موشک بطری ای
چكیده
با ساختن موشک از بطری های دور ریختنی به بچه ها هم لذت بدهید و هم قوانین حرکت نیوتن را یاد بدهید!
اهداف
دانش آموزان سعی می کنند:
- قانون های نیوتن را طی ساخت و پرتاب موشک بطری به کار ببرند.
- سرعت و ارتفاع پرتاب موشک را با استفاده از فرمول، محاسبه کنند.
- بهترین طراحی را برای موشک بطری ارائه دهند.
وسایل لازم
- بطری دو لیتری پلاستیکی
- مقوای پلاستیکی شیار دار
- 160 گرم چیز سخت مثل گردو و فندق
- 6 سنجاق سر
- کرونومتر
- جدول یا نمودار خلاصه ارتفاع و سرعت
- تلمبه یا کمپرسور هوا
- چسب نواری های مختلف مثل نوار بسته بندی یا نوار داکت
- قیچی
- سیستم پرتاب
روش تدریس
دانش آموزان به این موارد توجه کرده و یادداشت بر می دارند:
- تاریخچه
الف- موشک از سال 1200 میلادی در خاورمیانه استفاده می شده، به آن تیرهای آتشین چینی می گفتند که از لوله هایی درست شده بود که با باروت پر می شد و زمانی که آتش می گرفت منفجر می شد و گاز گرمی تولید می کرد که موشک را به پرواز درمی آورد.
ب- سال 1687 سر اسحاق نیوتن، کتاب اصولی چاپ کرد که به نام قوانین حرکت نیوتن معروف شد.
ج- از سال های 1700 به بعد، آزمایش کننده های موشک در واقع اصول علمی حرکت موشک ها را درک کردند.
د- موشک ها در جنگ 1812 استفاده شدند.
- قوانین نیوتن
الف- قانون اول
اجسام ساکن در سکون باقی می مانند یا اجسام متحرک در حرکت باقی می مانند مگر این که نیروی نامتوازنی به آنها وارد آید.
ب- قانون دوم
شتاب یک جسم مستقیما به نیروی وارد بر آن جسم ارتباط دارد و ارتباط معکوسی با جرم آن جسم دارد.
ج- قانون سوم
برای هر عملی، همیشه عکس العملی مساوی و مقابلی وجود دارد.
- پرتاب موشک
الف- برای بلند شدن موشک، نیرو باید وارد شود ( قانون اول )
ب- سرعت را با دو چیز اندازه می گیرند ( قانون دوم )
1. جرم ( وزن ) موشک
2. نیروی تولید شده توسط سوخت ( هوا و آب )
ج- عکس العمل یا حرکت موشک پس از پرتاب برابر و معکوس نیرویی است که موتور تحمل می کند. ( قانون سوم )
- سوالاتی که مردم از دانشمندان ناسا درباره مو شک ها می پرسند:
الف- موشک ها واقعا پرواز می کنند؟
ب- اگر موتور موشک اکسیژن می سوزاند، چطور در فضا کار می کند؟
ج- چرا موتور موشک نازل دارد؟
د- چرا موشک ها اینقدر بلندند؟
ه- اگر موشک ها پرواز نمی کنند، چرا پره دارند؟
و- چرا موشک ها مسیر طولانی دارند؟
ز- اگر موشک ها در فضا بدون دخالت هوا و جاذبه پرواز می کنند، چطور تعادل دارند؟
- پاسخ ها:
الف- موشک ها بدون نیاز به اتمسفر ( هوا ) حرکت می کنند.
ب- موشک ها با خودشان اکسیژن حمل می کنند. ( سوخت جامد )
ج- دلیلش افزایش و جهت دادن شتاب گاز در هنگام ترک زمین است.
د- برای کنترل موشک و به این علت که یک سیستم کنترل به آن بدهد.
ه- موشک ها توسط تاثیرات حرکت هوا در بالای پره ها که کاربرد کنترلی دارند، تثبیت می شوند.
و- اصطکاک با اتمسفر، حرکت موشک در حال حرکت به سمت پایین را کند می کند که مانع، نامیده می شود.
ز- برای این که یک موشک ثابت ( متعادل ) بماند، مرکز فشار و مرکز جاذبه نباید نزدیکتر از نیم برابر فاصله بزرگترین قطر بدنه باشد.
- دانش آموزان شروع می کنند به ساختن موشک
از دستورالعمل های موجود برای ساخت پره ها و اتصال به بطری ها استفاده کنید. از اطلاعات ثبت شده استفاده کنید تا تصمیم بگیرید کدام نسبت وزن، هوا، آب، بهتر عمل می کند.
پرتاب ( حدود 20 پرتاب در یک ساعت )
به دانش آموزان اجازه دهید حداقل دو پرتاب با تغییر یک متغیر در هر بار انجام دهند. زمان ها را ثبت کنید و به دانش آموزان بگویید ارتفاع و سرعت را محاسبه کنند و هم چنین نموداری از پرتاب هایشان تکمیل کنند.
در آخر بخش یک امتحان پایانی بگیرید. رتبه های بیشتر را می توان به چند چیز مثل محاسبه، نمودار، پیروی از دستورات برای ساخت و غیره اختصاص داد.
رقابت نهایی را می توان برای یک پرتاب به طراحی خودشان انجام داد. دانش آموزان با طراحی بال، متغیرهای طول، رنگ و درخشش و غیره آشنا شده اند.
ارزشیابی
دانش آموزان امتحان کوتاهی می دهند و سپس پرتاب موشک را به عنوان نمایش و جمع آوری اطلاعات انجام می دهند.
سوالات امتحان کوتاه:
- موشک، نازلی در انتها دارد که گازها از آن بیرون می آیند و موشک را در جهت مخالف با نیروی برابر به جلو فشار می دهند. این نمونه ای از قانون ....... نیوتن است.
- موشکی بدون حرکت روی سکوی پرتاب قرار دارد و تا زمانی که موتور آن آتش نگیرد، بدون حرکت باقی می ماند. زمانی که حرکت کرد، به حرکت خود ادامه می دهد تا نیروی دیگری آن را متوقف کند. این نمونه ای از قانون ...... نیوتن است.
- شتاب یا سرعت موشک به این بستگی دارد که موشک چقدر سنگین است و چه میزان نیرو برای بلند کردن آن استفاده می شود. این نمونه ای از قانون ....... نیوتن است.
- سوال درست یا غلط
یک آجر ینیم کیلویی در حدود 9/8 متر در ثانیه سقوط می کند و یک آجر 5 کیلویی احتمالا ده بار سریعتر سقوط خواهد کرد ( 98 متر در ثانیه ) چون ده برابر سنگین تر است.
- سوال درست یا غلط
موشک اولین بار توسط چینی ها در جنگ 1812 به کار گرفته شد.
حالا نوبت دست به کار شدن است: با استفاده از برنامه های صفحه گسترده مثل excel ، یک جدول ثبت اطلاعات پرتاب با این عنوان ها درست کنید.
شماره پرتاب | حجم آب (میلی لیتر) | هوا (psi) | وزن دماغه (گرم) | وزن کل (گرم) | زمان (ثانیه) | ارتفاع | سرعت |
1a | |||||||
1b | |||||||
1c | |||||||
2a | |||||||
2b | |||||||
2c | |||||||
3a | |||||||
3b | |||||||
3c | |||||||
4a | |||||||
4b |
یازده بطری 2 لیتری را به شیوه زیر شماره بزنید:
4b و 4a و 3c و 3b و 3a و 2c و 2bو 2aو 1c و 1bو 1a و آن ها را وارد برگه اطلاعات پرتاب کنید.
بطری های شماره شده 1c و 1bو 1a ، با 0 میلی لیتر آب،بدون وزنه دماغه و فشار هوای 40 و 60 و 80 psi پرتاب می شوند.
بطری های شماره 2c و 2b و 2a با 500 میلی لیتر آب، بدون وزنه دماغه و فشار هوای 40 و 60 و 80 psi پرتاب می شوند.
بطری های شماره 3c و 3b و 3a با 750 میلی لیتر آب،بدون وزنه دماغه و فشار هوای 40 و 60 و 80 psi پرتاب می شوند.
بطری های شماره 4b و 4a با 500 میلی لیتر آب، فشار هوای psi 60 و وزنه دماغه 160 گرم و 800 گرم پرتاب می شوند.
بطری ها را پرتاب کنید و زمان آن را از لحظه پرتاب تا زمان برخورد با زمین ثبت کنید. به بچه های کلاس بگویید ارتفاع و سرعت دو یا سه پرتاب اول را با استفاده از فرمول های مناسب محاسبه کنند.
بقیه پرتاب ها را به گروههای دو نفری دانش آموزان بسپارید. روی یک اورهد یک نمودار دو خطی برای مقایسه ارتفاع با مقدار هوا و آب بکشید.
16 × مربع H= t/2
16 × مربع (V= H (t/2
( V=H (t/2
مترجم: فاطمه وفایی