طراحی و ساخت موشک کاغذی _ جلسه سوم

اهداف:

تشخیص کاغذ مناسب برای ساخت موشک کاغذی.

آشنایی با علائمی که برای ساخت انواع موشک کاغذی لازم است.

شناخت اصول پایه ی پرواز.

آشنایی با روش ساختن یک نوع موشک کاغذی.

اندازه گیری مساحت بال یک موشک کاغذی.

وسایل مورد نیاز:

پوشه پروژه

تعداد کافی ورق کاغذ A₄

خط کش مدرج

کامپیوتر

3-1 مقدمه

در این جلسه، در ابتدا توضیحاتی در مورد موشک کاغذی و کاغذ مناسب برای ساخت آن داده می‌شود. در ادامه علائمی که در این کلاس به کار خواهیم برد را معرفی می‌کنیم. آموزش در مورد روش های تا کردن کاغذ و همچنین اصول پایه پرواز را ادامه می‌دهیم. در انتها ساخت یک نوع موشک کاغذی بسیار ساده و نحوه اندازه گیری مساحت بال آن را می‌آموزیم.

" به نظر می رسد که هنر تا کردن کاغذ از حدود چند صد سال پیش در ژاپن شکل گرفته است. و شما اکنون می توانید چیزهای با ارزش از کاغذ خلق کنید. اسبابی که از تفریح و بازی فراتر رفته و پا به عرصه نظریه و خلاقیت گذاشته که با قوانین پایه ای فیزیک در ارتباطند.

حالا آینده نه چندان دوری را تصور کنید که شغلی در هوانوردی، ساخت فضا پیما و ... دارید. یا حتی شما می توانید خلبان فضاپیمای مداری جدیدی باشید که مسافران را در کمتر از 2 ساعت از سیدنی به لندن می رساند.

منظور از این صحبت‌ها این است که این پروژه می تواند سکوی پرتاب شما برای آن شغل ها باشد. همان طور که سیب این نقش را برای نیوتن ایفا کرد، پرواز پرندگان برای برادران رایت و حرکات ذرات زبر اتمی برای انیشتین. بنابراین از این پس اگر پدر و مادر یا دوستان و یا .... شما را به خاطر پرتاب کردن موشک کاغذی مسخره کردند به راحتی می توانید جواب بدهید که: این اولین قدم من برای شغل جدید در امور پرواز است. (که این شغل می تواند هوانوردی، مهندسی پرواز، نظافت چی هواپیما و غیره باشد) در این پروژه ما می خواهیم که شما خودتان فکر کنید، آزمایش کنید، تجربه کنید و از خلاقیتتان استفاده کنید. اصلاً به کسانی که می گویند "شما نمی توانید" اهمیت ندهید. شما به راحتی می توانید اگر در این باره جدی باشید. فقط به این فکر کنید که به نقاط دور دست فضا دورتر از آنچه تا کنون تصور شده دست یابید. البته فکر نمی کنم هیچ کدام از موشک های کاغذی که ما در این پروژه می سازیم به این دوری بروند. ولی امیدواریم کار ما آغازی برای این ماجرا باشد.

3-2 کاغذ مناسب

در این پروژه ما برای ساخت موشک های کاغذی از کاغذ A4 استفاده می کنیم. البته چیزی که مهم است این است که کاغذ نازک و مستحکم باشد. هیچ وقت از چیزی شبیه روزنامه استفاده نکنید که از لحاظ خمش سفتی لازم را ندارد و نمی تواند یک تاخوردگی را حفظ کند. از طرفی اگر از کاغذ ضخیم استفاده کنید ممکن است نتوانیم بعضی از تاهای پیچیده را انجام دهیم.

3-3 نمادها

تصاویر نمادهای 1 تا 5 که در زیر توضیح هر تصویر آمده. این نمادها بسیار مهم هستند. از این پس در ساخت موشک های کاغذی ما از این نمادها استفاده می کنیم.

1- در راستای پیکان تا کنید.

2- مدل را برگردانید.

3- محل نقطه چین را قیچی کنید.

4- خط چین نشانه محل تا کردن است. هنگامی که ادامه خط چین نقطه چین است، به این معناست که ادامه تا شدگی پشت قسمتی پنهان شده است.

5- به داخل فشار دهید.

3-4 مهارت تا کردن

در این قسمت 2 تکه کاغذ بردارید و دو عمل تا کردن زیر را انجام دهید. هر چند این کارها بسیار ساده هستند اما تمرین آن ضروری است و بهتر است مرحله به مرحله از طریق کامپیوتر با دقت ببینید.

الف:

1- تا دره – در جهت پیکان، در امتداد خط چین ها تا کنید.

2- تا کوه – حالا قسمت بالایی را به پشت در جهت پیکان در امتداد خط چین و نقطه چین ها تا کنید.

3 - خوب حالا باید شبیه این شده باشد. کاملا یک کاغذ بی مصرف

ب:

حالا یک کاغذ بزرگ‌تر بردارید و از وسط تا کنید.

1- مسیر خط و نقطه چین ها را مشاهده کنید. در امتداد این مسیر کاغذ را به پشت و جلو آن قدر تا کنید، تا کاغذ به خوبی در آن امتداد چروک شود. سپس با شست و انگشتی دیگر قسمت بالایی (A) را بگیرید. سپس به انتهای دیگر (B) را فشار دهید تا به لبه A برسد.

2- درست است .نقطه چین ها تاخوردگی پنهان را نشان می دهند.

3- عالیه، درست فهمیدید. کاغذ را مسطح کنید. اکنون شما تا کردن "معکوس" را کامل کرده اید.

3-5 اصول پرواز

در این قسمت توضیح بسیار ساده ای از اصول پرواز را ارائه می‌دهیم:

فهمیدن اینکه موشک کاغذی شما چه طور پرواز می کند قدمی است در راه اینکه موشک کاغذی شما بهتر پرواز کند.چهار نیروی اصلی وجود دارد که پرواز موشک را کنترل می کند(یا هر نوع هواپیمایی را). این چهار نیرو عبارتند از:

1- نیروی بالابر

2- نیروی پسا

3-نیروی جاذبه

4- نیروی رانش

نیروی بالابر، نیرویی است که هواپیما را در مقابل نیروی جاذبه به سمت بالا هل می دهد.

نیروی پسا، نیروی مقاومت هواست که در مقابل حرکت رو به جلوی هواپیما عمل می کند.

نیروی جاذبه، نیرویی است که هواپیما را به سمت زمین می کشد.

و در نهایت نیروی رانش، نیرویی است که هوپیما را در میان هوا می راند که با نیروی پسا مقابله می کند. نیروی رانش توسط ملخ هواپیما یا موتور جت تولید می شود. در موشک کاغذی این نیرو در اثر حرکت دست شما که موشک را پرتاب می کند تولید می شود.

تصویر اصول پایه پرواز را بر روی کامپیوتر نشان بدهید.

در شکل 1 : مسیر پرواز Glidepath ، نیروی بالابر Liff ، نیروی پسا Drag ، نیروی جاذبه Gravity ، مرکز گرانش Center of gravity در شکل 2 : تغییر مسیر دادن Yaw ، محور عمودی Vertical axis

شکل 3 : چرخیدن Roll ، محور طولی Longitudinal axis

انرژی جنبشی حاصل از نیروی رانش که توسط دست شما تولید شده باعث حرکت موشک کاغذی در مسیر مطلوب شما می شود. که این حرکت با نیروی مقاومت هوا – نیروی پسا – رو به بالا می شود. نیروی بالابر بر روی موشک کاغذی ، ابتدا بیش‌تر از نیروی جاذبه است که باعث بالا رفتن موشک کاغذی می شود. به مرور که انرژی جنبشی کاهش می یابد نیروی جاذبه بر نیروی بالابر غلبه می کند و در نتیجه موشک کاغذی به سمت زمین می آید. نیروی بالابر در اثر افت فشار هوای سطح منحنی شکل بالایی است، هنگامی که هوا بر روی بال جریان می یابد، سرعت آن افزایش می یابد و این افزایش سرعت باعث کاهش فشار می گردد (اثر برنولی).

هوای زیر بال در فشار معمولی باقی می‌ماند. بنابراین بال فقط می تواند به سمت بالا حرکت کند. حفظ تعادل و کنترل هواپیما موضوع مهم دیگری است که باید به آن توجه کرد.

هواپیما دارای سه حرکت پایه است: تغییر مسیر دادن، چرخیدن، تاب خوردن. هواپیما هر یک از این حرکات را حول یک محور فرضی که از مرکز گرانش عبور می کند انجام می دهد.

همان طور که می بینیم تغییر مسیر دادن، حرکت هواپیما حول محور عمودی آن است که باعث می شود دهانه هواپیما حول محور طولی آن باشد که باعث می شود یک بال پایین تر از بال دیگر قرار گیرد

موشک کاغذی دارای کنترل کننده های زیادی است که با کمک آن ها موشک کاغذی می تواند مسیری که دلخواه شماست را بپیماید.

برخی از این کنترل کنننده ها عبارتند از: باله دم، باله بال ، سکان، سکان افقی ، شهپر و ... که در جلسات بعد به برخی از آن ها می پردازیم.

درباره کنترل کننده ها: کنترل کننده ها ابزاری هستند که در سه حرکتی که شرح آن داده شده تغییر ایجاد می کنند و بنابراین با به کار بردن مناسب آن ها و ایجاد شرایط مطلوب در سه حرکت هواپیما باعث کنترل مسیر هواپیما می گردند.

3-6 موشک کاغذی بسیار ساده

در این قسمت یک ورق A4 بردارید و این موشک کاغذی را با دقت و حوصله بسازید. تصویر هر مرحله را نشان دهید.

موشک را مرحله به مرحله بسازید. در هر مرحله از درستی عمل خود اطمینان حاصل کنید. توجه داشته باشید این اولین مدل موشک کاغذی است که می سازید، پس انتظار پرواز با شکوهی نداشته باشید: ساخت این موشک کاغذی بسیار ساده است.

1- کاغذ را در راستای طولی از وسط تا کنید. نقطه چین قطری را مشاهده می کنید؟ گوشه کاغذ A4 را در امتداد این نقطه چین خم کنید و انتهای آن را چروک کنید تا نقطه A به دست آید. این مکان اولین تا کردن شما خواهد بود. پس در راستای خط AB کاغذ را تا کنید.

2- کناره ها را تا کنید تا در خط چروک وسط به هم برسند.

3- دماغه را تا کنید تا گوشه های C و D بر روی لبه های E و F قرار بگیرند.

4- موشک کاغذی را از وسط تا "کوه" کنید.

5- بال ها را از محلی که نشان داده شده تا کنید.

6- موشک کاغذی شما آماده پرتاب است.

3-7 اندازه گیری مساحت بال موشک کاغذی

در این قسمت باید با خط کش میلی متری که در اختیار دارید با دقت مساحت بال موشک کاغذی را بر حسب میلی‌متر به توان 2 محاسبه کنید. دقت نمایید برای محاسبه مساحت شکل های پیچیده می توان سطح آن ها را به شکل های ساده تر مانند مثلث، مستطیل و غیره تقسیم بندی کرد و مساحت شکل را از روی مجموع مساحت شکل های تقسیم بندی کرد و مساحت شکل را از روی مجموع مساحت شکل های ساده تر به دست آورد. در نهایت روش را برای این موشک کاغذی عملاً انجام دهید.

از روی شکل تا کردن ها می دانیم که BC موازی AE می باشد.ابتدا از نقطه D یک خط عمود خارج می کنیم تا خط AB را در F قطع کند. سپس از نقطه A یک عمود بر خط FD وارد می کنیم. و پای عمود را G می نامیم. و به صورت مشابه از نقطه G به خط FD و از نقطه F به خط BC عمود وارد می کنیم و به ترتیب پای عمودها را I و H می نامیم. AGDB که یک مستطیل است. ( زوایای 90 درجه و توازی ضلع ها روبه رو) از طرفی یک مستطیل است

 بنابراین برای اندازه گیری مساحت بال کافی است باخط کش طول های AG ، GD ، FG ، FI ، FH = IC را اندازه بگیریم و سپس داریم:

تکلیف 1: در قسمت 3-6 که موشک کاغذی را ساختید. تصویر هر مرحله را گرفته و برای ما ارسال نمایید.

تکلیف2: در مورد اصول پرواز (تئوری پرواز) تحقیق کرده و مطالب بیش‌تری را در این باره جمع آوری کنید. این تحقیق می تواند از طریق کتابخانه مدرسه، پرس و جو ، اینترنت و ... باشد. نتایج تحقیق خود را برای ما ارسال نمایید.

محل بازدید/ اردو /خرید: _____

منابع مطالعه: برای اطلاع بیشتر در مورد اصول پرواز به منبع زیر مراجعه نمایید.

_ فصل سوم از کتاب پاراگلایدر مبحث اصول پرواز ( كاربرد علم آیرودینامیك در مانورهای پروازی)

بخش هایی از کتاب معرفی شده را می توانید از سایت مرجع هوانوردی و هوافضای پارسی مطالعه نمایید.

مطالب مرتبط:

طراحی و ساخت موشک کاغذی، جلسه دوم

طراحی و ساخت موشک کاغذی، جلسه سوم

طراحی و ساخت موشک کاغذی، جلسه چهارم

طراحی و ساخت موشک کاغذی، جلسه پنجم

طراحی و ساخت موشک کاغذی، جلسه ششم

طراحی و ساخت موشک کاغذی، جلسه هفتم

طراحی و ساخت موشک کاغذی، جلسه هشتم

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تنظیم: نسرین صادقی