วันศุกร์ที่ 19 กันยายน พ.ศ. 2551

ข้อสอบวิชาฟิสิกส์

ข้อสอบวิชาฟิสิกส์
คอลัมน์ คุยกับประภาส
โดย ประภาส ชลศรานนท์
ผมมีเรื่องๆ หนึ่งขออนุญาตนำมาเล่าให้ฟัง เพื่อนชาวสถาปัตย์ท่านหนึ่งเป็นคนเล่าให้ผมฟังอีกที ผมฟังแล้วก็ชอบใจอยู่มาก เพราะมันให้ข้อคิดทั้งคนเป็นนักเรียนและคนเป็นครูได้อย่างดี
เรื่องนี้สนุกครับ ถึงจะมีสูตรมีศัพท์ทางวิทยาศาสตร์อยู่บ้าง
ลองฟังดูครับ
โจทย์ข้อหนึ่งในข้อสอบวิชาฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนมีดังนึ้
"จงอธิบายว่าท่านจะใช้บารอมิเตอร์วัดความสูงของตึกระฟ้าได้อย่างไร"
รู้จักกันนะครับ บาร์รอมิเตอร์นี่ก็คือเครื่องมือวัดความกดอากาศนั่นเอง
(อธิบายเพิ่มเติมก็คงต้องบอกว่า อากาศนั้นมันมีน้ำหนักหรือมีแรงกดนั่น
และแรงกดของอากาศนั้นเมื่ออยู่ในระดับความสูงที่เปลี่ยนไป ความกดอากาศก็เปลี่ยนไปด้วย)
นักศึกษาคนหนึ่งเขียนคำตอบลงไปว่า

"เอาเชือกยาวๆ ผูกกับบารอมิเตอร์แล้วหย่อนลงมาจากยอดตึก แล้วก็เอาความยาวเชือกบวกความสูงบารอมิเตอร์ก็จะได้ความสูงของตึก"

ฟังดูเป็นอย่างไรครับคำตอบนี้ ผมฟังครั้งแรกผมยังอมยิ้มเลยครับ
แต่อาจารย์ที่ตรวจข้อสอบไม่นึกขันอย่างผมด้วย อาจารย์ตัดสินให้นักศึกษาคนนั้นสอบตก
นักศึกษาผู้นั้นยืนยันต่ออาจารย์ที่ปรึกษาว่า
คำ ตอบของเขาควรจะถูกต้องอย่างไม่มีข้อโต้แย้ง และคำตอบของเขาก็สามารถพิสูจน์ได้ทางวิทยาศาสตร์ ทางมหาวิทยาลัยจึงตั้งกรรมการชุดหนึ่งมาตัดสินเรื่องนี้
และในที่สุดคณะกรรมการก็มีความเห็นตรงกันว่า คำตอบนั้นถูกต้องอย่างแน่นอน
แต่เป็นคำตอบที่ไม่แสดงถึงความรู้ความสามารถทางฟิสิกส์
ดังนั้น เพื่อเป็นการแก้ข้อขัดแย้งที่เกิดขึ้น ทางคณะกรรมการจึงให้เรียกนักศึกษาคนนั้นมา
แล้วให้สอบข้อสอบข้อนั้นอีกครั้งหนึ่งต่อหน้า โดยให้เวลาเพียง 6 นาที
เท่ากับเวลาในการสอบข้อสอบเดิม เพื่อหาคำตอบที่แสดงให้เห็นถึงความรู้ทางด้านฟิสิกส์
หลังจากผ่านไป 3 นาที นักศึกษาคนนั้นก็ยังนั่งนิ่งอยู่

กรรมการจึงเตือนว่า เวลาผ่านไปครึ่งหนึ่งแล้วจะไม่ตอบหรืออย่างไร
นัก ศึกษาหัวรั้นจึงตอบว่า เขามีคำตอบมากมายที่เกี่ยวกับฟิสิกส์ แต่ไม่สามารถตัดสินใจได้ว่าจะใช้คำตอบไหนดี และเมื่อได้รับคำเตือนอีกครั้ง
นักศึกษาจึงเขียนคำตอบลง ไปดังนี้ ให้เอาบารอมิเตอร์ขึ้นไปบนดาดฟ้าตึกและทิ้งลงมา จับเวลาจนถึงพื้น ความสูงของตึกหาได้จากสูตร H=0.5g*t กำลัง 2 หรือถ้าแดดแรงพอ
ให้วัดความสูงบารอมิเตอร์แล้วก็วางบารอมิเตอร์ให้ตั้งฉากพื้นแล้ววัดความยาวของเงาบารอมอเตอร์
จาก นั้นก็วัดความยาวของเงาตึก แล้วคิดด้วยตรีโกณมิติก็จะได้ความสูงของตึกโดยไม่ต้องขึ้นไปบนตึกด้วยซ้ำ หรือถ้าเกิดอยากใช้ความสามารถด้านวิทยาศาสตร์มากกว่านี้

ก็เอาเชือกเส้นสั้นๆ มาผูกกะบารอมิเตอร์แล้วแกว่งเหมือนลูกตุ้ม ตอนแรกก็แกว่งระดับพื้นดิน

แล้ว ก็ไปแกว่งอีกทีบนดาดฟ้า ความสูงของตึกจะหาได้จาก ความแตกต่างของคาบการแกว่ง เนื่องจากความแตกต่างของแรงดึดดูดจากจุดศูนย์กลางของมวล คำนวณจาก T = 2 พาย กำลัง 2 รากที่ 2 ของ l/g ถ้าตึกมีบันไดหนีไฟก็ง่ายๆ ก็เดินขึ้นไปเอาบารอมิเตอร์ทาบแล้วก็ทำเครื่องหมายไปเรื่อยๆ จนถึงยอดตึก

นับ ไว้คูณด้วยความสูงของบารอมิเตอร์ก็ได้ความสูงตึก แต่ถ้าคุณเป็นคนที่น่าเบื่อและยึดถือตามแบบแผนจำเจซ้ำซาก คุณก็เอาบารอมิเตอร์วัดความดันอากาศที่พื้นและที่ยอดตึก
คำนวณความแตกต่างของความดันก็จะได้ความสูง ส่วนวิธีสุดท้ายง่ายและตรงไปตรงมาก็คือ
ไปเคาะประตูห้องภารโรง แล้วบอกว่า อยากได้บารอมิเตอร์สวยๆ ใหม่เอี่ยมสักอันไหม
ช่วยบอกความสูงของตึกให้ผมทีแล้วผมจะยกให้

นักศึกษาคนนั้นคือ นีล โบร์
ผู้ได้รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปีค.ศ.1922