นิวตัน เราก็สามารถคำนวณหามวลของเพื่อนคนนี้ได้ทันทีเลยว่า…

     เมื่อ w = m x g

     ดังนั้น m = w ÷ g

ซึ่งก็เท่ากับ 600/10 = 60 กิโลกรัม

เป็นไงครับ ทีนี้เราก็สามารถคำนวณกลับไปกลับมาได้แล้วนะครับ

 

ความรู้ข้อที่ 3 : คานสมดุล

การจะอธิบายเรื่องของคานสมดุลให้น้องหนูๆระดับประถมต้นเข้าใจอย่างถ่องแท้นั้น น่าจะเป็นเรื่องที่ยากถึงยากที่สุดเลยล่ะครับ เพราะเรื่องของคานสมดุลนั้น ต้องใช้ความรู้หลายส่วนอยู่พอสมควรครับ

ดังนั้น เอาเป็นว่าเรามาทำความเข้าใจกันแบบพอสังเขปก็พอนะครับ

มาเริ่มกันที่ เครื่องเล่นในสนามเด็กเล่นที่เด็กๆทุกคนน่าจะเคยเล่นกันมาแล้ว ซึ่งก็คือ “กระดานกระดก” หรือ “กระดานหก” หรือ “ไม้กระดก” นั่นแหละครับ

กระดานกระดกนี้ เป็นเครื่องเล่นที่ใช้หลักการของคานสมดุลนะครับ โดยถ้าไม่มีใครนั่งอยู่ที่ปลายทั้งสอง กระดานความวางอยู่นิ่งๆขนานกับพื้นโลกไม่เอียงเทไปข้างใดข้างหนึ่ง ซึ่งเรียกว่าอยู่ในภาวะสมดุลนั่นเองครับ

แต่เดี๋ยวก่อน พี่ๆบางท่านอาจนึกแย้งในใจว่า เครื่องเล่นที่ว่านั่น ไม่เห็นจะวางขนานกับพื้นโลกซักหน่อย มีแต่วางเอียงไปด้านใดด้านหนึ่งเสมอเลย

ใช่แล้วครับ เครื่องเล่นดังที่ว่านี่คือชีวิตจริงครับ เพราะแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสร้างและติดตั้งเครื่องเล่นนี้ ให้มีความสมดุลแบบ 100 % ครับ ดังนั้นถ้าตอนวางอยู่เฉยๆ จะเอียงไปข้างใดข้างหนึ่งเสมอก็ไม่ใช่เรื่องแปลกอะไรนะครับ 

แต่เอาเป็นว่าเรามาใส่จินตนาการกันนิดนึงนะครับว่า ในจินตนาการของเราแล้ว กระดานกระดกนี้ในตอนที่ไม่มีใครมานั่งเล่น จะวางขนานกับพื้นโลก ไม่เอียงเทไปข้างใดข้างหนึ่งนะครับ

พอมีใครคนใดคนหนึ่งมานั่งที่ปลายข้างหนึ่ง ตัวกระดานกระดกก็จะเอียงเทมาข้างที่มีคนนั่งนั้น และถ้ามีเพื่อนอีกคนหนึ่งที่มีน้ำหนักเท่ากันเป๊ะๆมานั่งที่ปลายอีกข้างหนึ่ง ตัวกระดานกระดกจะกลับมาวางตัวอยู่ที่แนวสมดุลอีกครั้งหนึ่ง

ทีนี้ ถ้ามีคนมานั่งเพิ่ม เราก็ต้องหาคนที่มีน้ำหนักพอๆกันมานั่งเพิ่มที่ปลายอีกด้านหนึ่ง กระดานกระดกก็จะมีความสมดุลอยู่ได้ครับ

นี่แหละครับ คือภาพในจินตนาการครับพี่น้อง

 

เอาล่ะครับ

ตอนนี้เราก็น่าจะมีความรู้เบื้องต้นเพียงพอที่จะทำข้อสอบข้อนี้กันแล้วนะครับ โดยมาเริ่มกันที่โจทย์ที่นำตาชั่งสปริง มาชั่งทุเรียนและแตงโมแล้วได้ผลว่า ทุเรียนหนัก 25 กิโลกรัม และแตงโมหนัก 15 กิโลกรัม

หมายเหตุ : ทำไมแตงโมกับทุเรียนถึงหนักกันปานนี้น้อออ…

เหมือนจะหนักกว่าความเป็นจริงไปเยอะเลยนะครับ ดังนั้นเครื่องชั่งแบบแขวนตามที่โจทย์วาดรูปมา น่าจะเป็นแบบช่องละ 100 กรัมมากกว่า (ภาษาชาวบ้านเรียกว่าช่องละ 1 ขีด) ซึ่งถ้าเป็นแบบนี้ จะอ่านได้ว่าทุเรียนหนัก 2.5 กิโลกรัม และแตงโมหนัก 1.5 กิโลกรัม  ซึ่งน้ำหนักต่างกันเท่ากับ 2.5-1.5 = 1.0 กิโลกรัม ครับ

ทีนี้โจทย์ก็ถามว่า ถ้ามีส้มโอหนักลูกละ 5 นิวตัน และมะพร้าวหนักลูกละ 10 นิวตัน นักเรียนจะเลือกวางส้มโอหรือมะพร้าวลงในตะกร้าใบใดเพื่อให้คานสมดุล

อืม ม ม…

เราก็มีวิธีทำอยู่ 2 วิธีนะครับ คือแปลงหน่วยมวล(กิโลกรัม)ของทุเรียนกับแตงโมให้เป็นหน่วยน้ำหนัก(นิวตัน) หรือไม่งั้นก็แปลงหน่วยน้ำหนัก(นิวตัน)ของส้มโอกับมะพร้าวให้เป็นหน่วยของมวลคือกิโลกรัม

มาลองทำแต่ละวิธีกันนะครับ

วิธีที่ 1.

    ทุเรียน 2.5 กิโลกรัม จะมีค่าเท่ากับ 2.5 x 10 = 25 นิวตัน

     และแตงโม 1.5 กิโลกรัม จะมีค่าเท่ากับ 1.5 x 10 = 15 นิวตัน

วิธีที่ 2.

    ส้มโอหนัก 5 นิวตัน จะมีค่าเท่ากับ 5/10 = 0.5 กิโลกรัม

     และมะพร้าวหนัก 10 นิวตัน จะมีค่าเท่ากับ 10/10 = 1.0 กิโลกรัม

คราวนี้ เราก็มาดูคำตอบในแต่ละตัวเลือกกันนะครับ โดยในเบื้องต้นเมื่อทุเรียนหนักกว่าแตงโม เพราะฉะนั้น เราก็ต้องเพิ่มน้ำหนักในฝั่งแตงโมเพื่อให้นำหนักมีความสมดุลกันนะครับ…

 

คำตอบข้อที่ 1.วางส้มโอ 1 ลูก ฝั่งเดียวกับทุเรียน

ฝั่งทุเรียน : ทุเรียน 2.5 กิโลกรัม + ส้มโอ 0.5 กิโลกรัม = 3.0 กิโลกรัม

ฝั่งแตงโม : แตงโม 1.5 กิโลกรัม

สองฝั่งน้ำหนักไม่เท่ากัน คานสมดุลจะเอียงเทไปฝั่งทุเรียน คำตอบข้อนี้จึงผิดครับ

 

คำตอบข้อที่ 2. วางส้มโอ 2 ลูก ฝั่งเดียวกับแตงโม

ฝั่งทุเรียน : ทุเรียน 2.5 กิโลกรัม 

ฝั่งแตงโม : แตงโม 1.5 กิโลกรัม + ส้มโอ 0.5  กิโลกรัม จำนวน 2 ลูก = 1.5+0.5+0.5 = 2.5 กิโลกรัม

สองฝั่งน้ำหนักเท่ากัน คานจึงอยู่ในสภาพสมดุล คำตอบข้อนี้จึงถูกต้องครับ

 

คำตอบข้อที่ 3. วางมะพร้าว 1 ลูก ฝั่งเดียวกับทุเรียน

ฝั่งทุเรียน : ทุเรียน 2.5 กิโลกรัม + มะพร้าว 1.0 กิโลกรัม = 2.5 กิโลกรัม

ฝั่งแตงโม : แตงโม 1.5 กิโลกรัม

สองฝั่งน้ำหนักไม่เท่ากัน คานสมดุลจะเอียงเทไปฝั่งทุเรียน คำตอบข้อนี้จึงผิดครับ

 

คำตอบข้อที่ 4. วางมะพร้าว 2 ลูก ฝั่งเดียวกับแตงโม

ฝั่งทุเรียน : ทุเรียน 2.5 กิโลกรัม 

ฝั่งแตงโม : แตงโม 1.5 กิโลกรัม + มะพร้าว 1.0 กิโลกรัม 2 ลูก = 1.5+1.0+1.0 = 3.5 กิโลกรัม

สองฝั่งน้ำหนักไม่เท่ากัน คานสมดุลจะเอียงเทไปฝั่งแตงโม คำตอบข้อนี้จึงผิดครับ

ดังนั้น คำตอบที่ถูกต้องสำหรับโจทย์ข้อนี้ก็คือคำตอบข้อที่ 2. นะครับ