นับตั้งแต่ได้มีการค้นพบ "กฎของแรงโน้มถ่วง และการเคลื่อนที่" การทดลองที่ว่าด้วย "การเคลื่อนที่ของพลังงาน" ได้กลายเป็นบทเรียนสำคัญของ "การศึกษาวิชาวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์พื้นฐาน"
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มนต์อมร ปรีชารัตน์ อาจารย์ประจำสถาบันนวัตกรรมการเรียนรู้ มหาวิทยาลัยมหิดล ในฐานะเจ้าของผลงานอนุสิทธิบัตร นวัตกรรมสื่อการเรียนรู้ "ชุดทดลองกฏการอนุรักษ์พลังงาน" คือหนึ่งในความภาคภูมิใจของมหาวิทยาลัยมหิดล ในฐานะ "ปัญญาของแผ่นดิน" ผู้ประดิษฐ์สื่อการเรียนรู้ขึ้นด้วยวัสดุอย่างง่ายเพื่อใช้ประกอบชั้นเรียนวิชาฟิสิกส์พื้นฐาน
ผลงานดังกล่าวได้ทำให้ผู้เรียนวิชาฟิสิกส์ ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์ อันเป็นต้นทุนสำคัญในการพัฒนาชาติสามารถก้าวข้ามผ่านอุปสรรคในการทำความเข้าใจหลักการฟิสิกส์ขั้นพื้นฐาน สู่การต่อยอดสร้างสรรค์นวัตกรรมล้ำสมัยได้ในอนาคต
นวัตกรรมสื่อการเรียนรู้ "ชุดทดลองกฎการอนุรักษ์พลังงาน" จะช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจว่าพลังงานไม่มีการสูญหาย เพียงแต่แปรเปลี่ยนรูปไปเท่านั้น โดยเป็นการชี้ให้เห็นว่า "พลังงานศักย์โน้มถ่วง" (Gravitational potential energy) หรือพลังงานในวัตถุในที่สูง แปรเปลี่ยนเป็น "พลังงานจลน์" (Kinetic energy) หรือพลังงานที่เกิดขึ้นกับวัตถุขณะเคลื่อนที่ได้อย่างไร
เดิมการทดลองเกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน ใช้การปล่อยถุงทรายให้หล่นตามแรงโน้มถ่วงของโลก และมีเครื่องเคาะสัญญาณที่เป็นเข็ม ทำให้เกิดเป็นจุดที่กระดาษรายงานผล สำหรับนำไปวัดระยะทาง และความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุ
แต่อีกหลายอุปสรรคสำคัญที่พบเกิดจากในการทดลองแบบเดิม วัตถุตกสู่พื้นเร็วเกินไป และเกิดความฝืดระหว่างเข็มกับกระดาษ ทำให้สิ่งที่ได้ไม่เป็น "จุด" แต่เป็น "ขีด" แทน การวัดระยะที่แน่นอนจึงทำได้ยาก เนื่องจากต้องวัดระยะห่างระหว่างจุด 2 จุดเพื่อนำค่าที่ได้ไปคำนวณและพล็อตกราฟ ทำให้ผลการทดลองที่ได้ไม่แม่นยำ
ผู้วิจัยจึงได้หาทางออกโดยใช้การเคลื่อนที่ของวัตถุบนพื้นเอียงแทน เพื่อไม่ให้วัตถุตกถึงพื้นเร็วเกินไปด้วยระบบ"Photogate Sensor" ที่ใช้ในการตรวจจับการเคลื่อนที่ของวัตถุแทน สำหรับคำนวณหาความเร็วของวัตถุซึ่งเป็น"พลังงานจลน์" ออกมา ให้ผู้เรียนนำค่าที่ได้ไปคำนวณและพล็อตกราฟ จะได้เห็นว่าจริงๆ แล้วพลังงานไม่ได้สูญหายเพียงแต่มีการเปลี่ยนแปลงจาก "พลังงานศักย์" ไปสู่"พลังงานจลน์" เท่านั้น
โดยได้นำ "ไม้อัด" มาขึ้นรูปพื้นเอียงซึ่งสามารถปรับองศาได้ และสะดวกต่อการเก็บ รวมทั้งเพื่อการเรียนรู้ด้วยว่า หากปล่อยวัตถุลงมาจากความสูงที่ไม่เท่ากัน จะทำให้เกิด"พลังงานศักย์โน้มถ่วง" ที่ไม่เท่ากัน และจะทำให้"พลังงานจลน์" ไม่เท่ากันไปด้วย
ซึ่งวัตถุที่ใช้ในการเคลื่อนที่เป็น "รถอะคริลิกติดล้อใส่ลูกปืน" เพื่อให้เกิดความฝืดน้อยที่สุด โดยที่ตัวพื้นเอียงปิดผิวหน้าด้วย "แผ่นอะคริลิกเซาะร่อง" ที่จะช่วยให้รถลื่นไหลและข้างใต้พื้นเอียงได้ติด "Photogate Sensor" เอาไว้จำนวน 5 จุด เพื่อเวลารถเคลื่อนผ่าน "Photogate Sensor" จะได้แสดงค่าผ่านโปรแกรมออกมาเป็นตัวเลขดิจิทัล ซึ่งสะดวกต่อการนำไปคำนวณหาความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุ หรือดูค่า "พลังงานจลน์" และ "พลังงานศักย์โน้มถ่วง" เพื่อเปรียบเทียบกันได้ต่อไป
นวัตกรรมสื่อการเรียนรู้ "ชุดทดลองกฎการอนุรักษ์พลังงาน" นอกจากได้รับการจดอนุสิทธิบัตรแล้ว ที่ผ่านมายังได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติ โดยผู้วิจัยหวังเป็นส่วนหนึ่งที่จะช่วยทำให้เยาวชนไทยได้เรียนรู้และเข้าใจพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์ เพื่อที่จะได้นำไปประยุกต์ใช้ในการดำเนินชีวิต ตลอดจนต่อยอดสู่การสร้างสรรค์นวัตกรรมที่จะนำไปใช้ประโยชน์ในวงกว้างได้ต่อไปในอนาคต
ติดตามข่าวสารที่น่าสนใจจากมหาวิทยาลัยมหิดลได้ที่www.mahidol.ac.th
สัมภาษณ์ และเขียนข่าวโดย ฐิติรัตน์ เดชพรหม นักประชาสัมพันธ์ (ชำนาญการ) งานสื่อสารองค์กร กองบริหารงานทั่วไป สำนักงานอธิการบดี มหาวิทยาลัยมหิดล โทร. 0-2849-6210