قایق های بادی فقط به کمک باد و بادبان خود می توانند حرکت کنند. هنگامی که باد نباشد این قایق ها عملا بلااستفاده خواهند بود. آیا می توان با نصب یک فن پشت بادبان آن ها را به حرکت درآورد؟ این یکی از سوالات مهم فیزیکی است. ما در این کاردستی با نصب یک فن پشت بادبان یک گاری با استفاده از وسایل ساده به جستجوی پاسخ این سوال خواهیم پرداخت. نیروهای کنش و واکنش قانون سوم نیوتن از مفاهیم مهم کاردستی گاری بادی است.
لوازم مورد نیاز گاری بادی
تمام تجهیزاتی را که برای ساخت این کاردستی جذاب نیاز دارید
۱-دو عدد نی پلاستیکی نوشیدنی
۲-قیچی
۳-چسب حرارتی و تفنگ آن
۴-صفحه چوبی نازک به ابعاد ۱۰ * ۳۰ سانتی متر
۵- ۴ واشر اریب مخصوص شیرآب
۶-چهار سی دی برای چرخ ها
۷-دو تکه چوب باریک به ابعاد ۵/۰ * ۱۵ سانتی متر برای محورها
۸- سه تکه چوب باریک به ابعاد ۵/۰ * ۱۸ سانتی متر برای بادبان
۹- کاغذ مناسب برای بادبان به ابعاد ۲۰*۲۰ سانتی متر برای بادبان(پوشه کاغذی)
۱۰-یک مکعب چوبی به ابعاد ۵*۵*۲ سانتی متر برای بادبان
۱۱-دو مکعب چوبی به ابعاد ۲٫۵*۷٫۵*۲ سانتی متر
۱۲-ملخ دوپره ۱۵ سانتی متری
۱۳-پیچ ورق فلزی به ابعاد ۲۰*۲ سانتی متر
۱۴-پیچ گوشتی
۱۵-سیم کش
۱۶-نگهدارنده باطری برای دو عدد باتری
۱۷-دوگیره سر تمساحی
۱۸-دم باریک
۱۹-دو عدد باتری قلمی
۲۰-چسب دو طرفه حدودا ۲۳ سانتی متر
۲۴-خط کش
۲۵-یک عدد بست کمری سرپیچ دار مطابق شکل
۲۶-مقداری سیم
مونتاژ گاری بادی
برای مونتاژ گاری بادی مراحل زیر را با دقت دنبال کنید:
قدوم اول
۱-هر دو نی را به طول ۱۳ سانتی متر ببرید. سپس نی ها را به دو طرف تخته چوبی مطابق شکل با فاصله ی ۵/۲ سانتی متر بچسبانید. این نی ها به عنوان بوش محور استفاده می شوند. توجه کنید که چسب حرارتی ممکن است باعث ذوب یا تغییر شکل نی ها شود. بنابراین بهتر است روی تخته چسب را بزنید. از صاف بودن نی ها اطمینان حاصل کنید. اگر انحنا پیدا کند، محور روی آنها ساییده شده و اصطکاک افزایش می یابد.
قدم دوم
۲-تکه چوب ها را به عنوان محور به دقت داخل نی ها قرار دهید. سپس واشرها و چرخ های سی دی را مطابق تصاویر زیر مونتاژ کنید. چوب ها باید به راحتی درون نی ها بچرخند.
قدم سوم
۳-برای ساخت دکل و بادبان دو تکه چوب ۱۸ سانتی متری را به بادبان بچسبانید. سپس برای دکل آخرین تکه چوب را به چوب های بادبان بچسبانید. دکل را ۵/۲ سانتی متر زیر بادبان مطابق شکل ادامه دهید. یک سوراخ نیم سانتی در مرکز مکعب چوبی بزرگتر با دریل تا ۵ سانتی متر عمق ایجاد کنید. سپس مجموعه بادبان و دکل را وارد کنید.
قدم چهارم
۴- برای ساخت مجموعه موتور بست کمری را دور موتور ببندید. سپس مطابق شکل با دریل ۳/۰ سانتی به فاصله ی یک سانتی متر از بالا یکی از مکعب های چوبی کوچکتر را سوراخ کنید. مجموعه کابل و موتور را به این سوراخ پیچ کنید. سپس ملخ را روی شفت موتور قرار دهید. می توانید با دریل سوراخ پروانه را بزرگتر کنید تا راحت تر بچرخد. اما مراقب باشید که پروانه کیپ موتور بماند و از جا در نرود.
قدم پنجم
۵-سپس طبق عکس زیر مکعی چوبی دیگر را به مجموعه موتور بچسبانید.
قدم ششم
۶-سپس با سیم کش تا دو سانتی متر سر سیم ها را لخت کنید و آنها را به گیره تمساحی وصل کنید.
قدم هفتم
۷-محفظه ی باتری را با چسب داغ به مکعب چوبی بچسبانید. یک سر سیم های سر تمساحی را به قطب های باتری متصل کنید.
قدم هشتم
۸-باتری ها را در جای خود قرار دهید. هنگامی که باتری ها را قرار دادید مزاقب باشید گیره ها به همدیگر برخورد نکنند.
قدم نهم
۹-دو تکه نوار چسب ۵ سانتی ببرید و به زیر بادبان بچسبانید. سپس سایر قسمت ها را مانند تصویر با چسب بچسبانید. اکنون می توانید به راحتی قسمت های گاری بادی را جدا و متصل کنید. گاری بادی شما آماده است.
آزمایش ها
در ادامه آزمایش های مختلفی روی این گاری بادی انجام می دهیم، تا به درک خوبی از قانون سوم نیوتن برسید.
نیوتن برسید.
۱- در حالت اول هر دو گیره را به موتور وصل کنید و ببینید چه اتفاقی می افتد. هوا باید به سمت بادبان بوزد. اگر هوا در حال وزش اشتباه است، جهت موتور را با سوئیچ کردن گیره ها معکوس کنید.
۲-حال یا فن را بچرخانید یا گیره ها را جابجا کنید. در این حالت باید فن هوا را به سمت خود بکشد. آنچه اتفاق می افتد را به دقت مشاهده کنید.
۳- مجموعه ی فن را بردارید و آن را در دست بگیرید. سپس جهت وزش آن را به سمت بادبان بگیرید و موتور را روشن کنید.
۴-دوباره جای گیره های فن را تعویض کنید. اما این بار بادبان را بردارید و ببینید چه اتفاقی می افتد.
۵-در آخرین مرحله دوباره فن و بادبان را به حالت اول برگردانید. اما این بار یک تکه کاغذ بین فن و بادبان قرار دهید. اتفاقی که می افتد را مشاهده کنید.
نتایجات آزمایشات
اتفاقاتی که می افتد به این شرح است.
۱-گاری حرکت نمی کند.
۲-گاری رو به جلو حرکت می کند.
۳-گاری رو به جلو حرکت می کند.
۴-گاری رو به عقب حرکت می کند.
۵-در ابتدا حرکت نمی کند، اما وقتی کاغذ کامل سر جای خود قرار گرفت، به سمت عقب خواهد رفت.
بررسی نتایج
رفتار گاری بادی یک مثال کلاسیک از قانون سوم نیوتن است: برای هر عملی ، عکس العملی برابر و مخالف آن وجود دارد.
بررسی آزمایش اول گاری بادی
۱-در آزمایش اول فن هوا را به جلو و هوا فن را به عقب می راند. (نکته مهمی که باید در نظر داشته باشید این است که نیروهای کنش و واکنش، که اغلب جفت کنش-واکنش نامیده می شوند، روی یک جسم یکسان عمل نمی کنند. در واقع قانون سوم نیوتن درباره دو جسم است. ) اگر این تمام چیزی بود که اتفاق می افتاد، گاری رو به عقب حرکت می کرد. زیرا هوا به فن نیرو وارد می کند. فن هم که به گاری متصل است.
بنابراین گاری رو به عقب باید حرکت کند. اما در اینجا بادبان نیز وجود دارد. یک کنش-واکنش دیگر نیز در بادبان اتفاق می افتد. هوا نیروی رو به جلو به بادبان وارد می کند. بادبان هوا را به سمت عقب می راند. در این وضعیت دو نیرو به گاری وارد می شود. هوایی که فن را به عقب می برد و هوایی که بادبان را رو به جلو می برد. این دو نیرو با یکدیگر خنثی شده و گاری حرکت نمی کند.
قبل از این که بررسی آزمایش های بعدی را ببینید، خودتان حدس بزنید در هر آزمایش کنش-واکنش به چه صورتی اتفاق می افتد.
بررسی آزمایش دوم گاری بادی
۲-در آزمایش دوم با معکوس شدن جهت هوا، فن هوا را به عقب و هوا فن را به جلو می راند. از آنجایی که فن به گاری بادی متصل است، گاری به سمت جلو به حرکت می افتد.
بررسی آزمایش سوم گاری بادی
۳-در آزمایش سوم فن هوا را به جلو و هوا فن را به عقب می راند. اما به دلیل اینکه فن در دست شما قرار دارد، این کنش-واکنش روی گاری تاثیری ندارد. اما بادبان همچنان روی گاری است. هوا به سمت بادبان نیرو وارد می کند و گاری به جلو حرکت می کند.
بررسی آزمایش چهارم گاری بادی
۴-در آزمایش چهارم فن هوا را به جلو و هوان فن را به عقب می راند. از آنجایی که فن به چرخ دستی متصل است، گاری به عقب رانده می شود.
بررسی آزمایش پنجم گاری بادی
۵-در ابتدا گاری حرکت نمی کند. اما در ادامه کاغذ بین بادبان و فن قرار می گیرد. اولین کنش-واکنش مانند آزمایش اول است. فن هوا را به جلو و هوا فن را به عقب می راند. در کنش-واکنش بعدی هوا کاغذ را به جلو و کاغذ هوا را به عقب می راند. اما فقط فن به گاری متصل است. تنها نیرویی که به گاری وارد می شود نیروی وارده به فن است. بنابراین گاری به سمت عقب حرکت می کند.
در این کاردستی به سادگی توانستیم قانون سوم نیوتن را مشاهده و درک کنیم. قانون سوم نیوتن یکی از اصلی ترین قانون های علم فیزیک است. در نهایت اگر می خواهید قایق بادی به سمت جلو حرکت کند باید فن در جهت عکس بادبان بوزد.
نویسنده: عجیب تو جیب
هرگونه کپی برداری از محتوا تنها با ذکر نام “عجیب تو جیب” و “درج لینک دقیق محتوا” در سایت مجاز است.
