หลังจากที่ไม่ค่อยได้ขีดเขียนอะไรมานาน วันนี้ ขอกลับมาขีดเขียนอีกครั้งในหัวข้อเบาๆ เป็นแนวทางให้กับนักเรียนและผู้ปกครองนะครับ ว่า “วิชาฟิสิกส์” นี่มันคืออะไร ครอบคลุมเรื่องอะไร และเราจะเรียนไปเพื่ออะไร…
“Welcome to Physics World”
(post นี้เขียนในปี พ.ศ. 2565 ไว้มาดูกันว่าอนาคตจะเปลี่ยนแปลงไปซักแค่ไหน)
วิชาฟิสิกส์ เกิดขึ้นมาจาก “ความต้องการ” หาคำตอบให้กับคำถามต่างๆ ที่เกิดขึ้น จากการสังเกตเหตุการณ์หรือปรากฎการณ์ต่างๆ รอบตัวเรา
คำถามต่างๆเหล่านี้อาจใกล้ตัวเรามาก เช่น คำถามจากการสังเกตต้นมะม่วงหน้าบ้าน ทำไมมะม่วงสุกจึงตกลงสู่พื้น ไม่ลอยขึ้นฟ้า ไปจนถึงคำถามที่ไกลตัวออกไปมากๆ อย่างเช่น ดวงดาวในยามราตรีที่มีมากมาย มันเกิดขึ้นมาได้อย่างไร เพราะฉะนั้น โลกแห่งวิชาฟิสิกส์ จึงเป็นโลกที่น่าสนุกสนานสำหรับคนที่ช่างสังเกต ช่างสงสัย ต้องการรู้ถึงคำตอบของปริศนาที่น่าท้าทายรอบตัว
ทีนี้ลองกลับไปดูชั้นเรียนวิชาฟิสิกส์ในห้องเรียนประเทศไทยกันนะครับ
(เอาแค่ระดับมัธยมศึกษาตอนปลายกันเลยนะ)
เชื่อมั้ยครับว่า… เมื่อเข้าไปถามนักเรียนแต่ละคน กว่าร้อยละ 70 ของนักเรียนทั้งหมด ไม่ชอบ/ไม่อยาก/ไม่โปรด/ไม่เลิฟ/ไม่ไลค์ วิชาฟิสิกส์เอาเสียเลย
ทั้งๆ ที่ธรรมชาติของมนุษย์ เราต่างก็มีความเจ้าสงสัยอยู่ในตัวกันทั้งนั้น… แต่ทำไมน้อยคนนัก ที่จะกระตือรือล้นไปกับการเรียนวิชาฟิสิกส์ ??
เมื่อเราลองมาดูตัว “เนื้อหา” หรือ “รูปแบบการเรียนการสอน” ที่นักเรียนต้องเจอ — โดยนักเรียนหลายคนใช้คำว่าบังคับ/ยัดเยียด/จำใจ/และอีกหลายคำที่เป็นคำศัพท์ด้านลบทั้งนั้น — ก็เป็นหน้าที่ของผู้จัดหลักสูตรการเรียนการสอนนะครับ ว่าจะทำอย่างไรให้นักเรียนรู้สึกดึที่ได้เรียนวิชาฟิสิกส์ ซึ่งถ้ามีโอกาสคุณครูพี่ฟาร์มมี่ก็คงจะวิพากษ์ให้ได้อ่านกันในวันหลังนะครับ
ตามหัวข้อคือ อยากจะแนะนำน้องๆ (โดยเฉพาะเด็กมัธยม) ให้รู้ว่าตลอดชีวิตการเป็นนักเรียน ม. ปลายนั้น เราต้องเจออะไรในวิชาฟิสิกส์ พยายามจะเขียนให้รู้สึกอยากเรียนนะครับ
ถ้าฟิสิกส์คือโลกหนึ่งใบ (ให้เธอคนเดียว…) โลกใบนี้ ก็คงประกอบด้วยห้าทวีปละกัน ได้แก่
- กลศาสตร์
- คลื่น
- ไฟฟ้าและแม่เหล็ก
- สสารและความร้อน
- มอเดิร์นฟิสิกส์
ได้ยินชื่อกันแล้วก็อย่างเพิ่ง “เหวอ” นะ จริงๆพวกนี้มันไม่ได้มีอะไรน่าหนักใจเลย เป็นของ หรือเหตุการณ์ หรือปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นใกล้ตัวเราทั้งนั้น ลองมาดูกันนะ
1. กลศาสตร์ 🚴♀️ 🤹♂️
เป็นอาณาจักรแรก และใหญ่ที่สุด (ใช้เวลาเรียนครึ่งหนึ่งของชีวิตนักเรียน ม.ปลายกันเลย) กลศาสตร์เป็นศาสตร์ที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ แรงและพลังงาน
เริ่มต้นเลย พอขึ้น ม. 4 น้องๆจะได้เรียน “การเคลื่อนที่ในแนวตรง” ลองคิดถึงการเดินทางโดยการขับรถ เอาเป็นจากกรุงเทพไปเชียงใหม่ก็ได้ ถ้าเรารู้ “ระยะทาง” ที่ต้องขับและสามารถประมาณ “ความเร็ว” ที่เราจะขับได้ เราก็พอที่จะคำนวณหา “เวลา” ที่ต้องใช้ในการเดินทาง เพื่อจะได้นัดเจอกับเพื่อนๆที่เชียงใหม่ (แบบไม่ให้เพื่อนรอเก้อ)
บทต่อมา เราก็คงจะมีคำถามว่า เอ๊ะ แล้วอะไรทำให้เกิดการเคลื่อนที่ ซึ่งคิดดีๆ ก็ตอบได้ไม่ยากเลย ว่าคือ “แรง” นั่นเอง บทที่สองเราจะได้เรียนรู้ว่า แรงทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้อย่างไร รวมถึงทำนายได้ว่า ถ้ามีแรงเท่านี้มากระทำกับวัตถุ มันจะทำให้วัตถุเคลื่อนที่มีความเร็วเป็นไปอย่างไร เราจะมีอำนาจที่จะ “ทำนาย” ได้อย่างแม่นยำ
เมื่อแรงทำให้เกิดการเคลื่อนที่ได้ แรงก็ทำให้เกิด “การไม่เคลื่อนที่” ได้เหมือนกัน ถ้านำแรงมากระทำจนอยู่ใน “สภาพสมดุล” .. นอกจากจะสมดุลแบบไม่เคลื่อนที่แล้ว ยังจะได้เรียนสมดุลแบบที่ทำให้วัตถุ “ไม่หมุน” อีกด้วย ลองคิดถึงตอนเด็กๆ ที่เล่นม้ากระดก ปริมาณที่ทำให้น้องๆกระดกขึ้นที ลงที ก็คือโมเมนต์ ถ้าทำให้มันสมดุลแล้วละก็ คานที่น้องนั่งอยู่ ก็จะไม่กระดก จะบาลานซ์อยู่อย่างนั้นแหละ ลองดูได้
ถัดมาจะได้เรียนเรื่องของ “งานและพลังงาน” นี่เป็นสิ่งที่ค้ำจุนมนุษยชาติอยู่ก็ว่าได้ การผันพลังงานศักย์จากน้ำในเขื่อน มาปั่นกระแสไฟฟ้า การที่เครื่องยนต์สร้างพลังงานจลน์ให้มอเตอร์จนทำให้รถวิ่งได้ และอีกหลายอย่าง ต้องขอบคุณพลังงานเลยนะเน๊๊ยะ
เคยเห็นรถชนมั๊ย โครม โครม โครม ปริมาณที่คอยอธิบายสภาพการเคลื่อนที่ ไปจนถึงการชน ก็คือ “โมเมนตัม” ความเร็วในการเข้าชน เวลาในการเข้าชน จะทำให้น้องๆ สามารถทำนายได้ว่า การชนในครั้งนั้น จะตายหรือจะรอด!
เคยเห็นการเคลื่อนที่แบบอื่นๆกันไหม นอกจากการเคลื่อนที่แนวตรง น้ำพุเด็กยืนฉี่? เป็นการเคลื่อนที่แบบ “โพรเจกไทล์” และการโคจรรอบโลกของดาวเทียม ก็เป็นตัวอย่างของ “การเคลื่อนที่แบบวงกลม” แล้วยังมีนาฬิกาติ๊กตอกโบราณที่ใช้ลูกตุ้มแกว่งไปแกว่งมา ก็เป็นตัวอย่าง “การเคลื่อนที่เป็นฮาร์มอนิกอย่างง่าย” น้องๆจะแยกแยะได้ว่าการเคลื่อนที่ที่เจอในชีวิตจริงเป็นแบบไหน
2. คลื่น 🏄♂️🎷📡
เนื้อหากลุ่มนี้ ใช้ความเข้าใจ มีการคำนวณง่ายๆ แค่คูณ หาร บวก ลบ ถ้าใครทำไม่ได้ เสียดายแย่ เวลาทำโจทย์ก็คล้ายๆกับฝึกปัญหาเชาวน์เลย
บทแรก จะสร้างพื้นฐานความรู้เกี่ยวกับ “ปรากฏการณ์คลื่น” อย่างคร่าวๆ ให้รู้จักว่าคลื่นคืออะไร รูปร่างเป็นอย่างไร เคลื่อนที่ยังไง มีสมบัติอะไรบ้าง (สะท้อน หักเห เลี้ยวเบน แทรกสอด) บทนี้ถ้าเทียบบัญญัติไตรยางค์เป็นก็ไม่ต้องใช้สูตรก็ได้
ถัดไป จะเป็นบทที่เนื้อหาเยอะมาก นั่นคือเรื่อง “แสง” เนื้อหาเยอะมากจนในหลักสูตรใหม่ เขาแบ่งบทนี้ออกเป็นสองบทย่อย นั่นคือ “แสงเชิงคลื่น” กับ “แสงเชิงรังสี”
แสงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ มนุษย์เราก็มองเห็นได้เพราะมีแสง น้องๆ จะได้เรียนรู้กลไกการมองเห็น การเกิดภาพ การใช้งานทัศนอุปกรณ์ต่างๆ (พวกกระจกกับเลนส์) เนื้อหาหนักๆ น่าจะเป็นการศึกษาสมบัติของแสง (สะท้อน หักเห เลี้ยวเบน แทรกสอด อีกแล้วครับท่าน) เห็นมะว่าเนื้อหาค่อนข้างจะมีจุดซ้ำกันเยอะกับเรื่องคลื่น ตั้งใจเรียนเสียหน่อย ทำโจทย์ได้สบายเลย
บทส่งท้ายของอาณาจักรคลื่นก็คือเรื่อง “เสียง” เป็นอะไรที่เราเจออยู่ทุกวัน ก็น่าจะรู้เกี่ยวกับมันหน่อย ว่าเกิดจากอะไร ส่งผ่านยังไง มีสมบัติอะไรบ้าง (ก็สะท้อน หักเห เลี้ยวเบน แทรกสอด คุ้นๆ มะ ซ้ำกับข้างบนไง) ใครจะไปประกวดเดอะวอยซ์หรือกอตทาเลนต์ ก็ตั้งใจเรียนบทนี้ให้ดีนะ 555
3. ไฟฟ้า 🔋💡
ถ้าไม่มีศาสตร์ด้านนี้ เราคงไม่มีอุปกรณ์สร้างความสะดวกสบายต่างๆใช้งานกันแน่ๆ ไหนๆมันมีประโยชน์กับเราซะขนาดนี้ ไม่เรียนรู้เกี่ยวกับมันเสียหน่อย ก็คงไม่ดีมั๊ง
บทแรก จะสร้างพื้นฐานเกี่ยวกับไฟฟ้า คือบท “ไฟฟ้าสถิต” เวลาเราเอาไม้บรรทัด ถูกับผมเรา แล้วพบว่ามันพอที่จะดูดกระดาษติดได้ นั่นแหละ ไฟฟ้าสถิต นอกจากนี้เราก็จะได้เรียนเกี่ยวกับแรงไฟฟ้า สนามไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า และตัวเก็บประจุ อุปกรณ์ตัวนี้สำคัญกับเรามาก ไม่งั้นคงไม่มีคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหลายให้ใช้กันในทุกวันนี้หรอก
หลังจากเรียนบทแรกไป ก็จะต่อด้วย “ไฟฟ้ากระแสตรง” ตอนม.3 คงพอจำได้ เราได้เรียนเกี่ยวกับกฎของโอห์ม มีการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้า (แบบเบาๆ) แต่พอม.ปลาย ก็คงต้องอัพเกรดความยากขึ้นหน่อย แต่ถ้ามีเทคนิคดีก็ผ่านไปได้ไม่ยาก แล้วก็จะได้เรียนเกี่ยวกับอุปกรณ์วัดทางไฟฟ้า การคิดค่าไฟฟ้า สารพัดอีกมากมาย
จากนั้นจะไปแวะเรียนเนื้อหาเกี่ยวกับ “แม่เหล็กและไฟฟ้า” ทั้งไฟฟ้าและแม่เหล็กนั้นมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด น้องๆคงเคยใช้แม่เหล็ก มาดูดเหล็กหรือโลหะเล่นๆกันใช่ไหมครับ นี่แหละ เราจะได้เจาะลึกมากขึ้นเกี่ยวกับแม่เหล็ก จะรู้ว่าทำไมมันแสดงอำนาจไปดูดคนนั้นคนนี้ได้
มีแถมมานิดนึงคือน้องๆ จะได้เรียน “ไฟฟ้ากระแสสลับ” ด้วย อันนี้อาจดูยากหน่อย แต่ข่าวดีคือ หลักสูตรใหม่ตัดเนื้อหาบทนี้ออกซะเหี้ยนเลย แล้วเอาไปรวมอยู่เป็นเนื้อหาเรื่องเล็กๆ ในบทก่อนหน้า (บทแม่เหล็ก) เป็นไฟฟ้าที่ใช้ส่งไปมาจากโรงผลิตไฟฟ้าเข้าสู่บ้านเรือน ไฟฟ้าของจริงที่ใช้ในชีวิตประจำวันเยอะมาก ต้องรู้เกี่ยวกับมันซักหน่อยแล้ว ^^
4. สสารและความร้อน 🧨🛫
เนื้อหากลุ่มนี้ สูตรเยอะ เวลาเรียนต้องเน้นจำให้เป็นระบบ ไม่งั้นแย่แน่
บทแรก จะศึกษาเกี่ยวกับสมบัติเชิงกลของของแข็งและของไหล โดยเนื้อหาส่วนแรกจะพาไปศึกษา “ของแข็ง” ในแง่ของสภาพยืดหยุ่น เผื่ออีกหน่อยต้องเลือกวัสดุมาก่อสร้าง จะได้ดูออกว่าอันไหนอ่อนไป แข็งไป ยืดง่าย ยืดยาก ทนแรงรับแรงได้ไหวไหม
เนื้อหาส่วนถัดไปของบทนี้ จะเอา ของเหลว และ แก๊ส มารวมกัน เรียกว่า “ของไหล” เราจะศึกษาพฤติกรรมของของไหลในแง่มุมต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น ความดัน แรงดัน เครื่องอัดไฮดรอลิก (ช่วยให้เรายกของที่หนักกว่าเราหลายสิบหลายพันเท่าได้ เออ ทำไมหว่าาาา) และเราจะตอบคำถามได้ว่า ทำไมเครื่องบินจึงบินขึ้นสู่ท้องฟ้าได้ (สงสัยไหม)
ปิดท้ายด้วย “แก๊สและความร้อน” ที่ต้องเรียนความร้อนเพราะความร้อน เป็นสิ่งที่ทำให้วัถตุเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะได้ ความรู้ด้านความร้อนนี้เองที่นำไปพัฒนาต่อยอดเป็นเครื่องยนต์ เป็นตู้เย็น เป็นเครื่องจักรกลต่างๆ เราจะได้เรียนการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ ว่ามันทำให้ร้อน ทำให้เย็น ได้ยังไงกัน
5. มอเดิร์นฟิสิกส์ ⚛️ 🧲
เป็นศาสตร์น้องใหม่ (จริงๆก็ตั้งเค้ามานานแล้ว แต่มามีพัฒนาการก้าวกระโดดไม่กี่สิบปีให้หลังนี้) จะมีเนื้อหาคาบเกี่ยวกับเคมีด้วย ตั้งใจเรียนดีๆ จะได้เคลียร์วิชาเคมีไปในตัว
บทแรกจะเรียนเกี่ยวกับ “คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” จริงๆเป็นคลื่นชนิดหนึ่ง (น่าจะถูกจับไปอยู่ในเรื่องคลื่น) แต่เนื่องจากต้องใช้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในการศึกษา จึงถูกนำมาให้น้องๆเรียน หลังจากเรียนไฟฟ้าครบแล้ว
บทถัดไปคือ “ฟิสิกส์อะตอม” ศึกษาเกี่ยวกับอะตอม (เอ๊ะ ก็ซ้ำกับบทโครงสร้างอะตอมในวิชาเคมีสิ) จะว่าซ้ำก็ซ้ำนะ แต่เราเรียนลึกกว่า และมีการคำนวณหาปริมาณต่างๆทางไฟฟ้าและแม่เหล็กประกอบกันไปด้วย รวมถึงเรียนเกี่ยวกับทฤษฎีใหม่ๆ ที่เพิ่งค้นพบไม่นานมานี้ จำไว้ว่า “ความเข้าใจในสิ่งเล็กน้อย (อะตอม) จะนำไปสู่ความเข้าใจในสิ่งที่ยิ่งใหญ่”
พอแหวกดงอะตอมเข้ามาก็จะเจอกับใจกลางอะตอมที่เรียกว่า นิวเคลียส บทปิดท้ายของฟิสิกส์ ม.ปลาย เราจะเรียนเกี่ยวกับมันนี่แหละ วิชา “ฟิสิกส์นิวเคลียร์” ใครไม่สนใจก็ไม่อินเทรนด์แล้ว เพราะว่าแหล่งพลังงานบนโลกเรา เริ่มมีการนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้กันหลายประเทศแล้ว เราจะได้เรียนว่าพลังงานนิวเคลียร์คืออะไร แล้วใช้ประโยชน์อะไรได้บ้าง อันตรายมากน้อยขนาดไหน
แถมให้กับเรื่องสุดท้ายของท้ายสุด “ฟิสิกส์อนุภาค” เนื้อหาที่เพิ่งบรรจุลงหลักสูตรหมาดๆ (เมืองนอกเขาสอนกันมาหลายปีแล้ว ในที่สุดก็ถึงคิวประเทศไทย) เราจะเข้าไปศึกษาอนุภาคที่เป็นสิ่งพื้นฐานที่สุดที่ประกอบขึ้นมาเป็นอนุภาคต่างๆ อีกทีนึง เช่น พอเราแหวกนิวเคลียสดู เราจะพบกับโปรตอนและนิวตรอน แล้วถ้าแหวกโปรตอนกับนิวตรอนลงไปอีกล่ะ ! โอ้แม่เจ้า ยังมีอนุภาคที่เล็กลงไปกว่านั้นอีกเหรอ ?? .. ใช่.. นั่นเราจะเจอกับ ควาร์ก ซึ่งเป็นหนึ่งในสมาชิกของอนุภาคมูลฐานของจักรวาลนี้ เจ๋งสุดๆ ไปเลยใช่มั๊ยล่ะ
นี่ก็เป็นน้ำจิ้มคร่าวๆ เหมือนเป็นแผนที่การเดินทางคร่าวๆ ที่บอกว่าตลอดสามปีเราจะเรียนอะไรบ้างในวิชาฟิสิกส์นะครับ อ่านๆไปก็อย่าเพิ่งตกใจนะ เรามีเวลาสามปี ที่จะค่อยๆเรียนเนื้อหาเหล่านี้ เทียบกับ เคมี ชีววิทยา ดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา ที่ต้องเรียนแล้ว ของฟิสิกส์นี่จิ๊บๆที่สุดเลย
คราวหน้าพี่ฟาร์มจะบอกเคล็ดลับว่า เราจะเรียนทั้งหมดนี้ให้ “ได้เรื่อง” กันได้อย่างไร ต้องติดตามนะคร้าาาาบ ^_^
