ขนาด...ใหญ่ และ ขนาด...เล็ก

ในชีวิตประจำวันของเรา สิ่งของต่าง ๆ มีขนาดแตกต่างกัน บางชนิดมีขนาดใหญ่มาก แต่บางชนิดก็มีขนาดเล็กมาก ซึ่งก็ยังมีสิ่งอื่นที่เรายังไม่เคยมองเห็นอีกมากมาย
สิ่งที่มีขนาดใหญ่ เช่น โลก ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ ดวงดาว เป็นต้น ซึ่งเราเรียกว่า สิ่งที่มีขนาดมหึมา หรือ แมคโคร (macrocosm) ซึ่งมาจากภาษากรีกที่มีความหมายว่า “โลกของสิ่งมหึมา” (large world) ส่วนสิ่งที่มีขนาดเล็กมากๆ เช่น อะตอม อิเล็กตรอน เราเรียกว่า สิ่งที่มีขนาดเล็กมาก หรือไมโคร (microcosm) ซึ่งในภาษากรีกมีความหมายว่า “โลกที่เล็กมาก” (small world)
ถ้าเราใช้หน่วยวัดมาตรฐานทางวิทยาศาสตร์หน่วยใดหน่วยหนึ่ง เช่น เมตร (meter) หรือ เซนติเมตร (centimeter) เพื่อวัดขนาดของแมคโคร ตัวเลขที่ได้จะมีค่ามากมาย แต่เมื่อนำมาวัดขนาดของไมโคร ก็จะได้ตัวเลขที่มีค่าน้อย เช่น ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์มีค่าเท่ากับ 1,390,000,000 เมตร และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมไฮโดรเจน มีค่า 0.0000000106 เซนติเมตร

การเขียนตัวเลขที่มีจำนวนหลักมาก ๆ เช่นนี้ อาจเกิดผิดพลาดได้ง่าย ดังนั้นจึงหาวิธีเขียนใหม่ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ ซึ่งมีค่า 139 แล้วตามด้วย 0 อีก 7 ตัว ซึ่งเราทราบว่าจำนวน 0 ตัวหนึ่ง คือการคูณด้วย 10 หนึ่งครั้ง ฉะนั้นมี 0 จำนวน 7 ตัว นั่นก็หมายความว่านำ 0 คูณจำนวน 7 ครั้ง หรือเท่ากับ 139x107 เมตร หรือ 1.39x109 เมตร
ในทำนองเดียวกัน เราก็สามารถเขียนจำนวนน้อย ๆ ให้อยู่ในรูปเลขยกกำลังได้เหมือนกัน ตัวอย่างเช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมไฮโดรเจน มีค่า 0.0000000106 ถ้าเราทราบว่า 10-3 คือ 1/103 หรือ 0.001 ดังนั้น เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมไฮโดรเจนจึงมีค่าเท่ากับ 1.06x10-8 เซนติเมตร
ทบทวนระบบเลขยกกำลัง
101 = 10
102 = 10x10
103 = 10x10x10
104 = 10x10x10x10
105 = 10x10x10x10x10
ถ้าเราต้องการนำ 102 คูณด้วย 104 จะคิดได้ดังนี้
102 = 10x10 = 100
และ 104 = 10x10x10x10 = 10,000
ดังนั้น ผลคูณระหว่าง 102 และ 104 คือ 100x10,000 = 1,000,000 ซึ่งก็เท่ากับ 106 นั่นเอง
เพราะฉะนั้น การคูณเลขยกกำลัง(ฐานเหมือนกัน)จึงทำได้โดยการนำเลขชี้กำลังมาบวกกัน
ซึ่งก็จะพบว่า การหารเลขยกกำลัง(ฐานเหมือนกัน)ทำได้โดยการนำเลขชี้กำลังมาลบกัน
การเปรียบเทียบว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์โตเป็นกี่เท่าของอะตอมไฮโดรเจนนั้น สามารถทำได้โดยการทำหน่วยให้เท่ากันเสียก่อน ในที่นี้เราจะเปลี่ยนหน่วยของเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์จากหน่วยเมตรให้เป็นเซนติเมตร
จาก 1 เมตร เท่ากับ 100 เซนติเมตร ดังนั้น เส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์จึงมีค่าเป็น 1.39x109 m x 102 cm/m = 1.39x1011 cm
เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมไฮโดรเจนจึงมีค่าเท่ากับ 1.06x10-8 เซนติเมตร จะได้ว่า

= 1.31x1011-(-8)

= 1.31x1019
แสดงว่า เส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์โตกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมไฮโดรเจนเท่ากับ 1.31x1019 เท่า
เพื่อความสะดวกของการเรียกชื่อทั้งในหน่วยไมโครและแมคโคร จึงมีหน่วยพิเศษที่ต่างออกไป เช่น ในแมคโคร นักดาราศาสตร์มักใช้หน่วยปีแสง (light year) สำหรับวัดระยะทาง ความเร็วของแสงมีค่าประมาณ 3x108 m/s (300,000,000 เมตรต่อวินาที ซึ่งเท่ากับประมาณ 186,000 ไมล์ต่อวินาที หรือ 980,000,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) ดังนั้น ปีแสง คือ ระยะทางที่แสงเคลื่อนที่ได้ใน 1 ปี
1 ปีแสง = 3x108 m/s x 3.6x103 s/hr x 24 hr/day x 365 days/yr x 1 yr
= 9.46x1015 m
ในบางครั้งหน่วยปีแสงยังเป็นหน่วยที่เล็กเกินไป นักดาราศาสตร์จึงใช้หน่วย parsec อีกหน่วยหนึ่ง ซึ่ง 1 parsec มีค่าเท่ากับ 3.26 ปีแสง
ในไมโคร มักใช้ ไมครอน (micron) สัญลักษณ์ คือ อักษรกรีก  อ่านว่า mu ซึ่งเท่ากับ 10-6 m หรือ 10-4 cm และหน่วยอังสตรอม (Angstrom) สัญลักษณ์ A ซึ่งเท่ากับ 10-10 m หรือ 10-8 cm

Read more...

การวัดในชีวิตประจำวัน

คนเราทุกคนจะเกี่ยวข้องกับการวัดตลอดเวลา เช่น การวัดเวลา วัดอุณหภูมิ เป็นต้น

งานเก็บข้อมูลทางวิทยาศาสตร์

งานเก็บข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ ต้องพิจารณา
(1) มาตรฐานของเครื่องวัด จะต้องมีมาตรฐานที่ยอมรับได้ทั่วไป
(2) เครื่องมือที่เหมาะสมกับสภาพงานที่จะวัด เช่น ในเตาเผาจานกระเบื้อง ซึ่งมีอุณหภูมิ
สูงมาก จะใช้เทอร์มอมิเตอร์ธรรมดาวัดไม่ได้ ต้องวัดด้วยไพโรมิเตอร์ (Pyrometer)

การแสดงผลของการวัด

(1) แสดงด้วยขีดสเกล เช่น โวลต์มิเตอร์ทั่วไป จะมีตัวเลขหลายชุดบนหน้าปัดเดียวกัน
ผู้วัดต้องเข้าใจในการเลือกใช้ตัวเลขแต่ละชุด (ซึ่งจะไม่เท่ากัน)
(2) แสดงด้วยตัวเลข เป็นแบบที่สะดวก และรวดเร็ว เพราะอ่านได้ง่ายกว่า

การอ่านผลจากเครื่องมือวัด

(1) ต้องอ่านให้ถึงค่าที่ละเอียดที่สุดที่อ่านได้จากสเกล เช่น การวัดความกว้างของหนังสือ
ด้วยไม้บรรทัดธรรมดา จะวัดได้ 8.5 เซนติเมตร
(2) ต้องอ่านส่วนที่ประมาณด้วยสายตาอีก 1 ตำแหน่ง เช่น ความกว้างของหนังสือในข้อ (1)
มีเศษเกินขีด 3 มิลลิเมตร ถึงประมาณกลางช่อง เราจะต้องอ่านค่าที่วัดได้เป็น 8.55
เซนติเมตร

นั่นคือ การบันทึกตัวเลข ต้องบันทึกถึงสเกลที่เล็กที่สุด
รวมกับตัวเลขที่ได้จากการประมาณ 1 ตัว (แม้ว่าจะเป็นศูนย์ก็ตาม)

เช่น เชือกยาว 1.00 ซม. ถ้าวัดด้วย ไม้บรรทัดธรรมดา
เชือกยาว 1.000 ซม. ถ้าวัดด้วย คาลิปเปอร์เวอร์เนียร์
เชือกยาว 1.0000 ซม. ถ้าวัดด้วย ไมโครมิเตอร์

การเลือกใช้เครื่องมือวัด

การเลือกใช้เครื่องมือวัด ต้องพิจารณาจากสิ่งที่จะวัด ซึ่งความละเอียดที่ต้องการจะไม่เท่ากัน

(1) งานธรรมดาทั่วไป จะวัดด้วยไม้บรรทัดธรรมดา โดยปกติจะมีความละเอียดถึง 1 มิลลิเมตร
(2) งานเจียระไน จะต้องวัดด้วยเวอร์เนียร์ ซึ่งต้องละเอียดถึง 0.1 มิลลเมิตร
(3) งานกลึงที่ละเอียด ต้องใช้ไมโครมิเตอร์ในการวัด ซึ่งจะวัดได้ละเอียดถึง 0.01 มิลลิเมตร

สิ่งที่มีผลต่อความถูกต้อง และความผิดพลาดในการวัด

(1) เครื่องมือที่ใช้วัดจะต้องได้มาตรฐาน และเที่ยงตรง จึงจะวัดได้ถูกต้อง
(2) วิธีการวัด จะต้องไม่มีผลที่จะไปรบกวนระบบเดิม คือ ไม่มีผลเปลี่ยนแปลงปริมาณที่จะวัด
เช่น จะวัดกระแสไฟฟ้าในวงจร ต้องใช้แอมมิเตอร์ที่มีความต้านทานต่ำ (เพราะแอมมิเตอร์ที่มี
ความต้านทานสูง จะไปเพิ่มความต้านทานในวงจร ทำให้กระแสไฟฟ้าลดลง ซึ่งไม่ตรงกับ
กระแสไฟฟ้าที่ต้องการจะวัด)
(3) ผู้วัด ต้องเข้าใจเกี่ยวกับเครื่องมือ และวิธีการวัด เช่น การวัดความดันโลหิต จะวัดได้
ค่อนข้างยากและเครื่องมือแต่ละชนิด จะมีการวัดที่แตกต่างกันออกไป นอกจากนั้นในการ
ทำการวัดจะต้องมีความรอบคอบ และร่างกายมีสภาพพร้อม จึงจะได้ผลดี
(4) สภาพแวดล้อมขระทำการวัด เช่น การทดลองวัดความสว่างของหลอดไฟ จะต้องไม่มี
แสงสว่างจากแหล่งอื่นมาเกี่ยวข้อง เพราะจะทำให้เกิดความผิดพลาดได้

Read more...

โครงการนักศึกษาและครูสอนฟิสิกส์ ภาคฤดูร้อนเซิร์น

สวัสดีค่ะ
วันนี้ขอนำเสนอเรื่องโครงการนักศึกษาและครูสอนฟิสิกส์ ภาคฤดูร้อนเซิร์น
เนื่องด้วยมีเพื่อน สควค สมัยเรียนที่ มศว ด้วยกันคนนึง
ได้รับคัดเลือกให้เข้าร่วมโครงการนี้ค่ะ
คือแบบว่า มีเพื่อนเก่งอะนะ (เหอ ๆ ๆ ๆ)

รายละเอียดโครงการ
http://www.most.go.th/main/index.php/news/organization-news/717-physics.html



แล้วก็นำเอาบทความมาฝากเล็กน้อยค่ะ

“เซิร์น” จับอนุภาคชนกันที่ระดับพลังงานสูงสุดแต่พลาด ลำอนุภาคไม่ชนกัน
เพราะเครื่องซินโครตรอน ซึ่งทำหน้าที่ยิงลำอนุภาคเข้าเครื่องเร่งใหญ่ไม่ทำงาน
ทำให้ต้องยิงใหม่อีกครั้ง แต่ยังไม่ดีพอ
ล่าสุดความพยายามในครั้งที่ 3 ทำให้เซิร์นสร้างสถิติชนอนุภาคที่ระดับพลังงานสูงสุด
และผลิตรังสีคอสมิคได้ เป็นครั้งแรกในห้องปฏิบัติการ



เอเอฟพีรายงานว่า นักวิทยาศาสตร์ที่เซิร์นต่างทุกข์ใจจากการทดลองเดินเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (LHC) เพื่อบังคับให้ลำอนุภาคชนกัน ที่ระดับพลังงานสูงสุด 7 TeV
ภายในท่อที่ขดเป็นวงยาว 27 กิโลเมตร ด้วยความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสง
เมื่อวันที่ 30 มี.ค.53 นี้ เนื่องจากลำอนุภาค 2 ลำไม่ชนกัน

“พวกเขาสูญเสียลำอนุภาคไป” Karsten Eggert นักวิทยาศาสตร์ของเซิร์นกล่าว
โดยเซิร์นได้เริ่มเดินเครื่องเร่งอนุภาคให้ลำอนุภาคชนกันเมื่อเวลา 11.00 น.ตามเวลาประเทศไทย
และได้พยายามอีกครั้งหลังจากนั้น 2 ชั่วโมง

ปัญหาที่เกิดขึ้น เซิร์นได้วิเคราะห์เบื้องต้นและรายงานผ่านทวิตเตอร์ (Twitter)
ว่า เกิดปัญหาขึ้นกับแม่เหล็กคู่ ในวงจรหลักของเครื่อง Super Proton Synchrotron หรือเอสพีเอส (SPS) และเครื่องเร่งอนุภาค LHC ไม่ใช่ผลกระทบจากการรบกวนทางไฟฟ้า ตามที่เข้าใจก่อนหน้านั้น

“เรามีปัญหาจุกจิกเล็กน้อย ซึ่งเรื่องเหล่านี้เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นได้เมื่อคุณมีเครื่องจักรที่ซับซ้อน เช่นนี้ และอีก 1-1.5 ชั่วโมง เราจะเริ่มยิงลำอนุภาคใหม่อีกครั้ง” Paul Collier หัวหน้าฝ่ายลำอนุภาคของเซิร์นกล่าว หลังการยิงลำอนุภาคครั้งแรกล้มเหลว

ทั้งนี้ เซิร์นได้บอกให้ทราบล่วงหน้าแล้วว่า การชนอนุภาคที่ระดับพลังงานสูงสุดนั้น
อาจใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน เพื่อบังคับอนุภาคให้อยู่ในเส้นทางที่จะพุ่งชน
เมื่อพวกเขาเริ่มการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่มีเคยมีการทดลองมาก่อน
โดยการทดลองครั้งนี้ตั้งเป้าที่พลังงานระดับสูงแต่ให้เกิดการระเบิดขนาดเล็ก
ที่จำลองสภาพระเบิด “บิกแบง” (Big Bang) ซึ่งเป็นต้นกำเนิดจักรวาล

ด้าน Steve Myer นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของโครงการเปรียบเทียบว่า
ความพยายามในการทดลองครั้งนี้เปรียบเหมือนการยิงเข็มจำนวนมากข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก
เพื่อให้เข็มเหล่านั้น ชนกันที่ระหว่างครึ่งทาง

ทั้งนี้ ความเร็วในการวิ่งวนรอบท่อของเครื่องเร่งอนุภาคนั้นเร็วกว่า “วินาที” ถึง 5,000 เท่า
และการทดลองซึ่งถือเป็น “การทดลองทางฟิสิกส์ครั้งแรก” (First Physics)
จะเป็นจุดเริ่มต้นของการเดินเครื่องให้อนุภาคชนกันอีกหลายพันล้านครั้งในอีก 18-24 เดือนข้างหน้า

ทั้งนี้กว่าลำอนุภาคโปรตอนจะพุ่งชนกันต้องผ่านการเร่งความเร็วหลายจุด
เริ่มจากการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของไฮโดรเจนเพื่อให้ได้ลำอนุภาคโปรตอน
จากนั้นยิงเข้าสู่เครื่องเร่งอนุภาคเส้นตรง “ลิแนค2” (LINAC2)
ซึ่งยิงลำโปรตอนที่มีระดับพลังงาน 50 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์เข้าสู่เครื่องเพิ่มกำลัง “พีเอสบูสเตอร์” (PS Booster)

เครื่องเพิ่มกำลังพีเอสจะเร่งลำอนุภาคให้มีพลังงาน 1.4 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ก่อนส่งต่อไปยังเครื่องโปรตอนซินโครตรอน (Proton Synchrotron: PS) ซึ่งเร่งให้ลำอนุภาคมีพลังงานเพิ่มขึ้นเป็น 25 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์
จากนั้นโปรตอนจะส่งต่อไปยังเครื่อง Super Proton Synchrotron: SPS
เพื่อเร่งพลังงานเป็น 450 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์
แล้วยิงเข้าท่อแอลเอชซีในทิศทวนเข็มและตามเข็มนาฬิกา
และลำอนุภาคจะวิ่งวนอยู่ 20 นาทีก่อนที่ระดับพลังงานจะถึง 7 เทราอิเล็กตรอนโวลต์

หลังจากยิงลำอนุภาคครั้งที่ 2 แต่ยังไม่ประสบความสำเร็จ ล่าสุดเซิร์นได้เร่งลำอนุภาคครั้งที่ 3
ซึ่งสามารถเร่งให้พลังงานลำอนุภาค 2 ลำให้เพิ่มขึ้นถึง 3.5 เทราอิเล็กตรอนโวลต์
และบังคับให้ลำอนุภาคชนกันได้ในที่สุด ซึ่งเป็นการชนอนุภาคที่ระดับพลังงานสูงสุดเท่าที่เคยมี
และทำให้เกิดรังสีคอสมิคภายในห้องทดลองได้เป็นครั้งแรกบนโลก
โดยเครื่องตรวจวัดอนุภาคซีเอ็มเอส (CMS) สามารถตรวจจับการชนกันของอนุภาคในครั้งนี้ได้

"วันนี้เป็นวันที่ยิ่งใหญ่ที่ได้เป็นนักฟิสิกส์อนุภาค ผู้คนจำนวนมากต่างรอคอยช่วงเวลานี้
แต่ความอดทนและการอุทิศตัวของพวกเขาเริ่มได้รับผลแทนกลับมาแล้ว"
รอล์ฟ ฮิวเออร์ (Rolf Heuer) ผู้อำนวยการเซิร์นกล่าว

ด้านนิวไซแอนทิสต์รายงานว่า การเดินเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีให้อนุภาคชนกัน
ที่ระดับพลังงาน 7 เทราอิเล็กตรอนโวลต์นี้ ซึ่งทำลายสถิติ 2.36 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ของเซิร์นเอง
เมื่อปลายปีที่แล้ว ได้กลายเป็นเหตุการณ์สำคัญที่นำไปสู่ฟิสิกส์ยุคใหม่
และเป็นการเริ่มต้นการทดลองทางฟิสิกส์อย่างเป็นทางการของเซิร์น
ซึ่งจะมีการชนกันของอนุภาคที่ระดับพลังงานสูงเช่นนี้ไปอีกนับล้านๆ ครั้งในอีก 18-24 เดือนข้างหน้า

ขอบคุณ ข่าวจาก ASTV ผู้จัดการออนไลน์

Read more...