กิจกรรมค่ายสนุกจัดเต็มกับสะเต็มศึกษา

ห น้ า | 140 \"ทกุ อนภุ าคสสารน้ีเอกภพดงึ ดดู ทกุ อนภุ าคอื่นดว้ ยแรงซง่ึ แปรผันตรงกบั ผลคณู ของมวลของอนภุ าคและ แปรผกผันกับกาลงั สองของระยะห่างระหว่างอนุภาคท้ังสองนนั้ \" วตั ถมุ มี วล m จะมแี รงโน้มถ่วงกระทาตอ่ วตั ถขุ นาดเท่ากนั F = mg เม่อื g = ความเร่งเนอ่ื งจากแรงโน้มถว่ งของโลก = 9.81 m/s.s ถ้า m มหี นว่ ยเป็นกิโลกรมั F จะมหี น่วยเปน็ นิวตัน แรง F นคี้ อื ส่ิงทีเ่ รามักเรียกว่า \"น้าหนัก\" (Weight) เนอื่ งจาก g มคี า่ เปลย่ี นแปลงไปตามตาแหนง่ ต่างๆ ของโลก แรง F จงึ มคี ่าเปลย่ี นไปด้วยเล็กน้อย สนามโน้มถ่วง เมื่อปลอ่ ยวัตถุ วัตถจุ ะตกสู่พื้นโลกเน่อื งจากโลกมีสนามโนม้ ถว่ ง (gravitational field) อยรู่ อบโลก สนาม โน้มถ่วงทาใหเ้ กดิ แรงดงึ ดดู กระทาตอ่ มวลของวตั ถุท้ังหลาย แรงดงึ ดูดนเ้ี รียกว่า แรงโน้มถว่ ง (gravitational force) แรงโนม้ ถว่ งและสนามโนม้ ถว่ งของโลก แรงโน้มถว่ งที่โลกกระทาตอ่ วตั ถบุ นโลกคือน้าหนกั (weight) ของวตั ถุนน้ั (น้าหนักมีหนว่ ยเปน็ นิวตนั ) สาหรับวตั ถมุ วล บนผวิ โลกจะมีน้าหนกั เทา่ กบั มีทิศเขา้ สู่จดุ ศูนย์กลางโลกโดยที่ผวิ โลกขนาดของ มีค่าประมาณ 9.8 m/s2 ขอ้ สงั เกต - W ไม่ไดห้ มายถึงน้าหนักท่อี า่ นไดจ้ ากตาช่ัง - นา้ หนกั และคา่ g ขนึ้ อย่กู ับตาแหนง่ ของวตั ถบุ นผิวโลก และจะเปลย่ี นแปลงตามความสูงตา่ จากผิวโลก แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทาตอ่ วัตถกุ ค็ ือ นา้ หนกั (weight)ของวัตถุบนโลก หาได้จากสมการ W=mgเมอ่ื m เปน็ มวลของวัตถุทมี่ ีหนว่ ยเปน็ กิโลกรมั (kg) - g เป็นความเรง่ โน้มถว่ ง ณ ตาแหนง่ ทีว่ ตั ถวุ างอยู่ มหี นว่ ยเป็นเมตรตอ่ วินาทียกกาลงั สองและW เปน็ น้าหนักของวตั ถุท่ีมีหน่วยเป็นนิวตัน (N)

ห น้ า | 141 นา้ หนกั ในทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ น้าหนัก หมายถึงแรงบนวัตถุอันเน่ืองมาจากความโน้มถ่วง ขนาดของน้าหนักในปริมาณสเกลาร์ มักเขียนแทนด้วย W แบบตัวเอน คือผลคูณของมวลของวัตถุ m กับขนาด ของความเรง่ เนอ่ื งจากความโนม้ ถ่วง g นัน่ คอื W = mg ถา้ หากพจิ ารณานา้ หนกั วา่ เป็นเวกเตอร์ จะเขยี นแทนด้วย W แบบตัวหนา หน่วยวัดของน้าหนักใช้อย่างเดียวกนั กับหนว่ ยวดั ของแรง ซ่ึงหน่วยเอสไอก็คือนวิ ตัน ยกตัวอย่าง วัตถหุ นึง่ มีมวลเท่ากับ 1 กิโลกรัม มีนา้ หนักประมาณ 9.8 นวิ ตนั บนพ้นื ผวิ โลก มนี ้าหนกั ประมาณหนง่ึ ในหกเทา่ บน พนื้ ผิวดวงจนั ทร์ และมีนา้ หนักทีเ่ กือบจะเป็นศูนย์ในหว้ งอวกาศท่ีไกลออกไปจากเทหวัตถุอนั จะส่งผลให้เกิดความ โน้มถ่วง ในทางนิติศาสตร์และการพาณิชย์ น้าหนัก มีความหมายเดียวกันกับมวลเช่น ท่ีปรากฏบนฉลากบรรจุ ภัณฑ์และข้อมูลโภชนาการ การใช้ในชีวิตประจาวนั ทั่วไป มักจะถือว่าน้าหนักก็หมายถึงมวล และใช้หน่วยวดั ของ มวลเป็นหน่วยวัดของน้าหนัก ด้วยเหตุว่า ความเร่งเน่ืองจากความโน้มถ่วงบนพ้ืนผิวโลกแทบจะเป็นค่าคงตัว หมายความว่า อัตราส่วนระหว่างน้าหนักของวัตถุนิ่งบนพ้ืนผิวโลกต่อมวลของวัตถุน้ัน แทบจะเป็นอิสระจาก ตาแหน่งที่วัตถนุ ั้นตั้งอยู่ ดังน้ันนา้ หนักของวตั ถุจึงเป็นตัวแทนของมวลได้ และในทางกลับกันด้วยดังน้ัน การโคจร ตามแรงจอี าจสง่ ผลกับความพันธ์ของเดือน สมดลุ ของแรง มี 3 แรง ดังน้ี เม่ือมแี รง 3 กระทาต่อวัตถุ วัตถุจะสมดุลไดจ้ ะตอ้ งอย่ภู ายใต้เง่ือนไขคือ 1. แรงท้ังสามตอ้ งอยู่ในระนาบเดียวกนั 2. แรงลัพธ์ = 0 3. แรงท้งั สามตอ้ งพบกนั ท่จี ดุ เดียวกนั หรอื แรงท้งั สามตอ้ งขนานกนั

ห น้ า | 142 เมอื่ วัตถุสมดุลเราสามารถเขยี นเวคเตอรข์ องแรงไดเ้ ปน็ รูปหลายเหล่ียมปิดพอดี แรง 3 แรงกระทาต่อวัตถแุ ล้ว สมดลุ ( SF = 0 ) เขยี นเวกเตอรจ์ ะได้เป็นรูปสามเหลี่ยมปิด ทฤษฎที ่ใี ช้เก่ยี วกับการสมดลุ 1. สมดุลของแรงมี 3 แรง และแรง 3 แรงจะสมดลุ ได้ มีเงอ่ื นไขดังนี้ 1. แรงท้ังสามตอ้ งอยู่ในระนาบเดยี วกัน 2. แรงทัง้ สามตอ้ งพบกันทจ่ี ดุ เดียวกัน หรอื ไมก่ ็ต้องขนานกนั 3. แรงลัพธเ์ ท่ากบั ศูนย์ การหาขนาดของแรงทที่ าให้วตั ถุสมดุล 1. ทฤษฎขี องลามิ \" ถา้ มแี รง 3 แรงมากระทาที่จุดหนงึ่ และอยใู่ นสภาพสมดลุ อัตราส่วนของแรงตอ่ Sin ของมมุ ตรงข้าม ย่อมมคี า่ เท่ากัน \" 2. สามเหลยี่ มแทนแรง “ ถา้ แรงท้ังสามตงั้ ฉากกบั ดา้ นท้งั สามของสามเหลี่ยม อตั ราสว่ นของแรงต่อดา้ น ทีต่ ้ังฉากกับแรงนัน้ จะมคี า่ คงที่ ” ผงั มโนทัศน์ ช่อื กิจกรรม หอคอยหลอดกาแฟ แรง, แรงโน้มถว่ ง, น้าหนัก, สมดุลของแรง S : วิทยาศาสตร์ การใช้เทคโนโลยี ในการสบื ค้นขอ้ มูล การวดั และการ เพ่ือนามาใชอ้ อกแบบ คานวณงบประมาณ M : คณิตศาสตร์ T : เทคโนโลยี ในการสร้างชน้ิ งาน E : วิศวกรรมศาสตร์ การออกแบบเชิงวิศวกรรม การใช้อุปกรณใ์ นการวัด ตดั และ ยดึ ติดวสั ดุในการสร้างช้ินงาน

ห น้ า | 143

ห น้ า | 144 ใบความรสู้ าหรับผู้รับบริการ เร่ือง หอคอยหลอดกาแฟ สาระสาคัญ หอคอย เป็นส่ิงก่อสร้างที่อาศัยหลักการวทิ ยาศาสตร์เรื่อง สภาพสมดุลสถิต ซ่ึงหมายถึงสภาพสมดุลของ วัตถุหรือส่ิงก่อสร้างที่อยู่น่ิง นักเรียนจะได้เรียนร้เู ก่ียวกบั ความหมายของแรง และแรงที่กระทาต่อวัตถุแล้วทาให้ วตั ถุน้ันเกิดการเปล่ียนสภาพ แรงสองแรงท่ีกระทาต่อวัตถเุ มื่อแรงท้งั สองมีค่าเทา่ กนั กระทาต่อวัตถุในทิศตรงข้าม วัตถุน้นั ก็จะอย่ใู นสภาพสมดุล สาระการเรยี นรู้ แรง (force) หมายถึง ปรมิ าณท่กี ระทาตอ่ วตั ถแุ ล้วทาใหว้ ัตถเุ ปลยี่ นแปลงจากสภาพเดมิ แรงนอ้ี าจจะ สัมผัสกับวตั ถหุ รือไม่สัมผัสกับวัตถุก็ได้ แรงดึง แรงผลกั และแรงยก แรงพวกนีก้ ระทาบนพืน้ ผิวของวตั ถุ แตม่ ีแรง บางชนดิ เช่น แรงแม่เหลก็ แรงทางไฟฟ้าและแรงโน้มถว่ งจะไมก่ ระทาบนผวิ ของวัตถุ แต่กระทากับเนอ้ื ของวัตถุ ทุกตาแหน่ง เชน่ นา้ หนักของ วัตถุก็คือ แรงดงึ ดูดของโลกทีก่ ระทากับวัตถุโดยไมต่ ้องสมั ผัสกับผิวของวตั ถุเลย แรง จัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ เพราะมที ้งั ขนาดและทิศทาง หน่วยของแรงในระบบเอสไอ คอื นวิ ตัน (N) เนื่องจาก แรงเปน็ ปริมาณเวกเตอร์ สัญลกั ษณท์ ี่เขยี นแทนแรง คอื เวกเตอรข์ องแรง ปริมาณบางปรมิ าณที่ใชก้ ันอย่ใู นชีวติ ประจาวันบอกเฉพาะขนาดเพยี งอยา่ งเดียวก็ ได้ความหมาย สมบูรณแ์ ล้ว แต่บางปรมิ าณจะต้องบอกท้ังขนาดและทศิ ทางจึงจะไดค้ วามหมายที่สมบูรณ์ ปรมิ าณในทางฟิสกิ ส์ แบง่ ออกเปน็ 2 ประเภท คอื 1. ปริมาณสเกลาร์ (scalar quantity) คือ ปรมิ าณท่ีบอกแต่ขนาดอยา่ งเดยี วกไ็ ดค้ วามหมายที่ สมบรู ณ์ โดยไมต่ ้องบอกทิศทาง เช่น เวลา ระยะทาง มวล พลงั งาน งาน ปริมาตร ฯลฯ ในการหาผลลพั ธ์ของ ปรมิ าณสเกลาร์ทาได้โดยอาศัยหลักทางพีชคณติ คอื ใชว้ ธิ กี ารบวก ลบ คณู หาร 2. ปรมิ าณเวกเตอร์ (vector quantity) คอื ปริมาณทต่ี อ้ งการบอกท้งั ขนาดและทศิ ทางจงึ จะได้ ความหมายท่ีสมบรู ณ์ เช่น ความเร็ว ความเรง่ การกระจดั โมเมนตัม แรง ฯลฯ ลักษณะทีส่ าคญั ของปริมาณเวกเตอร์ 1. สัญลกั ษณ์ของปริมาณเวกเตอร์ การแสดงขนาดและทิศทางของ ปริมาณเวกเตอรจ์ ะใช้ลกู ศรแทน โดยขนาดของปรมิ าณเวกเตอร์แทนด้วยความยาวของลูกศรและทิศทางของปริมาณเวกเตอร์ แทนด้วยทศิ ทางของ หัวลูกศร สัญลักษณ์ของปรมิ าณเวกเตอร์ ใช้ตวั อักษรมลี ูกศรคร่งึ บนช้จี ากซ้ายไปขวาแสดงปริมาณเวกเตอร์ ดังรปู จากรปู เวกเตอร์ A มีขนาด 4 หนว่ ย ไปทางทศิ ตะวนั ออก เวกเตอร์ B มีขนาด 3 หนว่ ย ไปทางทิศใต้

ห น้ า | 145 2. เวกเตอร์ท่เี ทา่ กัน เวกเตอร์ 2 เวกเตอรจ์ ะเทา่ กันก็ตอ่ เมอ่ื มีขนาดเท่ากนั และทศิ ทางไปทางเดียวกนั ดงั รูป จากรูป เวกเตอร์ A เทา่ กับ เวกเตอร์ B เขยี นเป็นสญั ลักษณ์ คือ เวกเตอร์ C เท่ากับ เวกเตอร์ D เขียนเปน็ สัญลักษณ์ คอื 3. เวกเตอร์ตรงขา้ มกนั เวกเตอร์ 2 เวกเตอรจ์ ะตรงขา้ มกนั กต็ ่อเมอื่ เวกเตอรท์ ้งั สองมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศ ทางตรงข้ามกันดังรปู จากรูป เวกเตอร์ A ตรงข้ามกับเวกเตอร์ B เขยี นเปน็ สญั ลกั ษณ์ ได้วา่ หรือ เวกเตอร์ C ตรงข้ามกับเวกเตอร์ D เขียนเปน็ สัญลักษณ์ ไดว้ า่ หรอื ขอ้ ควรทราบ ในการหาผลลัพธข์ องปรมิ าณเวกเตอร์ ทาได้โดยอาศยั วิธกี ารทางเวกเตอร์ ซ่ึงต้องหาผลลัพธ์ทัง้ ขนาดและทศิ ทาง การหาผลลพั ธข์ องแรงหลายแรง การรวมแรงซง่ึ มหี ลายแรงเพ่อื จะหาแรงลพั ธเ์ พยี งแรงเดยี ว นยิ มใช้สัญลักษณ์ เรยี กวา่ (ซิกมา) แทน เพอ่ื รวม ผลบวกทม่ี ีแรงหลายๆ ค่า เช่น กระทาพรอ้ ม ๆ กันท่จี ดุ เดียว ดงั นี้ เขยี นแทนผลบวกด้วยสญั ลกั ษณจ์ ะไดว้ า่ การรวมแรง คอื การหาค่าแรงลัพธ์ ( ) ของแรงยอ่ ยทั้งหมด มวี ิธีการหาเหมือนกนั กบั เวกเตอร์ลพั ธ์ เพราะแรงเปน็ ปรมิ าณเวกเตอร์ ซง่ึ อาจสรปุ วธิ ีการหาแรงลัพธ์ไดด้ งั นี้

ห น้ า | 146 1. โดยวิธีการวาดรูปแบบหางต่อหัว การหาแรงลพั ธ์ดว้ ยวิธี การน้ีทาได้โดยนาหางของแรงท่สี องไปตอ่ กบั หวั ลูกศรของแรงแรกและนาหางของแรง ทสี่ ามไปตอ่ กับหัวของแรงท่สี อง ทาเช่นนี้ไปเรื่อยๆ จนครบทกุ แรง แรงลัพธ์ท่ไี ด้ คือ แรงท่ีลากจากหางของแรงแรกไปยังหวั ของแรงสดุ ทา้ ย ดงั รูป 2. โดยวิธกี ารคานวณ ใช้หาแรงลัพธข์ องแรงยอ่ ยทม่ี ี 2 แรง 1) แรงสองแรงไปในทางเดยี วกัน แรงลพั ธ์มีขนาดเทา่ กับผลบวกของแรงทั้งสอง สว่ นทศิ ทางของแรง ลัพธ์ไปทิศทางเดียวกับแรงทง้ั สอง ดังรปู รูปแสดงการหาแรงลพั ธข์ องแรงยอ่ ย 2 แรง ซึ่งมีทิศทางไปทางเดยี วกัน

ห น้ า | 147 2) แรงสองแรงสวนทางกนั แรงลพั ธ์มีขนาดเท่ากับผลต่างของแรงทั้งสอง ทศิ ทางของแรงลพั ธ์ไปทางแรง ทีม่ ีขนาดมาก ดงั รปู รูปแสดงการหาแรงลัพธข์ องแรงยอ่ ย 2 แรง ซ่ึงมที ศิ ทางตรงขา้ มกนั ผลของแรงลัพธต์ อ่ การเคล่อื นท่ีของวตั ถุ วัตถตุ า่ งๆ เมื่อมีแรงมากระทา วตั ถุจะมกี ารเปลี่ยนแปลงสภาพเดมิ ใน 3 ลกั ษณะ คอื 1. มกี ารเปลย่ี นแปลงตาแหน่ง 2. มกี ารเปล่ียนแปลงความเรว็ 3. มกี ารเปลี่ยนแปลงรปู รา่ งและขนาด เมอ่ื แรงที่กระทบตอ่ วัตถุแตกต่างกนั ย่อมทาให้ผลของการเปลี่ยนแปลงแตกต่างกนั ไปดว้ ย ถา้ แรงที่ กระทามคี ่ามาก การเปลีย่ นแปลงซ่ึงเปน็ ผลของแรงนนั้ ยอ่ มมกี ารเปล่ียนแปลงมากด้วย ในชวี ติ ประจาวนั การที่วตั ถมุ กี ารเปลย่ี นแปลงต่างๆ จะเกดิ จากอิทธิพลของแรง แรงที่พบตามธรรมชาตมิ อี ยู่ มากมายหลายชนิด ซึง่ ก็มผี ลตอ่ การเปลี่ยนแปลงของวตั ถุได้แตกตา่ งกนั ขอ้ ควรทราบ - แรงท่กี ระทาไปในทิศทางเดียวกบั การเคลอ่ื นท่ี จะทาให้วัตถุมคี วามเรว็ เพิม่ ขน้ึ - แรงทก่ี ระทาไปในทศิ ทางตรงข้ามกบั การเคล่ือนที่ จะทาให้วตั ถุมีความเร็วลดลง

ห น้ า | 148 กฎการเคลอ่ื นท่ขี องนวิ ตนั เซอร์ไอแซก นิวตัน (Sir Issac Newton) นกั ฟสิ กิ ส์ ชาวอังกฤษ ไดส้ รุปเกี่ยวกบั การเคล่ือนท่ขี องวัตถทุ ั้ง ทอี่ ยูใ่ นสภาพอย่นู ่งิ และในสภาพ เคล่อื นทเี่ ป็นกฎการเคล่อื นทีข่ องนิวตนั ซ่ึงสามารถทาใหเ้ ราเขา้ ใจการเคลอ่ื นท่ี ต่างๆ ได้ทั้งหมด กฎของนิวตนั มี 3 ข้อ ได้แก่ 1. กฎการเคลื่อนทข่ี อ้ ท่หี นึง่ ของนวิ ตนั หรอื อาจเรียก วา่ กฎแห่งความเฉ่ือย (inertia law) กล่าววา่ \"วตั ถจุ ะคงสภาพอยนู่ ิง่ หรอื สภาพเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวในแนวตรง นอกจากจะมแี รงลัพธ์ซง่ึ มคี า่ ไม่เปน็ ศนู ย์ มากระทา\" หรอื สรปุ เป็นสมการ ดงั น้ี จากกฎการเคลอ่ื นทีข่ ้อท่ี 1 ของนวิ ตนั อธบิ ายได้วา่ ถา้ มวี ัตถุวางน่งิ อยูบ่ นพนื้ ราบแล้วไมม่ แี รงใดมา กระทาต่อวัตถุ วตั ถกุ ย็ งั คงอยู่น่ิงเชน่ เดมิ ตอ่ ไป หรือถ้ามีแรงสองแรงมากระทาต่อวตั ถุโดยแรงทง้ั สองมขี นาดเทา่ กัน แตท่ ศิ ทางตรง ขา้ มกันจะพบว่า วัตถุยงั คงหยุดนิ่งเช่นเดิม จงึ สรุปได้วา่ \"วตั ถุท่อี ยู่นิ่งถา้ ไม่มีแรงภายนอก อ่ืนใดมา กระทาตอ่ วตั ถุหรอื มแี รงภายนอกหลายแรงมากระทาต่อวตั ถุ แต่แรงลัพธ์เหลา่ นั้นเป็นศนู ย์แล้ววัตถุนั้นยังคงรกั ษา สภาพน่ิงไวอ้ ย่าง เดมิ \" ดงั รูป หรอื ถา้ พิจารณาวัตถุทก่ี าลังเคลอื่ นทบี่ นพื้นระดบั ราบลน่ื ซึ่งไม่มีแรงภาย นอกใดมากระทาต่อวัตถุ วัตถกุ ็ จะรกั ษาสภาพการเคลอื่ นที่ด้วยความเรว็ คงตัวค่าหน่งึ หรือถา้ ให้แรงสองแรงมากระทาตอ่ วัตถุขณะวตั ถุกาลงั เคล่ือนที่ โดยแรงทงั้ สองมีขนาดเทา่ กนั แตม่ ีทศิ ทางตรงขา้ มกัน จะพบวา่ วัตถุยังคงรักษาสภาพการเคล่ือนทีด่ ว้ ย ความเร็วคงตัวนั้นต่อไป จึงสรปุ ได้ว่า \" วัตถุทกี่ าลังเคลอื่ นท่ีด้วยความเร็วค่าหน่ึงถ้าไม่มแี รงภายนอกมากระทาตอ่ วตั ถุ หรือถ้ามแี รงภายนอกหลายแรงมากระทาตอ่ วตั ถแุ ตแ่ รงลพั ธ์ของแรงเหล่านน้ั เป็น ศูนย์แลว้ วัตถนุ ัน้ ยงั คง รักษาสภาพการเคลอื่ นทด่ี ว้ ยความเรว็ คงตวั นนั้ ตลอดไป\" ดงั รปู จากท่ีกลา่ วมาแลว้ ขา้ งต้นสามารถสรปุ ไดว้ ่า \"ถ้าแรงลัพธ์ทกี่ ระทาตอ่ วตั ถเุ ป็นศูนยว์ ตั ถจุ ะไมเ่ ปล่ยี นสภาพ การเคลอ่ื นที่ กล่าวคอื ถา้ เดิมวัตถุอยู่นง่ิ กจ็ ะอยนู่ ิง่ ตลอดไปแต่ถ้าเดมิ วตั ถกุ าลังเคลอ่ื นทอ่ี ยู่ ด้วยความเรว็ คา่ หน่งึ

ห น้ า | 149 วตั ถุนั้นก็จะยงั คงเคลอ่ื นทีต่ อ่ ไปในแนวตรงตามทิศทาง เดิมดว้ ยความเรว็ คงตัวนัน้ ตลอดไป\" 2. กฎการเคล่อื นท่ขี ้อท่สี องของนิวตัน หรืออาจเรยี กวา่ กฎแห่งความเร่ง ถ้ามวลของวตั ถุคงตวั แต่ เปล่ียนขนาดของแรง (F) ให้มากขน้ึ ความเร่ง (a) ของวัตถกุ จ็ ะมากข้นึ ดว้ ยจงึ สรปุ ไดว้ า่ ขนาดของความเร่งแปรผนั ตรงกบั ขนาดของแรงลัพธ์ทกี่ ระทาต่อวัตถุ เม่ือมวลคงตัวเขียนเป็นสัญลกั ษณไ์ ดว้ ่า และถา้ แรงลัพธ์ (F) ท่ีกระทาต่อวัตถุคงตวั แตถ่ า้ เปลี่ยนมวล (m)ใหม้ ากขนึ้ ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะลดลง จึง สรุปไดว้ า่ ขนาดของความเร่งแปรผกผันกับมวลของวัตถุ เขยี นเป็นสญั ลกั ษณ์ไดว้ ่า จากขา้ งต้นสรุปได้วา่ ความเรง่ (a) เปน็ สัดส่วนโดยตรงกบั แรง (F) ดังนั้นอตั ราส่วนของแรงกับความเรง่ จะเป็น ค่าคงทซี่ ึ่งตรงกบั มวล (m) ของวัตถุ เขยี นเปน็ ความสมั พันธ์จะได้ ดังนน้ั จึงสรุปเป็นกฎขอ้ ทีส่ องของนิวตัน ได้ว่า \"เมือ่ มีแรงลพั ธซ์ ึ่งมีขนาดไม่เป็นศูนยม์ ากระทาตอ่ วัตถุ จะทาให้วตั ถเุ กิดความเร่งในทศิ เดียวกบั แรงลัพธท์ ่ีมากระทา และขนาดของความเร่งจะแปรผันตรงกับขนาด ของแรงลพั ธ์และจะแปรผกผันกับมวลของ วัตถุ\" ตวั อยา่ งที่ 1 ถ้าออกแรง 8 นวิ ตนั กระทากบั วตั ถมุ วล 32 กิโลกรัม วัตถุจะมีความเรง่ เทา่ ใด ตอบ ตวั อยา่ งที่ 2 มวล 10 กโิ ลกรัม ต้องการใหเ้ คลือ่ นทดี่ ้วยความเรง่ 6 เมตรตอ่ วนิ าทกี าลังสอง จะต้องออกแรง กระทาเท่าใด ตอบ

ห น้ า | 150 3. กฎการเคล่อื นทข่ี อ้ ท่ีสามของนวิ ตัน จากกฎการเคลอ่ื น ที่ขอ้ ท่หี นึ่งและสองของนิวตนั จะอธิบาย สภาพการเคลื่อนท่ขี องวตั ถเุ มอื่ มแี รง ภายนอกมากระทาต่อวัตถุ ซง่ึ จากการศึกษาในขณะทม่ี แี รงมากระทาต่อวตั ถุ วตั ถุจะออกแรงโต้ตอบต่อแรงท่ีมากระทาน้ันด้วย เช่น เม่ือเราออกแรงดึงเครื่องชง่ั สปรงิ เราจะรู้สึกว่าเครอ่ื งชั่ง สปริงก็ดงึ มือเราด้วยและย่งิ เราออกแรงดงึ เครอื่ ง ชั่งสปริงดว้ ยแรงมากขน้ึ เทา่ ใดเราก็จะรสู้ กึ ว่าเครอ่ื งชงั่ สปริงยิง่ ดงึ มือ เราไปมากขนึ้ เท่าน้ัน ดงั รูป จากตวั อยา่ งจะพบว่า เมือ่ มแี รงกระทาต่อวัตถุหน่งึ วตั ถุนน้ั ก็จะออกแรงโต้ตอบในทศิ ทางตรงขา้ มกับแรง ทมี่ ากระทา ซง่ึ แรงทงั้ สองแรงน้ีจะเกิดข้ึนพรอ้ มกนั เสมอ เราเรยี กแรงทม่ี ากระทาตอ่ วตั ถุวา่ \"แรงกิรยิ า\" (action force) และเรียกแรงทวี่ ตั ถุโต้ตอบตอ่ แรงท่มี ากระทาวา่ \"แรงปฏกิ ิริยา\" (reaction force) แรงทงั้ สองนี้จงึ เรียก รวมกนั วา่ \"แรงกริ ิยา-แรงปฏิกริ ยิ า\" (action-reaction) จงึ สรุปความสัมพนั ธ์ระหวา่ งแรงกิรยิ ากบั แรงปฏิกริ ิยา ไดเ้ ปน็ กฎการเคล่ือนท่ี ขอ้ ที่ 3 ของนิวตนั ได้วา่ \"แรงกริ ิยาทุกแรงตอ้ งมแี รงปฏิกิรยิ าซึ่งมีขนาดเทา่ กันและทศิ ทางตรงขา้ มกนั เสมอ\"หรือ action = reaction หมายความว่า เมอ่ื มแี รงกิรยิ ากระทาต่อวตั ถใุ ดก็จะมีแรงปฏกิ ิริยา จากวตั ถุนั้นโดยมีขนาด แรงเทา่ กนั แตก่ ระทากับวัตถคุ นละกอ้ นเสมอ จงึ นาแรงกิรยิ ามาหกั ล้างกบั แรงปฏิกริ ยิ า ไม่ได้ เชน่ กรณรี ถชนสนุ ัข แรงกริ ิยา คอื แรงทร่ี ถชนสนุ ขั จงึ ทาใหส้ นุ ัขกระเด็นไป ในขณะเดียวกันจะมีแรง ปฏกิ ริ ิยา ซง่ึ เปน็ แรงท่ีสนุ ัขชนรถ จงึ ทาใหร้ ถบุบ จะเห็นว่าเสยี หายท้ัง 2 ฝา่ ย แสดงว่าแรงไมห่ กั ล้างกัน ดังรูป ข้อควรจำ ลกั ษณะสาคัญของแรงกริ ิยาแรงปฏิกิริยา 1. จะเกดิ ขึ้นพร้อมๆกนั เสมอ 2. มขี นาดเทา่ กัน 3. มีทศิ ทางตรงขา้ มกนั 4. กระทาตอ่ วตั ถุคนละกอ้ น รปู รถชนสนุ ัข

ห น้ า | 151 ลักษณะของการเคลื่อนท่ี แบง่ ออกเป็น 4 ลักษณะ ดังนี้ 1. การเคล่อื นท่เี ปน็ แนวเสน้ ตรง ลักษณะของการเคลื่อนที่แบบน้เี ปน็ พื้นฐานของการเคลื่อนท่ี เพราะทิศทางการเคล่อื นที่จะมีทิศทางเดียว แต่อาจจะเคลื่อนทไ่ี ป-กลบั ได้ รูปแบบการเคลื่อนทอ่ี าจจะแตกตา่ งกันออกไป ตัวอยา่ งเช่น การเคลอ่ื นทขี่ องรถไฟบนราง การเคล่อื นทีข่ องรถบนถนนที่เปน็ แนวเส้นตรง 2. การเคล่อื นท่แี บบโพรเจกไทล์ ลักษณะของการเคลื่อนท่เี ปน็ แนววิถโี ค้ง เปน็ การผสมระหว่างการเคล่ือนทใ่ี นแนวราบและแนวด่ิง เช่น การเตะฟตุ บอล การยงิ จรวดขวดน้า ดอกไม้ไฟ นา้ พุ เป็นต้น การเคล่ือนท่ีแบบโพรเจกไทล์ (แนววถิ โี คง้ ) 3. การเคล่อื นท่ีแบบวงกลม เป็นการเคล่ือนที่ของวตั ถุรอบจุดๆหนง่ึ โดยมีรัศมีคงที่ การเคล่ือนท่ีเป็นวงกลม ทิศทางของการเคลือ่ นที่ จะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ความเร็วของวตั ถจุ ะเปล่ยี นไปตลอดเวลา ทศิ ของแรงทกี่ ระทาจะต้ังฉากกบั ทิศของการ เคลอื่ นท่ี แรงที่กระทาต่อวัตถุจะมีทิศทางเข้าสู่ศนู ย์กลาง เราจงึ เรียกวา่ “แรงสูศ่ นู ยก์ ลาง” ในขณะเดยี วกัน จะมี แรงต้านท่ีไม่ให้วัตถุเข้าสู่ศูนย์กลาง เราเรียกว่า “แรงหนีศูนย์กลาง” แรงหนีศูนย์กลางจะเท่ากับแรงสู่ศูนย์กลาง แต่ทศิ ทางตรงกนั ขา้ ม วตั ถจุ ึงจะเคลื่อนทเี่ ปน็ วงกลมได้ เชน่ ชิงช้าสวรรค์ รถไต่ถัง เป็นต้น

ห น้ า | 152 การเคลื่อนทแ่ี บบวงกลม 4. การเคลอ่ื นทแ่ี บบฮารม์ อนิก เปน็ การเคล่อื นที่แบบกลับไป-กลับมาซ้ารอยเดมิ โดยผ่านตาแหน่งสมดุลอยตู่ รงกลาง เช่น การแกวง่ ของ ชงิ ช้า การแกว่งของลูกตุ้ม การส่นั และแกว่งของวตั ถุ แรงโน้มถ่วงและสนามโน้มถ่วง แรงโนม้ ถว่ งของโลกคอื แรงทโ่ี ลกดึงดูดวัตถุบนโลกไม่ใหห้ ลุดลอยไปในอวกาศ ซงึ่ แรงโนม้ ถ่วงของโลกท่ี มผี ลต่อวตั ถจุ ะมากหรอื น้อยจะขนึ้ อย่กู ับ ชนดิ ของมวลของวัตถุและระยะห่างวัตถุกับจุดศนู ย์กลางของโลก มวลของสาร(Mass) คือปรมิ าณเนอื้ สาร ซึง่ มีค่าคงตัว มีหน่วยเป็นกิโลกรมั นา้ หนัก (weight) คอื แรงเนอ่ื งจากแรงดึงดดู ของโลกทีก่ ระทาติ่วัตถุ มีหนว่ ยตามระบบเอสไอ คอื นวิ ตนั (N) W = mg W = แทน น้าหนกั M = แทน มวล G = แทน คา่ ความเร่งเน่ืองจากแรงดึงดูดของโลก(9.8 m/s2)

ห น้ า | 153 \"ทกุ อนภุ าคสสารน้ีเอกภพดงึ ดดู ทกุ อนภุ าคอื่นดว้ ยแรงซง่ึ แปรผันตรงกับผลคูณของมวลของอนภุ าคและ แปรผกผันกับกาลงั สองของระยะห่างระหว่างอนุภาคท้ังสองนนั้ \" วตั ถมุ มี วล m จะมแี รงโน้มถ่วงกระทาตอ่ วตั ถขุ นาดเท่ากนั F = mg เม่อื g = ความเร่งเนอ่ื งจากแรงโน้มถว่ งของโลก = 9.81 m/s.s ถ้า m มหี นว่ ยเป็นกิโลกรมั F จะมหี น่วยเปน็ นิวตัน แรง F นค้ี อื ส่ิงทีเ่ รามักเรียกว่า \"น้าหนัก\" (Weight) เนอื่ งจาก g มคี า่ เปลย่ี นแปลงไปตามตาแหนง่ ต่างๆ ของโลก แรง F จงึ มคี ่าเปลย่ี นไปด้วยเล็กน้อย สนามโน้มถ่วง เมื่อปลอ่ ยวัตถุ วัตถจุ ะตกสู่พื้นโลกเน่อื งจากโลกมีสนามโนม้ ถว่ ง (gravitational field) อยู่รอบโลก สนาม โน้มถ่วงทาใหเ้ กดิ แรงดงึ ดดู กระทาตอ่ มวลของวตั ถุท้ังหลาย แรงดงึ ดูดนเ้ี รียกว่า แรงโน้มถว่ ง (gravitational force) แรงโนม้ ถว่ งและสนามโนม้ ถว่ งของโลก แรงโน้มถว่ งที่โลกกระทาตอ่ วตั ถบุ นโลกคือน้าหนกั (weight) ของวตั ถุนน้ั (น้าหนักมหี นว่ ยเป็น นิวตนั ) สาหรับวตั ถมุ วล บนผวิ โลกจะมีน้าหนกั เทา่ กบั มีทิศเขา้ สู่จดุ ศูนย์กลางโลกโดยที่ผวิ โลกขนาดของ มีค่าประมาณ 9.8 m/s2 ขอ้ สงั เกต - W ไม่ไดห้ มายถึงน้าหนักท่อี า่ นไดจ้ ากตาช่ัง - นา้ หนกั และคา่ g ขนึ้ อย่กู ับตาแหนง่ ของวตั ถบุ นผิวโลก และจะเปลย่ี นแปลงตามความสงู ตา่ จากผิวโลก แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทาตอ่ วัตถกุ ค็ ือ นา้ หนกั (weight)ของวัตถุบนโลก หาได้จากสมการ W=mgเมอ่ื m เปน็ มวลของวัตถุทม่ี หี น่วยเปน็ กิโลกรมั (kg) - g เป็นความเรง่ โน้มถว่ ง ณ ตาแหนง่ ทีว่ ตั ถวุ างอยู่ มหี นว่ ยเป็นเมตรตอ่ วินาทยี กกาลงั สองและW เปน็ น้าหนักของวตั ถุท่ีมีหน่วยเป็นนิวตัน (N)

ห น้ า | 154 นา้ หนกั ในทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ น้าหนัก หมายถึงแรงบนวัตถุอันเน่ืองมาจากความโน้มถ่วง ขนาดของน้าหนักในปริมาณสเกลาร์ มักเขียนแทนด้วย W แบบตัวเอน คือผลคูณของมวลของวัตถุ m กับขนาด ของความเรง่ เนอ่ื งจากความโนม้ ถ่วง g นัน่ คอื W = mg ถา้ หากพจิ ารณานา้ หนกั วา่ เป็นเวกเตอร์ จะเขยี นแทนด้วย W แบบตัวหนา หน่วยวัดของน้าหนักใช้อย่างเดียวกนั กับหนว่ ยวดั ของแรง ซ่ึงหน่วยเอสไอก็คือนวิ ตัน ยกตัวอย่าง วัตถหุ นึง่ มีมวลเท่ากับ 1 กิโลกรัม มีนา้ หนักประมาณ 9.8 นวิ ตนั บนพ้นื ผวิ โลก มนี ้าหนกั ประมาณหนง่ึ ในหกเทา่ บน พนื้ ผิวดวงจนั ทร์ และมีนา้ หนักทีเ่ กือบจะเป็นศูนย์ในหว้ งอวกาศท่ีไกลออกไปจากเทหวัตถุอนั จะส่งผลให้เกิดความ โน้มถ่วง ในทางนิติศาสตร์และการพาณิชย์ น้าหนัก มีความหมายเดียวกันกับมวลเช่น ท่ีปรากฏบนฉลากบรรจุ ภัณฑ์และข้อมูลโภชนาการ การใช้ในชีวิตประจาวนั ทั่วไป มักจะถือว่าน้าหนักก็หมายถึงมวล และใช้หน่วยวดั ของ มวลเป็นหน่วยวัดของน้าหนัก ด้วยเหตุว่า ความเร่งเน่ืองจากความโน้มถ่วงบนพ้ืนผิวโลกแทบจะเป็นค่าคงตัว หมายความว่า อัตราส่วนระหว่างน้าหนักของวัตถุนิ่งบนพ้ืนผิวโลกต่อมวลของวัตถุน้ัน แทบจะเป็นอิสระจาก ตาแหน่งที่วัตถนุ ั้นตั้งอยู่ ดังน้ันนา้ หนักของวตั ถุจึงเป็นตัวแทนของมวลได้ และในทางกลับกันด้วยดังน้ัน การโคจร ตามแรงจอี าจสง่ ผลกับความพันธ์ของเดือน สมดลุ ของแรง มี 3 แรง ดังน้ี เม่ือมแี รง 3 กระทาต่อวัตถุ วัตถุจะสมดุลไดจ้ ะตอ้ งอย่ภู ายใต้เง่ือนไขคือ 1. แรงท้ังสามตอ้ งอยู่ในระนาบเดียวกนั 2. แรงลัพธ์ = 0 3. แรงท้งั สามตอ้ งพบกนั ท่จี ดุ เดียวกนั หรอื แรงท้งั สามตอ้ งขนานกนั

ห น้ า | 155 เมอื่ วัตถุสมดุลเราสามารถเขยี นเวคเตอรข์ องแรงไดเ้ ปน็ รูปหลายเหล่ียมปิดพอดี แรง 3 แรงกระทาต่อวัตถแุ ล้ว สมดลุ ( SF = 0 ) เขยี นเวกเตอรจ์ ะได้เป็นรูปสามเหลี่ยมปิด ทฤษฎที ่ใี ช้เก่ยี วกับการสมดลุ 1. สมดุลของแรงมี 3 แรง และแรง 3 แรงจะสมดลุ ได้ มีเงอ่ื นไขดังนี้ 1. แรงท้ังสามตอ้ งอยู่ในระนาบเดยี วกัน 2. แรงทัง้ สามตอ้ งพบกันทจ่ี ดุ เดียวกัน หรอื ไมก่ ็ต้องขนานกนั 3. แรงลัพธเ์ ท่ากบั ศูนย์ การหาขนาดของแรงทที่ าให้วตั ถุสมดุล 1. ทฤษฎขี องลามิ \" ถา้ มแี รง 3 แรงมากระทาที่จุดหนงึ่ และอยใู่ นสภาพสมดลุ อัตราส่วนของแรงตอ่ Sin ของมมุ ตรงข้าม ย่อมมคี า่ เท่ากัน \" 2. สามเหลยี่ มแทนแรง “ ถา้ แรงท้ังสามตงั้ ฉากกบั ดา้ นท้งั สามของสามเหลี่ยม อตั ราสว่ นของแรงต่อดา้ น ทีต่ ้ังฉากกับแรงนัน้ จะมคี า่ คงที่ ” ผงั มโนทัศน์ ช่อื กิจกรรม หอคอยหลอดกาแฟ แรง, แรงโน้มถว่ ง, น้าหนัก, สมดุลของแรง S : วิทยาศาสตร์ การใช้เทคโนโลยี ในการสบื ค้นขอ้ มูล การวดั และการ เพ่ือนามาใชอ้ อกแบบ คานวณงบประมาณ M : คณิตศาสตร์ T : เทคโนโลยี ในการสร้างชน้ิ งาน E : วิศวกรรมศาสตร์ การออกแบบเชิงวิศวกรรม การใช้อุปกรณใ์ นการวัด ตดั และ ยดึ ติดวสั ดุในการสร้างช้ินงาน

ห น้ า | 156

ห น้ า | 157 ใบกจิ กรรม เรื่อง หอคอยหลอดกาแฟ วัตถุประสงค์ 1. ทดลองและอธิบายปจั จัยทีท่ าใหห้ อคอยสูงตั้งอยูไ่ ด้ 2. ออกแบบและสรา้ งหอคอยจากวัสดุท่กี าหนดได้อย่างเหมาะสม 3. คานวณงบประมาณในการสรา้ งหอคอยได้ เนอ้ื หา 1. สมบตั แิ ละโครงสร้าง 2. แรง,แรงโน้มถว่ ง, น้าหนกั , สมดลุ ของแรง คาชี้แจง ผจู้ ดั กิจกรรมควรชี้แจงกติกา วธิ ีการทากจิ กรรมให้แกผ่ ูร้ ับบรกิ ารให้ชดั เจน 1. อุปกรณ์การจดั ทากจิ กรรม หอคอยหลอดกาแฟ จานวน ลาดบั รายการวัสดุ-อุปกรณ์ 1 เลม่ 1 กรรไกร / มีดคัตเตอร์ 1 อัน 2 ตลบั เมตร 1 ถงุ 3 หลอดกาแฟ แบบสนั้ 1 ม้วน 4 เทปกาวใสม้วนเลก็ 10 แทง่ 5 ไมเ้ สยี บลูกชน้ิ 10 เสน้ 6 ยางรดั ของเส้นเลก็ 1 ลกู 7 ลกู ปงิ ปอง 10 แทง่ 8 ปากกาเคมี 10 แผน่ 9 กระดาษบรุ๊ฟ 2. ใหผ้ รู้ ับบริการสร้างหอคอย หลอดกาแฟ จากอุปกรณ์ที่กาหนดให้ โดยหอคอยมคี วามสูงที่สุด และข้างบนสุดของหอคอย สามารถวางลูกปิงปองได้โดยไม่ตก แต่ละกลุ่มพยายามใช้หลอดกาแฟและไม้เสียบ ลูกชิ้น ให้เหลือมากท่ีสุด เพราะหลอดกาแฟที่เหลือ 1 หลอด มีค่าเท่ากับ 1 คะแนน ไม้เสียบลูกช้ิน 1 แท่ง มีค่า เท่ากับ 2 คะแนน โดยให้เวลาในการสร้าง หอคอย หลอดกาแฟ 30 นาที หลังจากนั้นให้แต่ละกลุ่มวิเคราะห์หา ความเชอื่ มโยง STEM เขยี นลงในกระดาษบรุ๊ฟ ดังน้ี (1) ชือ่ กจิ กรรม (2) วาดรูปภาพส่งิ ประดษิ ฐ์

ห น้ า | 158 (3) หาความเช่อื มโยง STEM (ใช้หลกั การใดเข้ามาเก่ยี วขอ้ ง) S =……………….. T =……………….. E =……………….. M =……………… 3. ทดสอบความแขง็ แรง โดยการยกหอคอยขนึ้ ระดับอก แลว้ ปลอ่ ยหอคอยลงกบั พน้ื ถา้ หอคอยไมล่ ้ม และลูกปิงปองไมต่ กพื้น ให้ผู้รบั บรกิ ารแต่ละกลมุ่ ส่งตวั แทน นาหอคอย หลอดกาแฟเข้าประกวดแข่งขัน

ห น้ า | 159 ฐานการเรยี นรูท้ ่ี 9 เร่ือง สเลอป้ี ประกอบด้วยแผนการจดั กจิ กรรมการเรยี นร้ทู ี่ 9 เรอื่ ง สเลอปี้ จานวน 2 ช่วั โมง

ห น้ า | 160 แผนการจัดกจิ กรรมการเรยี นรู้ท่ี 9 เรื่อง สเลอปี้ เวลา 2 ช่ัวโมง แนวคดิ สเลอป้ีหรือนา้ แขง็ เกลด็ หิมะ เปน็ เครื่องดื่มหวานเย็นชนิดหน่ึง หลักการของการทาสเลอป้เี กี่ยวขอ้ งกบั การประยกุ ตใ์ ชค้ วามรูเ้ ร่ือง สมบตั ิคอลลเิ กทีฟ สภาวะเย็นยวดยงิ่ และปรากฏการณ์นิวคลีเอชัน กล่าวคือ การทาส เลอปีเ้ ปน็ การทาให้ของเหลวเปลี่ยนสถานะเปน็ ของแขง็ อยา่ งรวดเร็ว ณ อณุ หภมู ิท่ตี า่ กวา่ จดุ เยอื กแขง็ ของ ของเหลวนัน้ ๆ ซ่งึ การลดอุณหภมู ขิ องของเหลวใหต้ ่ากวา่ จุดเยอื กแข็งหรือการทาให้ของเหลวเกิดสภาวะเย็นยวด ย่งิ อาจทาได้โดยนาของเหลวไปแช่ในภาชนะท่ีมนี ้าแข็งผสมเกลอื ซึ่งมีอณุ หภมู ติ ิดลบ จากนั้นทาการรบกวนระบบ ของของเหลวท่ีสภาวะเย็นยวดยิ่งเพอ่ื กระตุน้ ใหข้ องเหลวทเ่ี ยน็ ยวดยง่ิ เกดิ ผลกึ ซึง่ จะเปล่ียนสถานะจากของเหลว เป็นเกลด็ นา้ แข็งอย่างรวดเร็ว วัตถุประสงค์ เมื่อสน้ิ สุดแผนการจัดกิจกรรมการเรยี นรู้นแ้ี ลว้ ผู้รบั บรกิ ารสามารถ 1. อธิบายความรู้เร่ือง สมบัตคิ อลลิเกทฟี สภาวะเย็นยวดยิง่ และปรากฎการณน์ วิ คลีเอชนั ในกระบวนการ ทาสเลอปี้ 2. ออกแบบและทาสเลอปภี้ ายใต้วัสดอุ ุปกรณ์ เวลา และงบประมาณทก่ี าหนด 3. ใชค้ วามรู้ ทักษะและกระบวนการทางคณติ ศาสตร์ในการกาหนดราคาขาย คานวณต้นทนุ กาไร ในการ ทาสเลอป้ี เนอื้ หา 1. สมบัติคอลลิเกทีฟ 2. สภาวะเย็นยวดยิง่ 3. ปรากฎการณน์ ิวคลีเอชัน ขัน้ ตอนการจัดกิจกรรมการเรยี นรู้ ขัน้ ตอนที่ 1 กจิ กรรมการเรียนรู้ประสบการณ์ทางวทิ ยาศาสตร์ (S : Science Experience Activity) 1. ผู้จดั กิจกรรมทกั ทาย และแนะนาตนเองกบั ผูร้ บั บริการ รวมทงั้ ชแ้ี จงวตั ถุประสงคข์ องฐานการเรียนรู้ท่ี 9 เรอ่ื ง สเลอปี้ ไดแ้ ก่ (1) อธบิ ายความร้เู รื่อง สมบัตคิ อลลิเกทฟี สภาวะเย็นยวดยง่ิ และปรากฎการณ์นวิ คลีเอชันใน กระบวนการทาสเลอป้ี (2) ออกแบบและทาสเลอปี้ภายใต้วัสดุอปุ กรณ์ เวลา และงบประมาณทกี่ าหนด

ห น้ า | 161 (3) ใช้ความรู้ ทักษะและกระบวนการทางคณิตศาสตร์ในการกาหนดราคาขาย คานวณต้นทุน กาไร ในการทาสเลอปี้ 2. ผจู้ ดั กิจกรรมซักถามประสบการณ์เดมิ ของผรู้ บั บริการเกย่ี วกับเรอื่ งทจ่ี ะเรยี นรู้ โดยสมุ่ ผู้รับบริการ จานวน 3 - 5 คน ตามความสมคั รใจ ให้ตอบคาถาม จานวน 3 ประเดน็ ดงั นี้ ประเดน็ ที่ 1 “ทา่ น รู้จักเครอื่ งดืม่ สเลอป้ี หรือไม่” ประเด็นที่ 2 “ท่านคดิ ว่า มีปัจจัยใดบ้างทท่ี าให้เกิดเคร่อื งด่ืมสเลอป้ี อธิบายพอสังเขป” ประเด็นท่ี 3 “ทา่ นคดิ วา่ การทาสเลอป้เี อาไปใช้ในชีวิตประจาวนั ได้อย่างไร” 3. ผจู้ ดั กิจกรรมและผู้รับบรกิ าร แลกเปล่ยี นความคิดเห็น และสรุปผลการเรียนร้รู ว่ มกนั ข้ันตอนที่ 2 กจิ กรรมการเรยี นร้วู ทิ ยาศาสตร์ทีท่ า้ ทาย (C : Challenge Learning Activity) 1. ผ้จู ัดกิจกรรมนาเข้าสบู่ ทเรยี นโดยสมมตุ ิสถานการณป์ ญั หาว่า ถ้าผรู้ บั บริการจะเปิดร้านขายเครอ่ื งดื่ม ในช่วงกจิ กรรมกีฬาสี ผูร้ บั บรกิ ารจะขายอะไรดที ่ีน่าจะไดร้ บั ความนิยม (แนวคาตอบ นา้ อัดลม กาแฟ น้าแขง็ ใส ไอศกรีมหลอด) 2. ผ้จู ัดกิจกรรมแบง่ ผรู้ บั บริการออกเปน็ กลุม่ กลุ่มละ 5-10 คน แลว้ สมมติสถานการณป์ ญั หาเพ่อื ให้ ผู้รับบรกิ ารแตล่ ะกลมุ่ ศึกษารายละเอยี ดและเงื่อนไขของสถานการณป์ ญั หา ดงั น้ี “ชุมนมุ ธรุ กจิ ของผู้รับบรกิ ารมีความเห็นว่าจะจัดต้ังรา้ นขายเคร่อื งดื่มให้กบั นักกีฬาและกองเชียร์ในวัน แขง่ ขนั กีฬาสขี องโรงเรยี นซึง่ จะจดั ขน้ึ ในชว่ งฤดูร้อน จากการสารวจพบวา่ ‘สเลอปี้ (Slurpee)’ เปน็ เคร่อื งด่มื ท่ีผ้รู บั บริการตอ้ งการดืม่ เพื่อดับกระหายมากทสี่ ุด ผรู้ บั บรกิ ารจงึ ได้รบั มอบหมายจากสมาชิกใน ชมุ นุมธุรกจิ ใหอ้ อกแบบและหาวิธีการทาเคร่ืองดืม่ ที่มีลกั ษณะเหมอื นสเลอปโี้ ดยใช้เครอื่ งมือทหี่ าได้ ง่ายและกาหนดราคาขายเพ่ือใหไ้ ดก้ าไร” 3. ผจู้ ัดกิจกรรมและผูร้ ับบรกิ ารร่วมกนั อภปิ รายว่า มวี ิธกี ารใดบา้ งท่ีจะสามารถทาเครือ่ งด่มื ทมี่ ีลกั ษณะ เหมอื นสเลอปโ้ี ดยใช้เคร่อื งมอื ท่ีหาได้งา่ ย (แนวคาตอบ นานา้ อดั ลมมาแชช่ ่องแขง็ ของตู้เยน็ นานา้ อัดลมมาแชล่ ง ในน้าแขง็ ผสมกับเกลอื เหมือนการผลิตไอศกรมี หลอด ใช้ตู้ทาสเลอปอี้ ัตโนมัต)ิ ผู้จดั กิจกรรมอาจให้ผู้รบั บรกิ ารแต่ ละกลุ่มรว่ มกนั อภิปรายว่า วธิ กี ารทผ่ี รู้ ับบรกิ ารนาเสนอสามารถทาใหเ้ กดิ สเลอปี้ขึ้นได้อยา่ งไร และเคร่อื งมอื ทใ่ี ช้ ทาสเลอปี้ตามวิธีทีผ่ ู้รับบรกิ ารนาเสนอมานน้ั มตี น้ ทุนสงู หรอื ไม่ อย่างไร 4. ผู้จดั กิจกรรมนาเขา้ สูก่ ิจกรรมการเรียนรูโ้ ดยช้แี จงใหผ้ ู้รบั บรกิ ารเข้าใจหลักการและสามารถทาสเลอป้ี ไดอ้ ยา่ งมปี ระสิทธิภาพ ผ้รู ับบริการจะตอ้ งทาการศกึ ษาปัจจัยต่าง ๆ ทีเ่ ก่ยี วข้องกับการทาสเลอปี้จากกจิ กรรมการ เรียนรู้ 3 กจิ กรรม ดังตอ่ ไปน้ี กิจกรรมที่ 1 เหตุใดจึงต้องเติมเกลอื 1. ผู้จัดกิจกรรมให้ผู้รบั บริการแต่ละกลมุ่ อภปิ รายรว่ มกนั และคาดคะเนวา่ อณุ หภูมิของ น้าแข็ง และน้าแขง็ ผสมเกลอื ท่ีตงั้ ไว้ ณ อุณหภมู ิห้องวา่ จะมีค่าเทา่ ใด โดยบนั ทกึ ตัวเลขจากการคาดคะเนลงใน ใบ กิจกรรมท่ี 1 2. ผูจ้ ดั กิจกรรมแจกวสั ดแุ ละอปุ กรณ์ใหผ้ ู้รับบริการเพ่ือทาการทดลองซึ่งประกอบด้วยขวด พลาสตกิ ทรงกระบอก 2 ใบ เทอร์มอมเิ ตอร์ 2 อัน ชอ้ น 1 อัน น้าแขง็ และเกลือ 3. ผ้รู บั บรกิ ารแต่ละกลมุ่ ทาการทดลองวดั อณุ หภูมิของน้าแข็ง และนา้ แข็งผสมเกลอื

ห น้ า | 162 (ใช้เกลอื จานวน 2 ช้อน) ที่ต้ังไว้ ณ อณุ หภมู ิหอ้ ง จากนัน้ บันทกึ ผลการทดลองลงในใบกจิ กรรมท่ี 1 แล้วเปรียบ เทียบส่งิ ท่ีผูร้ บั บริการทานายกบั ผลทไ่ี ดจ้ ากการทดลองว่าเหมือนกนั หรอื ไม่ อยา่ งไร 4. ผูร้ ับบริการศกึ ษาใบความรู้ที่ 1 เรอื่ ง สมบัติคอลลิเกทฟี แล้วตอบคาถามในใบกิจกรรมท่ี 1 5. ผู้จัดกิจกรรมและผรู้ ับบรกิ ารอภิปรายร่วมกนั เพอ่ื เช่ือมโยงความรูส้ มบัติคอลลิเกทีฟ กับการทาสเลอป้ี กิจกรรมที่ 2 ปริมาณเกลือสาคญั อยา่ งไร 1. ผจู้ ดั กิจกรรมใหผ้ รู้ ับบริการรว่ มกันอภิปรายวา่ ปริมาณของเกลอื ที่เติมลงไปในถังน้าแข็งมี ผลตอ่ อุณหภูมิของสารละลายเกลือในถงั น้าแขง็ หรอื ไม่ อย่างไร จะทาการทดสอบสมมติฐานเหลา่ น้ีไดอ้ ย่างไร 2. ผู้จดั กิจกรรมแจกอุปกรณ์ให้ผรู้ บั บริการเพื่อทาการทดลองศกึ ษาผลของปรมิ าณเกลือใน สารละลายทมี่ ตี อ่ อุณหภมู ิของสารละลาย โดยวสั ดุและอปุ กรณป์ ระกอบดว้ ยขวดพลาสติกทรงกระบอก 1 ใบ เทอร์ มอมเิ ตอร์ 1 อนั ชอ้ น 1 อัน น้าแข็ง น้า และเกลอื 3. ผรู้ ับบริการทาการทดลองโดยเติมนา้ เปล่าปริมาตรประมาณ 1/8 ของขวดพลาสติก ทรงกระบอกจากนนั้ เตมิ น้าแข็งลงไปให้ได้ประมาณ 1/2 ของขวดพลาสติกทรงกระบอกแล้ววัดอณุ หภูมิของนา้ ผสมน้าแขง็ จากนน้ั เติมเกลอื ลงไป 1 ช้อน และวัดอุณหภมู ิท่ไี ด้ แล้วจึงเตมิ เกลอื เพิ่มลงไปอีก 1 ชอ้ น และวดั อณุ หภมู ทิ ี่ได้ โดยให้บันทึกผลการทดลองลงในใบกจิ กรรมท่ี 2 4. ผจู้ ดั กิจกรรมและผูร้ บั บรกิ ารร่วมกันอภปิ ราย ตอบคาถาม และสรปุ ผลท่ีไดจ้ ากการทดลอง ในใบกิจกรรมที่ 2 5. ผจู้ ัดกิจกรรมและผู้รับบริการอภิปรายร่วมกันเพ่อื เช่ือมโยงสมบตั ิคอลลิเกทีฟ กิจกรรมที่ 3 ทาไมต้องเขยา่ 1. ผจู้ ดั กิจกรรมให้ผรู้ ับบริการรว่ มกนั อภิปรายว่า การเขยา่ ภาชนะทแ่ี ช่เครอื่ งดืม่ ท่มี อี ณุ หภูมิ ตา่ กวา่ จุดเยอื กแข็งเคร่อื งดืม่ น้ันจะเกิดการเปลย่ี นแปลงหรือไม่ อยา่ งไร 2. ผจู้ ัดกิจกรรมแจกอปุ กรณ์ให้ผู้รบั บรกิ ารสาหรับทาการทดลองเพอ่ื ศกึ ษาผลของการรบกวน การแข็งตวั ของของเหลวด้วยการเขย่าภาชนะ โดยวสั ดแุ ละอปุ กรณ์ประกอบด้วยขวดพลาสติกทรงกระบอก 2 ใบ ชอ้ น 1 อัน น้าแขง็ น้าอดั ลม และเกลือ 3. ผู้รับบริการแต่ละกลมุ่ ทาการทดลองโดยเตมิ นา้ แข็งลงในภาชนะ 2 ใบ ใหม้ ีปรมิ าณเทา่ กัน จากนนั้ เติมเกลอื จานวน 2 ชอ้ น ลงไปในนา้ แขง็ ในภาชนะทั้งสองใบ นาเคร่ืองด่ืมลงไปแชล่ งในภาชนะทง้ั 2 ใบ จากนนั้ เขย่าภาชนะใบท่ี 1 เป็นเวลา 5 นาที สังเกตการเปลีย่ นแปลงของเคร่อื งดมื่ เปรยี บเทียบกับภาชนะใบท่ี 2 ซงึ่ ไมไ่ ดเ้ ขยา่ บันทึกผลการทดลองลงในใบกิจกรรมที่ 3 จากน้ันใหผ้ รู้ บั บรกิ ารศึกษาใบความรูท้ ี่ 2 เรอ่ื งสภาวะเย็น ยวดยิ่ง 4. ผู้จดั กิจกรรมและผูร้ ับบรกิ ารร่วมกันอภิปรายตอบคาถาม และสรปุ ผลทไ่ี ดจ้ ากการทดลอง ได้ วา่ การนานา้ อดั ลมแช่ไว้ในถงั น้าแขง็ ผสมเกลอื ไวร้ ะยะเวลาหน่ึง แลว้ เขยา่ ภาชนะ จะทาให้ไดผ้ ลิตภัณฑ์ท่เี ป็นเกล็ด นา้ แขง็ คลา้ ยกบั สเลอปม้ี ากกวา่ การไมเ่ ขย่าภาชนะ เนอื่ งจากการแช่เคร่ืองดม่ื ในภาชนะที่มีอุณหภูมิต่ามาก ๆ จะ ทาใหเ้ ครอื่ งดม่ื อยู่ในสภาวะเย็นยวดยงิ่ เมอื่ เขยา่ จะเกิดปรากฏการณท์ ีเ่ รยี กว่า นวิ คลีเอชนั ซึ่งจะทาใหเ้ ครอื่ งด่ืมก่อตวั เป็นเกล็ดน้าแขง็ เล็ก ๆ

ห น้ า | 163 5. ผู้จดั กิจกรรมและผู้รับบรกิ ารอภปิ รายรว่ มกนั เพือ่ เชื่อมโยงปรากฏการณ์ นวิ คลีเอชัน กับการ ทาสเลอป้ี 5. ผู้จัดกิจกรรมทบทวนสถานการณ์ปญั หาในกจิ กรรมนอี้ ีกครัง้ วา่ ผูร้ บั บริการจะต้องผลติ เครอ่ื งดมื่ ท่ีมี ลักษณะเหมอื นสเลอปโ้ี ดยใชเ้ คร่ืองมอื ท่ีหาได้งา่ ยและกาหนดราคาขายเพื่อให้ไดก้ าไร โดยเชอื่ มโยงความรทู้ ี่ ผู้รบั บรกิ ารไดร้ ับจากการทากิจกรรมท่ี 1-3 6. ผ้จู ัดกิจกรรมกาหนดเงอื่ นไขตน้ ทุนเก่ยี วกบั เคร่อื งด่มื วสั ดแุ ละอุปกรณ์ท่ใี ช้สาหรบั การทาสเลอป้ี โดยมี ราคาดงั นี้ • เคร่ืองดืม่ ราคาตามจรงิ /1 ขวด • เกลือ ราคา 2 บาท/100 กรัม (1 ขีด) • น้าแข็ง ราคา 3 บาท/100 กรมั (1 ขดี ) 7. ผู้จัดกิจกรรมอธบิ ายเงื่อนไขการทาสเลอปี้ ดงั น้ี • หลงั จากทกุ กลุม่ ได้รับวัสดอุ ปุ กรณเ์ รียบรอ้ ยแล้ว จะเริม่ ทาการผลิตพรอ้ มกัน โดยมี ระยะเวลาทัง้ สิน้ 15 นาที • วัดปรมิ าณสเลอปีท้ ่ีผลติ ได้ • กาหนดราคาขายสเลอปี้ 8. ผจู้ ดั กิจกรรมให้ผรู้ ับบริการอภปิ รายร่วมกันและเขยี นภาพรา่ งวิธีการทาสเลอป้ี 9. ผู้จัดกิจกรรมให้ผู้รับบริการรว่ มกนั วางแผนการทาสเลอป้ี และดาเนินการทาสเลอปต้ี ามขนั้ ตอนที่ได้ รว่ มกนั วางแผนไว้ 10. ผู้จัดกิจกรรมใหผ้ รู้ บั บริการกาหนดราคาขาย โดยพจิ ารณาจากต้นทนุ และบันทึกลงในใบกจิ กรรม 11. ผรู้ บั บริการทาการวัดปริมาณสเลอป้ีทีผ่ ลติ ข้ึนและบนั ทึกลงในตารางบนั ทึกผล 12. ผ้จู ัดกิจกรรมให้ผรู้ ับบรกิ ารแต่ละกลุม่ ประเมนิ ผลงานของตนเอง รวมทั้งให้อภิปรายเพื่อปรบั ปรุง วธิ กี ารทาสเลอปี้เช่น ถ้าตอ้ งการลดระยะเวลาในการทาสเลอปจ้ี ะทาได้อย่างไร หรือถา้ กลุ่มใดไม่สามารถทา สเลอ ปไี้ ด้ใหร้ ว่ มกนั อภปิ รายเพอ่ื ปรับปรุงแก้ไขวธิ กี ารทาสเลอปี้อีกครงั้ หนง่ึ 13. ผู้รบั บรกิ ารแตล่ ะกลมุ่ นาเสนอแนวคิดในการออกแบบและวธิ ีการทาสเลอปี้ โดยตอ้ งอธิบายองค์ ความร้ทู ีน่ ามาใชใ้ นการออกแบบและทาสเลอปี้ พรอ้ มท้ังวธิ กี ารปรบั ปรุงการทาสเลอปี้ ทั้งนีส้ าหรบั กลมุ่ ท่ไี ม่ ประสบผลสาเร็จในการทาสเลอป้ี ใหน้ าเสนอสาเหตุ รวมทง้ั แนวทางในการปรบั ปรงุ แกไ้ ขวิธกี ารด้วย 14. ผู้รับบรกิ ารแตล่ ะกลุ่มวิเคราะห์หาความเชอ่ื มโยง STEM (ใช้หลกั การใดเขา้ มาเกีย่ วข้อง) S = ……………………………………… T = ……………………………………… E = ……………………………………… M = …………………………………….. ผู้จัดกิจกรรมและผรู้ บั บรกิ ารแลกเปลยี่ นความคิดเห็นและสรปุ ส่ิงทไี่ ด้เรียนรู้ร่วมกนั

ห น้ า | 164 ขัน้ ตอนท่ี 3 กิจกรรมการสรปุ ผลการนาวทิ ยาศาสตร์ไปใชใ้ นชวี ิตประจาวัน (I : Implementation Conclusion Activity) 1. ให้ผู้รบั บรกิ ารตอบคาถามในประเดน็ “ท่านจะนาความรู้เรือ่ งสเลอปี้ไปประยุกต์ใชใ้ นชวี ติ ประจาวัน ครอบครัว ชมุ ชนสงั คม ของทา่ นได้อยา่ งไร” 2. ผู้จัดกิจกรรมและผู้รบั บริการสรปุ ส่งิ ที่ได้เรยี นรใู้ นคร้ังน้รี ่วมกนั สือ่ วสั ดุอปุ กรณ์ และแหลง่ การเรยี นรู้ 1. ใบความรู้สาหรบั ผู้จัดกจิ กรรม เรื่อง สมบัตคิ อลลิเกทฟี 2. ใบความรู้สาหรับผู้จดั กจิ กรรม เรือ่ ง สภาวะเย็นยวดยิง่ 3. ใบความรู้สาหรับผู้จัดกิจกรรม เรื่อง สมบัติคอลลิเกทฟี 4. ใบความรู้สาหรับผู้จดั กิจกรรม เร่อื ง สภาวะเย็นยวดยง่ิ 5. วดิ ีโอหรือภาพแสดงข้นั ตอนการทาสเลอป้อี ย่างง่าย (ตัวอย่าง: https://youtu.be/5T68TvdoSbI) 6. ขวดพลาสติกใสแบบมีฝาปิดขนาดใหญ่ 7. ขวดพลาสติกใสแบบมีฝาปดิ ขนาดเล็ก 8. แก้วพลาสติกใส 9. ถาดพลาสติก (สาหรบั รอง) 10. ช้อนพลาสตกิ 11. เครอ่ื งช่งั 12. ผา้ เชด็ โตะ๊ 13. ถุงมือผา้ 14. เทอรม์ อมิเตอร์ (ชว่ งอุณหภูมิ -10 C - 100 C) 15. เกลือ 16. นา้ แขง็ บดหรือนา้ แขง็ แบบหลอดเลก็ 17. เครอ่ื งด่ืมประเภทตา่ ง ๆ เช่น นา้ อัดลม นา้ หวาน 18. นา้ เปล่า 19. กระดาษปร๊ฟู 20. ปากกาเคมี การวดั และประเมินผล 1. สังเกตกระบวนการมสี ว่ นร่วม ได้แก่ อภปิ ราย ตอบคาถาม 2. บนั ทึกผลการเรยี นรู้

ห น้ า | 165 บันทึกผลหลังการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ ผลการใช้แผนการจัดกจิ กรรมการเรยี นรู้ 1. จานวนเน้อื หากับจานวนเวลา  เหมาะสม  ไมเ่ หมาะสม ระบเุ หตุผล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2. การเรยี งลาดบั เนือ้ หากบั ความเข้าใจของผรู้ บั ริการ  เหมาะสม  ไม่เหมาะสม ระบุเหตุผล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3. การนาเขา้ ส่บู ทเรยี นเนื้อหาแต่ละหวั ขอ้  เหมาะสม  ไม่เหมาะสม ระบุเหตผุ ล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 4. วิธกี ารจดั กิจกรรมการเรยี นรู้กบั เนอื้ หาในแต่ละข้อ  เหมาะสม  ไม่เหมาะสม ระบเุ หตผุ ล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5. การประเมนิ ผลกับวัตถุประสงค์ในแต่ละเน้ือหา  เหมาะสม  ไมเ่ หมาะสม ระบุเหตผุ ล……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ผลการเรยี นรูแ้ ละผ้รู ับบริการ ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ผลการจัดกิจกรรมการเรียนร้ขู องผ้จู ักจิ กรรม ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ขอ้ เสนอแนะ ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ห น้ า | 166 ใบความรูส้ าหรับผ้จู ดั กิจกรรม เร่ือง สมบตั ิคอลลเิ กทีฟ (colligative properties) วัตถุประสงค์ เมื่อสนิ้ สดุ แผนการจดั กิจกรรมการเรยี นรู้นแ้ี ล้ว ผู้รบั บรกิ ารสามารถ อธิบายความร้เู ร่อื ง สมบัติคอลลิเกทีฟ เน้ือหา สมบตั ิคอลลิเกทฟี สารละลายเปน็ สารเน้อื เดยี ว เตรยี มไดจ้ ากการผสมสารบริสุทธ์ิต้ังแต่ 2 ชนดิ ข้ึนไปเข้าดว้ ยกัน สมบัติ คอลลิเกทีฟ (colligative properties) เปน็ สมบตั ิของสารละลายที่ขนึ้ อยกู่ บั ความเขม้ ขน้ ของสารละลาย ซงึ่ มีอยู่ 4 ประการ ดังน้ี 1. การเพ่ิมขนึ้ ของจดุ เดือด (boiling point elevation) 2. การลดลงของจดุ เยอื กแขง็ (freezing point depression) 3. การลดลงของความดันไอ (vapor pressure lowering) 4. การเกดิ ความดนั ออสโมติก (osmotic pressure) ในท่ีนี้จะกลา่ วถึงรายละเอียดสมบัตคิ อลลิเกทีฟเฉพาะการเพ่ิมขึน้ ของจุดเดือด และการลดลงของจุดเยอื ก แข็งโดยจดุ เดอื ดของสารละลายจะสงู กว่าจดุ เดอื ดของตัวทาละลายบริสทุ ธ์ิ ส่วนจดุ หลอมเหลวหรือจุดเยือกแข็ง ของสารละลายจะต่ากวา่ จุดหลอมเหลวหรือจดุ เยือกแข็งของตวั ทาละลายบริสทุ ธิ์ ในกรณที ่ีสารละลายมีตัวทา ละลายไม่แตกตัวเป็นไอออนและเปน็ สารท่รี ะเหยยาก การเพม่ิ ขึน้ ของจุดเดอื ดและการลดลงของจุดเยือกแขง็ ขึน้ อยูก่ ับความเขม้ ขน้ ของสารละลายกลา่ วคือ สารละลายท่มี ตี ัวทาละลายชนิดเดียวกนั และมีความเขม้ ข้นใน หน่วยโมลตอ่ กิโลกรมั (โมแลล) เท่ากัน จะมจี ดุ เดือดหรือจดุ เยอื กแข็งเท่ากนั ยกตวั อยา่ งเชน่ สารละลายทม่ี นี ้าเป็น ตวั ทาละลายและมีความเขม้ ขน้ 1 โมแลล จะมีจดุ เยือกแข็ง -1.86 ℃ และมจี ุดเดือด 100.51 ℃ สว่ นสารละลายท่ี มนี า้ เป็นตัวทาละลายและมีความเขม้ ข้น 2 โมแลล จะมีจุดเยอื กแข็ง -3.72 ℃ และมจี ดุ เดือด 101.02 ℃ ทัง้ นต้ี ัว ละลายจะเปน็ สารใดก็ได้ ผลต่างระหว่างจดุ เดือดของสารละลายท่ีมีความเข้มขน้ 1 โมแลล หรอื 1 โมลต่อกิโลกรัม กับจุดเดือดของ ตวั ทาละลายบริสุทธ์ิจะมคี า่ คงท่ี เรียกว่า ค่าคงทข่ี องการเพ่ิมขึ้นของจุดเดือด (Kb) ของตัวทาละลาย ในทานอง เดยี วกันผลต่างระหว่างจดุ หลอมเหลวของสารละลายท่ีมีความเข้มข้น 1 โมแลล หรือ 1 โมลต่อกิโลกรมั กับจดุ หลอมเหลวของตัวทาละลายบรสิ ุทธิ์ก็มีคา่ คงท่ี เรียกว่า คา่ คงท่ีของการลดลงของจดุ เยอื กแขง็ (Kf) ของตัวทา ละลาย เนื่องจากการเพม่ิ ขึน้ ของจุดเดือดเป็นปฏภิ าคโดยตรงกบั ความเข้มขน้ เป็นโมแลลของสารละลาย เขียนเป็น ความสัมพันธไ์ ดด้ งั น้ี ΔTb ∝ m ΔTb = Kb m

ห น้ า | 167 เมื่อ ΔTf = ผลต่างระหวา่ งจดุ เดอื ดของสารละลายกบั จุดเดอื ดของตวั ทาละลายบรสิ ุทธิ์ m = ความเข้มข้นของสารละลายเปน็ โมแลลหรอื โมลต่อกิโลกรัม Kb = คา่ คงที่ของการเพิม่ ข้ึนของจดุ เดอื ดของตวั ทาละลาย ในทานองเดียวกัน การลดลงของจุดเยอื กแขง็ กเ็ ป็นปฏิภาคโดยตรงกับความเข้มข้นเป็นโมแลลของ สารละลาย เขยี นเป็นความสมั พนั ธ์ไดด้ ังนี้ ΔTf ∝ m ΔTf = Kf m เม่ือ ΔTf = ผลต่างระหว่างจดุ เยอื กแขง็ ของตวั ทาละลายบรสิ ุทธิ์กบั จุดเยือกแขง็ ของสารละลาย m = ความเข้มข้นของสารละลายเปน็ โมแลลหรือโมลต่อกิโลกรมั Kf = คา่ คงท่ีของการลดลงของจดุ เยือกแข็งของตวั ทาละลาย ตวั อย่างจดุ เดือด จดุ เยือกแขง็ ค่า Kbและ Kf ของสารบางชนิดแสดงในตาราง ตาราง จดุ เดือด จดุ เยือกแขง็ ค่าคงทข่ี องการเพม่ิ ข้ึนของจุดเดือด และคา่ คงทข่ี องการลดลงของจดุ เยือกแขง็ ของตัวทาละลายบางชนดิ ตัวทาละลาย จุดเดือด Kb จุดเยอื กแขง็ Kf (℃/������) (℃) (℃/������) (℃) โพรพาโนน (C3H6) 56.20 1.71 - - ไตรคลอโรมีเทนหรอื คลอโรฟอรม์ (CHCI3) 61.70 3.63 - - เมทานอล (CH4O) 64.96 0.83 - - เอทานอล (C2H6O) 78.50 1.22 - - เบนซีน (C6H6) 80.10 2.53 5.50 4.90 แนฟทาลีน (C10H8) 80.55 6.98 - - นา้ (H2O) 100 0.51 0.00 1.86 กรดแอซีตกิ (C2H4O2) 117.90 3.07 16.60 3.90 คารบ์ อนเตตระคลอไรด์ (CCI4) 76.54 5.03 -22.99 2.98 ค่า Kb และ Kf มหี นว่ ยเปน็ ˚C/m เมอื่ m = molal หรอื ˚C/mol/kg หรือเขียนเป็น ˚Ckg/mol จากขอ้ มลู ในตาราง คา่ Kf ของเบนซีนเทา่ กับ 4.90 องศาเซลเซยี สตอ่ โมแลล หมายความว่า สารละลายที่ มเี บนซีนเปน็ ตวั ทาละลายเข้มขน้ 1 โมแลล จะเยอื กแข็งทอี่ ุณหภมู ติ ่าวา่ จุดเยอื กแขง็ ของเบนซีน 4.90 องศา เซลเซียส นน่ั คือ จุดเยือกแข็งของสารละลายนม้ี คี ่าเทา่ กับ 5.50 – 4.90 = 0.60 ºC สาหรับในกรณที ่ีสารละลายมตี วั ละลายแตกตวั เป็นไอออน การเพิ่มขึ้นของจุดเดอื ดและการลดลงของจดุ เยอื กแข็ง จะแตกต่างจากสารละลายท่ีมตี ัวละลายไมแ่ ตกตัวและระเหยยากดงั ทไ่ี ดก้ ลา่ วแล้วขา้ งต้น ตวั อยา่ งเช่น สารละลาย เกลอื แกง (NaCl) (แตกตวั ให้โซเดยี มไอออน (Na+) และ คลอไรดไ์ อออน (Cl-)) ความเขม้ ขน้ 1 โมแลล จะมีจุด เดือดสงู กว่าและมีจุดเยือกแขง็ ต่ากว่าสารละลายน้าตาลทราย (C12H22O11) ทม่ี คี วามเข้มข้นเท่ากัน

ห น้ า | 168 ในทางการค้าไดน้ าความรู้เกย่ี วกบั สมบตั ิคอลลเิ กทฟี ไปใช้ประโยชน์ เช่น การรักษาอณุ หภมู ิของถงั ไอศกรมี ใหม้ ีอณุ หภูมติ ่า โดยท่วั ไปหากใสเ่ ฉพาะน้าแข็งอยา่ งเดยี วลงในถังไอศกรมี อุณหภมู ภิ ายในถังจะอยู่ที่ ประมาณ 4 – 5 ℃ แตเ่ มอ่ื เติมเกลอื ลงไปจะทาใหอ้ ุณหภูมิภายในถังไอศกรมี ตา่ กวา่ 0 ℃ สง่ ผลให้ไอศกรีม คง ตัวอยู่ได้นานและไมห่ ลอมเหลว ตัวอยา่ งการประยุกตใ์ ชส้ มบัตคิ อลลิเกทฟี อ่นื ๆ ท่ีพบ เชน่ ในบางประเทศมีการใช้ เกลอื โรยหิมะเพื่อทาให้หมิ ะเกดิ การหลอมเหลว หรอื การเติมสารบางประเภทลงในเครื่องยนตเ์ พ่อื ป้องกนั การ แข็งตัวของน้าในเคร่ืองยนต์

ห น้ า | 169 ใบความรสู้ าหรบั ผู้จัดกิจกรรม เรื่อง สภาวะเยน็ ยวดยงิ่ (supercooled state) วัตถุประสงค์ เม่อื สน้ิ สดุ แผนการจดั กจิ กรรมการเรยี นรู้นแ้ี ล้ว ผู้รับบริการสามารถ อธิบายความรู้เรื่อง สภาวะเย็นยวดยง่ิ และปรากฎการณ์นวิ คลีเอชนั ในกระบวนการทาสเลอปี้ เน้ือหา 1. สภาวะเยน็ ยวดย่งิ 2. ปรากฎการณน์ ิวคลเี อชนั เป็นท่ที ราบกันดวี า่ เม่อื ลดอณุ หภูมิของของเหลวจนถงึ จดุ เยอื กแข็ง (freezing point) ของเหลวจะเปลี่ยน สถานะเปน็ ของแข็ง การเปล่ียนสถานะของของเหลวดงั กล่าวจะเกิดขึ้นได้ถา้ ของเหลวนนั้ มีอนภุ าคของของแข็ง เช่น ฝุ่นละออง ปนอยูก่ ารเปลย่ี นสถานะของของเหลวเปน็ ของแขง็ รวมทัง้ การเกิดผลึก โมเลกลุ ของของเหลวจะยึด เกาะกบั อนุภาคของของแข็งซึ่งทาหน้าทีเ่ ป็นแกนกลางหรอื นวิ เคลยี ส (nucleus) แม้จะมอี นุภาคของแขง็ ปนอยูใ่ น ของเหลวในปรมิ าณทีน่ ้อยมากการเปลี่ยนสถานะของของเหลวเป็นของแขง็ ท่ีจุดเยอื กแขง็ สามารถเกิดขึ้นได้ ใน กรณที ่ีของเหลวมีความบรสิ ุทธิม์ าก ๆ หรอื สารละลายท่ี ไมม่ อี นภุ าคของของแข็งปนอยู่ แม้จะลดอุณหภูมิจนต่ากว่าจดุ เยอื กแขง็ ของเหลวยังมีสถานะเปน็ ของเหลว เรียก ปรากฏการณ์น้วี า่ สภาวะเยน็ ยวดยงิ่ (supercooled state) เช่น นา้ มจี ุดเยือกแข็งที่อุณหภูมิ 0 ℃ ดงั น้ัน น้า กลายเปน็ น้าแขง็ ท่อี ุณหภมู ิ 0 ℃ แต่หลายครั้งที่เมอื่ นานา้ ดืม่ ท่ีบรรจุในขวดพลาสตกิ ท่ยี งั ไม่เปิดฝา ไปแชใ่ นช่องแช่ แข็งที่อุณภมู ติ ่ากวา่ 0 ℃ เป็นเวลาหลายช่ัวโมงน้ายังคงสถานะของเหลวเชน่ เดิม ที่เป็นเชน่ นเ้ี พราะในนา้ บริสุทธไิ์ ม่ มอี นภุ าคของของแขง็ ให้โมเลกุลของนา้ ยึดเกาะจากการศกึ ษาพบว่าน้าทบี่ รสิ ุทธ์มิ าก ๆ สามารถคงสถานะ ของเหลวได้จนถึงอณุ หภมู ิ -40 ℃ จงึ เปลี่ยนสถานะเปน็ ของแข็งอุณภมู ิทข่ี องเหลวเย็นยวดยิง่ เปลี่ยนเป็นของแข็ง ได้เองโดยไม่มกี ารรบกวนระบบเรยี กวา่ จุดนิวคลเี อชนั (nucleation point) ภาพที่ 1 อณุ หภมู ิสารยวดยิง่ ณ จุดเยอื กแข็ง (Tf) และอณุ หภูมิ ณ จุดนวิ คลีเอชนั (Tc) การรบกวนระบบของสารท่ีเย็นยวดยง่ิ (supercooled substances) จะทาใหส้ ารท่ีมสี ถานะเปน็ ของเหลวเปลี่ยนสถานะเปน็ ของแข็งอยา่ งรวดเรว็ เรยี กปรากฏการณน์ ้ีว่า นวิ คลเี อชนั (nucleation) การรบกวน

ห น้ า | 170 ระบบท่ีทาให้เกดิ นวิ คลเี อชันสามารถทาไดห้ ลายวิธี เช่น การหย่อนอนภุ าคของแขง็ ลงในสารทเ่ี ย็นยวดยิ่ง อนุภาค ทีเ่ ป็นของแข็งจะทาหนา้ ท่ีเปน็ แกนกลางใหโ้ มเลกุลของของเหลวยึดเกาะและกลายเป็นของแข็งหรอื ตกผลึก ทันทที ่ี ของเหลวเย็นยวดยงิ่ มเี กล็ดของแขง็ หรอื ผลึกแรกเกิดขน้ึ กระบวนการนวิ คลีเอชันจะเกดิ ขน้ึ ต่อเน่ืองและรวดเร็วทา ให้ของเหลวเย็นยวดยิง่ กลายเป็นของแข็งทง้ั หมด เนอ่ื งจากการเปลีย่ นสถานะของของเหลวเย็นยวดย่ิงเปน็ ของแข็งเกิดขนึ้ อยา่ งรวดเรว็ ดังนนั้ ของแขง็ หรือ ผลึกที่เกิดขึ้นจะจดั เรยี งตวั ได้เป็นระเบยี บน้อยกวา่ เมอื่ เปรียบเทยี บกับการแขง็ ตัวของของเหลวปกติที่เกดิ ข้ึนอยา่ ง ชา้ ๆ ดงั นน้ั ของแขง็ ที่เกิดจากของเหลวเยน็ ยวดยิง่ จะมีความแขง็ น้อยกว่าของแข็งทีเ่ กดิ จากการเปล่ียนสถานะที่จุด เยือกแขง็ ปกติ ในกรณีของสารละลายทม่ี กี ารอัดแกส๊ ลงในของเหลว เชน่ เครือ่ งดม่ื ประเภทกรดคาร์บอนกิ เมื่อเขย่า สารละลายเย็นยวดย่งิ ของสารประเภทน้ี จะมีฟองแกส๊ เกิดขน้ึ จานวนมากซึง่ ฟองแกส๊ ที่เกิดขน้ึ จะผสมและแทรกตวั อยใู่ นโมเลกุลของของเหลวทาให้เม่อื เกิดการแข็งตัว สารท่ไี ด้จะมลี ักษณะเป็นเกลด็ เล็ก ๆ และเกิดการจับตวั เปน็ กอ้ นนอ้ ยกวา่ เคร่ืองดื่มทไ่ี มไ่ ด้อดั แกส๊ ลงไป

ห น้ า | 171 ใบความรสู้ าหรบั ผู้รบั บรกิ าร เร่ือง สมบตั คิ อลลเิ กทีฟ (colligative properties) วตั ถุประสงค์ เม่ือสน้ิ สดุ แผนการจัดกจิ กรรมการเรยี นร้นู ี้แล้ว ผู้รับบริการสามารถ อธิบายความรู้เร่ือง สมบตั ิคอลลิเกทีฟ เน้อื หา สมบัตคิ อลลิเกทีฟ สารละลายเปน็ สารเนอื้ เดยี ว เตรียมได้จากการผสมสารบริสทุ ธ์ติ ง้ั แต่ 2 ชนิดข้ึนไปเข้าดว้ ยกัน สมบัติ คอลลิเกทีฟ (colligative properties) เปน็ สมบัติของสารละลายท่ีข้นึ อยกู่ บั ความเขม้ ข้นของสารละลาย ซึง่ มีอยู่ 4 ประการ ดงั นี้ 1. การเพิม่ ข้นึ ของจุดเดอื ด (boiling point elevation) 2. การลดลงของจดุ เยอื กแขง็ (freezing point depression) 3. การลดลงของความดนั ไอ (vapor pressure lowering) 4. การเกิดความดนั ออสโมติก (osmotic pressure) ในที่นีจ้ ะกลา่ วถึงรายละเอียดสมบัตคิ อลลเิ กทีฟเฉพาะการเพิม่ ข้นึ ของจดุ เดอื ด และการลดลงของจุดเยือก แขง็ โดยจดุ เดือดของสารละลายจะสงู กวา่ จุดเดอื ดของตัวทาละลายบริสุทธ์ิ ส่วนจุดหลอมเหลวหรือจุดเยือกแขง็ ของสารละลายจะต่ากวา่ จดุ หลอมเหลวหรือจุดเยือกแข็งของตวั ทาละลายบริสทุ ธิ์ ในกรณที ่ีสารละลายมตี ัวทา ละลายไมแ่ ตกตวั เป็นไอออนและเป็นสารท่รี ะเหยยาก การเพมิ่ ขึน้ ของจุดเดือดและการลดลงของจดุ เยอื กแข็ง ข้ึนอย่กู บั ความเขม้ ข้นของสารละลายกลา่ วคือ สารละลายท่มี ตี ัวทาละลายชนิดเดยี วกัน และมีความเขม้ ขน้ ใน หน่วยโมลต่อกโิ ลกรัม (โมแลล) เท่ากัน จะมีจุดเดือดหรอื จุดเยอื กแข็งเท่ากัน ยกตวั อย่างเชน่ สารละลายทมี่ นี า้ เป็น ตวั ทาละลายและมีความเข้มขน้ 1 โมแลล จะมจี ุดเยอื กแขง็ -1.86 ℃ และมจี ุดเดอื ด 100.51 ℃ สว่ นสารละลายที่ มนี ้าเป็นตวั ทาละลายและมคี วามเขม้ ขน้ 2 โมแลล จะมีจุดเยือกแขง็ -3.72 ℃ และมีจุดเดือด 101.02 ℃ ท้งั นีต้ ัว ละลายจะเป็นสารใดกไ็ ด้ ผลต่างระหวา่ งจดุ เดือดของสารละลายทมี่ คี วามเข้มข้น 1 โมแลล หรือ 1 โมลตอ่ กโิ ลกรมั กับจุดเดือดของ ตัวทาละลายบริสทุ ธิ์จะมีคา่ คงที่ เรียกว่า ค่าคงทข่ี องการเพิม่ ขึ้นของจุดเดือด (Kb) ของตวั ทาละลาย ในทานอง เดียวกันผลต่างระหวา่ งจุดหลอมเหลวของสารละลายท่มี ีความเข้มขน้ 1 โมแลล หรือ 1 โมลต่อกโิ ลกรัม กับจดุ หลอมเหลวของตัวทาละลายบรสิ ทุ ธกิ์ ม็ ีค่าคงที่ เรยี กว่า ค่าคงที่ของการลดลงของจุดเยอื กแขง็ (Kf) ของตัวทา ละลาย เน่ืองจากการเพ่ิมขนึ้ ของจดุ เดือดเป็นปฏิภาคโดยตรงกบั ความเข้มขน้ เป็นโมแลลของสารละลาย เขียนเปน็ ความสมั พนั ธ์ได้ดังน้ี ΔTb ∝ m ΔTb = Kb m

ห น้ า | 172 เมื่อ ΔTf = ผลต่างระหวา่ งจดุ เดอื ดของสารละลายกบั จุดเดอื ดของตวั ทาละลายบรสิ ุทธิ์ m = ความเข้มข้นของสารละลายเปน็ โมแลลหรอื โมลต่อกิโลกรัม Kb = คา่ คงที่ของการเพิม่ ข้ึนของจดุ เดอื ดของตวั ทาละลาย ในทานองเดียวกัน การลดลงของจุดเยอื กแขง็ กเ็ ป็นปฏิภาคโดยตรงกับความเข้มข้นเป็นโมแลลของ สารละลาย เขยี นเป็นความสมั พนั ธ์ไดด้ ังนี้ ΔTf ∝ m ΔTf = Kf m เม่ือ ΔTf = ผลต่างระหว่างจดุ เยอื กแขง็ ของตวั ทาละลายบรสิ ุทธิ์กบั จุดเยือกแขง็ ของสารละลาย m = ความเข้มข้นของสารละลายเปน็ โมแลลหรือโมลต่อกิโลกรมั Kf = คา่ คงท่ีของการลดลงของจดุ เยือกแข็งของตวั ทาละลาย ตวั อย่างจดุ เดือด จดุ เยือกแขง็ ค่า Kbและ Kf ของสารบางชนิดแสดงในตาราง ตาราง จดุ เดือด จดุ เยือกแขง็ ค่าคงทข่ี องการเพม่ิ ข้ึนของจุดเดือด และคา่ คงทข่ี องการลดลงของจดุ เยือกแขง็ ของตัวทาละลายบางชนดิ ตัวทาละลาย จุดเดือด Kb จุดเยอื กแขง็ Kf (℃/������) (℃) (℃/������) (℃) โพรพาโนน (C3H6) 56.20 1.71 - - ไตรคลอโรมีเทนหรอื คลอโรฟอรม์ (CHCI3) 61.70 3.63 - - เมทานอล (CH4O) 64.96 0.83 - - เอทานอล (C2H6O) 78.50 1.22 - - เบนซีน (C6H6) 80.10 2.53 5.50 4.90 แนฟทาลีน (C10H8) 80.55 6.98 - - นา้ (H2O) 100 0.51 0.00 1.86 กรดแอซีตกิ (C2H4O2) 117.90 3.07 16.60 3.90 คารบ์ อนเตตระคลอไรด์ (CCI4) 76.54 5.03 -22.99 2.98 ค่า Kb และ Kf มหี นว่ ยเปน็ ˚C/m เมอื่ m = molal หรอื ˚C/mol/kg หรือเขียนเป็น ˚Ckg/mol จากขอ้ มลู ในตาราง คา่ Kf ของเบนซีนเทา่ กับ 4.90 องศาเซลเซยี สตอ่ โมแลล หมายความว่า สารละลายที่ มเี บนซีนเปน็ ตวั ทาละลายเข้มขน้ 1 โมแลล จะเยอื กแข็งทอี่ ุณหภมู ติ ่าวา่ จุดเยอื กแขง็ ของเบนซีน 4.90 องศา เซลเซียส นน่ั คือ จุดเยือกแข็งของสารละลายนม้ี คี ่าเทา่ กับ 5.50 – 4.90 = 0.60 ºC สาหรับในกรณที ่ีสารละลายมตี วั ละลายแตกตวั เป็นไอออน การเพิ่มขึ้นของจุดเดอื ดและการลดลงของจดุ เยอื กแข็ง จะแตกต่างจากสารละลายท่ีมตี ัวละลายไมแ่ ตกตัวและระเหยยากดงั ทไ่ี ดก้ ลา่ วแล้วขา้ งต้น ตวั อยา่ งเช่น สารละลาย เกลอื แกง (NaCl) (แตกตวั ให้โซเดยี มไอออน (Na+) และ คลอไรดไ์ อออน (Cl-)) ความเขม้ ขน้ 1 โมแลล จะมีจุด เดือดสงู กว่าและมีจุดเยือกแขง็ ต่ากว่าสารละลายน้าตาลทราย (C12H22O11) ทม่ี คี วามเข้มข้นเท่ากัน

ห น้ า | 173 ในทางการค้าไดน้ าความรู้เกย่ี วกบั สมบตั ิคอลลเิ กทฟี ไปใช้ประโยชน์ เช่น การรักษาอณุ หภมู ิของถงั ไอศกรมี ใหม้ ีอณุ หภูมติ ่า โดยท่วั ไปหากใสเ่ ฉพาะน้าแข็งอยา่ งเดยี วลงในถังไอศกรมี อุณหภมู ภิ ายในถังจะอยู่ที่ ประมาณ 4 – 5 ℃ แตเ่ มอ่ื เติมเกลอื ลงไปจะทาใหอ้ ุณหภูมิภายในถังไอศกรมี ตา่ กวา่ 0 ℃ สง่ ผลให้ไอศกรีม คง ตัวอยู่ได้นานและไมห่ ลอมเหลว ตัวอยา่ งการประยุกตใ์ ชส้ มบัตคิ อลลิเกทฟี อ่นื ๆ ท่ีพบ เชน่ ในบางประเทศมีการใช้ เกลอื โรยหิมะเพื่อทาให้หมิ ะเกดิ การหลอมเหลว หรอื การเติมสารบางประเภทลงในเครื่องยนตเ์ พ่อื ป้องกนั การ แข็งตัวของน้าในเคร่ืองยนต์

ห น้ า | 174 ใบความรสู้ าหรบั ผู้รับบรกิ าร เร่ือง สภาวะเยน็ ยวดยง่ิ (supercooled state) วตั ถปุ ระสงค์ เม่ือสิ้นสดุ แผนการจดั กิจกรรมการเรียนรู้น้ีแล้ว ผู้รบั บริการสามารถ อธิบายความรเู้ รือ่ ง สภาวะเย็นยวดยงิ่ และปรากฎการณ์นวิ คลเี อชนั ในกระบวนการทาสเลอป้ี เนอื้ หา 1. สภาวะเยน็ ยวดย่ิง 2. ปรากฎการณ์นิวคลเี อชนั เป็นท่ที ราบกนั ดีวา่ เมือ่ ลดอุณหภมู ขิ องของเหลวจนถงึ จดุ เยอื กแข็ง (freezing point) ของเหลวจะเปลี่ยน สถานะเป็นของแขง็ การเปลยี่ นสถานะของของเหลวดงั กลา่ วจะเกดิ ขึน้ ไดถ้ ้าของเหลวน้ันมีอนภุ าคของของแข็ง เชน่ ฝุ่นละออง ปนอยู่การเปล่ยี นสถานะของของเหลวเปน็ ของแข็งรวมทัง้ การเกดิ ผลึก โมเลกลุ ของของเหลวจะยึด เกาะกบั อนุภาคของของแข็งซง่ึ ทาหน้าทเ่ี ป็นแกนกลางหรอื นิวเคลยี ส (nucleus) แม้จะมีอนภุ าคของแขง็ ปนอยูใ่ น ของเหลวในปรมิ าณทีน่ ้อยมากการเปลี่ยนสถานะของของเหลวเปน็ ของแขง็ ท่ีจดุ เยือกแขง็ สามารถเกิดขึ้นได้ ใน กรณที ขี่ องเหลวมคี วามบรสิ ทุ ธมิ์ าก ๆ หรือสารละลายที่ ไมม่ ีอนุภาคของของแขง็ ปนอยู่ แมจ้ ะลดอณุ หภมู ิจนตา่ กวา่ จุดเยือกแขง็ ของเหลวยังมีสถานะเป็นของเหลว เรียก ปรากฏการณน์ ้วี ่า สภาวะเย็นยวดยง่ิ (supercooled state) เชน่ น้ามีจดุ เยอื กแขง็ ทอี่ ุณหภูมิ 0 ℃ ดงั น้ัน น้า กลายเปน็ นา้ แข็งที่อณุ หภูมิ 0 ℃ แต่หลายครง้ั ทเี่ มอ่ื นาน้าดืม่ ท่ีบรรจุในขวดพลาสติกท่ียงั ไมเ่ ปิดฝา ไปแชใ่ นช่องแช่ แขง็ ที่อุณภูมิตา่ กวา่ 0 ℃ เป็นเวลาหลายชั่วโมงนา้ ยังคงสถานะของเหลวเช่นเดิม ที่เป็นเชน่ น้ีเพราะในนา้ บริสุทธไิ์ ม่ มีอนภุ าคของของแขง็ ใหโ้ มเลกลุ ของน้ายดึ เกาะจากการศกึ ษาพบวา่ น้าท่บี ริสุทธม์ิ าก ๆ สามารถคงสถานะ ของเหลวไดจ้ นถงึ อณุ หภมู ิ -40 ℃ จงึ เปลีย่ นสถานะเป็นของแขง็ อุณภูมิทีข่ องเหลวเย็นยวดย่งิ เปลี่ยนเป็นของแข็ง ไดเ้ องโดยไมม่ ีการรบกวนระบบเรียกว่า จดุ นิวคลีเอชนั (nucleation point) ภาพที่ 1 อณุ หภูมิสารยวดยิง่ ณ จุดเยอื กแขง็ (Tf) และอุณหภมู ิ ณ จุดนิวคลเี อชัน (Tc) การรบกวนระบบของสารทเี่ ยน็ ยวดย่งิ (supercooled substances) จะทาให้สารทมี่ สี ถานะเปน็ ของเหลวเปล่ยี นสถานะเปน็ ของแขง็ อย่างรวดเรว็ เรยี กปรากฏการณ์น้ีวา่ นิวคลเี อชัน (nucleation) การรบกวน

ห น้ า | 175 ระบบทีท่ าให้เกดิ นวิ คลเี อชันสามารถทาได้หลายวิธี เช่น การหย่อนอนภุ าคของแขง็ ลงในสารท่ีเยน็ ยวดยงิ่ อนภุ าค ท่เี ป็นของแข็งจะทาหนา้ ท่ีเปน็ แกนกลางให้โมเลกุลของของเหลวยดึ เกาะและกลายเป็นของแข็งหรือตกผลกึ ทันทที ี่ ของเหลวเยน็ ยวดยิ่งมีเกลด็ ของแข็งหรอื ผลึกแรกเกดิ ขน้ึ กระบวนการนวิ คลีเอชนั จะเกดิ ขน้ึ ต่อเน่อื งและรวดเร็วทา ใหข้ องเหลวเย็นยวดยง่ิ กลายเปน็ ของแข็งท้งั หมด เนื่องจากการเปลี่ยนสถานะของของเหลวเย็นยวดย่ิงเป็นของแขง็ เกดิ ข้นึ อยา่ งรวดเรว็ ดงั นนั้ ของแขง็ หรือ ผลกึ ท่ีเกิดขึน้ จะจัดเรียงตัวได้เปน็ ระเบยี บน้อยกว่าเมอื่ เปรียบเทยี บกบั การแขง็ ตวั ของของเหลวปกติทเ่ี กดิ ขนึ้ อยา่ ง ช้า ๆ ดงั นนั้ ของแข็งท่เี กิดจากของเหลวเย็นยวดยิง่ จะมีความแข็งน้อยกว่าของแขง็ ท่เี กดิ จากการเปล่ียนสถานะท่ีจดุ เยอื กแขง็ ปกติ ในกรณขี องสารละลายท่มี กี ารอัดแกส๊ ลงในของเหลว เชน่ เคร่ืองดม่ื ประเภทกรดคารบ์ อนกิ เมื่อเขย่าสารละลาย เยน็ ยวดย่งิ ของสารประเภทน้ี จะมีฟองแกส๊ เกดิ ขน้ึ จานวนมากซง่ึ ฟองแกส๊ ท่เี กดิ ขน้ึ จะผสมและแทรกตัวอยูใ่ น โมเลกลุ ของของเหลวทาให้เม่ือเกิดการแขง็ ตัว สารทไ่ี ด้จะมีลักษณะเปน็ เกล็ดเล็ก ๆ และเกดิ การจับตัวเปน็ กอ้ น นอ้ ยกวา่ เคร่ืองดื่มทไี่ ม่ไดอ้ ัดแก๊สลงไป

ห น้ า | 176 ใบกจิ กรรมที่ 1 เร่ือง เหตุใดจึงต้องเตมิ เกลอื 1. ตารางบนั ทกึ ผล อณุ หภมู ิ (องศาเซลเซียส) ัวตั ถุ การคาดคะเน ผลจากการวัด น้าแขง็ บด นา้ แข็งบด และเกลือ 2. สรปุ ผลการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… 3. จดุ เยือกแขง็ ของสารละลายที่ไดจ้ ากการเตมิ เกลือลงในนา้ แขง็ เปน็ อยา่ งไรเมอื่ เปรียบเทยี บกบั จดุ เยอื กแขง็ ของนา้ ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………

ห น้ า | 177 ใบกจิ กรรมที่ 2 เรอื่ ง ปรมิ าณเกลือสาคญั อยา่ งไร 1. ตารางบันทึกผล วัตถุ อณุ หภมู ิ (องศาเซลเซยี ส) - น้า กบั นา้ แขง็ บด - นา้ , น้าแข็งบด และเกลือ 1 ชอ้ น - นา้ , น้าแข็งบด และเกลือ 2 ช้อน 2. สรุปผลการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3. ถ้าเตมิ เกลอื เพ่ิมอีก 1 ชอ้ น จากการทดลองน้ี จะทาใหอ้ ณุ หภูมขิ องสารละลายเปน็ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………..

ห น้ า | 178 ใบกิจกรรมท่ี 3 เรอ่ื ง ทาไมต้องเขย่า 1. ตารางบันทกึ ผล วิธกี าร ลกั ษณะของผลิตภัณฑ์ - น้าอดั ลมแช่ไวถ้ ังน้าแข็งกับเกลอื - น้าอัดลมแช่ไวถ้ ังนา้ แขง็ กบั เกลือทีม่ ีการเขยา่ 2. สรุปผลการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… 3. เพราะเหตใุ ด การเขยา่ จงึ ทาใหผ้ ลติ ภณั ฑท์ ี่ได้จากการแชน่ า้ อัดลมในถงั ท่ีมีอุณหภูมติ ่ากวา่ จุดเยอื กแขง็ มี ลักษณะแตกต่างจากการไม่เขย่า ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………..

ห น้ า | 179 ฐานการเรียนรู้ที่ 10 เร่อื ง เลน่ ลอ้ วงกลม ประกอบด้วยแผนการจดั กิจกรรมการเรยี นร้ทู ่ี 10 เร่ือง เล่นลอ้ วงกลม จานวน 2 ช่วั โมง

ห น้ า | 180 แผนการจัดกจิ กรรมการเรียนร้ทู ่ี 10 เรอ่ื ง เล่นลอ้ วงกลม เวลา 2 ช่วั โมง แนวคิด ล้อวงกลมหรอื ตลี ูกล้อ เป็นการละเล่นพ้นื บ้านของไทย อุปกรณใ์ นการเล่นประกอบไปดว้ ยวงลอ้ และไม้ตีที่ ทาจากไมไ้ ผ่ ลอ้ วงกลมมีวธิ กี ารเลน่ โดยการออกแรงใช้ไมต้ ีหรอื ผลกั ทข่ี อบของวงล้อ ทาให้วงล้อเคลอ่ื นที่ สามารถนาวัสดุอุปกรณ์อ่ืน ๆ ท่ีเหมาะสมมาใช้ในการทาล้อวงกลมแทนวัสดุท่ีทาจากไม้ไผ่ ในการแข่งขันเล่นล้อ วงกลมสามารถกาหนดระยะทางในการแขง่ ขนั โดยใช้หนว่ ยที่ไม่ใชห่ นว่ ยมาตรฐานในการวัดและบอกระยะทาง วัตถุประสงค์ เมือ่ สิน้ สุดแผนการจดั กจิ กรรมการเรียนรนู้ ้ีแล้ว ผู้รับบรกิ ารสามารถ 1. สังเกตและระบุลักษณะทปี่ รากฏของวสั ดุท่ีนามาใชเ้ ป็นของเล่นล้อวงกลม 2. สงั เกตและอธบิ ายผลของการออกแรงท่ีมตี ่อการเคล่อื นท่ีของของเล่นล้อวงกลม 3. วัดและบอกระยะทางในการแข่งขนั ตีลอ้ วงกลมโดยใชห้ นว่ ยทไ่ี ม่ใชห่ นว่ ยมาตรฐาน 4. ออกแบบวางแผนการเลน่ ตลี ้อวงกลมให้เขา้ เส้นชัยไดเ้ ร็วท่สี ุด เน้อื หา 1. การระบุลักษณะทีป่ รากฏ และวัสดุท่ีนามาใชเ้ ป็นของเล่นลอ้ วงกลม 2. การอธิบายผลของการออกแรงท่ีมตี อ่ การเคลื่อนที่ของเลน่ ลอ้ วงกลม 3. การวดั และบอกระยะทางในการแข่งขนั ตลี อ้ วงกลมโดยใชห้ นว่ ยท่ีไม่ใชห่ นว่ ยมาตรฐาน 4. การออกแบบวางแผนการเล่นตลี อ้ วงกลมใหเ้ ข้าเส้นชยั ไดเ้ ร็วที่สดุ ขนั้ ตอนการจดั กิจกรรมการเรียนรู้ ข้ันตอนท่ี 1 กจิ กรรมการเรยี นร้ปู ระสบการณท์ างวิทยาศาสตร์ (S : Science Experience Activity) 1. ผ้จู ดั กิจกรรมทักทายผูร้ ับบริการและแนะนาตนเองกับผ้รู ับบริการ และชี้แจงวัตถุประสงค์ของฐานการ เรียนรู้ที่ 10 เรอ่ื ง เล่นล้อวงกลม ไดแ้ ก่ (1) สงั เกตและระบุลกั ษณะท่ีปรากฏของวสั ดทุ ่นี ามาใช้เป็นของเลน่ ล้อวงกลม (2) สงั เกตและอธบิ ายผลของการออกแรงท่ีมตี อ่ การเคลือ่ นทีข่ องของเล่นล้อวงกลม (3) วดั และบอกระยะทางในการแข่งขันตลี ้อวงกลมโดยใชห้ น่วยทีไ่ มใ่ ช่หนว่ ยมาตรฐาน (4) ออกแบบวางแผนการเล่นตีล้อวงกลมใหเ้ ขา้ เส้นชัยได้เร็วทส่ี ดุ 2. ผู้จัดกิจกรรมซักถามประสบการณ์เดิมของผู้รับบริการเกี่ยวกับเรื่องท่ีจะเรียนรู้ โดยสุ่มผู้รับบริการ จานวน 3 – 5 คน ตามความสมัครใจ ใหต้ อบคาถามในประเด็น 3 ประเด็น ดงั น้ี ประเด็นท่ี 1 “ทา่ นรู้จกั การเล่นล้อวงกลมหรอื ไมอ่ ยา่ งไร จงอธบิ ายมาพอเข้าใจ” ประเด็นที่ 2 “ทา่ นทราบหรือไมว่ า่ วสั ดใุ ดสามารถนามาใช้เป็นของเล่นล้อวงกลมได้”

ห น้ า | 181 ประเด็นที่ 3 “ทา่ นทราบหรอื ไม่ว่า ลอ้ วงกลมเคลื่อนท่ีได้อย่างไร” 3. ผูจ้ ัดกจิ กรรมและผ้รู บั บริการแลกเปลี่ยนความคดิ เหน็ และสรปุ ผลการเรียนรู้ร่วมกัน ข้ันตอนท่ี 2 กิจกรรมการเรยี นรวู้ ทิ ยาศาสตร์ทท่ี ้าทาย (C : Challenge Learning Activity) 1. ผจู้ ัดกจิ กรรมเชอื่ มโยงเนอ้ื หาในขน้ั ตอนท่ี 1 เรอื่ ง การระบุลักษณะที่ปรากฏ และวัสดุท่ีนามาใช้เป็น ของเล่นล้อวงกลม การอธิบายผลของการออกแรงท่ีมีต่อเล่นล้อวงกลม โดยให้ผู้รับบริการศึกษาใบความรู้สาหรบั ผูร้ บั บรกิ าร เรอื่ ง การเคล่ือนทขี่ องเล่นล้อวงกลม การวัดและบอกระยะทางในการแข่งขันตีล้อวงกลมโดยใช้หน่วย ท่ไี มใ่ ชห่ น่วยมาตรฐาน และการออกแบบวางแผนการเล่นตลี ้อวงกลมใหเ้ ขา้ เสน้ ชยั ไดเ้ ร็วที่สุด 2. ผจู้ ัดกิจกรรมเปดิ วดิ โี อคลปิ ตีลูกลอ้ โดยให้ผู้รับบริการสังเกตและอภิปรายร่วมกนั 3. แบ่งผู้รับบริการออกเป็นกลุ่ม ๆ ละ 4 – 8 คน ผู้จัดกิจกรรมแจกวสั ดุอุปกรณ์ที่มรี ปู เรขาคณิตแบบอื่น ๆ เช่น ทรงสีเ่ หลีย่ มมมุ ฉาก ทรงกระบอก มาใหผ้ ้รู บั บริการไดล้ องเล่นเพอื่ เปรียบเทียบกับวัสดุอุปกรณ์ท่ีมีรูปคล้าย รูปวงกลมวา่ มีการเคลอื่ นทเี่ หมอื นหรือแตกต่างกนั อย่างไร และสงั เกตุวา่ วัสดนุ ัน้ ทามาจากอะไร 4. ระหว่างทผี่ รู้ บั บรกิ ารลองใชว้ ัสดุตา่ ง ๆ ทดสอบการเล่น ผจู้ ดั กจิ กรรมควรกระตุ้นให้ผ้รู ับบริการสังเกต วา่ ควรจะตวี งลอ้ อยา่ งไรจึงจะทาให้วงล้อเคลอ่ื นทไ่ี ปขา้ งหนา้ ได้เร็วทีส่ ุด ไมล่ ม้ และตบี ริเวณใด 5. ผู้จัดกิจกรรมและผู้รับบริการร่วมกันกาหนดระยะทางของการแข่งขันและวิธีการวัดระยะทาง โดย อภิปรายวา่ สถานทท่ี ่ใี ช้ในการแขง่ ขันตอ้ งมีลักษณะอย่างไร ระยะทางจากจดุ เรม่ิ ตน้ ไปถึงสถานท่เี ส้นชัยไกลเท่าใด มีวิธีการวัดระยะทางได้อย่างไร หรือควรจะใช้หน่วยวัดหรือเคร่ืองมืออะไรในการวัดระยะทาง ผู้จัดกิจกรรมอาจ เสนอเคร่อื งมอื และวิธีการ เช่น ใช้วธิ กี ารนับกา้ ว ใช้ไม้ท่ีมีขนาดเท่า ๆ กันหรือเชอื กทมี่ ีความยาวเทา่ กนั 6. หลังจากน้ัน ให้แต่ละกลุ่ม เรียนรู้ร่วมกันในการ ออกแบบวางแผนการเล่นตีล้อวงกลมให้เข้าเส้นชัยได้ เร็วท่ีสุด จะทาการแข่งขันหาผู้ท่ีตีล้อวงกลมเข้าเส้นชัยได้เร็วที่สุดในระยะทางที่ร่วมกัน กาหนดข้ึน โดยให้ ผู้รับบริการใช้วัสดอุ ปุ กรณ์ตา่ ง ๆ ที่ได้รวบรวมกันมาและไดล้ องเลน่ ไปแลว้ 7. ผรู้ ับบรกิ ารแต่ละกลมุ่ ลองนาอปุ กรณ์ท่เี ตรียมไว้มาทดสอบการเล่นในบริเวณทก่ี าหนดข้ึนตาม วิธกี ารท่ีไดอ้ อกแบบไวอ้ ยา่ งอิสระ ควรกาหนดเวลาเทา่ ไร 8. ผู้จัดกจิ กรรมทบทวนกติกา และให้ผูร้ ับบรกิ ารจากแต่ละกลุ่มเข้าประจาที่ และทาการแข่งขันโดยเร่ิมตี ลอ้ วงกลมจาก จุดเรม่ิ ตน้ พร้อมกนั แล้วคอยสงั เกตว่าผู้รับบรกิ ารของกลุ่มไหนเข้าเสน้ ชัยเป็นกลมุ่ แรก หลังจากเสร็จการแข่งขันรอบแรก ให้ผู้รับบริการแต่ละกลุ่มช่วยกันระดมความคิดและปรับปรุงวิธีการเล่นหรือ เปล่ยี นอปุ กรณต์ ามความคดิ ของแต่ละกลมุ่ ใหผ้ ู้รบั บรกิ ารจากแต่ละกลุม่ มาแขง่ ขนั อีกรอบหน่งึ 9. ให้แต่ละกลุ่มวเิ คราะหห์ าความเชือ่ มโยง STEM เขยี นลงในกระดาษบรฟุ๊ (1) ชื่อกจิ กรรม (2) วาดรปู ภาพสงิ่ ประดิษฐ์ (3) หาความเชอื่ มโยง STEM (ใชห้ ลกั การใดเขา้ มาเกยี่ วขอ้ ง) S =……………….. T =……………….. E =……………….. M =………………

ห น้ า | 182 10. เม่อื เสรจ็ การแขง่ ขนั แล้ว ใหต้ วั แทนกลุ่มทช่ี นะการแขง่ ขนั ออกมาแสดงอปุ กรณ์และบอกเล่าใหเ้ พ่อื น ฟังในประเดน็ ต่อไปนี้ - ใช้อุปกรณ์อะไรเป็นวงลอ้ และไมต้ ี อปุ กรณ์นั้นทามาจากวสั ดอุ ะไร - เพราะเหตุใดจึงเลอื กอุปกรณ์นน้ั มาใช้ - ในการตี มีวิธกี ารอย่างไรจึงสามารถตีลอ้ วงกลมให้เขา้ เสน้ ชยั ได้เรว็ ทส่ี ุด (อาจใหต้ วั แทน กลมุ่ สาธติ วธิ กี ารตใี หเ้ พื่อนด)ู ขน้ั ตอนที่ 3 กิจกรรมการสรุปผลการนาวิทยาศาสตรไ์ ปใชใ้ นชวี ติ ประจาวัน (I : Implementation Conclusion Activity) 1. ผู้จัดกิจกรรมอภิปรายสรปุ สงิ่ ที่ได้เรยี นรู้ เกี่ยวกับกจิ กรรมเลน่ ลอ้ วงกลม ในประเดน็ ต่อไปนี้ - ผู้รับบริการได้เรียนรู้อะไรจากการทากิจกรรมน้ีบ้างที่เก่ียวข้องกับวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และ คณิตศาสตร์ - ล้อวงกลมเคลอ่ื นท่ไี ด้อยา่ งไร - มสี ิ่งของหรือวสั ดอุ ะไรบ้างทส่ี ามารถนามาใช้แทนลอ้ วงกลมท่ีทาจากไม้ และสิ่งเหลา่ นนั้ มี ลกั ษณะเปน็ อยา่ งไร - มีสงิ่ ของหรอื วสั ดอุ ะไรบ้างที่สามารถนามาใชแ้ ทนไมต้ ี ท่ีทาจากไมแ้ ละสง่ิ เหล่าน้ี มลี กั ษณะอย่างไร -การแขง่ ขนั เลน่ ลอ้ วงกลมใหเ้ ขา้ เสน้ ชยั ได้อย่างรวดเร็ว ทาได้อยา่ งไร 2. ผู้จัดกิจกรรมและผู้รบั บรกิ ารสรปุ สิง่ ท่ไี ด้เรยี นรูร้ ว่ มกนั สอ่ื วสั ดอุ ุปกรณ์ และแหลง่ การเรียนรู้ 1. วสั ดหุ รืออปุ กรณ์ที่จะนามาใชแ้ ทนลอ้ วงกลมไมไ้ ผ่ เชน่ ยางลอ้ รถจกั รยาน ห่วงยาง หรือ หว่ งฮลู าฮปู สายยาง หรอื ท่อพลาสตกิ หรือวัสดอุ ื่นที่สามารถดัดรูปร่างใหโ้ คง้ งอได้ 2. วัสดุหรืออุปกรณ์ท่ีจะนามาใช้แทนไม้ตีที่เป็นไม้ไผ่ ที่มีขนาดหรือความแข็งแรงแตกต่างกัน เช่น ไม้ บรรทดั ก้านลกู โปง่ ไมเ้ สยี บลูกชนิ้ ไม้บลั ซ่า (หรือไมเ้ นอื้ อ่อน ชนิดอนื่ ) ตะเกียบ ทอ่ พลาสตกิ หรือวสั ดุอ่นื ที่หาไดใ้ นท้องถิ่น 3. เทปกาว และกรรไกร 4. เชือกฟาง สาหรับกาหนดจุด 5. ไม้เมตรหรอื ไม้บรรทัด 6. วดิ โี อคลปิ การเล่นละของเดก็ ไทยทเ่ี ลน่ ลอ้ วงกลม (1) ตีลกู ล้อ www.youtube.com/watch?v=DMv0x8YzEEU (2) การละเลน่ เด็กไทยตลี ูกล้อ www.youtube.com/watch?v=2pEpSTdwYLM 7. กระดาษบรุ๊ฟ 8. ปากกาเคมี การวดั และประเมินผล 1. สังเกตพฤตกิ รรมการมสี ว่ นร่วม ความต้ังใจ ความสนใจของผรู้ บั บริการ 2. ช้ินงาน/ผลงาน

ห น้ า | 183 บนั ทกึ ผลหลงั การจดั กิจกรรมการเรียนรู้ ผลการใช้แผนการจดั กจิ กรรมการเรียนรู้ 1. จานวนเนื้อหากบั จานวนเวลา เหมาะสม ไม่เหมาะสม ระบุเหตผุ ล ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... 2. การเรียงลาดบั เนอ้ื หากับความเข้าใจของผ้รู ับบริการ เหมาะสม ไมเ่ หมาะสม ระบเุ หตผุ ล ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... 3. การนาเขา้ สู่บทเรียนกบั เน้ือหาแต่ละหวั ข้อ เหมาะสม ไมเ่ หมาะสม ระบุเหตุผล ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... 4. วิธกี ารจัดกิจกรรมการเรยี นรู้กบั เน้ือหาในแต่ละขอ้ เหมาะสม ไม่เหมาะสม ระบเุ หตผุ ล ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... 5. การประเมนิ ผลกับวัตถปุ ระสงคใ์ นแต่ละเนื้อหา เหมาะสม ไม่เหมาะสม ระบเุ หตุผล ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ผลการเรียนรขู้ องผู้รบั บรกิ าร ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ผลการจัดกิจกรรมการเรียนรขู้ องผู้จัดกจิ กรรม ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................ ข้อเสนอแนะ ............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................

ห น้ า | 184 ใบความรู้สาหรับผูจ้ ดั กิจกรรม เรือ่ ง เลน่ ลอ้ วงกลม วตั ถุประสงค์ 1. สังเกตและระบลุ กั ษณะท่ปี รากฏของวัสดทุ ่นี ามาใชเ้ ปน็ ของเลน่ ลอ้ วงกลม 2. สังเกตและอธบิ ายผลของการออกแรงทมี่ ีตอ่ การเคลอื่ นทีข่ องของเล่นลอ้ วงกลม 3. วดั และบอกระยะทางในการแขง่ ขันตีล้อวงกลมโดยใช้หนว่ ยทไ่ี มใ่ ชห่ นว่ ยมาตรฐาน 4. ออกแบบวางแผนการเล่นตีล้อวงกลมใหเ้ ข้าเส้นชัยไดเ้ รว็ ท่สี ุด เน้อื หา 1. การระบุลักษณะท่ีปรากฏ และวัสดทุ ี่นามาใช้เป็นของเล่นล้อวงกลม 2. การอธิบายผลของการออกแรงทม่ี ีต่อการเคลื่อนที่ของเล่นลอ้ วงกลม 3. การวดั และบอกระยะทางในการแข่งขนั ตลี อ้ วงกลมโดยใชห้ นว่ ยท่ไี มใ่ ชห่ น่วยมาตรฐาน 4. การออกแบบวางแผนการเลน่ ตลี ้อวงกลมให้เขา้ เสน้ ชัยได้เรว็ ที่สดุ เลน่ ลอ้ วงกลม แรง (force) หมายถึง ปรมิ าณท่ีกระทาต่อวตั ถแุ ลว้ ทาให้วัตถเุ ปลีย่ นแปลงจากสภาพเดิม แรงนอี้ าจจะ สัมผสั กับวตั ถุหรือไม่สัมผัสกับวัตถุก็ได้ แรงดึง แรงผลกั และแรงยก แรงพวกนก้ี ระทาบนพื้นผวิ ของวตั ถุ แต่มแี รง บางชนดิ เชน่ แรงแม่เหลก็ แรงทางไฟฟ้าและแรงโนม้ ถ่วงจะไมก่ ระทาบนผวิ ของวตั ถุ แต่กระทากบั เนื้อของวัตถุ ทกุ ตาแหน่ง เช่น นา้ หนักของ วัตถุก็คอื แรงดงึ ดดู ของโลกที่กระทากบั วัตถุโดยไม่ต้องสมั ผัสกับผิวของวตั ถุเลย แรง จัดเป็นปรมิ าณเวกเตอร์ เพราะมีทัง้ ขนาดและทิศทาง หน่วยของแรงในระบบเอสไอ คอื นิวตนั (N) เนอ่ื งจาก แรงเป็นปรมิ าณเวกเตอร์ สญั ลักษณท์ เี่ ขียนแทนแรง การเคลื่อนที่ กฎการเคล่ือนท่ขี องนวิ ตัน เซอรไ์ อแซก นิวตนั (Sir Issac Newton) นักฟสิ ิกส์ ชาวองั กฤษ ได้สรปุ เก่ยี วกับการเคล่อื นทขี่ องวัตถุทั้ง ทอี่ ยใู่ นสภาพอย่นู ง่ิ และในสภาพ เคลื่อนทีเ่ ป็นกฎการเคลือ่ นท่ขี องนวิ ตนั ซง่ึ สามารถทาให้เราเข้าใจการเคลือ่ นที่ ตา่ งๆ ไดท้ ้งั หมด กฎของนวิ ตนั มี 3 ข้อ ได้แก่ 1. กฎการเคล่ือนที่ข้อทหี่ น่งึ ของนิวตัน หรืออาจเรียก ว่า กฎแหง่ ความเฉ่ือย (inertia law) กล่าวว่า \"วตั ถุจะคงสภาพอยนู่ ่งิ หรือสภาพเคลอ่ื นท่ีด้วยความเรว็ คงตัวในแนวตรง นอกจากจะมีแรงลัพธซ์ ง่ึ มคี า่ ไม่เป็นศนู ย์ มากระทา\" หรือสรุปเปน็ สมการ ดงั น้ี

ห น้ า | 185 จากกฎการเคล่ือนท่ขี ้อที่ 1 ของนวิ ตันอธิบายไดว้ ่า ถา้ มีวตั ถุวางน่ิงอยบู่ นพ้นื ราบแลว้ ไมม่ แี รงใดมา กระทาตอ่ วัตถุ วัตถกุ ย็ งั คงอยู่นิ่งเชน่ เดมิ ต่อไป หรอื ถ้ามแี รงสองแรงมากระทาต่อวัตถุโดยแรงท้ังสองมขี นาดเทา่ กัน แตท่ ิศทางตรง ข้ามกนั จะพบวา่ วัตถยุ งั คงหยุดนิง่ เชน่ เดิม จึงสรปุ ไดว้ า่ \"วัตถุทอี่ ยู่นง่ิ ถา้ ไมม่ ีแรงภายนอก อื่นใดมา กระทาต่อวตั ถุหรอื มแี รงภายนอกหลายแรงมากระทาต่อวัตถุ แตแ่ รงลัพธเ์ หลา่ น้นั เป็นศูนย์แลว้ วัตถุนนั้ ยงั คงรกั ษา สภาพนงิ่ ไว้อยา่ ง เดมิ \" ดังรูป หรือถา้ พิจารณาวัตถุทกี่ าลงั เคลอื่ นทีบ่ นพื้นระดับราบล่นื ซ่งึ ไมม่ แี รงภาย นอกใดมากระทาตอ่ วตั ถุ วตั ถุก็ จะรกั ษาสภาพการเคลอ่ื นที่ดว้ ยความเร็วคงตัวค่าหนงึ่ หรอื ถ้าให้แรงสองแรงมากระทาตอ่ วตั ถขุ ณะวัตถกุ าลัง เคลื่อนที่ โดยแรงท้งั สองมขี นาดเท่ากนั แตม่ ีทิศทางตรงข้ามกัน จะพบวา่ วัตถยุ งั คงรกั ษาสภาพการเคล่ือนที่ด้วย ความเรว็ คงตัวนน้ั ตอ่ ไป จึงสรุปไดว้ ่า \" วตั ถทุ ่กี าลังเคล่ือนท่ดี ว้ ยความเรว็ ค่าหนง่ึ ถ้าไมม่ แี รงภายนอกมากระทาตอ่ วตั ถุ หรอื ถ้ามีแรงภายนอกหลายแรงมากระทาต่อวตั ถแุ ต่แรงลัพธข์ องแรงเหลา่ นน้ั เป็น ศูนย์แล้ว วัตถนุ ั้นยงั คง รกั ษาสภาพการเคลือ่ นทด่ี ้วยความเรว็ คงตัวน้นั ตลอดไป\" ดงั รปู จากที่กล่าวมาแล้วขา้ งต้นสามารถสรุปไดว้ า่ \"ถ้าแรงลพั ธท์ ี่กระทาตอ่ วัตถุเป็นศูนย์วัตถจุ ะไมเ่ ปลยี่ นสภาพ การเคลือ่ นท่ี กล่าวคอื ถ้าเดมิ วัตถอุ ย่นู งิ่ กจ็ ะอยู่นิ่งตลอดไปแตถ่ ้าเดมิ วัตถกุ าลังเคล่อื นท่ีอยู่ ดว้ ยความเร็วคา่ หน่งึ วตั ถนุ ั้นกจ็ ะยงั คงเคล่ือนท่ตี ่อไปในแนวตรงตามทิศทาง เดมิ ด้วยความเรว็ คงตัวน้นั ตลอดไป\" 2. กฎการเคล่อื นที่ข้อที่สองของนิวตัน หรืออาจเรยี กวา่ กฎแหง่ ความเรง่ ถ้ามวลของวตั ถุคงตัวแต่ เปลยี่ นขนาดของแรง (F) ให้มากขน้ึ ความเรง่ (a) ของวตั ถุกจ็ ะมากขึ้นดว้ ยจึงสรุปไดว้ ่า ขนาดของความเรง่ แปรผัน ตรงกบั ขนาดของแรงลพั ธท์ ีก่ ระทาต่อวัตถุ เม่อื มวลคงตัวเขียนเป็นสญั ลักษณไ์ ด้วา่ และถ้าแรงลัพธ์ (F) ทก่ี ระทาตอ่ วตั ถุคงตวั แตถ่ า้ เปลี่ยนมวล (m)ให้มากข้ึน ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะลดลง จึง สรปุ ไดว้ า่ ขนาดของความเรง่ แปรผกผันกบั มวลของวัตถุ เขียนเปน็ สญั ลักษณไ์ ด้วา่

ห น้ า | 186 จากขา้ งตน้ สรุปไดว้ า่ ความเร่ง (a) เป็นสดั ส่วนโดยตรงกับแรง (F) ดงั นน้ั อตั ราส่วนของแรงกับความเร่งจะเป็น ค่าคงท่ีซ่งึ ตรงกับมวล (m) ของวัตถุ เขยี นเป็นความสมั พันธจ์ ะได้ ดังน้นั จึงสรปุ เป็นกฎข้อท่ีสองของนวิ ตัน ได้ว่า \"เมอ่ื มแี รงลพั ธ์ซ่งึ มีขนาดไม่เปน็ ศนู ยม์ ากระทาตอ่ วตั ถุ จะทาใหว้ ัตถเุ กิดความเรง่ ในทศิ เดยี วกับแรงลัพธ์ทีม่ ากระทา และขนาดของความเร่งจะแปรผนั ตรงกบั ขนาด ของแรงลพั ธ์และจะแปรผกผนั กับมวลของ วัตถุ\" ตวั อยา่ งที่ 1 ถ้าออกแรง 8 นิวตัน กระทากบั วตั ถุมวล 32 กโิ ลกรมั วตั ถุจะมีความเร่งเทา่ ใด ตอบ ตัวอยา่ งท่ี 2 มวล 10 กิโลกรมั ตอ้ งการใหเ้ คลอื่ นทด่ี ้วยความเร่ง 6 เมตรตอ่ วนิ าทกี าลังสอง จะต้องออกแรง กระทาเทา่ ใด ตอบ 3. กฎการเคลื่อนท่ขี อ้ ทสี่ ามของนวิ ตนั จากกฎการเคลอื่ น ท่ีข้อทห่ี นึง่ และสองของนิวตนั จะอธิบาย สภาพการเคลอ่ื นท่ีของวตั ถเุ ม่ือมแี รง ภายนอกมากระทาต่อวตั ถุ ซ่งึ จากการศกึ ษาในขณะที่มแี รงมากระทาต่อวัตถุ วตั ถจุ ะออกแรงโตต้ อบตอ่ แรงท่มี ากระทาน้นั ด้วย เชน่ เม่อื เราออกแรงดงึ เคร่ืองชั่งสปริง เราจะรู้สกึ วา่ เครอ่ื งชัง่ สปริงกด็ งึ มือเราดว้ ยและยิ่งเราออกแรงดึงเคร่อื ง ชั่งสปรงิ ด้วยแรงมากขึน้ เท่าใดเราก็จะรสู้ ึกวา่ เครือ่ งชงั่ สปรงิ ยงิ่ ดึง มือ เราไปมากขึน้ เท่านั้น ดงั รปู

ห น้ า | 187 จากตวั อยา่ งจะพบว่า เมอื่ มแี รงกระทาตอ่ วัตถุหนง่ึ วัตถนุ น้ั ก็จะออกแรงโต้ตอบในทศิ ทางตรงข้ามกับแรง ทีม่ ากระทา ซงึ่ แรงทงั้ สองแรงนจ้ี ะเกดิ ขึน้ พรอ้ มกนั เสมอ เราเรียกแรงท่ีมากระทาต่อวตั ถุว่า \"แรงกิริยา\" (action force) และเรยี กแรงทวี่ ัตถุโตต้ อบตอ่ แรงที่มากระทาว่า \"แรงปฏิกริ ิยา\" (reaction force) แรงทงั้ สองนี้จงึ เรยี ก รวมกันวา่ \"แรงกริ ยิ า-แรงปฏกิ ริ ิยา\" (action-reaction) จึงสรปุ ความสัมพนั ธร์ ะหว่างแรงกิริยากบั แรงปฏิกริ ยิ า ไดเ้ ป็นกฎการเคล่อื นท่ี ขอ้ ที่ 3 ของนวิ ตนั ได้วา่ \"แรงกิริยาทุกแรงต้องมแี รงปฏกิ ริ ยิ าซง่ึ มีขนาดเท่ากันและทศิ ทางตรงข้ามกัน เสมอ\"หรือ action = reaction หมายความว่า เมือ่ มีแรงกิริยากระทาตอ่ วัตถใุ ดก็จะมีแรงปฏิกิรยิ า จากวตั ถุนนั้ โดยมีขนาด แรงเท่ากนั แตก่ ระทากับวัตถคุ นละก้อนเสมอ จึงนาแรงกริ ยิ ามาหักลา้ งกบั แรงปฏกิ ิริยา ไมไ่ ด้ เช่น กรณีรถชนสนุ ขั แรงกิริยา คือ แรงท่รี ถชนสุนขั จงึ ทาให้สนุ ัขกระเดน็ ไป ในขณะเดียวกนั จะมแี รง ปฏิกริ ยิ า ซ่ึงเป็นแรงท่สี นุ ขั ชนรถ จึงทาใหร้ ถบุบ จะเห็นวา่ เสียหายท้ัง 2 ฝา่ ย แสดงวา่ แรงไม่หกั ล้างกนั ดังรูป รูปรถชนสนุ ัข ขอ้ ควรจำ ลักษณะสาคัญของแรงกิริยาแรงปฏิกริ ิยา 1. จะเกดิ ขึน้ พร้อมๆกนั เสมอ 2. มขี นาดเท่ากัน 3. มีทิศทางตรงขา้ มกนั 4. กระทาตอ่ วตั ถุคนละกอ้ น ลกั ษณะของการเคลือ่ นที่ แบง่ ออกเป็น 4 ลกั ษณะ ดงั นี้ 1. การเคลอ่ื นท่เี ปน็ แนวเสน้ ตรง ลกั ษณะของการเคลอ่ื นท่ีแบบนี้เปน็ พื้นฐานของการเคล่อื นท่ี เพราะทศิ ทางการเคลือ่ นที่จะมีทศิ ทางเดียว แต่อาจจะเคล่ือนที่ไป-กลับได้ รูปแบบการเคลื่อนทีอ่ าจจะแตกตา่ งกนั ออกไป ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนทีข่ องรถไฟบนราง การเคล่ือนที่ของรถบนถนนทเ่ี ปน็ แนวเสน้ ตรง

ห น้ า | 188 2. การเคลอื่ นท่ีแบบโพรเจกไทล์ ลกั ษณะของการเคลือ่ นท่ีเป็นแนววิถโี ค้ง เปน็ การผสมระหว่างการเคลอ่ื นทใ่ี นแนวราบและแนวดิ่ง เช่น การเตะฟุตบอล การยงิ จรวดขวดน้า ดอกไม้ไฟ นา้ พุ เปน็ ตน้ การเคลื่อนท่ีแบบโพรเจกไทล์ (แนววิถีโคง้ ) 3. การเคลอ่ื นทแ่ี บบวงกลม เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุรอบจุดๆหนึง่ โดยมีรัศมีคงที่ การเคลื่อนที่เป็นวงกลม ทิศทางของการเคลอื่ นที่ จะเปลย่ี นแปลงตลอดเวลา ความเร็วของวัตถุจะเปลี่ยนไปตลอดเวลา ทิศของแรงทก่ี ระทาจะตง้ั ฉากกบั ทิศของการ เคลอื่ นที่ แรงทก่ี ระทาตอ่ วัตถุจะมีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลาง เราจงึ เรียกว่า “แรงส่ศู ูนย์กลาง” ในขณะเดยี วกนั จะมี แรงต้านท่ีไม่ให้วัตถุเข้าสู่ศูนย์กลาง เราเรียกว่า “แรงหนีศูนย์กลาง” แรงหนีศูนย์กลางจะเท่ากับแรงสู่ศูนย์กลาง แต่ทศิ ทางตรงกนั ขา้ ม วตั ถจุ ึงจะเคลอื่ นทเ่ี ปน็ วงกลมได้ เชน่ ชงิ ชา้ สวรรค์ รถไตถ่ งั เปน็ ตน้ 4. การเคลอื่ นทีแ่ บบฮารม์ อนิก การเคล่อื นท่แี บบวงกลม เปน็ การเคลอ่ื นท่แี บบกลบั ไป-กลบั มาซ้ารอยเดมิ โดยผ่านตาแหน่งสมดุลอยูต่ รงกลาง เชน่ การแกวง่ ของ ชิงช้า การแกว่งของลกู ตมุ้ การส่นั และแกว่งของวตั ถุ

ห น้ า | 189 แรงเสียดทาน แรงทต่ี า้ นการเคลื่อนที่ของวตั ถุซง่ึ เกิดขึ้นระหว่างผิวสมั ผัสของวตั ถุ เกดิ ขนึ้ ทั้งวตั ถทุ ่ีเคลอ่ื นที่และไม่ เคล่ือนท่ี และจะมีทิศทางตรงกนั ข้ามกับการเคลอื่ นทข่ี องวัตถุ แรงเสยี ดทานมี 2 ประเภท คอื 1. แรงเสยี ดทานสถติ คอื แรงเสียดทานท่ีเกดิ ขน้ึ ระหว่างผวิ สัมผสั ของวัตถุในสภาวะทว่ี ตั ถุไดร้ ับแรง กระทาแลว้ อยู่น่งิ 2. แรงเสยี ดทานจลน์ คอื แรงเสยี ดทานที่เกดิ ขึ้นระหวา่ งผวิ สัมผสั ของวตั ถใุ นสภาวะที่วตั ถไุ ด้รับแรง กระทาแล้วเกดิ การเคลอื่ นที่ดว้ ยความเรว็ คงที่ การลดและเพม่ิ แรงเสียดทาน การลดแรงเสียดทาน สามารถทาได้หลายวธิ ี 1. การขดั ถผู ิววัตถุให้เรียบและลนื่ 2. การใช้สารลอ่ ลน่ื เชน่ น้ามนั 3. การใชอ้ ุปกรณต์ ่างๆ เช่น ล้อ ตลับลกู ปนื และบุช 4. ลดแรงกดระหวา่ งผวิ สัมผสั เช่น ลดจานวนสง่ิ ท่ีบรรทุกใหน้ ้อยลง 5. ออกแบบรปู ร่างยานพาหนะใหอ้ ากาศไหลผ่านได้ดี การเพมิ่ แรงเสยี ดทาน สามารถทาได้หลายวธิ ี 1. การทาลวดลาย เพอ่ื ใหผ้ วิ ขรขุ ระ 2. การเพม่ิ ผิวสมั ผัส เช่น การออกแบบหน้ายางรถยนต์ใหม้ ีหนา้ กวา้ งพอเหมาะ ประโยชนข์ องแรงเสยี ดทาน 1. ชว่ ยใหร้ ถเคลอื่ นทีไ่ ปขา้ งหน้าได้ ยางรถจงึ มีร่องยางชว่ ยเพม่ิ ประสิทธิภาพการยึดเกาะถนนท่ีเรยี กว่า ดอกยาง 2. ช่วยให้รถถอยหลังได้ ยางรถยนต์จงึ มีลวดลายดอกยางเพอ่ื ชว่ ยในการยึดเกาะถนน 3. การเดินบนพนื้ ต้องอาศัยแรงเสยี ดทาน จงึ ควรใชร้ องเท้าทีม่ ีพน้ื เป็นยางและมีลวดลายขรุขระ ไมค่ วรใช้ รองเทา้ แบบพื้นเรยี บ แรงเสียดทานน้อยจะทาให้ล่ืน 4. นักวงิ่ เรว็ ทีใ่ ช้รองเทา้ พืน้ ตะปู เพื่อเพม่ิ แรงเสยี ดทาน ทาให้มแี รงยดึ เกาะกับพืน้ ผวิ ลู่ว่ิงชว่ ยใหว้ ิ่งได้เรว็ ข้ึน