طراحی و ساخت چتر نجات - جلسه چهارم

ساخت یک چتر نجات کروی از روی الگوی ارائه شده و اندازه گیری سرعت حد آن

اهداف:

مهارت یافتن در ساخت یک چتر نجات از روی الگو .
    آشنایی بیش از پیش با روش اندازه گیری سرعت حد .
    درک مفهوم تغییر پارامترهایی مثل ارتفاع اندازه گیری، جرم متصل به چتر و سطح مقطع چتر و تاثیر آن ها بر سرعت حد .
    پیدا کردن بهترین ارتفاع، جرم جسم آویخته و سطح مقطع چتر از روی داده های به دست آمده است.

وسایل لازم:

    پوشه ی پروژه
    دوربین فیلمبرداری
    سه پایه ی دوربین
    متر خیاطی یا مهندسی
    کورنومتر
    پارچه های مختلف (بهتر است محکم باشد و لیز نباشد)
    کیسه زباله محکم
    چتر باران شکسته یا به درد نخور (که بتوان از پارچه ی آن استفاده کرد)
    نخ محکم
    کاغذ
    خط کش قابل انعطاف و خط کش معمولی
    ماژیک یا خودکار پر رنگ
    قیچی
    چسب در صورت نیاز
    وزنه با جرم های مختلف به عنوان جسم متصل به چتر یا همان چترباز(5gr-100gr)

در این جلسه، الگوی یک چتر نجات کروی ارائه خواهد شد و می توانید پس از فراگیری کامل و ساختن آن، جلسه ی آینده، الگوی ساخته شده را از ارتفاع های مختلف و با جرم های متفاوت رها می کنند و در هر مورد سرعت حد را به دست می آورید.

در ابتدای این جلسه ابتدا با هم در مورد نتایج جستجوی خود در مورد سرعت حد و عوامل اثر گذار به آن، گفتگو کنید.

پس از آن بررسی می خواهیم ببینیم چه طور می توانیم چتر نجاتی شبیه یک کره یا توپ بسازیم. مسلماً برای شروع این کار ابتدا نیاز به یک الگو داریم. در این جا این الگو مرحله به مرحله ارائه شده

ساخت چترنجات توسط هر دانش آموز و مشارکت کامل تک تک آن ها بسیار ضروری است.

در زیر الگوی ساخت چتر نجات کروی جهت اطلاع معلم آورده می شود و معلم پس از فراگیری آن، هر مرحله را به طور کامل به دانش آموزان یاد می دهد و در حین یاد دادن، هر دانش آموز به طور عملی، الگوی خود را می سازد.

طراحی یک چتر کروی و ساخت آن:

شکل 1

توجه: قبل از شروع کار پیشنهاد می شود فردی مسئول عکس برداری از هر مرحله کار شود تا بتوانید گزارش تصویری کاملی از مراحل کار خود تنظیم کنید.

در شکل 1 یک چتر کروی می بینید. برای ساختن چنین چتری نیاز به یک الگوی مناسب و دقیق داریم.

در زیر الگوی ساخت این چتر بیان شده است که با دنبال کردن آن می توانید یک چترنجات بسازید.

اگر یک چتر کروی را در نظر بگیرید، خواهید دید که به چند قسمت مساوی که به شکل سه گوش هستند تقسیم شده است. تعداد این سه گوش ها بسته به مورد استفاده ی آن انتخاب می شود. فعلا در اینجا چتر کروی با 6 عدد سه گوش توضیح داده می شود.

نیم کره ی شکل زیر را در نظر بگیرید. شعاع دهانه ی آن را r می نامیم. در نتیجه، محیط دهانه برابر 2πr خواهد شد. حال اگر نیم کره را به 6 قسمت مساوی تقسیم کنیم، محیط دهانه نیز به 6 قسمت مساوی تقسیم خواهد شد و پهنای انتهایی هر سه گوش 2πr/6=πr/3 می شود. برای راحتی محاسبات π≈3 در نظر می گیریم. در نتیجه، پهنای هر سه گوش برابر πr/3 خواهد شد. ارتفاع هر سه گوش نیز برابر 1/4 محیط خواهد شد:

2πr*1/4=πr/2≈1.5r

شکل 2

در زیر شکل یک سه گوش بررسی شده است. همان طور که به راحتی می توانید محاسبه کنید زاویه ی رأس هر سه گوش برابر 360/6=60 خواهد بود.

شکل 3

همان طور که در شکل می بینید، یک سه گوش با زاویه ی رأس 60 و ارتفاع تقریبی 1.5*l داریم که در زوایای 30 و 45 و 60 پهنای سه گوش را نشان می دهند.

از نسبت زوایا به ارتفاع سه گوش می توان فاصله ی هر خط را که پهنای آنها در شکل نیم دایره ی بالا نشان داده شده است، حساب کرد. مثلاً برای زاویه ی 45 درجه ارتفاع نصف شده است. (1/2=45/90) و برای زاویه ی 30 درجه ارتفاع h*1/3 است. (1/3=30/90).

اکنون ما طرحی به دست آورده ایم که بر اساس آن می توانیم چتر نجات بسازیم. ابتدا یک الگوی کاغذی درست می کنیم. (درست مثل خیاطی که با یک کاغذ الگو می سازیم.)

یک صفحه کاغذی بردارید و آن را از وسط تا کنید. شعاع مورد نظرتان را تعیین کنید. برای مثال الگو را با شعاع 20 سانتی متر انتخاب می کنیم. (معمولاً شعاع کره، دو برابر قد چترباز انتخاب می شود، در نتیجه قطر کره، 4 برابر قد چترباز است.) کاغذی که انتخاب می کنید، A3 یا بزرگتر باشد که برای اندازه پیشنهادی کوچک نباشد.

اگر شعاع 20 سانتی متر باشد، ارتفاع سه گوش برابر (شعاع*1.5 =30cm ) می شود. از محل تا شده به اندازه 30 cm جدا کنید. از نقطه ی پایین خط 30cm ، به اندازه (شعاع*0.5 =10cm ) عمود رسم کنید (مطابق شکل 4) . پس از باز شدن صفحه این اندازه دو برابر یعنی همان مقدار r=20cm که در شکل 3 نیز مشخص است خواهد شد.

نقاط دیگر را نیز به ترتیب از پایین به بالا به اندازه ی10=h *1/3 و 15=h*1/ 2 و h * 2/3=20 جدا کنید. که به ترتیب مربوط به پهنایr/2 * 0.86 = 8.6 و r/2 * 0.71 = 7.1 و 5=r/2 * 0.5 هستند.

زوایای دو طرف نیم سه گوش را نیز منطبق شکل 4 مشخص کنید. (این کار برای به دست آوردن الگوی دقیق تر بسیار مفید خواهد بود.)

با مشخص کردن اندازه های گفته شده، تنها کافی است که نقاط را به هم متصل کنیم تا شکل کامل به دست آید. برای این کار بهتر است از یک خط کش قابل انعطاف استفاده کنیم و آن را بین هر دو نقطه خم کنیم و منحنی مورد نظر را به دست آوریم. اکنون از قسمت منحنی، کاغذ دو لایه را ببرید. دقت کنید که قبل از باز کردن تا، باید کاغذ را ببرید. پس از بریدن ، کاغذ را باز کنید تا الگوی کاغذی را به دست آورید.

برای ساخت چتر نجات اصلی از این الگوی کاغذی استفاده کنید. ماده ی مورد استفاده برای ساخت چتر می تواند کیسه ی زباله، پارچه یا هر ماده ی قابل ساخت دیگری باشد. می توانید از پارچه ی چتر مخصوص باران نیز استفاده کنید. مثل چترهایی که دیگر قابل استفاده نیستند یا شکسته شده اند.

الگوی کاغذیتان را روی پارچه ی (کیسه ی ) مورد نظر قرار دهید و دور آن را خط بکشید. هنگام بریدن حدود 1 سانتی متر دور آن را نگه دارید (تا هنگام دوخت، دچار مشکل نشوید) این کار را 6 بار تکرار کنید تا 6 سه گوش به دست آید .

شکل 4

حالا سه گوش ها را دو به دو و از یک طرف به هم بدوزید. کافی است دو سه گوش را کاملاً روی هم قرار دهید و یک طرف آن را از روی خط مشخص شده ی الگو بدوزید. سپس این سه تکه ی دوتایی را به هم متصل کنید (دقیقاً با همین روش بدوزید اما دقت کنید که یک طرف هر تکه را به یک طرف تکه ی دیگر بدوزید). نهایتاً یک نیم کره ساخته شده است . آن را برعکس کنید تا قسمت های اضافه ی دوخت درون چتر قرار بگیرد.

بهتر است از کوک زدن زیگ زاگ استفاده کنید که محکم و تمیز در بیاید.

اکنون 6 تکه نخ محکم به محل اتصال سه گوش ها وصل کنید. می توانید نخ ها را با یک سوزن از محل تقاطع رد کنید و ته آن را گره بزنید تا نخ ها محکم شوند. این 6 نخ را به دو دسته تقسیم کنید و هر سه نخ را در یک دسته قرار دهید. طول نخ ها را برابر با 1.5 * شعاع بگیرید و در فاصله ی r از چتر سه نخ را به هم گره بزنید (مطابق شکل زیر).

گره ها را با یک نخ کلفت به هم وصل کنید.

انتهای دو نخ به دست آمده به جسم متصل مثلاً یک عروسک وصل می شود.

بهتر است که به جای نخ محکم قرمز(در شکل بالا) از یک ظرف کوچک (مثلا یک لیوان پلاستیکی کوچک) استفاده کنید و 6 نخ را به فواصل مساوی به بالای ظرف متصل کنید. این کار یک فایده ی مهم دارد و آن اینکه به راحتی می توان وزنه ی متصل به چتر را درون ظرف قرار داد و هر بار که می خواهید وزنه را تغییر دهید، به راحتی وزنه ی جدید را درون ظرف متصل به چترتان قرار می دهید.

آزمایش چتر نجات:

پس از ساختن چتر نجات، چند بار، آزمایشی چتر خود را از بالای میز رها کنند و سقوط آن را مشاهده کنند. سپس یک بار در کلاس با رها کردن چتر از یک ارتفاع دلخواه ( باز هم ارتفاع طوری انتخاب شود که چتر به سرعت حد برسد) سرعت حد آن را اندازه گیری کنند و نتیجه را برای ما بفرستید.

برای جلسه ی بعد هر گروه یک چتر کروی ساخته و آن را از 5 ارتفاع مختلف رها کند و سرعت حد آن را برای هر ارتفاع 3 بار اندازه گیری کند و میانگین سرعت حد در هر ارتفاع را به دست آورد. تمامی داده ها را در یک جدول ثبت کنید فعلا برای یک جرم معلوم آزمایش شود؛ در این قسمت تغییر جسم و جرم آن لازم نیست. در جلسات بعدی به بررسی پارامتر جرم خواهیم پرداخت.

تکلیف: جدول حاصل از اندازه گیری هایتان را برای ما ارسال کنید.

منابع مطالعه: فایل pdf سقوط عجایب را برایتان قرار داده ایم برای دریافت آن اینجا کلیک کنید.