Categories
สสวท.ปี62

เฉลยข้อสอบวิทยาศาสตร์ สสวท. ป.3 ปี 2562 : ข้อที่ 3

ข้อที่ 3.

หมูแดงรูปร่างสูงใหญ่และมีมวลมากกว่ามะลิ ทั้งสองคนยืนนิ่งอยู่บนพื้นลื่นไม่มีแรงเสียดทาน แล้วเอามือผลักกัน ทำให้ทั้งสองคนเคลื่อนที่ออกจากกัน

ข้อใดถูกต้อง

ตัวเลือกลักษณะการเคลื่อนที่ระยะทางที่เคลื่อนที่ได้ในเวลาที่เท่ากัน
1.หมูแดง เคลื่อนที่เร็วกว่า มะลิหมูแดง เคลื่อนที่ได้ระยะทางมากกว่า มะลิ
2.หมูแดง เคลื่อนที่เร็วกว่า มะลิหมูแดง เคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า มะลิ
3.หมูแดง เคลื่อนที่ช้ากว่า มะลิหมูแดง เคลื่อนที่ได้ระยะทางมากกว่า มะลิ
4.หมูแดง เคลื่อนที่ช้ากว่า มะลิหมูแดง เคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่า มะลิ

เป็นไงบ้างครับสำหรับคำถามข้อนี้ ยากไม่เบาเลยไหมครับ…

ซึ่งใคร่ขอบอกพ่อแม่พี่น้องสักเล็กน้อยว่าการเฉลยในข้อนี้ จะใช้การอธิบายที่ต้องใช้ความรู้มากกว่าระดับประถมไปหลายขีด ทั้งนี้เพื่อให้พ่อแม่พี่น้องเข้าใจและนำไปสอนบุตรหลานได้โดยมีหลักความรู้อยู่พอสมควร

แต่สำหรับน้องๆหนูๆ แล้ว หากเข้ามาอ่านเฉลยข้อนี้ด้วยตนเอง ใคร่เสนอให้คุณพ่อคุณแม่มานั่งอ่านอยู่ใกล้ๆนะครับ เผื่องงตรงไหนจะได้ปรึกษาหารือกันได้

ก่อนอื่นใดนั้น น้องๆหนูๆ ต้องตั้งสติดีๆ และอย่าเพิ่งตกอกตกใจกับข้อสอบจนมากเกินควรนะครับ เพราะเราก็รู้กันอยู่แล้วจากการเล่นผลักกันกับเพื่อนว่า เมื่อเราผลักกัน ตัวเราและเพื่อนต่างคนก็ต่างจะถอยหลัง แต่จะเคลื่อนที่เร็วช้าแบบไหนนั้นอาจเป็นเรื่องที่ต้องขบคิดกันซักหน่อย

จากตารางคำตอบนั้น โจทย์ให้เราพิจารณาคำตอบอยู่สองส่วนก็คือ

     – ใครเคลื่อนที่เร็วช้ากว่าใคร

     – ใครเคลื่อนที่ได้ระยะทางมากน้อยกว่ากันในเวลาที่เท่ากัน

ซึ่งหากสังเกตและคิดดีๆ จะเห็นทั้งสองคำตอบนี้จะมีความสัมพันธ์กันอย่างแน่นอน เพราะสิ่งที่เคลื่อนที่เร็วกว่า ก็ย่อมไปได้ด้วยระยะที่ไกลกว่า (ในเวลาที่เท่ากัน)

ดังนั้น หากหมูแดงเคลื่อนที่เร็วกว่า ก็ย่อมต้องได้ระยะทางที่มากกว่าด้วย ดังนั้นคำตอบข้อ 2. ที่พูดว่า “หมูแดงเคลื่อนที่เร็วกว่ามะลิ และหมูแดงเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่ามะลิ” มีความขัดแย้งอยู่ในตัวเอง จึงเป็นคำตอบที่ผิดอย่างแน่นอน

ทำนองเดียวกัน ถ้าหมูแดงเคลื่อนที่ช้ากว่า ก็ย่อมต้องได้ระยะทางที่น้อยกว่า ดังนั้น คำตอบข้อที่ 3. ที่พูดว่า “หมูแดงเคลื่อนที่ช้ากว่ามะลิ และหมูแดงเคลื่อนที่ได้ระยะทางมากกว่ามะลิ” ก็ขัดแย้งกันเองอีก คำตอบข้อนี้จึงเป็นคำตอบที่ผิดอย่างแน่นอน

ดังนั้น คำตอบที่มีแนวโน้มจะถูกต้องก็คือ คำตอบข้อ 1. กับคำตอบข้อ 4. ซึ่งหากคิดอะไรไม่ออกเลยก็ต้องเดาเอาระหว่างข้อ 1. กับ 4. นี้ อย่างน้อยก็มีความเป็นไปได้ที่จะถูกอยู่ 50 % (1 ใน 2) ซึ่งก็ดีกว่าการเดาโดยไม่พิจารณาอะไรเลย เพราะเราจะมีโอกาสถูกเพียง 25% (1 ใน 4) เท่านั้นเอง

แต่เราจะไม่เดาอย่างแน่นอนเลยใช่ไหมครับ เพราะเราสามารถคิดหาคำตอบได้ใช่ไหมครับ?

เพราะตอนที่เราเตะลูกฟุตบอลนั้น เราจะเห็นได้ว่าลูกฟุตบอลจะพุ่งออกไปด้วยความเร็วพอสมควรซึ่งในขณะนั้นเองเราก็รู้สึกเหมือนกับเท้าของเราก็จะถูกกระแทกให้ถอยกลับไปด้วย

หรือขณะที่เราตีลูกเทนนิส เราจะพบว่าเมื่อไม้แร็กเกตกระทบลูก ไม้แร็กเกตจะถอยหลังนิดนึงในขณะที่ลูกเทนนิสพุ่งไปข้างหน้า ซึ่งเราอาจสรุปได้ว่าวัตถุที่มีมวลน้อย(เช่นลูกเทนนิส)ก็จะเคลื่อนเร็วกว่าไม้แร็กเกตซึ่งมีมวลมากกว่า

ดังนั้นคำตอบข้อที่ 4. จึงน่าจะเป็นคำตอบที่ถูกต้องใช่ไหมครับ

 

ทีนี้เรามาเริ่มคิดหาคำตอบด้วยความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เพื่อยืนยันปรากฏการณ์ดังกล่าวกันดีกว่านะครับ…

 

ความรู้ข้อที่ 1 : คณิตศาสตร์ในวิทยาศาสตร์

อาจมีพี่ๆผู้ปกครองของน้องตัวน้อยๆบางท่านที่งงกับคำพูดว่า “หากหมูแดงเคลื่อนที่เร็วกว่า ก็ย่อมต้องได้ระยะทางที่มากกว่าด้วย” ซึ่งก็ไม่แปลประหลาดอะไรหรอกครับ

ก็แหม…ก็ตั้งแต่เรียนจบมาก็มัวแต่ยุ่งกับการทำมาหากิน กับเรื่องเลี้ยงดูเจ้าตัวเล็กที่บ้าน เรื่องเรียนก็ทิ้งไปนานเป็นสิบๆปี ถ้าจะงงก็ไม่ได้หมายความว่าเราไม่รู้เรื่องหรอกครับ เดี๋ยวผมจะขยายความให้ฟังนะครับ ซึ่งพออ่านจบแล้วก็จะสามารถสอนลูกๆได้เลย

เรามาเริ่มกันที่คณิตศาสตร์ฉบับแม่บ้าน ในเรื่องของ บัญญัติไตรยางศ์ กันก่อนนะครับ

หากในห้างสรรสินค้า ติดป้ายว่า มะม่วงน้ำดอกไม้วันนี้ราคาเพียง 2 กิโลกรัม 35 บาทเท่านั้น  ถ้าพี่ๆ จะซื้อ 4 กิโล จะต้องจ่ายเงินเท่าไรครับ?

“ก็ 35/2 x 4 = 70 บาทนะซิ ไม่เห็นจะยากตรงไหน” พี่ๆอาจคิดในใจ

ใช่แล้วครับ…นี่คือการคิดแแบบบัญญัติไตรยางศ์ อย่างนึงนะครับ ก็แบบนี้นะครับ

     มะม่วง 2 กิโลกรัม ราคา   =  35 บาท

     มะม่วง 1 กิโลกรัม ราคา  = 35/2 บาท

     มะม่วง 4 กิโลกรัม ราคา   =  35/2 x 4 บาท

          ดังนั้น มะม่วง 4 กิโลกรัม จึงมาีราคา = 35/2 x 4 = 70 บาท

เห็นไหมครับ เราใช้บัญญัติไตรยางศ์ในชีวิตประจำวันอย่างมากมายและบ่อยๆ จนเราลืมๆที่มาที่ไปกันไปแล้ว

ทีนี้ เราก็กลับมากันที่เรื่องของความเร็วกันบ้างนะครับ

เช่น นาย ก. วิ่งด้วยความเร็ว 10 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ส่วนนาย ข. วิ่งด้วยความเร็ว 8 กิโลเตรต่อชั่วโมง ถามว่า 2 ชั่วโมงผ่านไป ใครวิ่งไปได้เท่าไร และใครวิ่งได้ระยะทางมากกว่ากัน

ก็ง่ายเลยใช่ไหมครับ เพราะเราก็คิดแบบบัญญัติไตรยางศ์ หาระยะทางการวิ่งของ ก. กับ ข. แล้วเอามาเปรียบเทียบกันว่าใครวิ่งได้ระยะทางมากน้อยกว่ากัน…

     นาย ก. ใช้เวลา 1 ชั่วโมง วิ่งได้ระยะทาง 10 กิโลเมตร

     นาย ก. ใช้เวลา 2 ชั่วโมง จะวิ่งได้ระยะทาง 10/1 x 2 = 20 กิโลเมตร

     นาย ข. ใช้เวลา 1 ชั่วโมง วิ่งได้ระยะทาง 8 กิโลเมตร

     นาย ข. ใช้เวลา 2 ชั่วโมง จะวิ่งได้ระยะทาง 8/1 x 2 = 16 กิโลเมตร

เห็นไหมครับ ว่าหากนาย ก. วิ่งเร็วกว่า ดังนั้น เมื่อวิ่งด้วยเวลาที่เท่ากัน นาย ก. ก็จะวิ่งได้ระยะทางที่มาก

ดังนั้น คำพูดที่ว่า “หมูแดงเคลื่อนที่เร็วกว่ามะลิ และหมูแดงเคลื่อนที่ได้ระยะทางน้อยกว่ามะลิ” จึงมีความขัดแย้งอยู่ในตัวเองนั่นไงครับ

“โอ้ย ย ย จะต้องเทียบบัญญัติไตรยางศ์ทำไม หากอยากรู้ว่า ก. วิ่งได้ระยะเท่าใด เราก็เอาความเร็วต่อชั่วโมง x เวลา ก็ได้ระยะทางแล้ว”

พี่ๆ จำนวนมาก คงคิดดังๆ อย่างนี้

เก่งมากเลยครับ ในวิชาฟิสิกส์จึงมีสูตรคำนวณระยะทาง ซึ่งเป็นตามแบบที่พี่คิดเป๊ะๆเลยครับ โดย…

     ระยะทาง = ความเร็ว x เวลา  หรือ เขียนกันว่า s = vt

เมื่อ s คือระยะทาง v คือความเร็ว และ t คือเวลา ครับพี่น้อง

เห็นไหมครับ ว่าสูตรทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากก็มาจากคณิตศาสตร์แบบง่ายๆ ที่พี่ๆก็คิดเองและสร้างสูตรขึ้นมาได้เองเลยครับ

หมายเหตุ : หน่วยในสูตรตามข้างต้น ต้องเป็นหน่วยที่มีความสัมพันธ์กันนะครับ เช่นถ้าเป็นความเร็ว v มีหน่วยเป็น กิโลเมตรต่อชั่วโมง , เวลา t ก็จะต้องมีหน่วยเป็นชั่วโมงด้วยนะครับ

เอาล่ะครับ

ตอนนี้เราก็สรุปได้แล้วนะครับว่าเมื่อสิ่งหนึ่งเคลื่อนที่เร็วกว่า ก็ย่อมต้องได้ระยะทางที่มากกว่า (เมื่อใช้เวลาที่เท่ากัน)

 

ความรู้ข้อที่ 2 : วิชาฟิสิกส์ คือการอธิบายกฏทางธรรมชาติ

คยมีบางคนถือภาษิตประจำตัวที่ว่า “ใครรัก-รักมั่ง ใครชัง-ชังตอบ”  ซึ่งจริงๆแล้วถือว่าเป็นภาษิตที่ไม่ถูกต้องอย่างมากๆ เลยใช่ไหมครับ เพราะชีวิตเราจะมีแต่เรื่องแย่ๆ และไม่มีความสุขอย่างมากๆเลย

แต่ในทางฟิสิกส์ จะเป็นอย่างนี้เลยครับ เพราะเมื่อเราผลักกำแพง กำแพงก็จะผลักเรา เมื่อเราดึงบานประตู บานประตูก็จะดึงเรา

ซึ่งกฏทางธรรมชาติข้อนี้ ถือเป็น 1 ใน 3 หลักทางฟิสิกส์ที่สำคัญของโลกเลยทีเดียวนะครับ ซึ่งเอาไว้มีเวลาเมื่อไร จะเล่าให้ฟังว่ากฏอีก 2 ข้อที่เหลือคืออะไร เพราะไม่งั้นคงเฉลยไม่จบอย่างแน่นอนเลยใช่ไหมครับ

กฏทางฟิสิกส์ข้อนี้คือกฏข้อที่สามของนิวตัน (Newton’s third law of motion) ที่กล่าวว่า “ทุกแรงกิริยา (action) ย่อมมีแรงปฏิกิริยา (reaction) ซึ่งมีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศตรงข้ามกันเสมอ” โดยกฎข้อนี้เรียกว่า กฎของกิริยาและปฏิกิริยา (Law of action and reaction) ที่สรุปเป็นภาษาง่ายๆว่า “แรงกริยาเท่ากับแรงปฏิกิริยา” ครับ

ดังนั้น เมื่อหมูแดงผลักมะลิ มะลิก็จะผลักหมูแดงด้วยแรงที่เท่ากัน ถึงแม้ว่าหมูแดงจะตัวใหญ่กว่ามะลิก็ตาม

 

ความรู้ข้อที่ 3 : โมเมนตัม เรื่องจริงที่ชวนงง

ช่ครับพี่ คำว่าโมเมนตัม เป็นอะไรที่ตอบยากมากๆ ซึ่งหากพี่ๆอยากจะรู้ว่าจริงหรือไม่ ลองถามวิศวกรซักคนดูซิครับ ว่าโมเมนตัมคืออะไร?

รับรองว่าเกือบร้อยทั้งร้อยจะพูดเป็นภาษาวิศกรว่า โมเมนตัมคือ มวล x ความเร็ว  

ซึ่งหากถามว่าถ้าไม่พูดภาษาวิศวกร พอจะบอกได้ไหมว่าโมเมนตัมคืออะไรแน่?

พี่ๆ วิศกรบางท่านก็อาจพูดซ้ำอีกว่า โดยเขียนเป็นสูตรให้ดูว่า

      p = m x v

เมื่อ p คือโมเมนตัม  m  คือมวล และ v คือความเร็ว

แต่ก็อาจมีพี่วิศวกรบางท่านพยายามอธิบายว่า โมเมนตัมก็คือความพยายามเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของวัตถุ

แต่ก็ฟังดูงงๆ อยู่ใช่ไหมครับ…

เอาเป็นว่า โมเมนตัม คือการที่มวลพยายามรักษาสภาพการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเอาไว้ โดยในขณะที่หมูแดงกับมะลิแตะมือกันไว้เฉยๆโดยยังไม่มีการผลักกัน ต่างคนก็ต่างยังไม่เคลื่อนที่ใดๆ หรือพูดง่ายๆว่ามีความเร็วเป็นศูนย์ ดังนันโมเมนตัน ณ ขณะนั้น จึงเป็นศูนย์ครับ

 

ความรู้ข้อที่ 5. กฏการอนุรักษ์โมเมนตัม

มเมนตัมจะไม่เพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกันก็ไม่ลดหายไปไหน นี่คือใจความสำคัญของกฏการอนุรักษ์โมเมนตัมครับพี่น้อง เช่นเมื่อมีการวิ่งชนกัน โมเมนตัมของสิ่งที่วิ่งชนก็จะถ่ายไปให้สิ่งที่ถูกชน อย่างงี้เป็นตัน

หรืออาจยกตัวอย่างเช่นการยิงปืน พอมีการยิงปืนลูกปืนจะวิ่งไปข้างหน้าในขณะเดียวกันตัวปืนก็จะถอยหลังกลับ ซึ่งหากพี่ๆ สังเกตให้ดีจะเห็นได้ว่าลูกปืนจะวิ่งออกไปด้วยความเร็วสูงมาก ในขณะที่ตัวปืนถอยหลังด้วยความเร็วต่ำกว่า ที่เป็นเช่นนี้ก็สามารถอธิบายด้วยหลักของการอนุรักษ์โมเมนตัมได้ว่า ในตอนแรกปืนและลูกปืนก็จะอยู่นิ่งๆ หรือพูดได้ว่าก่อนการยิงจะมีความเร็วเป็นศูนย์ซึ่งก็คือโมเมนตัมเป็นศูนย์นั่นเอง แต่พอมีการยิง ลูกปืนกับตัวปืนต่างก็เคลื่อนไปในทิศที่ตรงข้ามกัน ซึ่งด้วยความที่ว่าโมนเมนตัมไม่เคยสูญหายไปไหน ดังนั้นก่อนการยิงเมื่อโมเมนตัมรวมเป็นศูนย์ หลังการยิงโมเมนตัมก็ต้องเป็นศูนย์เหมือนเดิม ซึ่งเป็นไปตามกฏการอนุรักษ์โมเมนตัม ก็เลยสามารถพูดได้ว่า คือสิ่งที่มีมวลน้อยจะเคลื่อนที่ออกไปด้วยความเร็วสูง ในขณะที่สิ่งที่มีมวลมากจะเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วต่ำกว่า ซึ่งเขียนเป็นสูตรได้ว่า

     โมเมนตัมรวมก่อนยิง  =  โมเมนตัมรวมหลังยิง

                                0  =  m1v1 – m2v2

                  หรือ m1v =  m2v2

หมายเหตุ : m1 คือมวลของปืน V1 คือความเร็วของปืน  m2 คือมวลของลูกปืน V2 คือความเร็วของลูกปืน

หรืออาจพูดเป็นภาษาแบบบ้านเราได้ว่าในการยิงปืนหรือการแตกออกหรือการระเบิดออก วัตถุมีมวลมากจะต้องมีความเร็วต่ำ เพื่อให้มีโมเมนตัมเท่ากับวัตถุที่มีมวลน้อยซึ่งจะต้องมีความเร็วสูง ตามกฏการอนุรักษ์โมเมนตัมที่ หลังเกิดเหตุการณ์กับก่อนเกิดเหตุการณ์โมเมนตัมรวมจะต้องเท่ากัน

 

อธิบายมาซะยืดยาว และทำท่าจะยากเกินไปแล้วนะครับ

ก็สรุปรวมความซะเลยนะครับว่า หมูแดงที่มีมวลมากจะต้องมีความเร็วต่ำกว่ามะลิที่มีมวลน้อยกว่า และเมื่อหมูแดงมีความเร็วน้อยกว่าก็ย่อมจะต้องมีระยะการเคลื่อนที่ที่สั้นกว่า ซึ่งก็ตรงกับคำตอบข้อที่ 4. เลยนะครับ

คำตอบข้อที่ 4. จึงเป็นคำตอบที่ถูกต้องนะครับ

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องข้อมูลจำเป็นถูกทำเครื่องหมาย *