NGT x SaySci Ep.6 “ มหัศจรรย์ของ ความหนาแน่น ” - National Geographic

NGT x SaySci Ep.6 “มหัศจรรย์ของความหนาแน่น”

NGT x SaySci Ep.6 “มหัศจรรย์ของ ความหนาแน่น ”

หลายๆ คนคงเคยเห็นคลิปวิดีโอที่มีการนำของเหลวหลายชนิดมาเทรวมกันในแก้วน้ำหรือหลอดทดลอง แล้วปรากฏเป็นชั้นของเหลวหลากสีสัน ความลับของการแสดงนึ้คือ“ความหนาแน่น”

ความหนาแน่น เป็นคุณสมบัติหนึ่งของสสารทุกชนิดบนโลกนี้ และสามารถพบได้ในทุกสถานะของสสาร ทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส มนุษย์เรารู้จักใช้หลักการข้อนี้มาประยุกต์ใช้ในการดำรงชีวิต เช่น การสร้างเรือ บอลลูน หรือแม้แต่ของเล่นวัยเด็ก อย่างลูกโป่งสวรรค์ โดยมีหลักการคือทำให้ความหนาแน่นของวัตถุนั้นๆ มีความหนาแน่นน้อยลง เช่น ลูกโป่งสวรรค์ที่บรรจุแก๊สฮีเลียมเข้าไป ทำให้บรรากาศภายในลูกโป่งมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศภายนอก จึงส่งผลให้ลูกโป่งสวรรค์ลอยขึ้นไปได้

(ผงซักฟอกขจัดคราบสกปรกได้อย่างไร? วิทยาศาสตร์มีคำตอบ)

ในอีกแง่หนึ่ง ของเหลวที่เปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง เช่น น้ำแข็ง ก็มีบทบาทสำคัญในการดำรงชีวิตของสัตว์น้ำ เราทุกคนคงเคยเห็นน้ำแข็งที่ส่วนใหญ่ลอยอยู่ที่ผิวน้ำ เนื่องจากเมื่อน้ำเปล่าเปลี่ยนสถานะเป็นน้ำแข็ง ความหนาแน่นภายในน้ำแข็งจึงน้อยกว่าน้ำเปล่านั่นเอง แล้วความหนาแน่นสำคัญต่อการดำรงชีวิตของสัตว์น้ำอย่างไร? ลองพิจารณาดูนะครับ ถ้าหากน้ำแข็งจมลงใต้ท้องทะเลสาบ หรือท้องน้ำ หรือเกิดกระบวนการเป็นน้ำแข็งจากด้านล่างขึ้นด้านบน สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ตามหน้าดิน และแหวกว่ายอยู่ในน้ำ คงไม่วายโดนแช่แข็งกันหมดแน่

ถ้าอยากทำตามการทดลองนี้ แนะนำว่าให้ลองใช้ของเหลวที่หาได้ใกล้ตัวมาทดลองทำกันดูนะครับ ถ้าน้องๆ หนูๆ คนไหนอยากลองทำการทดลองนี้ แนะนำว่าควรอยู่ภายในการดูแลของผู้ปกครองด้วยนะครับ

 

อ่านเพิ่มเติม

NGT x SaySci Ep.5 “ผ้ายับกลับมาเรียบสวย”

เรื่องแนะนำ

แรงพยุง หรือแรงลอยตัว (Buoyant Force)

เรือเดินสมุทรน้ำหนักหลายร้อยตันสามารถลอยอยู่บนผิวน้ำได้ ด้วยหลักการของความหนาแน่นและ แรงพยุง แรงพยุง (Buoyant force) หรือ แรงลอยตัว คือแรงลัพธ์ของธรรมชาติที่เกิดจากการต่อต้านของของไหล (Fluids) ซึ่งเป็นได้ทั้งของเหลวและก๊าซ กระทำต่อวัตถุโดยรอบ หรือส่วนของวัตถุซึ่งจมอยู่ในของไหลนั้นๆ กับแรงโน้มถ่วง (Gravitational force) ของโลก ส่งผลให้วัตถุสามารถลอยตัวหรือจมลงในของไหลนั้นๆ โดยผลลัพธ์ของแรงพยุงที่มีต่อวัตถุซึ่งจมอยู่ในของไหล เกิดขึ้นได้ใน 3 ลักษณะ คือ วัตถุลอยตัว เกิดขึ้นเมื่อแรงพยุงของของไหลมากกว่าน้ำหนักของวัตถุ และเมื่อของไหลมีความหนาแน่นมากกว่าความหนาแน่นของวัตถุ วัตถุจมลง เมื่อแรงพยุงของของไหลน้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุ และเมื่อของไหลมีความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของวัตถุ วัตถุลอยปริ่มที่ขอบของไหล หรือที่เรียกว่า “การลอยตัวเป็นกลาง” (Neutral buoyancy) เกิดสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงและแรงพยุง เมื่อแรงพยุงและน้ำหนักของวัตถุเท่ากันหรือมีค่าใกล้เคียงกัน และเมื่อของไหลมีความหนาแน่นเท่ากับความหนาแน่นของวัตถุ ดังนั้น ความหนาแน่นจึงเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการลอยตัวหรือจมลงของวัตถุในของไหล ความหนาแน่น (Density) คือ อัตราส่วนระหว่างมวล (Mass) และปริมาตร (Volume) ของวัตถุ ซึ่งในธรรมชาติหากวัตถุมีความหนาแน่นมากกว่าย่อมมีน้ำหนักมากกว่าในปริมาตรที่เท่ากัน โดยทั่วไปแล้ว เรามักคิดว่าวัตถุที่มีน้ำหนักมาก ควรจมลงในของเหลวมากกว่าวัตถุที่มีน้ำหนักเบากว่า แต่ตามหลักการทางวิทยาศาสตร์นั้น หากวัตถุมีน้ำหนักเท่ากัน แต่มีความหนาแน่นและขนาดที่ต่างกัน หรือทำมาจากวัสดุที่ต่างกัน […]

ปรากฏการณ์ทะเลกรด (Ocean Acidification)

ในปัจจุบันการเกิด ปรากฏการณ์ทะเลกรด เพิ่มขึ้นในอัตราที่เร็วกว่าช่วงที่ผ่านมา และเริ่มส่งผลกระทบที่ชัดเจนมากขึ้น ปรากฏการณ์ทะเลกรด (Ocean Acidification) คือ ค่าความเป็นกรด-ด่าง หรือ ค่า pH ของน้ำทะเลในมหาสมุทรทั่วโลกลดลงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งโดยปกติแล้ว น้ำทะเลมีค่า pH อยู่ที่ราว 8.1 แต่เนื่องปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide) ในชั้นบรรยากาศโลกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ตั้งแต่ช่วงปลายศตวรรษที่สิบแปดเป็นต้นมา กำลังส่งผลให้มหาสมุทรดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide) จากชั้นบรรยากาศมากขึ้นอีกหลายเท่าตัว และนำไปสู่ “สภาวะการเป็นกรดเพิ่มขึ้นของน้ำในมหาสมุทรทั่วโลก” ค่าความเป็นกรด-ด่าง หรือ ค่า pH มากกว่า 7 เป็นด่าง (Basic/Alkaline) 7 คือ เป็นกลาง (Neutral) ต่ำกว่า 7 เป็นกรด (Acidic) การเกิดปรากฏการณ์ทะเลกรด ปรากฏการณ์ทะเลกรด เกิดจากมหาสมุทรดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ปริมาณมหาศาลจากชั้นบรรยากาศโลก ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำทะเล (H2O) เกิดเป็นกรดคาร์บอนิก (H2CO3) ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลให้ไฮโดรเจนไอออน […]

World Update: คิดค้น โซลาร์เซลล์ แบบใหม่ที่ผลิตพลังงานได้ตอนกลางคืน

นักวิจัยสร้าง ‘แผงพลังงานแสงอาทิตย์’ หรือ โซลาร์เซลล์ แบบใหม่ที่ผลิตพลังงานได้แม้แต่ในช่วงกลางคืน นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนิวเซาท์เวลล์ซิดนีย์ (UNSW Sydney) ประเทศออสเตรเลีย ประสบความสำเร็จในการทดสอบอุปกรณ์ที่สามารถแปลงความร้อนจากอินฟราเรดเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ซึ่งทำให้แผงพลังงานแสงอาทิตย์ หรือโซลาร์เซลล์สามารถผลิตพลังงานได้ในตอนกลางคืน  โดยปกติ โซลาร์เซลล์จะผลิตพลังงานโดยความร้อนที่มาจากดวงอาทิตย์ ทำให้ใช้งานได้เพียงแค่ตอนกลางวัน ซึ่งเป็นข้อจำกัดใหญ่ของพลังงานแสงอาทิตย์ ทีมวิจัยจึงแก้ปัญหาด้วยการสร้างอุปกรณ์ที่มีชื่อว่า ‘Thermo-radiative diode’ ที่ทำจากปรอทแคดเมียมเทลลูไรด์ (MCT) ทำให้เครื่องมือสามารถดูดซับแสงอินฟราเรดในช่วงระยะกลางและไกลและเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้าได้ โดยแสงอินฟราเรดนั้นเกิดขึ้นเมื่อแผ่นเปลือกโลกคลายความร้อนในตอนกลางคืนหลังจากดูดซับแสงอาทิตย์ตลอดทั้งช่วงกลางวัน “ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 และต้นศตวรรษที่ 19 มีการค้นพบว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ไอน้ำขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิในเครื่องยนต์ จนเกิดเป็นความรู้ทางเทอร์โมไดนามิกส์” นิโคลาส อีกินส์-ดัวเคส (Nicholas Ekins-Daukes) สมาชิกในทีมวิจัย อธิบาย เขาเสริมว่า “หลักการเดียวกันนี้นำมาใช้กับพลังงานแสงอาทิตย์ได้ นั่นคือดวงอาทิตย์คือความร้อนและผิวเปลือกโลกคือความเย็น โดยให้แผงโซลาร์เซลล์เป็นดูดซับความแตกต่างนี้ซึ่งช่วยให้ผลิตไฟฟ้าได้” หรือกล่าวให้เข้าใจง่ายก็คือ เมื่อโลกปล่อยรังสีอินฟราเรดสู่อวกาศ อุปกรณ์นี้จะใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของอุณหภูมิสร้างพลังงานขึ้นมา อย่างไรก็ตาม ปริมาณพลังงานที่ผลิตได้ในอุปกรณ์ต้นแบบนี้ยังคงอยู่ที่ประมาณร้อยละ 0.001 ของการผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ปกติ แต่นี่เป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญ และจะช่วยพัฒนาเทคโนโลยีด้านโซลาร์เซลล์จนสามารถแข่งขันกับพลังงานอื่น ๆ ได้ดีขึ้นในอนาคต  “เรายังไม่มีวัสดุมหัศจรรย์ที่จะทำให้ ‘Thermo-radiative diode’ ทำงานได้เต็มประสิทธิภาพ แต่เราได้พิสูจน์ในเชิงหลักการแล้ว และเรากระตือรือร้นที่จะเห็นว่าเราจะสามารถปรับปรุงผลลัพธ์ให้ดีขึ้นได้อีกในไม่กี่ปีข้างหน้า” […]

ประเภทของป่าไม้ (Type of Forests)

เนื่องจากโลกของเราประกอบด้วยภูมิอากาศ และภูมิประเทศที่หลากหลาย ส่งผลให้เกิดความรุ่มรวยใน ประเภทของป่าไม้ ปัจจุบัน โลกของเรามีป่าไม้ (Forest) ครอบคลุมพื้นที่ราว 1 ใน 3 ของพื้นผิวโลก โดยประกอบไปด้วยต้นไม้ราว 3 ล้านล้านต้น กระจายตัวอยู่ตามพื้นแผ่นดินในภูมิภาคต่างๆ ทั้งในดินแดนที่มีสภาพอากาศหนาวเย็น ปกคลุมด้วยหิมะเกือบตลอดทั้งปี หรือในเขตพื้นที่ที่มีฝนตกหนัก มีสภาพอากาศร้อนจัด รวมไปถึงในดินแดนอันแห้งแล้ง ซึ่งทั้งสภาพอากาศและปัจจัยทางภูมิประเทศส่งผลให้ป่าไม้ในแต่ละพื้นที่มีองค์ประกอบและลักษณะเด่นทางพืชพรรณแตกต่างกันออกไป ประเภทของป่าไม้ ระยะห่างจากเส้นศูนย์สูตรหรือแถบเส้นละติจูด (Latitude) เป็นตัวกำหนดอาณาเขตและลักษณะทางภูมิประเทศ สภาพภูมิอากาศ และความอุดมสมบูรณ์ของดินในแต่ละพื้นที่ ทำให้ป่าไม้ทั่วโลกสามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ ป่าไม้เขตร้อน (Tropical Forest) หรือป่าฝนเขตร้อน (Tropical Rain Forest) คือป่าไม้ในแถบพื้นที่ใกล้เส้นศูนย์สูตร เช่น ทวีปอเมริกาใต้ แอฟริกา และภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ เป็นป่าไม้ที่มีอุณหภูมิคงที่ตลอดทั้งปี (ราว 20 ถึง 27 องศาเซลเซียส) ได้รับน้ำฝนเฉลี่ยอย่างน้อย 200 เซนติเมตรต่อปี ทั้งในฤดูฝนและฤดูแล้ง ส่งผลให้พืชพรรณต่างๆ […]