• تعداد بازديد :
  • چهارشنبه 1395/03/05
  • تاريخ :

منجنیق

منجنیق

مقدمه:

منجنیق وسیله ای کارآمد برای دزدان دریایی در زمان های قدیم (قرن هفدهم میلادی) بوده است. شوالیه های قرون وسطی قرن ها از این وسیله به منظور تخریب دیوارهای عظیم قلعه ها استفاده می کردند.

منجنیق

 حتی یونانیان و رومیان نیز حدود دو هزار سال پیش از منجنیق استفاده می کردند! این ابزار ساده بسیار کارآمد است، به شرطی که نحوه ی هدف گیری با آن را بدانید. در این فعالیت علمی شما ساخت منجنیق را امتحان خواهید کرد. به نظرتان می توانید محل برخورد پرتابه هایتان با این وسیله را پیش بینی کنید؟

منجنیق

 

پیش زمینه:

منجنیق از طریق تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر و انتقال از جسمی به جسم دیگر کار می کند.
هنگامی که منجنیق را آماده ی پرتاب می کنید به آن انرژی می دهید. این انرژی به صورت انرژی پتانسیل در جسم ذخیره می شود. منجنیقی که شما در این فعالیت علمی خواهید ساخت با استفاده از انرژی پتانسیل الاستیک ذخیره شده در یک چوب با خم کردن آن کار می کند. هنگامی که آن را رها می کنید، این انرژی ذخیره شده آزاد، به انرژی جنبشی تبدیل و به پرتابه منتقل می-شود. در ادامه پرتابه به فضا پرتاب می شود.

منجنیق

موقعیت دستگاه پرتاب پارامتر مهمی در هدف گیری است. اما آیا میزان انرژی موجود برای پرتاب نیز در این مسئله موثر است؟ فعالیت علمی زیر را انجام دهید تا این موضوع را بررسی کنید.

 

مواد و وسایل مورد نیاز:

 هشت چوب بستنی
 چهار یا پنج کش لاستیکی محکم
 چسب
 در پلاستیکی بطری مناسب برای نگه داشتن یک توپ پنبه ای
 توپ پنبه ای (اگر به توپ پنبه ای دسترسی ندارید می توانید با کاغذ یک توپ کوچک بسازید.)
 یک فضای باز کوچک (مساحت یک متر مربع کافی است. سطح کار باید محکم و صاف باشد مانند روی یک میز یا زمین)

منجنیق

آماده سازی:

توجه: منجنیق ساده ی شرح داده شده در این فعالیت علمی در صورت استفاده از توپ پنبه ای یا کاغذی بی خطر است. پرتاب اشیای سفت و یا استفاده از منجنیق هایی با طرح های دیگر ممکن است خطرناک باشد. دقت داشته باشید تمام اجسامی که پرتاب می کنید باید سبک و نرم باشند تا آسیبی به شخص یا اشیای اطراف خود وارد نکنند.

منجنیق

شش چوب بستنی بردارید و آنها را روی هم قرار دهید. با کش لاستیکی دو سر این چوب های روی هم قرار گرفته را ببندید تا از هم باز نشوند. چوب پرتاب را مطابق مرحله ی بعد به این چوب ها لنگر خواهید کرد.
برای اضافه کردن چوب پرتاب، یک چوب بستنی را به صورت عمودی بر روی دسته ی چوبی که ساختید و در مرکز آن متصل کنید تا یک شکل ضربدر تشکیل شود. می توانید برای متصل کردن چوب از دو کش لاستیکی به صورت X روی چوب ها استفاده کنید. در این صورت چوب ها به خوبی روی هم باقی می مانند.
سپس، پایه را با اتصال یک چوب به یکی از دو سر چوب پرتاب با یک کش لاستیکی اضافه کنید. اگر دسته ی چوب ها میان پایه و چوب پرتاب قرار نداشته باشند، دو چوب روی هم می افتند. اما در این حالت (وجود دسته ی چوب ها) یک شکل V از پهلو قابل مشاهده است. (دو چوب پایه و پرتاب و دسته ی چوب های میان آنها)
منجنیق را روی پایه قرار دهید. در بطری را در قسمتی از چوب پرتاب که در بالا قرار گرفته است با چسب بچسبانید تا محل قرار گرفتن پرتابه آماده شود.
صبر کنید تا چسب خشک شود.

 

روش کار:

منجنیق را روی یک سطح محکم و صاف مانند میز یا زمین قرار دهید. فضایی حدود یک متر برای پرتاب جسم را در مقابل منجنیق خالی کنید.
یک توپ پنبه ای را در جایگاه پرتابه قرار دهید. آن را به سمت پایین بکشید و سپس رها کنید.
چه اتفاقی برای توپ می افتد؟ مسیر پرتاب آن چگونه است و در کجا فرود می آید؟
به نظرتان با پایین تر کشیدن سر چوب پرتاب چه اتفاقی می افتد، آیا این کار تأثیری بر ارتفاع پرتاب و مسافتی که طی می کند و سرعت آن دارد یا خیر؟
  توپ پنبه ای را داخل جایگاه پرتاب قرار دهید. آن را بیشتر به سمت پایین بکشید و رها کنید. برای گرفتن نتیجه ی مناسب لازم است چند بار این کار را تکرار کنید زیرا اتفاقات بسیار سریع می افتند. چه تغییری در مسیر حرکت توپ ایجاد می شود؟ مسافت طی شده توسط توپ با کم یا زیاد کردن نیرو چه تغییری می کند؟
آیا متوجه این موضوع شدید که در کدام حالت باید کار بیشتری انجام دهید، حالتی که جایگاه را کمی به پایین می کشید یا حالتی که آن را بسیار پایین می برید؟ 
 پرتاب های بیشتری انجام دهید. آیا نتایج در تمام دفعات یکسان است؟ آیا این نتایج برایتان قابل پیش بینی بوده است؟ می-توانید دلیل مشاهدات خود را توضیح دهید؟

منجنیق

آزمایش های تکمیلی:

 بررسی کنید اگر موقعیت دسته ی شش تایی چوب نسبت به جایگاه پرتاب تغییر کند چه اتفاقی می افتد. این کار سبب تغییر موقعیت چوب پرتاب در لحظه ی پرتاب می شود. به نظرتان ایجاد این تغییر چه تأثیری بر مسیر پرواز توپ دارد؟

چند منجنیق بسازید و مسابقه ای با دوستان خود ترتیب دهید. یک در بطری استفاده شده را به عنوان هدف خود قرار دهید. منجنیق ها را روی دایره ای به شعاع شصت سانتیمتر از هدف قرار دهید و مسابقه را شروع کنید. کسی که بتواند بیشترین تعداد توپ را به هدف بزند برنده است. می توانید در هر مرحله شعاع دایره را بزرگتر کنید تا رقابت سخت تر شود.

 

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا مشاهده کردید که با پایین تر کشیدن جایگاه پرتاب، توپ پنبه ای بالاتر می رود و مسافت بیشتری را طی می کند؟
با خم کردن چوب پرتاب به سمت پایین، انرژی در آن ذخیره می شود. هنگامی که چوب را رها می کنید، این انرژی ذخیره شده آزاد و به انرژی حرکتی تبدیل می شود. بخش اعظم این انرژی به پرتابه منتقل می شود که به هوا می رود.
 
کشیدن بیشتر چوب به سمت پایین نیازمند تلاش بیشتر شماست و احتمالاً متوجه شده اید که برای خم کردن بیشتر چوب پرتاب به سمت پایین باید نیروی بیشتری به آن وارد کنید. خم کردن بیشتر به این معناست که انرژی پتانسیل الاستیک بیشتری در چوب جمع می شود. با رها کردن چوب تمام این انرژی ذخیره شده به انرژی حرکتی تبدیل می شود، در نتیجه پرتابه با سرعت بیشتری در هوا به حرکت درمی آید. در مورد منجنیقی که ساختید، با خم کردن بیشتر چوب، پرتابه احتمالاً ارتفاع بیشتری می گیرد و مسافت طولانی تری را طی می کند.

منجنیق

نزدیک تر کردن دسته ی چوب های شش تایی به جایگاه پرتاب باعث می شود شیب چوب پرتاب کم تر شود. نتیجه آن است که پرتابه مسیری بیشتر به سمت بالا را طی می کند. در مقابل اگر دسته ی چوب ها را از جایگاه پرتاب دور کنید، زاویه ی بزرگتری میان چوب پرتاب و پایه ی منجنیق تشکیل می شود. بدین ترتیب حرکت پرتابه بیشتر به سمت جلو خواهد بود.

منبع: scientific American

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی

UserName