فانوس های دریایی استوانه ای شکل هستند تا در مقابل بادهای پرسرعت مقاومت کنند، جلسه اول

اهداف:

• فانوس های دریایی را باید در امتداد ساحل و در محلی مرتفع ساخت ولی همین امر این سازه ها را در معرض بادهای شدید قرار می دهد. سازندگان، آموخته اند شکل فانوس های دریایی را گرد بسازند تا سبب شود هوا با مقاومت کمتری پیرامون آن جریان یابد و باعث شود در برابر بادهای قدرتمند مقاومت کنند.

وسائل مورد نیاز:

• 33 میخ راست و بلند
• یک قرقره نخ
• تکه ای تخته سه لا 30 در 30 سانت
• تکه ای تخته چوب بالسا 30 در 30 سانتی متر (چند تکه کوچک تر که بتوان کنار هم چید تا سطح مزبور را بپوشاند)
• چسب
• خط کش
• مداد
• یک شی ء استوانه ای با قطر 5/7 تا 10 سانتی متر (پارچ شیشه ای یا قوطی کمپوت)
• دو تکه تخته 2 در 4 هر یک به طول 15 سانتی متر
• سشوار
• قیچی
• امکان دارد نظارت یک فرد بزرگسال مورد نیاز باشد

مقدمه

سواحل دریا زیبا هستند ولی توفان های شدید با بادهای خشمگین در آن ها نامعمول نیست.

در گذر از سال ها، سازندگان آموخته اند که باید در هنگام طراحی فانوس های دریایی، این محیط را در نظر داشته باشند. این ساختمان های منحصر به فرد که قرن ها به کمک دریانوردان توفان زده شتافته اند، باید به گونه ای ساخته شوند که در برابر بادهای سخت و آب و هوای نامناسب پایدار باشند. فانوس های دریایی به عنوان نشانه هایی برای دریانوردانی هستند که به آن ها کمک می کنند مسیرشان را از جایی که هستند به سوی ساحل، منطقه کم عمق یا بندر گاه امن بیابند.

دفاع خوب در برابر باد به معنای مقاومت هر چه کم تر در برابر آن و رد کردن هوای در حال حرکت از کنار سازه است به نحوی که به آرامی پیرامون آن جریان یابد. آیا تا کنون با در دست داشتن یک ورقه بزرگ از تخته سه لا سعی کرده اید در یک روز قدم بزنید؟ به بادبان یک قایق بادبانی فکر کنید. بادبان مقاومت زیادی در برابر باد نشان می دهد و از نیروی باد برای جلو راندن قایق استفاده می کند.

سازه ای که شکل استوانه ای داشته باشد، جریان هوا را به پیرامون خود هدایت کرده و به آن اجازه می دهد به پشت سازه ادامه یابد. چنین سازه ای می توانید در برابر بادهای سطوح بالا، مقاومت کند. چون نسبت به سازه مشابهی که باد را به دام می اندازد، نیروی کمتری دریافت می کند. به این ترتیب با دیدن عکس ها یا بازدید از فانوس های دریایی، می بینید اکثر آن ها استوانه ای شکل هستند. اکنون ببینید چرا!

فرضیه

فرضیه این است که هوای جاری از اطراف اشیاء استوانه ای شکل نسبت به دیگر سازه های دارای سطوح تخت، آسان تر می گذرد و بنابراین مقاومت کمتری نسبت به باد دارند.

روش انجام پروژه

ثابت پروژه، سرعت جریان هوا است. متغیر، شکل شی ء است که هوا باید اطراف آن جریان یابد.

برای دیدن الگوی جریان هوا پیرامون هر شی ء باید دستگاهی ساخت که به صورت بصری و دیداری وجود جریان هوا را به ما نشان دهد (یک میز جریان هوا). تکه تخته سه لایی با مساحت دست کم 70 سانتی متر مربع پیدا کنید. یک ورقه 70 در 70 چوب بالسا روی آن بچسبانید یا آن را با استفاده از چند پیچ یا میخ بسیار کوچک به هم متصل کنید. اگر نتوانستید ورق بزرگی از چوب بالسا پیدا کنید، با تکه های کوچک تر و کنار هم چیدن آن ها به دقت آن ها را با چاقوی تیز ببرید و سطحی 70 سانتی متر مربعی بسازید. در کار با چاقو احتیاط زیادی به خرج دهید.

با یک خط کش روش چوب بالسا، الگویی شطرنجی از خطوطی به فاصله 4 سانتی متر از هم علامت گذاری کنید (افقی و عمودی). در محل تقاطع خطوط به دقت با شست یک میخ بلند در چوب بالسا فرو کنید. همان طور که در شکل نشان داده شده در نزدیکی لبه جلویی تخته در محل هایی که با دایره هاشور خورده، میخ فرو نکنید. این همان جایی است که اشیاء مورد آزمایش قرار می گیرند.

به هر میخ، رشته نخ هایی ببندید و آن را نزدیک سر میخ بیاورید. با استفاده از قیچی، رشته نخ های متصل را به طول 4 سانتی متر ببرید. می توانید برای نگه داشتن مطمئن می توانید برای محکم نگه داشتن رشته نخ ها در جای خود از یک قطره چسب استفاده کنید. مفید است اگر بتوانید طوری برنامه ریزی کنید که پروژه تان را از خانه به کلاس یا نمایشگاهی علمی منتقل کنید.

دو تکه چوب 2 در 4 که هر یک حدود 13 سانتی متر طول دارد (با چسب، سیم، پیچ یا میخ) به هم مهار کنید. این کار سازه ای تقریباً مربعی از هر چهار طرف می سازد. آن را مستقیم در فضای خالی تخته بالسا قرار دهید.

سشوار را جلوی چوب بالسا بگیرید و به طور مستقیم به بلوک چوبی 2 در 4 هدف گیری کنید. سشوار را در موقعیتی قرار دهید که بیشترین هوا را بدمد. اگر سشوار وضعیت دمنده سرد دارد، از آن استفاده کنید. چرا که این آزمایش به حرارت نیاز ندارد. الگوی رشته ها را مشاهده کنید. آیا رشته هایی که بلافاصله پشت بلوک قرار دارند، حرکت می کنند؟

بلوک چوبی را برداشته و آن را با شیئی استوانه ای با قطر حدود 9 سانتی متر جایگزین کنید. برای این منظور آیا جهت رشته ها تغییر می کند؟ آیا رشته هایی که بلافاصله پشت استوانه قرار دارند اکنون جریان هوای شدیدی نشان می دهند؟

تکلیف:

1- آزمایش با سازه های دارای اشکال متفاوت (هرم را به عنوان نمونه آزمایش کنید). جریان هوای اطراف آن ها را مشاهده کنید.

2- یک میز جریان بسازید، وسیله ای که آب می تواند از آن جریان یابد و اشیاء برای مطالعه نحوه تأثیر شکل جسم بر جریان آب، در آن وارد کنید. رنگ های خوراکی در آب چکانده می شود تا الگوی جریان آب بهتر مشابه شوند. اثبات کنید که رفتار جریان آب و رفتار جریان هوا پیرامون یک جسم مشابه اند. چرا که هر دو (سیال) اند.

نتایج آزمایشتان را بنویسید. تمام مشاهدات و داده های جمع آوری شده را ثبت کنید.

نتیجه گیری کنید که آیا فرضیه شما درست است یا خیر.

محل بازدید/ اردو/ خرید: -----------------------

منابع مطالعه: ----------------------------

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تنظیم: نسرین صادقی