ถ้าถามเด็ก ๆ ทุกคนว่าวันเด็กปีนี้อยากไปเที่ยวที่ไหน คำตอบที่ได้มากกว่าร้อยละแปดสิบจะต้องตอบว่าสวนสนุก เนื่องจากเด็ก ๆ ทุกคนมีความต้องการที่จะเข้าไปสัมผัสกับเครื่องเล่นต่าง ๆ ที่ตื่นตาและตื่นใจ หนึ่งในเครื่องเล่นภายในสวนสนุกที่สำคัญ คือ รถไฟเหาะตีลังกา (Roller coaster) จากข้อมูลของสวนสนุกขนาดใหญ่แห่งหนึ่งในประเทศไทย กำหนดว่าเด็กที่จะใช้บริการเครื่องเล่นรถไฟเหาะตีลังกาได้จะต้องมีความสูงตั้งแต่ 130 เซนติเมตรขึ้นไป ก็ประมาณว่าเด็กที่จะเล่นเครื่องเล่นนี้ได้จะต้องเป็นเด็กที่โตซักหน่อย เด็กเล็ก ๆ ไม่เหมาะกับเครื่องเล่นนี้ ถ้าเราเล่นรถไฟเหาะตีลังกาเพื่อความสนุกสนานอย่างเดียว เล่นแล้วก็คงจะได้ความตื่นเต้นแล้วก็จบไป แต่ถ้าเราเล่นในเชิงการเรียนรู้แล้วเราอาจจะสงสัยว่าคนที่ออกแบบรถไฟตีเหาะลังกานี้คือใคร ถ้าเราพยายามหาคำตอบก็จะพบกับกลุ่มนักวิชาชีพ วิศวกรเครื่องกล ซึ่งเป็นกลุ่มอาชีพที่ทำงานเกี่ยวกับการออกแบบเครื่องยนต์ กลไก เครื่องจักร การวางแผน และควบคุมการผลิต การติดตั้ง การทดสอบ และการบำรุงรักษา ในการออกแบบรถไฟเหาะตีลังกาวิศวกรเครื่องกลจะต้องออกแบบให้ผู้เล่นเกิดความสนุกสนาน ความตื่นเต้น แต่ส่วนที่สำคัญที่สุดแล้วจะลืมไม่ได้ คือ ความปลอดภัย
หลักการทำงานของรถไฟเหาะตีลังกาจะเกี่ยวข้องกับการนำหลักการทางวิทยาศาสตร์หลาย ๆ อย่าง เช่น กฎการอนุรักษ์พลังงานที่พลังงานศักย์ของรถไฟเหาะที่อยู่ในตำแหน่งสูงสุดเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ และพลังงานศักย์ในตำแหน่งต่าง ๆ ที่รถไฟเหาะเคลื่อนที่ไป การเคลื่อนที่เป็นวงกลม แรงเฉื่อย รถไฟเหาะตีลังกาในรุ่นแรก ๆ จะไม่มอเตอร์สำหรับช่วยส่งแรงเหมือนกับในยุคปัจจุบัน ก็สามารถเคลื่อนที่ได้ นอกจากนี้เมื่อมันมีการเคลื่อนที่เป็นวงกลม ผู้เล่นที่นั่งอยู่ในรถไฟตีลังกาก็ไม่หลุดออกมา เป็นความมหัศจรรย์ที่วิศวกรเครื่องกลได้ออกแบบรถไฟเหาะตีลังกาให้สร้างความตื่นเต้นและมีความปลอดภัย ถ้าเราอยากสร้างแบบจำลองของรถไฟเหาะ ตีลังกาแบบง่ายๆให้เรานำน้ำใส่กระป๋องแล้วผูกด้วยเชือกแล้วหมุนให้เป็นวงกลมในแนวดิ่ง จะพบว่านำในกระป๋องไม่กระฉอกออกมาเลยการอธิบายการทดลองนี้เราสามารถนำเรื่องแรงเข้าสู่ศูนย์กลางและแรงหนีศูนย์กลางมาอธิบายได้ ซึ่งก็เป็นหลักการทางวิทยาศาสตร์เดียวกับรถไฟเหาะตีลังกา แต่มันเกี่ยวข้องกับทางวิทยาศาสตร์ใดบ้างอยากให้ผู้อ่านไปลองสืบค้นและวิเคราะห์ดูตามแหล่งข้อมูลที่แนะนำต่อไปนี้นะครับ
⦁ http://www.rmutphysics.com/charud/howstuffwork/howstuff 2/ roller-coaster/index.htm
⦁ http://atcloud.com/mobile/story/67900
⦁ http://www.thenakedscientists.com/HTML/experiments/exp/inverted-bucket/
กิจกรรมเพิ่มเติมสำหรับครู
สำหรับการทดลองในโรงเรียนเราอาจทำการทดลองศึกษาเรื่องหลักการวิทยาศาสตร์ของรถไฟเหาะได้ง่าย ๆ โดยนำกระดาษ หรือท่อยางมาสร้างเป็นราง แล้วใช้ลูกปิงปองหรือลูกแก้วมาจำลองเป็นรถไฟเหาะ แล้วออกแบบติดตั้งให้รถไฟสามารถเคลื่อนที่ไปได้ตลอด ทดลองปรับความสูงของรางในตำแหน่งต่าง ๆ แล้วหาความสัมพันธ์ของข้อมูลต่าง ๆ ที่เกิดขึ้น จากตัวอย่างต่อไปนี้เป็นกิจกรรมรถไฟเหาะของโรงเรียนวัฒนาวิทยาลัย ซึ่งครูให้นักเรียนทดลองสร้างรถไฟเหาะจำลอง โดยให้นักเรียนอธิบายหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องเมื่อรถไฟเหาะเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งต่าง ๆ พร้อมทั้งตกแต่งให้สวยงาม
ตัวชี้วัดที่เกี่ยวข้อง
สาระที่ 4 : แรงและการเคลื่อนที่
ว 4.2 ม.2/3 สังเกตและอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นแนวตรง และแนวโค้ง
