เรื่อง อากาศมหัศจรรย์

ลม คือ อากาศที่เคลื่อนที่ได้ มนุษย์ สัตย์หรือพืชก็ต้องใช้อากาศหายใจ อากาศนั้นสามารถอยู่ได้ทุกที่

ตัวอย่างเช่น

- นำถ้วยแก้วมาหนึ่งใบเอากระดาษติดลงไปในถ้วยแก้วจนแน่ใจว่าถ้าเราคล่ำถ้วยกระดาษจะไม่หล่นลงมา นำถ้วยแก้วคล่ำลงในน้ำที่เตรียมไว้ แล้วยกถ้วยแก้วออกก็จะเห็นว่ากระดาษไม่เปียกน้ำเลย ก็เพราะระหว่างกระดาษกับน้ำนั้นจะต้องมีอะไรมากั้นตรงกลาง นั้นก็คืออากาศอากาศไม่มีขนาดหรือรูปร่างแต่อากาศจะซ่อนตัวอยู่ทุกที่

- การเทน้ำใส่ขวดโดยผ่านกรวยแล้วเทน้ำลงขวดก็จะเห็นว่าน้ำผ่านขวดได้เร็ว ต่อไปก็เอาดินน้ำมันมาติดที่ปากขวดให้แน่นๆ แล้วเทน้ำลงไปในขวดอีกทีจะเห็นว่าน้ำไหลลงไปในขวดช้ามาก จากการทดลองที่น้ำไหลลงไปในขวดได้เร็วก็เพราะว่าอากาศจากในขวดจะถูกน้ำเข้าไปแทนที่ทันทีเมื่อเราเทน้ำลงไป อากาศก็ออกทางปากขวด เมื่อเรานำดินน้ำมันมาปิดปากขวดไว้อากาศก็จะไม่สามารถออกมาได้จะค่อยดันน้ำไว้ไม่ให้ไหลลงมาขวด จากการทดลองทำให้เรารู้ว่าอากาศมีตัวตนจริงๆ

- การนำตาชั่งมาหนึ่งอันเอาลูกโป่งมาติดไว้ที่ปลายลูกโป่งข้างละหนึ่งลูกก็จะมีน้ำหนักเท่ากัน ปล่อยลมที่ลูกโป่งออกไม่มากหนึ่งลูก ก็จะเห็นว่าด้านที่ปล่อยลมออกลอยขึ้นไป ทำให้รู้ว่าข้างที่มีลมจะหนักกว่าข้างที่ไม่มีลม น้ำหนักที่ต่างกันนั้นเป็นน้ำหนักของอากาศ น้ำหนักของอากาศจะขึ้นอยู่กับความร้อนและความเย็นของอากาศ

- นำตาชั่งอันเดิมมาแขวนถ้วยกระดาษคล่ำไว้ทั้งสองข้าง จะเห็นว่าถ้วยกระดาษทั้งสองข้างมีน้ำหนักเท่ากัน นำเทียนไขมาจุดแล้วนำไปจ่อไว้ที่ถ้วยกระดาษก็จะเห็นว่าข้างที่จ่อด้วยเทียนจะลอยขึ้น ที่เป็นแบบนี้ก็เพราะว่าอากาศภายในถ้วยร้อนขึ้นและเมื่ออากาศร้อนขึ้น อากาศก็จะมีน้ำหนักเบาลง หลักการนี้เรามาใช้ในการผลิตบอลลูน โดยใต้ผ้าที่เราทำบอลลูนจะมีการจุดไฟ จนร้อนสามารถยกตัวบอลลูนขึ้นไปได้ ถ้าอยากให้ลอยสูงขึ้นก็เร่งไฟให้สูงกว่าเดิมเพื่ออากาศในตัวบอลลูนจะร้อนขึ้น จะได้พาบอลลูนสูงขึ้น

- นำขวดโหลเปล่ามาสองใบ หนึ่งขวดแช่น้ำร้อน อีกขวดแช่น้ำเย็นเอาไว้ จากนั้นนำขวดทั้งสองใบมาประกบปากขวดกันโดยให้ขวดที่แช่น้ำร้อนอยู่ข้างล่าง แช่น้ำเย็นอยู่ข้างบน นำกระดาษแข็งมาขั้นตรงกลางปากขวด แล้วนำขวดที่แช่น้ำร้อนนำธูปใส่ในปากขวดเพื่อให้ควันธูปเข้าไปอยู่ในขวด จากนั้นนำมาประกบกันเหมือนเดิม คอยๆดึงกระดาษแข็งออก ก็จะเห็นว่าควันธูปลอยจากขวดที่แช่น้ำร้อนไปยังขวดที่แช่น้ำเย็น ต่อไปทำกลับกันเอาธูปใส่ขวดที่เย็นแทน นำขวดที่แช่น้ำร้อนไว้ข้างบ่น จะเห็นว่าควันธูปที่อยู่ในขวดที่แช่น้ำเย็นไม่ลอยขึ้นไปในขวดที่แช่น้ำร้อน ที่เป็นแบบนี้ก็เพราะว่าอากาศจะพยายามปรับสมดุลตลอดเวลา อากาศร้อนที่เบากว่าก็จะพยายามร้อยขึ้นไปหาอากาศเย็นเพื่อลดความร้อนของตัวเอง ส่วนอากาศเย็นที่หนักกว่านั้นก็จะลอยต่ำลงมาสวนทางกับอากาศร้อนข้างล่าง เพื่อปรับสภาพอากาศให้กายเป็นอบอุ่น และการที่อากาศร้อนเย็นเคลื่อนที่ไปมาจึงทำให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ

- นำตู้กระจกใสมาหนึ่งใบ แล้วค่อยๆปล่อยควันธูปเข้าไปในตู้ จะเห็นว่ามีควันธูปที่ลอยขึ้นไปข้างบ่นและควันธูปที่ลอยเข้ามาแทนที่ควันธูปที่ลอยขึ้นไป ที่เป็นแบบนี้ก็เพราะว่าควันธูปที่ร้อนจะลอยขึ้นข่างบ่น เมื่อควันธูปเย็นลงก็จะลอยต่ำลง และควันธูปที่เย็นก็จะเคลื่อนตัวมาแทนที่ควันธูปที่ร้อนลอยขึ้นมาข้างบ่น อากาศเย็นที่เข้ามาแทนที่อากาศร้อนก็คือลมที่พัดผ่านไป และนี้ก็ทำให้เรารู้รู้สึกเย็นสบาย

บ่นพื้นโลกของเราจะมีลมพัดผ่านไปมาตลอดเวลา ก็เพราะบ่นพื้นโลกของเราแต่ละแห่งนั้นจะมีความร้อนไม่เท่ากัน ตัวอย่างเช่น ขณะที่เรายืนอยู่ริมทะเลตอนกลางวัน จะมีลมพัดเข้ามาจากทะเลตลอด ลมที่พัดเข้ามานั้นก็มีสาเหตุจากอากาศบ่นพื้นดินในตอนกลางวันร้อนกว่าผิวน้ำมาก ดังนั้นอากาศร้อนบ่นพื้นดินจึงลอยตัวสูง และอากาศเย็นจากผิวน้ำจึงพัดเข้ามาแทนที่

ตัวอย่างเช่น

-การเป่าลมให้ผ่านที่ด้านข้างของเทียนไขไฟก็จะไม่ดับ เพราะลมพัดไม่โดนไฟ แต่ถ้าเรานำกล่องมาตั้งขวางทางลมและเอียงไปทางเทียนไข แล้วเป่าดูใหม่ ก็จะเห็นว่าเทียนไขก็จะดับ แสดงว่าลมก็สามารถเปลี่ยนไปตามวัตถุที่ขวางทาง ซึ่งก็เป็นกรณีเดียวกับลมที่พัดมาจากข้างนอกพุ่งเข้าชนกับตัวบ้าน กระแสลมก็จะกระจายออก แล้วพุ่งผ่านข้างๆบ้าน แต่ถ้าบ้านมีหน้าต่าง กระแสลมก็จะพุ่งผ่านหน้าต่างเข้ามา

แรงดันของอากาศ คือ แรงที่อากาศกดลงพื้นผิวของวัตถุต่างๆ

- น้ำแก้วน้ำมาใส่น้ำจนเต็ม แล้วนำกระดาษมาปิดปากแก้วไว้ แล้วคว่ำแก้วลงก็จะเห็นว่าน้ำไม่หกลงมา ที่เป็นแบบนี้ก็เพราะใช้หลักของแรงดันอากาศช่วย การที่เราเติมน้ำเข้าไปในแก้วจนเต็มเท่ากับเป็นการไล่อากาศที่อยู่ในแก้วจนหมด เวลาเรานำกระดาษแข็งไปปิดแล้วคว่ำลงแรงดันอากาศภายนอกที่จะมีมากกว่าแรงดันของน้ำจึงดันน้ำไว้ไม่ให้ไหลลงมา จนกว่ากระดาษแข็งแผ่นนั้นจะเปียกแล้วมีน้ำหนักมากขึ้น จนอากาศดันไว้ไม่ไหวน้ำในแก้วก็จะหกลงมาเอง

- การใช้อากาศในการยกหนังสือ นำลูกโป่งใบใหญ่สอดไว้ที่ใต้หนังสือที่เราจะยก จากนั้นก็เป่าลูกโป่ง ก็จะเห็นหนังสือค่อยๆถูกยกขึ้น การที่ลูกโป่งยกหนังสือได้ก็เพราะใช้หลักการแรงดันอากาศ เมื่อเราเป่าลมเข้าไปในลูกโป่ง ก็จะทำให้อากาศในลูกโป่งเพิ่มจำนวนขึ้น อากาศจึงทำให้ผิวลูกโป่งขยายใหญ่ขึ้น แรงดันจึงทำให้หนังสือลอยขึ้นมา

การนำแรงดันอากาศมาใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น การเจาะรูกระป๋องนมจะต้องเจาะยังไงถึงจะมีนมไหลออกมา

ตัวอย่างเช่น

-นำน้ำที่ผนึกไว้สนิทสองใบ ใช้หลอดเจาะใบละหนึ่งรูก่อน แล้วเทน้ำใส่แก้ว น้ำไม่ไหลสักแก้วที่นี้ลองเจาะแก้งแรกอีกรูติดๆกัน แล้วเทน้ำอีกรอบน้ำก็ไม่ไหล ลองเจาะรูอีกแก้วที่ฝั่งตรงข้ามรูแรกแล้วลองเท น้ำก็จะไหลออกมา แต่ถ้าเราปิดรูด้านบ่นไว้น้ำก็จะหยุดไหล ที่เป็นแบบนนี้ก็เพราะเจาะรูไว้คนละที่ แก้วแรกเจาะรูติดกัน เมื่อเทน้ำไม่ออกก็เพราะอากาศภายนอกจะคอยดันน้ำไว้ของรูทั้งสองไม่ให้ไหลออกมาได้ อีกแก้วที่เจาะรูที่ฝั่งตรงข้าม แล้วน้ำไหนออกมาก็เพราะอากาศจะสามารถเข้าไปในแก้วทางรูด้านบ่นได้ แล้วไปดันน้ำในแก้วอีกที อากาศภายนอกจึงดันไว้ไม่อยู่น้ำเลยไหลออกมาได้ แต่พอเราปิดรูด้านบ่นไว้อากาศก็ไม่สามารถดันน้ำให้ไหลออกมาได้ น้ำจึงหยุดไหล

เพิ่มเติม ถ้าเราเจาะรูขนาดใหญ่ก็ไม่จำเป็นต้องเจาะรูสองรู เช่น กระป๋องน้ำอัดลม แล้วยังมีเรื่องของหลอดดูด และหลอดหยดน้ำที่ใช้คุณสมบัติของแรงดันอากาศมาช่วย เช่นหลอดหยดน้ำ ถ้าเราจุ่มหลอดลงไปในน้ำปิดปลายหลอดด้านบ่น ยกหลอดขึ้นมาน้ำก็จะอยู่ในหลอดก็จะถูกอากาศดันเข้ามาไว้ที่ปลายด้านล่างไม่ให้หยดลง แต่ถ้าเราเปิดนิ้วที่ปิดหลอดไว้ น้ำก็จะไหลออกมา เพราะมีอากาศเข้ามาที่ปลายหลอดด้านบ่น แล้วดันน้ำให้ไหลออกมา แล้วการดูดน้ำนั้นเมื่อเราออกแรงดูดน้ำขึ้นมา แรงดูดของเราก็จะเป็นการสูบอากาศขึ้นมาภายในหลอดเข้าไปก่อนทำให้อากาศภายในหลอดมีแรงดันลดลงตามปริมาณอากาศที่น้อยลงไปจากการดูด จากนั้นอากาศภายนอกหลอดจึงสามารถดันน้ำให้พุ่งเข้ามาตามหลอดได้ เมื่อเราดูดน้ำเข้าไปหมด น้ำก็จะถูกดันเข้าไปสู่ปากแทน และเมื่อเราออกแรงดูดต่อไป สิ่งที่เข้ามาในปากก็จะมีแต่น้ำ

อากาศร้อนหรือเย็นมีแรงดันอากาศมากกว่ากัน

-นำขวดปากแคบ และไข่ต้มที่ปอกเปลือกแล้วหนึ่งฟอง นำไข่ใส่ลงไปในขวดแต่ไม่สามารถใส่ได้ ลองจุดไฟลงไปในขวดแล้วเอาไข่วางไว้ข้างบ่น ไข่ก็ไหลเข้าในขวด ที่เป็นแบบนี้ก็เพราะว่าการที่จุดไฟใส่ลงไปขวดก็ทำให้อากาศในขวดร้อนขึ้น และอากาศที่ร้อนจะมีแรงดันต่ำมาก อากาศเย็นข้างนอกที่มีแรงดันสูงกว่าจึงพยายามดันเข้าไปแทนที่ และแรงดันของอากาศเย็นข้างนอกที่ดันให้ไข่สามารถตกลงไปในขวด

เพิ่มเติม นอกจากอากาศที่ร้อนจะมีแรงดันน้อยกว่าอากาศเย็น อากาศที่เคลื่อนที่ก็จะมีแรงดันน้อยกว่าอากาศที่อยู่นิ่งๆ เช่นมีลูกโป่งแขวนอยู่สองใบอยู่ห่างกันพอประมาณ ลองเป่าลมเข้าไปตรงกลาง ลูกโป่งก็จะเคลื่อนที่เข้ามากัน ก็เพราะการเคลื่อนที่ของอากาศผ่านระหว่างลูกโป่งทั้งสองลูก ในขณะที่เราเป่าลูกโป่งนั้นอากาศจะมีการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า และอากาศที่เคลื่อนที่นั้นจะมีแรงดันอากาศลดลง  ทำให้อากาศด้านข้างของลูกโป่งทั้งสองลูกที่อยู่นิ่งๆมีแรงดันมากกว่า จึงดันลูกโป่งให้เข้ามาชิดกัน

ประโยชน์ที่มนุษย์นำมาใช้ เช่นการสร้างปีกของเครื่องบิน

การทดลอง ถือกระดาษไว้แล้วเป๋าลมแรงๆของด้านบ่นกระดาษ แผ่นกระดาษค่อยๆยกตัวขึ้นมาก็จะคลายๆปีกเครื่องบิน ก็เพราะเวลาเราเป่ากระดาษด้านบ่น อากาศก็จะผ่านกระดาษด้านบ่นที่เราเป่าออกมา จะมีการเคลื่อนที่  อากาศที่เคลื่อนที่จะมีแรงดันน้อยลง ดังนั้นอากาศใต้แผ่นกระดาษที่อยู่นิ่งจะมีความดันสูงกว่า และสามารถยกแผ่นกระดาษที่ตกย้อยอยู่ จากหลักการนี้มนุษย์ออกแบบปีกเครื่องบินให้ด้านล่างแบน ส่วนด้านบ่นจะมีลักษณะโค้งลาดไปด้านหลังคล้ายๆกับแผ่นกระดาษที่ทดลองเป่า ซึ่งการออกแบบนี้เป็นการออกแบบที่ให้อากาศด้านบ่นปีกเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าอากาศใต้ปีกเครื่องบิน ดังนั้นเมื่ออากาศพุ่งผ่านปีกเครื่องบิน อากาศใต้ปีกเครื่องบินจะมีแรงดันมากกว่า และดันปีกเครื่องบินให้ยกสูงขึ้น เครื่องบินจึงบินขึ้นไปบ่นท้องฟ้าได้

เครื่องไอพ้นของเครื่องบินก็ใช้อากาศในการขับเคลื่อน

-ร้อยเส้นด้ายผ่านหลอดดูดน้ำ และสูบลมใส่ลูกโป่งนำไปติดกับหลอดด้วยเทป ก็จะเห็นลูกโป่งพุ่งไปตามเส้นเชือกที่เราผูกไว้ ที่เหมือนกับเครื่องไอพ้นเพราะใช้หลักเดียวกันคือปล่อยอากาศที่อัดไว้ออกมาข้างหลังเพื่อผลักตัวออกมาให้พุ่งไปข้างหน้า แบบเดียวที่เราปล่อยลมลูกโป่งให้พุ่งออกมาได้ แต่เครื่องไอพ้นจะดูดอากาศเข้ามาทางด้านหน้าของเครื่องตลอดแล้วถึงค่อยปล่อยอัดอากาศออกมาด้านหลังอีกที ดังนั้นเครื่องบินไอพ้นจึงบินได้ตลอดเวลา ไม่มีทางที่อากาศจะหมดไปได้

แรงต้านอากาศ คือ แรงที่อากาศต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆ

เช่นเวลารถวิ่งก็จะมีลมพัดส่วนมา ก็คือลมที่อากาศกำลังต้านสวนมา ไม่ให้รถวิ่งไปข้างหน้า

-ลองทิ้งกระดาษสองแผ่นโดยให้แผ่นแรกเป็นกระดาษแบนๆ แผ่นที่สองเป็นกระดาษที่ขย่ำแล้วทิ้งกระดาษทั้งสองแผ่นลงพื้น กระดาษที่เป็นแผ่นแบนจะตกลงพื้นช้ากว่าแผ่นที่ถูกขย่ำ เป็นแบบนี้เพราะแรงต้านอากาศ ก็เหมือนกับแรงดันของอากาศ แต่แรงต้านของอากาศจะเกิดขึ้นตอนที่วัตถุเคลื่อนที่ยิ่งถ้าวัตถุมีพื้นผิวของพื้นที่น้อยเวลาเคลื่อนที่ไปข้างหน้าก็จะมีแรงต้านจากอากาศน้อย แต่ถ้ามีพื้นผิวด้านหน้ากว้างเวลาเคลื่อนที่ไปข้างหน้าแรงต้านก็จะมีมากขึ้น

นอกจากจะใช้อากาศหายใจแล้วยังทำให้เกิดลมพัดเย็นสบาย แล้วยังนำคุณสมบัติของอากาศมาใช้เป็นหลักในการสร้างสิ่งต่างๆ