ស្លាយដែលជាប្រភេទសារធាតុមិនអាចប្រែប្រួលតាមច្បាប់ញូតុនសម្រាប់កុមារ៖ ស្វែងយល់ពីសារធាតុដែលមានលក្ខណៈពិសេសរបស់វា

អ្វីទៅជាប្រភេទសារធាតុមិនមែនញូតុន? ស្លាយមួយជាឧទាហរណ៍រស់រវើក

ការបំផ្លាញច្បាប់ញូតុន៖ ហេតុអ្វីបានជាការលំបាករបស់ស្លាយផ្លាស់ប្តូរទៅតាមកម្លាំងដែលយើងប្រើ

ទឹកគឺជាអ្វីដែលយើងហៅថា សារធាតុរាវនៃញូតុន (Newtonian fluid) ពីព្រោះវាមានស្ថេរភាពដូចគ្នាប៉ុណ្ណោះ មិនថាយើងប្រើកម្លាំងប៉ុន្មានទេ។ ប៉ុន្តែស្លាយមានឥរិយាបថខុសគ្នាទាំងស្ទះ។ នៅពេលដែលអ្នកណាម្នាក់លេងជាមួយស្លាយយ៉ាងស្ងៀមៗ សារធាតុប៉ូលីម័រវែងៗទាំងនេះនៅខាងក្នុងអាចរអិលឆ្លងកាត់គ្នាបានយ៉ាងងាយស្រួល ដែលធ្វើឱ្យវាបានហូរយ៉ាងរលូនដូចជាមីឃី។ ប៉ុន្តែបើអ្នកវាយវាយយ៉ាងខ្លាំង ឬចុចវាយ៉ាងរហ័ស សារធាតុប៉ូលីម័រទាំងនេះនឹងភ្ជាប់គ្នាដោយភ្លាមៗ ហើយប៉ែងប៉ោះអ្វីដែលមុននេះទើបនិយាយថាស្រាល និងអាចប៉ះប៉ោះបាន ទៅជាអ្វីមួយដែលមានសារធាតុរឹងបណ្តោះអាសន្ន។ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រហៅបាក់បែននេះថា «ការកើនឡើងនៃសារធាតុរាវដោយសារការប៉ះទង្គិល» (shear thickening) ប៉ុន្តែភាគច្រើននៃមនុស្សគ្រាន់តែសង្កេតឃើញវានៅពេលពួកគេព្យាយាមវាយឆ្លងកាត់ស្លាយដែលពួកគេចូលចិត្ត ហើយប៉ុន្តែដៃរបស់ពួកគេត្រឡប់មកវិញវ៉ាំងវ៉ៃ។ អ្វីដែលធ្វើឱ្យស្លាយគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍មិនមែនគ្រាន់តែគំនិតស្រាប់គ្មានទេ ប៉ុន្តែវាក៏ជាអ្វីដែលយើងជួបប្រទះជារៀងរាល់ថ្ងៃដោយមិនដឹងខ្លួនផងដែរ។

ការពន្យល់អំពីភាពវ៉ាយស្កូអេឡាស្ទិក (Viscoelasticity)៖ របៀបដែលស្លាយផ្ទុក និងបោះចោលថាមពលដូចជាប្រព័ន្ធសាច់របស់រាងកាយ

ស្លាមមានលក្ខណៈគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍មួយដែលហៅថា វីស្កូអេឡាស្ទិច (viscoelasticity) ដែលវាអាចប្រព្រឹត្តិបែបរូបរាងរបស់រូបធាតុរឹងដែលផ្ទុកថាមពល និងរូបរាងរបស់រូបធាតុរាវដែលអនុញ្ញាតឱ្យថាមពលរត់ចេញ។ ប៉ះវាទៅលើជញ្ជាំង ហើយសង្កេតមើលអ្វីដែលកើតឡើង៖ វាប៉ះត្រឡប់មកវិញបានមួយឬពីរវិនាទី ខណៈដែលទទួលយកកម្លាំងប៉ះទង្គិចទាំងមូល បន្ទាប់មកវាចាប់ផ្តើមរាបស្មើយឺតៗ ដោយសារសេះប៉ូលីម័រវែងៗទាំងនេះបានដែកចេញ ហើយចាប់ផ្តើមហូរម្តងទៀត។ ឥឡូវសូមគិតអំពីរាងកាយរបស់យើងផ្ទាល់។ សាច់សរសៃ និងសាច់ខ្សែស្រទាប់ (cartilage) ដំណើរការបែបដូចគ្នាដែរ ដោយស្រូបយកការប៉ះទង្គិចនៅពេលយើងរត់ ឬលោត បន្ទាប់មកបោះចេញនូវថាមពលដែលបានផ្ទុកនោះ នៅពេលយើងធ្វើចលនា។ នេះហើយជាមូលហេតុដែលស្លាមគឺជាឧទាហរណ៍ដែលល្អណាស់សម្រាប់ការរៀនដោយផ្ទាល់ អំពីលក្ខណៈទាំងនេះនៅក្នុងវត្ថុពិតៗក្នុងជីវិតប្រចាំថ្ងៃ។ កុមារដែលលេងជាមួយស្លាម កំពុងរៀនយល់អំពីគោលគំនិតដែលអនុវត្តបានទូទាំងគ្រប់ទីកន្លែង ចាប់ពីរបៀបដែលកោសិកាមានការយោល និងបង្រួម រហូតដល់របៀបដែលស្បែកឆ្លើយតបទៅនឹងសម្ពាធ នៅទូទាំងរាងកាយ។

ការកើនភាពរឹងដោយការប៉ះទង្គិច (Shear-Thickening) ប្រទើសប្រទាស់នឹង ការថយភាពរឹងដោយការប៉ះទង្គិច (Shear-Thinning)៖ មុខទាំងពីរនៃឥរិយាបថមិនមែនជាអ៊ីសូត្រូបី (Non-Newtonian) នៅក្នុងស្លាម

ការកើនភាពរឹងបែបអ៊ូប្លេក (Oobleck-Style Stiffening)៖ ការប្រឆាំងភ្លាមៗនៅពេលប៉ះទង្គិច

នៅពេលដែលអ្នកណាម្នាក់ប៉ះស្លាយយ៉ាងខ្លាំង ដូចជាប៉ះវាដោយគ្រាប់មេដៃយ៉ាងឆាប់រហ័ស ឬដំបៀលវាលើដី បានកើតឡើងនូវបាក់សាកសួរមួយដែលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ជាបន្ទាន់ ដែលគេហៅថា «ការកើនឡើងនៃភាពជាប់គ្នា» (shear thickening)។ សម្ពាធដែលកើតឡើងយ៉ាងប៉ះទម្លាក់នេះ បានធ្វើឱ្យរចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុលខាងក្នុងស្លាយរំខាន ហើយបណ្តាលឱ្យស្ថ្រេកទាំងនោះដែលមានរាងប៉ះទម្លាក់ដូចជាសេះ បានចាប់ផ្តើមចងគ្នាបណ្តោះអាសន្ន ដើម្បីបង្កើតជាប្រភេទសារធាតុដែលមានភាពរឹងបន្តិច។ នេះជាមូលហេតុដែលស្លាយអាចត្រឡប់មកវិញបានក្នុងពេលខ្លះ ទ្រទ្រង់ទម្ងន់បន្តិចៗបានក្នុងរយៈពេលខ្លី ឬបញ្ជូនកម្លាំងតបត្រាប់ទៅវត្ថុដែលប៉ះវាយវាយយ៉ាងខ្លាំង ដូចគ្នានឹងអ្វីដែលមនុស្សធ្វើនៅពេលលាយស្ករក្រាស់ជាមួយទឹក ដើម្បីបង្កើតសារធាតុដែលគេស្គាល់ថា «អូប្លេក» (Oobleck)។ ប៉ុន្តែ អ្វីដែលធ្វើឱ្យឥរិយាបថនេះគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ប៉ះប៉ះគឺថា ភាពរឹងទាំងមូលនេះនឹងបាត់ទៅភ្លាមៗនៅពេលដែលការប៉ះវាយបានឈប់។ ដូច្នេះ វាគឺជាបញ្ហាដែលទាក់ទងនឹងល្បឿននៃការអនុវត្តកម្លាំង ជាជាងកម្លាំងដែលយើងប៉ះវាយតែប៉ុណ្ណោះ។

ការធ្វើឱ្យស្រាលចិត្តដោយសារសារធាតុជាប់គ្នា៖ ការហូរយឺតៗក្រោមកម្លាំងទន់ និងបន្ត

នៅពេលយើងប្រើការចុចយឺតៗ និងស្ថិតស្ថេរជំន взវិញ អ្វីមួយគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍កើតឡើង ហៅថា ការបន្ថយភាពជាប់ (shear thinning)។ ស៊េរីប៉ូលីម៉ែរចាប់ផ្តើមរអិលឆ្លងកាត់គ្នាទៅវិញទៅមកយឺតៗ ដែលធ្វើឱ្យការតស៊ូថយចុះ ហើយអនុញ្ញាតឱ្យសារធាតុយឺតចេញដោយគ្មានការបែកបាក់។ សាកល្បងទាញយឺតៗ ហើយអ្នកនឹងទទួលបានខ្សែវែងៗ និងរលូនៗ ដែលគ្រប់គ្នាចូលចិត្ត។ ប៉ុន្តែបើអ្នកទាញយ៉ាងឆាប់រហ័ស អូ៎! គ្រប់យ៉ាងបែកបាក់ទាំងអស់។ អ្វីដែលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍គឺ ប្រតិកម្មទ្វេដងនេះដែលផ្អែកលើពេលវេលា មិនមែនមានតែនៅស្លាមប៉ុណ្ណោះទេ។ សារពាង្គកាយជាច្រើន និងសារធាតុដែលមនុស្សបង្កើតឡើង ប្រតិបតិ្តតាមរបៀបដូចគ្នានេះ មិនត្រឹមតែចំពោះកម្លាំងដែលប្រើប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងចំពោះល្បឿននៃការអនុវត្តកម្លាំងនោះផងដែរ។ ដូច្នេះ ស្លាមគឺជាឧបករណ៍ល្អណាស់សម្រាប់ពន្យល់អំពីឥរិយាបថសារធាតុស្មុគស្មាញទាំងនេះ តាមរបៀបដែលមិនត្រូវការសញ្ញាប័ត្របណ្ឌិតដើម្បីយល់។

ការសាកល្បងសាមញ្ញ និងសុវត្ថិភាព ដែលបង្ហាញពីរូបវិទ្យាប្រវែងសារធាតុមិនតាមច្បាប់ញូតុន

ការសាកល្បងប៉ះទង្គិច-ហូរ: បង្ហាញពីប្រតិកម្មដែលអាស្រ័យលើអត្រា

ការធ្វើពិសោធន៍ដែលមានសុវត្ថិភាពនៅក្នុងបាយផ្ទះអាចបង្ហាញពីលក្ខណៈចម្លែករបស់សារធាតុ ជាពិសេសនៅពេលដែលវាបង្ហាញពីរបៀបដែលវាបានហូរនៅល្បឿនផ្សេងៗគ្នា។ កុមារចូលចិត្តបង្កើតគ្រាប់ស្លាម ហើយបោះវាចុះពីលើ ព្រោះមានអ្វីមួយចម្លែកកើតឡើងនៅពេលដែលវាប៉ះផ្ទះដីយ៉ាងឆាប់រហ័ស ដែលធ្វើឱ្យវាត្រឡប់ឡើងវិញ ជាជាងការប៉ះផ្ទះដីហើយរាយពាសពេញទាំងអស់។ ប៉ុន្តែបោះទុកគ្រាប់ស្លាមទាំងនេះនៅលើតុមួយរយៈពេល ហើយសង្កេតមើលអ្វីដែលកើតឡើងបន្ទាប់។ កម្លាំងទាញរបស់ផែនដីចាប់ផ្តើមប៉ះពាល់យឺតៗ ប៉ុន្តែជាបន្តបន្ទាប់ ដោយទាញគ្រាប់ទាំងនេះចុះក្រោម រហូតដល់វាលាយរាយពាសពេញផ្ទៃតុក្នុងរយៈពេលគ្រាន់តែមួយចំនួនវិនាទី។ អ្វីដែលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍នៅទីនេះគឺថា សារធាតុប្រភេទនេះមិនមែនជាប្រភេទសារធាតុរាវធម្មតាដែលយើងប្រើប្រាស់ជារៀងរាល់ថ្ងៃទេ។ វាប្តូរឥរិយាបថរបស់ខ្លួនអាស្រ័យលើល្បឿនដែលកម្លាំងមួយប៉ះពាល់លើវា ហើយបង្ហាញពីលក្ខណៈខុសគ្នាទាំងស្រុង គ្រាន់តែដោយសារតែយើងប៉ះពាល់យ៉ាងខ្លាំង ឬឱ្យវាកើតឡើងដោយឯករាជ្យតាមរយៈពេលវេលា។

ប្រកួតសាកល្បងការវាយ-ហើយទាញយឺតៗ៖ ប្រៀបធៀបល្បឿននៃការអនុវត្តកម្លាំង

ការប្រៀបធៀបដោយផ្ទាល់ និងដោយអារម្មណ៍ ជាការពង្រឹងតួនាទីនៃអត្រានៃកម្លាំង៖

• សេចក្តីវាយលើកដៃលឿន : ការវាយដោយប្រើដៃបើក បណ្តាលឱ្យមានការរឹងខ្ជាប់ភ្លាមៗនៅផ្ទៃ—ដៃរបស់អ្នកត្រឡប់មកវិញជាជាងចូលទៅក្នុង។
• ការទាញដៃយឺតៗ : សម្ពាធ៥យឺតៗអនុញ្ញាតឱ្យមានការចូលទៅក្នុងដោយរលូន និងបន្តគ្នា បង្ហាញពីការប៉ះទង្គិចដូចជាបាក់សារ។

វិធីសាស្ត្រប៉ះពាល់ដែលគ្រប់គ្រងបាននេះ បង្ហាញពីភាពស្រដៀងគ្នានៅក្នុងជីវិតពិត—រួមទាំងដុំខ្សាច់ចល័ត និងដំណាំឧស្សាហកម្ម—ហើយអញ្ជើញសិស្សឱ្យប្រែប្រួលអថេរ (ឧទាហរណ៍៖ រយៈពេលនៃការទាញ ឬល្បឿននៃការវាយ) ដើម្បីសង្កេតមើលពីរបៀបដែលកម្លាំងដែលអាស្រ័យលើពេលវេលាប៉ះពាល់ដល់ឥរិយាបថរបស់សារធាតុ។

ពីការលេងដែលផ្អែកលើអារម្មណ៍ ទៅការយល់ដឹង STEM៖ ហេតុអ្វីបានជាសារធាតុស្លាយដែលមិនមែនជាសារធាតុញូតូនីយ៉ាន (Non-Newtonian fluid slime) គួរតែមានកន្លែងនៅក្នុងការអប់រំវិទ្យាសាស្ត្រដំបូងៗ

សារធាតុស្លាយដែលមិនមែនជាសារធាតុញូតូនីយ៉ាន បំប្លែងការលេងដែលគ្មានរចនាសម្ព័ន្ធ ទៅជាការស្វែងយល់វិទ្យាសាស្ត្រដែលមានភាពតឹងរឹង។ នៅពេលកុមារសង្កត់ ទាញ វាយ ឬបោះចោលវា ពួកគេមានបទពិសោធដោយផ្ទាល់ពីរបៀបដែលសារធាតុមានការឆ្លើយតបទៅនឹងកម្លាំង—ជាពិសេស ការឆ្លើយតបទៅនឹងការលេចចេញនៃការរារាំងការហូរ (viscosity) មុលដ្ឋាន , មិនមែនគ្រាន់តែទៅនឹងទំហំនៃកម្លាំងប៉ុណ្ណោះទេ។ ការរៀនដែលផ្អែកលើកាយវិការនេះ បង្កើតជំនាញមូលដ្ឋាន STEM៖

• ការសង្កេតវិទ្យាសាស្ត្រ៖ ការសង្កេតឃើញថា ការទាញយឺតៗបង្កើតជាបរិវេណចរាចរ ខណៈដែលការវាយឆាប់ៗបណ្តាលឱ្យមានភាពរឹង ដែលធ្វើឱ្យគោលការណ៍រីអូឡូជី (rheology) ដែលជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រស្រាប់បានក្លាយជារឿងដែលអាចស្គាល់បានតាមរយៈទំនាក់ទំនងប៉ះពាល់-ផល។
• ការសាកល្បងសម្មតិកម្ម៖ «តើអ្វីកើតឡើងប្រសិនបើខ្ញុំបន្ថែមជាប់ច្រើនជាងមុន ឬបន្ថែមប៉ូរ៉ាក់ស៍តិចជាងមុន?» ប៉ះពាល់ដល់ការកែសម្រួលរូបមន្ត ដែលប៉ះពាល់ដល់ការសាកល្បងដែលមានលក្ខណៈបន្ទាប់បន្សំ ដើម្បីគ្រប់គ្រងអថេរ។
• ការប៉ះពាល់ជាមួយពាក្យគន្លឹះ៖ ពាក្យដូចជា elasticity , ប៉ូលីម័រ , និង ការប៉ះពាល់ជាប៉ះ ទទួលបានន័យតាមរយៈការប៉ះពាល់ផ្ទាល់ មិនមែនតាមរយៈការចងចាំដោយស្មារតីប៉ះពាល់

ស្លាមមិនមែនគ្រាន់តែជាប្រភេទរបស់លេងដែលកុមារអាចចុច ឬបង្ហើរបានប៉ុណ្ណោះទេ — វាក៏ជាការលើកទឹកចិត្តឱ្យមានវិធីសាស្ត្រសាកល្បង និងកែលំអដែលស្រដះនឹងវិធីសាស្ត្រដែលវិស្វករប្រើប្រាស់ផងដែរ។ ពេលកុមារធ្វើស្លាម ពួកគេកែប្រែវិធីសាស្ត្ររបស់ខ្លួនអាស្រ័យលើអ្វីដែលកើតឡើង ដែលមានអារម្មណ៍ស្រដះនឹងការដោះស្រាយបញ្ហាជាក់ស្តែង។ នៅក្នុងថ្នាក់រៀន ជាពិសេសសម្រាប់សិស្សអាយុតិចៗ ការធ្វើការជាមួយស្លាមភ្ជាប់សកម្មភាពដែលអាចធ្វើបានដោយផ្ទាល់ទៅនឹងគោលគំនិតវិទ្យាសាស្ត្រជាក់ស្តែង។ កុមារទទួលបានការស្វែងយល់អំពីរបៀបដែលសារធាតុខ្លះមានឥរិយាបថខុសពីទឹក ឬទឹកឃ្មុំ ដោយគ្មានការប្រើប្រាស់រូបមន្តគណិតវិទ្យាស្មុគស្មាញ។ គ្រូបង្រៀនក៏សង្កេតឃើញអ្វីមួយដែលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ផងដែរ៖ ពួកគេឃើញសិស្សនៅតែចូលរួមយូរជាងមុន ហើយចងចាំអ្វីៗបានល្អជាងមុនបន្ទាប់ពីការធ្វើពិសោធន៍បែបនេះ ប្រៀបធៀបទៅនឹងការបង្រៀនតាមរយៈការបកស្រាយធម្មតា។ គ្រូបង្រៀនជាច្រើនបានរកឃើញថា ការលេងដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធបែបនេះមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ណាស់ក្នុងការបង្រៀនគោលការណ៍វិទ្យាសាស្ត្រមូលដ្ឋាន។ ការរួបរួមគ្នារវាងការប៉ះពាល់ ការមើល និងការធ្វើពិសោធន៍បង្កើតបាននូវពេលវេលាសិក្សាដែលអាចចងចាំបានយូរ ហើយជាប់គង់នៅក្នុងចិត្តកុមារយូរជាងវិធីបង្រៀនបែបប្រពៃណី។

សំណួរញឹកញាប់

តើអ្វីជាមូលហេតុដែលស្លាមជាប្រភេទសារធាតុរាវមិនមែន-ញូតុន?

ស្លឹកឈើ ផ្លាស់ប្តូរភាពរឹងមាំដោយមានកម្លាំង applied; វាក្លាយជារឹងមាំជាងនៅពេលវាយខ្លាំង (ការកាត់សក់) និងដូចជាទឹកនៅក្នុងសម្ពាធអន់ (កាត់សក់ថយ) ។

តើតំណែងរបស់ខ្សែពង្រីកប៉ូលីម៉ែត្រនៅក្នុងកាកសំណល់មានអ្វី?

ខ្សែប្រឡាយពូលីម៉ែត្រក្នុងកាកសំណល់អាចធ្វើដំណើរបានយ៉ាងងាយស្រួលក្រោមកម្លាំងអន់ថយ ធ្វើឱ្យវាហូរ ប៉ុន្តែវាត្រូវបានបង្ខាំងក្រោមសម្ពាធភ្លាមៗ

ហេតុអ្វីបានជាសាច់ដុំមានសារៈសំខាន់នៅក្នុងការអប់រំ STEM?

Slime ផ្តល់នូវវិធីហាត់ប្រាណដើម្បីរៀនអំពីវិទ្យាសាស្ត្រវត្ថុធាតុ និងអាកប្បកិរិយានៃធាតុវេចខ្ចប់ដែលមិនមែនជា Newtonian ។ វាជំរុញការតាមដានវិទ្យាសាស្ត្រ ការសាកល្បងការលើកឡើង និងការយល់ដឹងអំពីពាក្យវិទ្យាសាស្ត្រ។

តើ ការសាកល្បង កោសិកា ស្លេក អាច ពាក់ព័ន្ធ នឹង រឿងរ៉ាវ ពិត ប្រាកដ យ៉ាងណា?

ការសាកល្បងស្លីម (slime) ធ្វើតាមសកម្មភាពមិនគណនីយ៉ូតុន (non-Newtonian) ដែលបានឃើញនៅក្នុងសាច់ដុំធម្មជាតិ, ដីហុយ និងដំណើរការឧស្សាហកម្មផ្សេងៗ