เครื่องคัดแยกด้วยแรงโน้มถ่วง

เครื่องคัดแยกมีหลายรูปแบบและขนาด ตั้งแต่เครื่องที่ใช้คัดแยกเหรียญของเล่นขนาดจิ๋ว ไปจนถึงเครื่องกรองระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ใช้ในกระบวนการผลิตอาหารหรือในการทำเหมือง จากหน้าที่ในการคัดแยกของมัน มีสิ่งหนึ่งที่เครื่องเหล่านี้มีเหมือนกันก็คือ พวกมันช่วยทำหน้าที่ที่ยากมากแทนมนุษย์ หรืออาจเป็นงานที่มนุษย์แทบจะทำไม่ได้เลย คงไม่ใช่เรื่องยากนักที่จะแยกธนบัตรไม่กี่ใบที่เราได้มาหรือใช้ที่ร่อนมือมาร่อนแป้งทำขนม แต่ถ้าหากเราทำงานอยู่ที่ธนาคารและต้องนับหรือคัดแยกเหรียญเป็นพันๆ เหรียญ หรือในโรงงานผลิตอาหารที่ต้องจัดการกับแป้งทำอาหารเป็นพันๆ กิโลทุกวันแล้วละก็ เครื่องจักรเหล่านี้ก็ถือเป็นตัวช่วยที่จำเป็นอย่างยิ่งเลยทีเดียว

เช่นเดียวกันกับในอุตสาหกรรมเหมือง ในสมัยก่อน การทำเหมืองใช้วิธีแบบทำมือทั้งหมดที่เรียกว่าการร่อน เพื่อร่อนเศษทองคำแยกออกจากโคลนและทรายโดยใช้กระทะแบนๆ ในอุตสาหกรรมเหมืองสมัยใหม่มีกระบวนการทำงานที่อัตโนมัติในหลายรูปแบบเพื่อคัดแยกอัญมณีและแร่ธาตุที่มีค่าออกจากโคลนและหินอื่นๆ ระบบการคัดแยกบางระบบใช้เซ็นเซอร์ไฟฟ้าที่ซับซ้อนในการทำงาน อาทิ เพื่อวัดว่าโลหะที่พบนั้นมีความเป็นแม่เหล็กหรือไม่ หรือมีการสะท้อนเพียงใด ในขณะที่บางแห่งก็มีการใช้วิธีการทางกลไกอื่นๆ ที่เรียกว่า การกรอง โดยให้สิ่งที่ต้องการคัดแยกไหลลงผ่านตะแกรงแกรงที่มีขนาดรูต่างๆ กัน สิ่งที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าขนาดรูก็จะร่วงลงสู่ด้านล้าง ส่วนสิ่งที่มีขนาดใหญ่กว่าก็จะค้างอยู่ด้านบน

บางระบบใช้แรงจากอากาศอัดในการเป่าเศษที่มีขนาดเล็กกว่าออกไป เพื่อให้สิ่งที่มีความหนาแน่นสูงกว่ายังคงอยู่ในที่รองรับ บ่อยครั้ง เครื่องกลคัดแยกเหล่านี้จะทำงานด้วยมอเตอร์ แต่สำหรับระบบง่ายๆ ก็จะใช้แรงโน้มถ่วงเป็นตัวช่วย

โครงงานนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างเครื่องคัดแยกลูกแก้วโดยใช้แรงโน้มถ่วง ที่สามารถคัดแยกลูกทรงกลมพลาสติกขนาดเล็กและใหญ่ได้ (ใช้แทนหินและอัญมณี) ดังตัวอย่างในภาพประกอบที่ 1 และ 2 นักเรียนจะได้เริ่มกิจกรรมโดยจะได้ใช้ถ้วยกระดาษที่มีพลาสติกทรงกลมคละขนาดอยู่ จากนั้นค่อยๆ เทลงในเครื่องและให้เครื่องช่วยคัดแยกมันไปสู่ถ้วยกระดาษแยกสองใบ นักเรียนจะต้องไม่ลืมว่า เครื่องมือในภาพที่ 1 และ 2 นั้นเป็นเพียงตัวอย่างในการทำกิจกรรมเท่านั้น ซึ่งอาจไม่ใช่วิธีการที่ “ดีที่สุด” และนักเรียนอาจคิดออกแบบขึ้นมาเองใหม่ที่อาจสร้างสรรค์และใช้งานได้ดีกว่าก็ได้

1. ประดิษฐ์เครื่องคัดแยกความถ่วงจำเพาะที่ทำงานด้วยแรงโน้มถ่วงและสามารถคัดแยกลูกทรงกลมพลาสติกขนาดใหญ่กับขนาดเล็กออกจากกันได้
2. เสริมสร้างความรู้ความเข้าใจว่า แรงโน้มถ่วงสามารถใช้ในการคัดแยกมวลที่สิ่งที่มีมวลต่างๆ กันได้
3. เสริมสร้างความรู้ความเข้าใจในแนวคิดเกี่ยวกับความแตกต่างของมวล น้ำหนักและความหนาแน่นที่เป็นพื้นฐานของแนวคิดเรื่องการคัดแยกด้วยความถ่วงจำเพาะ
4. เสริมสร้างความรู้ความเข้าใจว่าหลักการคัดแยกด้วยความถ่วงนี้นำไปใช้ในอุตสาหกรรมเหมืองอย่างไร

1. การคัดแยกด้วยหลักแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับอะไร
2. ความต่างระหว่างการคัดแยกด้วยหลักแรงโน้มถ่วงกับการร่อนคืออะไร
3. เราพบเห็นการคัดแยกด้วยหลักแรงโน้มถ่วงในชีวิตประจำวันได้ที่ไหนบ้าง
4. น้ำหนักกับมวลต่างกันอย่างไร
5. ทำไมน้ำหนักกับมวลจึงถูกใช้ในความหมายเดียวกันบนโลก
6. มวลสัมพันธ์กับน้ำหนักอย่างไร
7. ทำไมเราจึงมักสับสนระหว่างน้ำหนักกับมวล