การตกของวัตถุในสภาพสูญญากาศ

วัตถุประสงค์:

• เพื่อให้เด็กเข้าใจหลักการของแรงโน้มถ่วง
• เพื่อแสดงให้เห็นถึงการตกของวัตถุในสภาพสูญญากาศ
• เพื่อสอนเด็กเกี่ยวกับความแตกต่างของการตกของวัตถุในอากาศและในสภาพสูญญากาศ

อุปกรณ์:

• หลอดสุญญากาศ (สามารถหาซื้อได้หรือสร้างจากท่อพลาสติก)
• วัตถุที่มีมวลและรูปร่างต่างกัน (เช่น ลูกปิงปอง ลูกเหล็ก ขนนก)
• ปั๊มสุญญากาศ (ถ้ามี) หรือสามารถใช้หลอดสุญญากาศที่มีจำหน่ายพร้อมใช้งาน
• สมุดบันทึกและปากกา

ขั้นตอนการทดลอง:

1. การเตรียมหลอดสุญญากาศ:

   • ถ้าสร้างหลอดสุญญากาศเอง ใช้ท่อพลาสติกใสที่ปิดปลายทั้งสองข้างให้สนิท
   • ถ้ามีปั๊มสุญญากาศ ให้เชื่อมต่อกับท่อเพื่อดึงอากาศออกจากหลอดสุญญากาศ

2. การเตรียมวัตถุทดลอง:

   • เลือกวัตถุที่มีมวลและรูปร่างต่างกัน เช่น ลูกปิงปอง ลูกเหล็ก และขนนก

3. การทดสอบการตกของวัตถุในอากาศ:

   • ปล่อยวัตถุแต่ละชนิดจากความสูงเท่ากันในอากาศ
   • สังเกตและบันทึกเวลาที่วัตถุใช้ในการตกถึงพื้น

4. การทดสอบการตกของวัตถุในสภาพสูญญากาศ:

   • ใส่วัตถุแต่ละชนิดเข้าไปในหลอดสุญญากาศ
   • ใช้ปั๊มสุญญากาศดึงอากาศออกจากหลอดจนเป็นสุญญากาศ
   • ปล่อยวัตถุแต่ละชนิดจากความสูงเท่ากันในหลอดสุญญากาศ
   • สังเกตและบันทึกเวลาที่วัตถุใช้ในการตกถึงพื้น

5. การวิเคราะห์ผลลัพธ์:

   • เปรียบเทียบเวลาที่วัตถุแต่ละชนิดใช้ในการตกในอากาศและในสภาพสูญญากาศ
   • สรุปผลการทดลองและอภิปรายเกี่ยวกับการตกของวัตถุในสภาพที่ต่างกัน

คำถามเพื่อกระตุ้นความคิดและคำตอบ

1. ทำไมวัตถุที่มีมวลและรูปร่างต่างกันตกถึงพื้นในเวลาเท่ากันในสภาพสูญญากาศ?

   • คำตอบ: วัตถุที่มีมวลและรูปร่างต่างกันตกถึงพื้นในเวลาเท่ากันในสภาพสูญญากาศเพราะไม่มีแรงเสียดทานของอากาศมาขัดขวางการตกของวัตถุ แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้วัตถุทุกชนิดตกด้วยอัตราเร่งเท่ากันในสภาพสูญญากาศ

2. การตกของวัตถุในอากาศและในสภาพสูญญากาศต่างกันอย่างไร?

   • คำตอบ: การตกของวัตถุในอากาศและในสภาพสูญญากาศต่างกันที่แรงเสียดทานของอากาศ ในอากาศ วัตถุที่มีรูปร่างและมวลต่างกันจะตกด้วยความเร็วต่างกันเนื่องจากแรงเสียดทานของอากาศขัดขวางการตกของวัตถุ ส่วนในสภาพสูญญากาศที่ไม่มีอากาศ วัตถุจะตกด้วยอัตราเร่งเท่ากันเนื่องจากไม่มีแรงเสียดทาน

3. ทำไมแรงเสียดทานในอากาศถึงมีผลต่อการตกของวัตถุ?

   • คำตอบ: แรงเสียดทานในอากาศมีผลต่อการตกของวัตถุเพราะอากาศมีความหนืดและความต้านทาน ซึ่งจะขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัตถุ วัตถุที่มีพื้นที่ผิวมากหรือมีรูปร่างที่ไม่เพรียวลมจะมีแรงเสียดทานมากกว่า ทำให้ตกถึงพื้นช้ากว่าวัตถุที่มีพื้นที่ผิวน้อยหรือมีรูปร่างที่เพรียวลม

การประเมินผล:

• ตรวจสอบว่าสามารถสังเกตและบันทึกผลการตกของวัตถุในสภาพสูญญากาศได้สำเร็จหรือไม่
• ประเมินความเข้าใจของเด็กจากคำถามที่กระตุ้นความคิดและการตอบคำถามของเด็ก
• ให้เด็กเขียนรายงานสรุปผลการทดลองและนำเสนองานในชั้นเรียน