กิจกรรมที่ 3 เรียนรู้ STEM+A กับมิวเซียมสยาม : ปริศนาเสาพิศวง

คำอธิบาย       

ตึก หรืออาคารเป็นสิ่งปลูกสร้างที่มีความคงทนแข็งแรงมาก ตึกมิวเซียมสยามสร้างขึ้นในสมัยรัชกาลที่ 6 และมีอายุครบ 100 ปี ในปีพ.ศ.2565 เป็นอาคารรูปแบบตะวันตกที่สร้างโดยสถาปิกชาวอิตาเลียน ชื่อ นายมาริโอ ตามาญโญ ออกแบบอาคารไว้หลายแห่ง เช่น พระที่นั่งอัมพรสถาน พระที่นั่งอนันตสมาคม พระราชนิเวศน์มฤคทายวัน บ้านนรสิงห์ (ปัจจุบันคือทำเนียบรัฐบาล) ห้องสมุดเนลสันเฮย์ และ สถานีรถไฟกรุงเทพ (หัวลำโพง) ซึ่งอาคารเหล่านี้ล้วนมีอายุนับร้อยปี เช่นเดียวกับตึกมิวเซียมสยาม

อาคารเหล่านี้มีรูปลักษณ์ต่างกัน สร้างด้วยเทคนิคและวัสดุต่างกัน ประโยชน์ใช้สอยก็แตกต่างกันด้วย แต่สิ่งหนึ่งที่อาคารทั้งหมดนี้มีเหมือนๆ กันคือ ความแข็งแรงทนทาน ยืนหยัดให้ผู้คนใช้งานมานานถึง 100 ปีได้แบบสบายๆ อะไรคือความลับและเบื้องหลังความทนทานของอาคารเหล่านี้?

เรามาทดลองทำกิจกรรมสนุกๆ เพื่อไขความลับว่าสถาปนิกทำอย่างไรให้อาคารแต่ละหลัง แข็งแรงทนทาน ใช้งานได้ และยังมีความสวยงามอยู่ของอาคาร 100 ปี

กิจกรรมนี้เหมาะกับ เด็กตั้งแต่ 10 ปีขึ้นไป

ระยะเวลาทำกิจกรรม  30 – 45 นาที

อุปกรณ์ที่ใช้ในกิจกรรม

1) ขวดน้ำขนาด 1.5 ลิตร จำนวน 2 ขวด

2) แผ่นกระดาษ A4 ประมาณ 10 แผ่น

3) กระดาษลูกฟูก/ ไม้อัด/ แผ่นฟิวเจอร์บอร์ด 1 แผ่น

4) เทปกาว 1 ม้วน

อีกองค์ประกอบหนึ่งที่สำคัญของโครงสร้างอาคาร ก็คือเสา

เสามีหลากหลายรูปทรง ทั้งเสากลม เสาสี่เหลี่ยม ฯลฯ ขึ้นอยู่กับการออกแบบของสถาปนิก

แล้วเสาแต่ละรูปทรงมีคุณสมบัติแตกต่างกันหรือเปล่า

ตามาญโญมีคำแนะนำและการทดลองสนุกๆ เกี่ยวกับคุณสมบัติของเสารูปทรงต่างๆ ลองหาสิ่งของเหล่านี้แล้วมาสนุกกัน

เริ่มการทดลอง

• นำกระดาษ A4 มาม้วนในแนวนอนให้เป็นเสาทรงกระบอก มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 เซนติเมตร เสา 1 ต้น ทำจากกระดาษ 1 แผ่นเท่านั้น
• จากนั้น พับกระดาษเป็นเสาทรงสี่เหลี่ยมขนาด 5x5 เซนติเมตร อีก 1 ต้น

ลองทดสอบดูว่า เสาต้นไหนรับน้ำหนักได้มากกว่ากัน โดยวางกระดาษลูกฟูกไว้บนเสา จากนั้นค่อย ๆ วางขวดน้ำลงบนกระดาษลูกฟูก

ลองสังเกตผลลัพธ์ที่ได้ดูสิ เด็กๆ คิดว่ามีปัจจัยใดบ้างที่ทำให้เสารับน้ำหนักได้ต่างกัน และทำไมถึงเป็นอย่างนั้น

จริงๆ แล้ว รูปทรงของเสามีอะไรซ่อนอยู่มากกว่าความสวยงาม เช่น เสากลมกับเสาเหลี่ยมที่มีขนาดเท่ากัน เสากลมจะแข็งแรงกว่า เพราะในอาคารจริง แรงที่กระทำต่อเสาตึก จะไม่ใช่แรงจากน้ำหนักที่กดลงบนเสาตรงๆ เพียงอย่างเดียว แต่ยังมีแรงอื่นๆ กระทบด้านข้างเสาด้วย อาทิ แรงสั่นสะเทือนจากการจราจรรอบอาคาร หรือแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหว ซึ่งเสากลมจะถ่ายเทแรงเหล่านี้ไปตามผิวโค้งจนถึงพื้นดินได้ดีกว่าเสาเหลี่ยมผิวเรียบ

ปริศนาเสาพิศวง 2 : ปัจจัยของเสา

นอกจากรูปทรงของเสาจะมีผลต่อความสามารถในการรับน้ำหนักแล้ว ยังมีปัจจัยอะไรอีกบ้างที่ส่งผลต่อคุณสมบัติของเสา

เตรียมน้ำบรรจุขวดหรือถังน้ำหลายๆ ขนาดไว้ทดลองกัน

วางเสา 4 ต้นในระยะห่างเท่าๆ กัน จากนั้นวางแผ่นไม้ลงไปบนเสา

ทดสอบความสามารถในการรับน้ำหนัก โดยวางขวดน้ำลงไปเรื่อยๆ จนกว่าเสาจะรับน้ำหนักไม่ไหว

เสาล้มลงเมื่อไหร่ ก็คำนวณน้ำหนักจากจำนวนขวดน้ำได้เลย

การคำนวณน้ำหนักโดยประมาณ: น้ำ 1 ลิตร หนัก 1 กิโลกรัม หรือ 1,000 กรัม

ดังนั้น น้ำขวดขนาด 1.5 ลิตร จะหนักประมาณ 1.5 กิโลกรัม และถังขนาด 6 ลิตร หนักประมาณ 6 กิโลกรัม

เมื่อเสาล้มลงแล้ว ให้ลองสร้างเสาใหม่ โดยปรับเปลี่ยนตัวแปรต่างๆ เหล่านี้ เพื่อให้เสาทั้ง 4 ต้นรับน้ำหนักได้มากที่สุด

• รูปร่างของเสา (กลม สามเหลี่ยม สี่เหลี่ยม ห้าเหลี่ยม)
• ขนาดของเสา หรือพื้นที่หน้าตัดของเสา (ใหญ่-เล็ก)
• ความสูงของเสา (สูง-เตี้ย)
• ระยะห่างระหว่างเสา (กว้าง-แคบ)