نیرو و تکیه گاه

این پروژه برای دانش آموزان کلاس های پنجم تا هشتم مناسب است.

مسئله: می خواهیم بدانیم که برای حرکت دادن یک اهرم در فواصل مختلف از تکیه گاه آن، چه مقدار نیرو لازم است؟

هدف این آزمایش این است که بفهمیم نیروی لازم برای حرکت دادن شی وقتی که نیرو به یک سمت از شی وارد می شود نسبت به وقتی که نیرو به مرکز تکیه گاه جسم وارد می شود بیشتر است یا کمتر؟

سوالات پروژه

اهرم چگونه کار می کند؟

یک شخص چگونه می تواند یک شی سنگین را راحت تر حرکت دهد؟

به طور متوسط یک شخص چه مقدار نیرو باید به اهرم وارد کند؟

اهرم ابزار ساده ای است که به ما کمک می کند تا بتوانیم اشیای خیلی سنگین را از زمین بلند کنیم. جاذبه ی زمین  باعث می شود که ما بیشتر نیرو را صرف هل دادن شی کنیم تا بلند کردن آن.

هل دادن انتهای اهرم به ما این امکان را می دهد که با کم ترین نیرو اهرم شروع به کار کند.

رابطه بین فاصله تا تکیه گاه و نیروی لازم برای حرکت یک جسم را به دست آورید.

یعنی با تغییر فاصله از تکیه گاه و نیرو رابطه ی بین نیرو و فاصله را پیدا کنید. مهم است که بدانید با استفاده از چه روشی می توانید از اهرم کمک بگیرید.

در فیزیک این رابطه یک اصل است که دانشمندان با کمک آن وسایل زیادی برای آسان ساختن کارهای انسان ابداع کرده اند. مثلا در مورد درها، اگر دستگیره ی در را به سمت پایین فشار دهید در به راحتی باز می شود اما اگر نیرو را به سمت لولای در وارد کنید در باز نمی شود.

وسایل مورد نیاز

تکیه گاه

تخته چوبی

شی

متر

روش انجام آزمایش

تخته چوبی را روی تکیه گاه گذاشته و آن را روی نقطه تکیه گاهش متعادل کنید طوری که تخته چوبی بدون حرکت باشد و هیچ حرکت پایین و بالا نداشته باشد. با مداد نقطه تکیه گاه آن را علامت بزنید. به طوری که اگر آن را برداشتید نقطه تکیه گاه آن را به راحتی پیدا کنید.

شی را در انتهای تخته چوبی بگذارید و آن را تا پایان آزمایش آن جا نگه دارید. چه مقدار وزنه لازم است تا در انتهای دیگر تخته بگذارید تا دوباره متعادل شود؟

نتیجه را در جدول زیر یادداشت کنید.

حال شی را از انتهای تخته برداشته و آن را به فاصله یک چهارم از مرکز تکیه گاه بگذارید، سپس با گذاشتن وزنه در انتهای دیگر تخته چوبی سعی کنید که تخته متعادل شود، چه مقدار وزنه لازم بود؟ آن رادر جدول زیر بنویسید.

این کار را برای فاصله های یک دوم از تکیه گاه و سه چهارم آن نیز تکرار کنید و نتایج را در جدول یادداشت کنید.

حال کل مراحل فوق را برای شی با وزن های دیگر تکرار کنید. مثلا اگر بار اول شی 100 گرمی استفاده کرده اید، بارهای بعدی شی 200، 300 و 400 گرمی بردارید و مقدار وزنه موردنیاز برای متعادل کردن تخته چوبی برای فاصله های لبه ی انتهایی تخته، یک چهارم تکیکه گاه، یک دوم تکیه گاه و سه چهارم تکیه گاه انجام دهید. و نتایج را در جدول زیر یادداشت کنید.

چه رابطه ای بین وزنه و فاصله از تکیه گاه به دست آورده اید؟

حتما به این نتیجه رسیده اید که

هر چه به تکیه گاه نزدیک می شویم (فاصله سه چهارم تکیه گاه) چه تغییری در مقدار وزنه مورد نیاز برای متعادل کردن تخته حاصل می شود؟ آیا روند این تغییر برای شی ها با وزن های مختلف یکسان است؟

بخش پروژه های دانش آموزی تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی