نجات تخم مرغ - جلسه سوم

عنوان:
ساخت مخروط نجات تخم مرغ

اهداف جلسه:
· چالش جاذبه و غلبه بر گرانش
· آشنایی با طراحی مخروط

وسایل مورد نیاز:
·  دسترسی به اینترنت
· نی
· سیخ چوبی
· چسب
· لیوان یکبار مصرف
· پنبه
· ابر اسفنجی

مقدمه:
در این جلسه با ساختن نوع دیگری از ملخ سعی در غلبه بر گرانش خواهیم داشت. برای ساخت این ملخ بهتر است با مخروط بیشتر آشنا شوید
سقوط آزاد به حرکت اجسامی گفته می شود که فقط در اثر نیروی گرانش حرکت می کنند. به منظور بررسی حرکت سقوط آزاد باید سعی کنیم غیر از نیروی گرانش زمین تمام نیروهای موثر بر جسم در حال سقوط را حذف کنیم. در ضمن آزمایشهای متفاوت به راحتی می توان اثر متفاوت هوا را در سقوط اجسام را مشاهده کرد. تکه کاغذی را هم زمان با یک گلوله رها کنید، می بینید که گلوله زودتر از کاغذ به زمین می رسد. علت دیرتر رسیدن کاغذ به سطح زمین اثر مقاومت هوا بر روی کاغذ است. اگر کاغذ را مچاله کنیم در مدت کمتری به زمین خواهد رسید.در اینجا اثر مقاومت هوا بر کاغذ کمتر شده است.
اگر در چنین آزمایش هایی به این نتیجه غلط برسیم که اجسام با جرم بیشتر سریع تر به زمین می رسند خطای بزرگی را در قانون طبیعت مرتکب شده ایم، و فکر ارسطویی در سر داریم. تا قبل از گالیله فکر ارسطو حاکم بود.ارسطو ادعا می کردکه اجسام سنگین به تناسب سنگینی که دارند سریع تر سقوط می کنند، گالیله اولین دانشمندی بود که ادعا می کرد که اجسام بدون توجه به جرم شان با هم سقوط می کنند.
گالیله برای اثبات نظرش آزمایش هایی را انجام داد، او اشیاء متفاوتی را از برج کج و معروف پیزا رها کرد و مدت سقوط آن ها را اندازه گرفت.
گالیله نشان داد که سقوط آزاد، حرکتی با شتاب ثابت است، وی گفت برای اثبات این ادعا کافی است نشان دهیم که فاصله های طی شده با مجذور مدت سقوط متناسب است. گالیله دستگاهی که بتواند مدت زمان های کوچک و بسیار کوچک را با دقت کافی اندازه بگیرد در اختیار نداشت، لذا به انجام آزمایش های بر روی سطح شیب دار متوسل شد، امروز ضمن استفاده از زمان سنج های دقیق گلوله ای را از ارتفاع های معین رها می کنند، با رها شدن گلوله زمان سنج، گذشت زمان را اندازه می گیرد و به محض رسیدن گلوله به سطح مورد نظر زمان سنج متوقف می شود. به این ترتیب مدت سقوط برای ارتفاع معلوم به دست می آید. نتایج حاصل از این آزمایش ها به شرح زیر است:
الف- سقوط آزاد یک حرکت با شتاب ثابت است.
ب- سقوط آزاد تمام اجسام با شتاب ثابتی انجام می شود.
پ- شتاب سقوط آزاد در نقاط مختلف کره زمین کمی متفاوت است. و این اختلاف از 6/0درصد تجاوز  نمی کند. در آزمایش هایی که اندازه گیری های بسیار دقیق مورد نظر نیست، از این مقدار اختلاف صرف نظر  می شود. در این صورت مقدار g را می توان  81 / 9 در نظر گرفت.
شتاب سقوط آزاد در نقاط مختلف از 787 / 9  تا 808 / 9 در تغییر است.
متداول ترین حرکت با شتاب ثابت حرکت جسمی است که آزادانه سقوط می کند.
اگر مکان یک گلوله در حال سقوط را در لحظه های متفاوت پس از طی مدت های یک سال ثبت کنیم، متوجه می شویم که، گلوله در مدت های یکسان فاصله های متفاوتی را طی کرده است، یعنی اینکه سرعت گلوله در مدت سقوط مرتباً افزایش می یابد. بدیهی است که در لحظه سقوط سرعت گلوله صفر است.
سرعت گلوله را می وان به صورت تابعی از زمان اندازه گیری کرد. با اندازه گیری سرعت گلوله در زمان های متفاوت مشخص می شود که سرعت گلوله در هر ثانیه به اندازه 8 / 9 متر بر ثانیه افزایش پیدا می کند. به عبارت دیگر به این نتیجه می رسیم که در سقوط آزاد شتاب ثابت حرکت  8 / 9 متر بر مجذور ثانیه است.
شتابی که از آن سخن می گوییم شتاب سقوط اجسامی است که جز نیروی گرانش نیروی دیگری بر آن ها وارد نمی شود.
شتاب سقوط آزاد به محل آزمایش، در حقیقت به عرض جغرافیایی محل وابسته است. همچنین در یک عرض جغرافیایی ثابت ،g بر حسب ارتفاع از سطح زمین تغییر می کند.

مخروط
 یکی از گونه‌های هرمی است که قاعده آن دایره است.
یک مخروط یک شکل هندسی سه‌ بُعدی است که از پایه تختش (سطح مقطع مخروط) به آرامی یا به سرعت (به سطح قاعده و ارتفاع بستگی دارد) تا راس باریک می‌شود. به طور جزئی‌تر شکلی جامد است که به یک صفحه پایه (سطح مقطع مخروط)، محدود می‌شود و سطح جانبی آن نیز مکان هندسی خطوط راستی است که نوک مخروط را به نقاط پیرامون پایه (سطح مقطع) پیوند می‌زنند. واژه مخروط گاهی به رویه این جسم توپر گفته می‌شود و گاه تنها به رویه پهلویی آن.
مخروط‌ها می‌توانند به صورت قائم یا اریب باشند. لازم است ذکر شود که حجم یک مخروط اریب با مساحت سطح مقطع معین و ارتفاع مشخص، با حجم یک مخروط قائم با همان مساحت و ارتفاع معین، برابر است.

روش کار
1-برای ساخت مخروط ابتدا یک لیوان یکبار مصرف بردارید.
2- دور تا دور لیوان را 4 الی 6 عدد نی بچسبانید به طوری که نی از بالا و پایین لیوان بیرون بزند.
3- سرهای پایینی نی را در زیر لیوان با چسب بچسبانید.
4- به هر یک از سرهای بالایی مخروط هم چند عدد نی به صورت افقی بچسبانید. به صورتی که بتوانید با نی های افقی لیوان را حمل کنید.
5- اکنون داخل لیوان یکبار مصرف را با پنبه پر کنید. محفظه تخم مرغ لیوان یکبار مصرف است.
6- برای انداختن لیوان آنرا توسط نی ها بگیرید و از نوک مخروط به سمت پایین رها کنید.
7- برای کمک به نجات تخم مرغ می توانید از ابر اسفنجی یا پنبه استفاده کنید و روی انتهای نی ها را بپوشانید.
8- سعی کنید از چسب کمتری استفاده کنید زیرا هر چه سازه شما سنگین تر باشد احتمال آسیب به نی ها و شکستن تخم مرغ نیز بیشتر است.
9-یکبار دیگر سازه را بسازید. این بار به جای نی از سیخ های چوبی استفاده کنید. می توانید برای مستحکم کردن سازه در هر نی یک سیخ چوبی بزارید و از ترکیب نی و سیخ چوبی استفاده کنید.
10- به جای هر نی از دو سیخ چوبی استفاده کنید و اینبار وزن سازه را یادداشت کنید و بعد از پرتاب نتیجه را مشاهده کنید.


بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
- تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
- تنظیم: زینب شاه مرادی