• مشکی
  • سفید
  • سبز
  • آبی
  • قرمز
  • نارنجی
  • بنفش
  • طلایی
  • تعداد بازديد :
  • 731
  • چهارشنبه 1395/4/23
  • تاريخ :

اهمیت تقارن در فرفره ها

اهمیت تقارن در فرفره ها

مقدمه:

آیا تا به حال با فرفره اسباب بازی کار کرده اید یا نمونه های واقعی آن مانند آسیاب بادی یا توربین بادی را دیده اید؟ آیا می دانید دلیل شکل خاص این توربین ها (دارای چند تیغه به صورت متقارن) چیست؟ اگر توربین ها یک تیغه داشته باشند چه می شود؟ اگر تیغه ها در شکل و اندازه های مختلف باشند چه اتفاقی می افتد؟ فعالیت سرگرم کننده زیر را انجام دهید تا بتوانید به این سوالات پاسخ دهید.

اهمیت تقارن در فرفره ها

پیش زمینه:

تیغه های چرخان در طیف وسیعی از ماشین ها استفاده می شوند. بعضی از تیغه ها به منظور بهره برداری از انرژی هوا ساخته می شوند، مانند آسیاب ها و توربین های بادی. باد سبب چرخش این تیغه ها می شود و سپس انرژی حرکتی این تیغه ها به انرژی الکتریکی تبدیل یا باعث چرخش دنده ها می شود.

اهمیت تقارن در فرفره ها

تیغه هایی نیز وجود دارند که با استفاده از یک موتور به هوا فشار وارد می کنند (و گاهی آن را حرکت می دهند، مانند پنکه) و یا اجسامی را از درون آن عبور می دهند (مانند ملخ هواپیما).

اهمیت تقارن در فرفره ها

نکته مشترک تمام این تیغه ها آن است که به صورت متقارن نصب می شوند، بدین معنا که به صورت متعادل در اطراف مرکز قرار می گیرند. ممکن است دو تیغه در مقابل هم یا چهار تیغه به صورت ضربدر با زاویه نود درجه از هم قرار بگیرند. حتی می توان تعداد فرد تیغه را به صورت متقارن نصب کرد (مثلاً سه تیغه با فاصله 120 درجه از هم). تقارن در چیدمان تیغه ها چه اهمیتی دارد؟ چرا هیچ گاه آسیاب هایی با یک تیغه یا دو تیغه در یک سمت نمی بینیم؟ با انجام فعالیت علمی زیر می توانید دلیل این موضوع را متوجه شوید.

اهمیت تقارن در فرفره ها

مواد و وسایل مورد نیاز:

حداقل یک عدد فرفره (که بتوانید تیغه های آن را جدا کنید.)

 سشوار

 قیچی

 کمک و نظارت یک بزرگ تر

اهمیت تقارن در فرفره ها

آماده سازی:

تمام وسایل مورد نیاز خود را در محلی جمع کنید که بتوانید در آنجا سشوار را به پریز برق بزنید. از بزرگ تر خود بخواهید سشوار را حدود یک متر دورتر از جایی که شما با فرفره می ایستید نگه دارد.

روش کار:

سشوار را روشن کنید.

 فرفره را با فاصله یک متر از سشوار نگه دارید. حال فرفره را به آرامی به سشوار نزدیک کنید تا شروع به چرخش کند. فرفره چقدر باید به سشوار نزدیک شود تا چرخش خود را شروع کند؟

 حال از بزرگ تر خود بخواهید با قیچی یکی از تیغه های فرفره را تا جایی که می تواند نزدیک به مرکز فرفره ببُرد. با این کار فرفره نامتقارن می شود زیرا فواصل میان تیغه های باقی مانده با هم برابر نیستند.

 مجدداً فرفره را با فاصله یک متر در مقابل سشوار نگه دارید و آن را به آرامی نزدیک کنید تا شروع به چرخش کند. این بار فرفره چقدر باید به سشوار نزدیک شود تا چرخش خود را شروع کند؟

با قیچی یک تیغه دیگر از فرفره ببرید. بسته به اینکه فرفره شما در ابتدا چند تیغه داشته است، تصمیم گیری بر عهده شماست که هر بار کدام تیغه را ببرید و اینکه با بریدن کدام تیغه فرفره متقارن یا نامتقارن می شود. برای مثال فرض کنید فرفره ای که استفاده می کنید در ابتدا چهار تیغه داشته است.
پس از بریدن یک تیغه، فرفره دارای سه تیغه نامتقارن با فواصل نامنظم می شود. اگر پس از این مرحله تیغه ای در کنار تیغه بریده شده قبلی را ببرید، فرفره نامتقارن و با دو تیغه با فواصل نامنظم باقی می ماند. می توانید به جای این کار تیغه دومی را در مقابل تیغه بریده شده اول حذف کنید تا به این ترتیب فرفره با دو تیغه در دو سمت مقابلِ هم مجدداً متقارن شود. اگر بیش از یک فرفره در اختیار دارید، می توانید ترکیب های مختلف را روی آنها امتحان کنید.

 بار دیگر فرفره را در فاصله یک متری از سشوار بگیرید و به مرور فاصله را کم کنید تا فرفره شروع به چرخش کند. فرفره در چه فاصله ای از سشوار چرخش خود را شروع می کند؟

 کار را تا جایی ادامه دهید که فرفره تنها یک تیغه داشته باشد.

آیا تعداد تیغه ها بر چگونگی چرخش فرفره تأثیر می گذارد؟ آیا در بعضی حالت ها لازم است فرفره را به سشوار نزدیک تر کنید؟

 آیا چگونگی چرخش فرفره به متقارن یا نامتقارن بودن تیغه ها بستگی دارد؟

آزمایش های تکمیلی:

با استفاده از خط کش یا متر اندازه گیری میزان فاصله لازم میان فرفره و سشوار را برای شروع چرخش فرفره در هر مرتبه محاسبه کنید. پس از اتمام کار می توانید نموداری از نتایج به دست آمده به این شکل رسم کنید: فاصله میان فرفره تا سشوار بر حسب تعداد تیغه های فرفره

اهمیت تقارن در فرفره ها

مشاهده و نتیجه گیری:

در این فعالیت علمی باید مشاهده کرده باشید که چرخش فرفره هنگامی که تعداد بیشتری تیغه به صورت متقارن وجود دارند آسان تر است. با حذف تیغه ها مشاهده می کنید که برای به چرخش درآوردن فرفره باید فاصله آن تا سشوار کمتر شود. این مسئله در شرایطی که تیغه ها نامتقارن باشند بیشتر قابل درک است. نامتقارن بودن تیغه ها باعث تلو تلو خوردن و ایجاد اصطکاک بیشتر بر روی محور فرفره (میله ای که پشتیبان تیغه هاست) می شود. هر چه اصطکاک بیشتر شود، به چرخش درآمدن تیغه ها دشوارتر می شود. در نتیجه باد باید شدیدتر باشد، یعنی فاصله فرفره تا سشوار کمتر شود. به نظر شما این موضوع چه تأثیری بر طراحی توربین های بادی و ملخ های هواپیما توسط مهندسان دارد؟

اهمیت تقارن در فرفره ها

منبع: Scientific American

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تنظیم: نسرین صادقی
قطب نمای خانگی بسازید

قطب نمای خانگی بسازید

مفهوم مغناطیس در جهت یابی به ما کمک فراوانی می کند. از آنجا که کره ی زمین دارای یک میدان مغناطیسی است، می توان با استفاده از یک قطعه ی کوچک دارای خاصیت مغناطیسی مانند سوزن که جهتی خاص یعنی شمال یا جنوب را نشان می دهد قطب نما ساخت...
بازی با سایه

بازی با سایه

حرکت ظاهری خورشید به مقدار تقریباً یک درجه در روز نتیجه ای از حرکت زمین است ولی دلیلی بر آن نیست. حرکت ظاهری خورشید را می توان با نظریه ی زمین مرکزی که توسط بطلمیوس عنوان گردید تفسیر کرد. ...
نواختن موسیقی با بطری

نواختن موسیقی با بطری

آلات موسیقی چگونه تولید صدا می کنند؟ همه ی صداها توسط ارتعاشاتی که در هوا جابه جا می شوند به وجود می آیند. به طور دقیق، این ارتعاشات سبب ایجاد الگویی از فشار هوا می شود که به صورت موج حرکت می کند و در اثر آن هوا دچار افزایش فشار و سپس کاهش فشار می شود....
UserName