ทดลองฟิสิกส์กับกล้องเว็บแคม

วิชาฟิสิกส์เป็นวิชาหนึ่งที่น่าสนุึก หากสามารถทดลองให้เห็นได้ (ความจริงวิชาวิทยาศาสตร์ล้วนสนุกทั้งนั้น หากได้ตั้งสมมุติฐาน ได้คิด และทดลองเพื่อพิสูจน์สมมุติฐาน) และผมก็ค่อนข้างชื่นชมทีมผู้ออกแบบชุดทดลองต่างๆ ว่า เขาสามารถออกแบบชุดทดลองให้ใช้งา่นง่ายๆ มีราคาถูก อย่างไรก็ตาม ผมเชื่อว่า หากนักเรียนที่เป็นนักทดลองมีเครื่องมือทดลองที่สามารถช่วยให้เขาทดลองได้เร็วขึ้น เก็บบันทึกและช่วยประมวลผลได้รวดเร็วขึ้น ก็จะทำให้นักเรียน (และคุณครู) ไม่ต้องเสียเวลาไปกับการบันทึกและประมวลผล จนเรามีเวลามาทดลองได้หลายๆ ครั้ง โดยที่แต่ละครั้งก็ปรับเปลี่ยนตัวแปร หรือสมมุติฐานใหม่ได้

ตัวอย่างที่จะยกให้เห็นนี้ เป็นซอฟต์แวร์แจกฟรี ชื่อ CameraScope (จากเว็บไซต์) ซึ่งซอฟต์แวร์นี้ไม่เพียงใช้สำหรับจับภาพจากเว็บแคม หรือกล้องดิจิตอล (บางรุ่น) แล้ว ยังมีความสามารถในการช่วยเราวัดระยะจากภาพถ่ายดิจิตอล แล้วบันทึกข้อมูลลงโปรแกรม Excel (ทั้งนี้เราสามารถวัดระยะได้หลายจุดเพื่อบันทึกลงในเอ็กเซลได้เรื่อยๆ

เมื่อบันทึกข้อมูลเสร็จแล้ว ก็สามารถใช้ Excel ในการคำนวน สร้างกราฟ ได้ง่ายๆ (หากผู้ทดลองใช้ Excel ได้คล่อง)

ผมดูตัวอย่างที่เขาทดลองทิ้งลูกบอลที่ความสูงระดับหนึ่ง แล้วใช้กล้องเว็บแคมกับโปรแกรม CameraScope นี้ในการจับภาพลูกบอลกระเด้งขึ้นลง ทุกๆ 0.033 วินาที แล้วนำผลที่อยู่ใน Excel ไปประมวลต่อเป็นกราฟ

ขอชมว่า เขาแสดงตัวอย่างได้ดีทีเดียว มีการให้ Excel สร้าง Trendline ขึ้นมา (ใช้ทำได้ง่ายมาก) ทำเสร็จก็เห็นเลยว่าความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลกับเส้นสมการที่ได้จาก trend line นั้น ใกล้เคียงกันมาก (สังเกตุจากค่า R2 > 0.99 – เรื่องนี้ต้องมีความรู้ด้านสถิติจึงจะเข้าใจ) และจากสมการของ trendline ก็สามารถคำนวนความเร่ง (g) ได้โดยการ Diff สมการกำลังสองของ Trendline

จะเห็นว่าเมื่อใช้วิธีนี้ เราไม่ต้องเสียเวลาในการคำนวนหาสมการ trendline เลย (จริงอยู่ที่การจะเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่เก่ง หากเก่งคริตศาสตร์ด้วยก็จะดี) และหากเด็กกลุ่มอื่นจะนำเอาข้อมูลมาแทนที่ข้อมูลเดิมก็สามารถ plot กราฟใหม่ได้ทันที ไ่ม่ต้องเสียเวลาเซตใหม่

จุดสำคัญของเรื่องนี้ ไม่เพียงเรื่องการใช้เครื่องคอมพ์มาช่วยในการทดลอง แต่อยู่ที่การให้ความสำคัญกับการทดลอง มากกว่าการบันทึกและคำนวน ตราบใดที่เรายังแยกกันสอน 2 วิชานี้