موج نما
موج نما
نام پروژه: موج نما
نوع پروژه: فنی- فیزیک
سطح پروژه: متوسط
هدف پروژه:
هدف این پروژه ساخت دستگاهی است که قادر به نمایش دادن موج های ایجاد شده بر روی سطح آب می باشد. پس از ساخت این دستگاه، با قرار دادن دو عدد وسیله موج ساز (با زدن ضربه بر روی آب) قادر خواهید بود نحوه پخش موج ها و تداخل آن ها را بررسی نمایید.
خلاصه پروژه:
شاید تا به حال دیده باشید با تلنگر زدن به یک لیوان پر از آب موج هایی در آن تشکیل می شود که به مرکز لیوان حرکت کرده و دوباره به سمت دیواره ها بر می گرد ند و یا شاید هنگام باریدن باران بر روی یک حوض یا استخر دیده باشید که با افتادن قطرات باران بر روی سطح آب موج هایی تولید می شود که با یکدیگر تداخل می کنند. در این پروژه می خواهیم با استفاده از یک ایده ساده موج ها را روی یک صفحه نمایش دهیم و در مورد آن ها بررسی هایی انجام دهیم. برای اینکار از یک آکواریوم کم ارتفاع ولی با سطح زیاد استفاده می کنیم. با ریختن مایعی درون آکواریوم و تاباندن نور از زیر آکواریوم می توان موج هایی را که در سطح مایع ایجاد می شوند بر روی یک صفحه نمایش داد. برای ایجاد منبع تولید موج هم باید وسیله ای به عنوان ضربه زن بر روی سطح مایع قرار دهیم که سرعت ضربه زدن آن قابل تنظیم باشد، به این ترتیب با ایجاد موج روی سطح مایع و تابیدن نور از زیر آکواریوم می توانیم موج های یک شکل و یکسانی روی صفحه نمایش ببینیم با قرار دادن یک منبع تولید موج دیگر می توانیم به بررسی تداخل بر روی سطح مایع نیز بپردازیم.
وسائل مورد نیاز:
شیشه- نبشی- سرنگ- تفلون- آینه-لامپ
1- مقدمه:
طرح کلی موج نمای آبی همانگونه که قبلاً توضیح داده شده به این صورت است که از یک منبع نور به یک آکواریوم حاوی آب نور به صورت غیر مستقیم تابیده می شود. روی آکواریوم هم سیستم ضربه زن وجود دارد که به طریقی به آب داخل آکواریوم در یک نقطه ضربه می زند. این ضربه باعث ایجاد موج بر روی سطح آب داخل آکواریوم می شود و نوری که از زیر آکواریوم به آن تابانده می شود سایه امواج را بر روی پرده ای که در بالای آن قرار دارد می اندازد.
2- ساخت آکواریوم:
آکواریوم شیشه ای شامل 5 قطعه شیشه است که یک مکعب مستطیل رو باز را تشکیل می دهد. (مطابق شکل زیر). ابعاد پیشنهادی این صفحات عبارتند از:
صفحه زیر با ابعاد 120× 70 cmو دیواره ها با ارتفاع 15 سانتی متر (توجه کنید که قطر شیشه حداقل باید 4 میلیمتر باشد که این ضخامت را باید در ابعاد شیشه های دیواره ها در نظر گرفت.
این ابعاد پیشنهادی می توانند تغییر کنند با این شرط که اندازه آکواریوم به قدری کوچک نباشد که امواج ایجاد شده در آن نتوانند مسافتی را طی کنند و بلا فاصله به کناره های ظرف بر خورد کنند.
طریقه ساخت آن به این ترتیب است که ابتدا صفحه زیر ین آکواریوم را روی سطح کاملاً صاف در کنار یک دیوار قرار می دهیم. بعد یکی از صفحات کناری (ترجیحاً صفحه بزرگتر) را روی صفحه زیر ین قرار می دهیم بطور یکه با دیوار کاملاً مماس شود. (علت مماس قرار داردن آن با دیوار برای این است که هم موقع چسباندن کاملاً عمودی قرار گرفته باشد و هم این که در هنگام خشک شدن چسب شما مجبور نباشید که آن را با دست نگه دارید.)
بعد چسب مخصوص آکواریوم (می توانید از ابزار فروشی ها هم تهیه کنید) را بین درز موجود در داخل آکواریوم بریز ید. سعی نکند در ریختن چسب صرفه جویی کنید چون با آب دادن آکواریوم هم کار تان بیشتر می شود و هم اسراف بیشتری می کنید. هر چند سعی کنید که از چسب بهینه استفاده کنید که کار تان زیبا هم بشود. بعد از ریختن چسب در بین درز داخلی دو شیشه با یک تکه پلاستیک کوچک یا مقوا یا هر چیز نسبتاً محکم دیگر روی این چسب ها را به آرامی بکشید تا چسب کاملاً بین دو شیشه را پر کند و راه نفوذی برای آب باقی نگذارد. دقت کنید که این چسب بوی تندی دارد و در هنگام کار سعی کنید صورت خود را از محل ریخته شده چسب دور نگه دارید.
مقداری صبر کنید تا چسب خود را بگیرد و سپس دیواره های دیگر را به روش مشابه بچسبانید سپس آکواریوم ساخته شده را برای 24 ساعت بدون حرکت در گوشه ای قرار دهید تا چسب های آن کاملاً خشک شود.
مجدداً یاد آوری می کنیم که اندازه های دو تا از شیشه های کناری (دیواره ها) باید به مقدار دو برابر ضخامت شیشه ها کمتر باشد تا آکواریوم شما شکل زیبا تری داشته باشد و صفحات کناری از کار بیرون نزند (چرا؟!)
حال نوبت به آزمایش آکواریوم ساخته شده می رسد. باید مقداری آب داخل آکواریوم بریز ید و برای مدتی آن را در گوشه ای قرار دهید اگر آبی از آکواریوم خالی نشد که کار تمام است در غیر اینصورت لازم است محلی که آب از آن خارج می شود را شناسایی کنید و بعد از خالی کردن آب آکواریوم و خشک کردن آن مجدداً با چسب آکواریوم روی محل مورد نظر را با چسب کاملاً بپوشانید.
3- ساخت پایه و منبع نور:
با توجه به اندازه های دقیق آکواریوم لازم است یک پایه مانند شکل زیر برای آن تهیه شود تا بتوانیم آکواریوم را روی آن قرار دهیم. با توجه به اندازه های سطح زیر ین آکواریوم چهار قطعه نبشی شماره 30 (نبشی پرو فیلی فلزی است با سطح مقطع L مانند) به اندازه طول سطح زیر ین آکواریوم + یک سانتی متر (مثلاً برای آکواریوم پیشنهادی طول نبشی ها به اندازه 121 سانتی متر می شود) و همچنین هشت نبشی شماره 30 به اندازه عرض سطح زیر ین آکواریوم + یک سانتی متر (مثلاً برای آکواریوم پیشنهادی به اندازه 71 سانتی متر) تهیه کنید و آن ها را مانند شکل به هم جوش بدهید.
نبشی ها را می توانید از آهنگری ها یا در و پنجره سازی تهیه کنید و برای جوشکاری هم باز پیشنهاد می دهم که خود آنها کمک بگیرید و اصطلاحاً کار را به آن ها سفارش دهید. (چون بعید می دانم حتی در صورت داشتن امکانات بتوانید کار تمیزی از آب در آورید. در هر صورت انتخاب با شماست!)
یک آینه با ضخامت سه یا چهار میلیمتر به اندازه طول سطح زیر ین آکواریوم (برای آکواریوم پیشنهادی 120 سانتی متر و به عرض قطر سطح کناری پایه آکواریوم (شکل نشان داده شده) (برای آکواریوم پیشنهادی 98 سانتی متر) تهیه کنید و آنرا با زاویه 45 درجه مانند شکل زیر در داخل پایه قرار دهید.
برای منبع نور هم می توانید از یک لامپ رویتر (لامپ هایی که در آزمایشگاه فیزیک استفاده می شوند) استفاده کنید در غیر اینصورت می توانید یک لامپ هالوژن چراغ جلوی ماشین را داخل یک لوله قرار دهید تا تقریباً همان کار را برای شما انجام دهد!! البته به یک عدسی هم احتیاج دارید که سر لوله باشد و لامپ نیز به یک دسته ای وصل شود تا بتوانید آنرا داخل لوله جلو و عقب ببرید.
4- سیستم تولید امواج (ضربه زن)
برای تولید ضربه زن لازم است تا یک میله باریک با بالا و پایین رفتن خود روی سطح آب ضربه بزند تا با ضربه زدن آن بر روی آب یک موج تولید شود.
برای این کار باید یک موتور به یک با دامک وصل شود تا با چرخش با دامک به نوک میله ضربه بزند و میله را بالا و پایین ببرد. سطح مقطع یک با دامک مانند شکل زیر است.
برای ساخت ضربه زن ابتدا یک لوله باریک با قطر تقریبی یک سانتیمتر بر می داریم و انتهای آن را یک صفحه دایره ای با یک سوراخ به قطر میله در وسط آن می چسبانیم.
برای بهتر کار کردن دستگاه لازم است تا یک لوله دیگر با قطری کمی بزرگتر از قطر میله نیز به این صفحه چسبانده شود. (می توانید به جای ساخت این قسمت از یک سرنگ بزرگ استفاده کنید.)
5- مونتاژ اجزاء
آکواریوم را روی پایه شامل آینه قرار می دهیم و ضربه زن ها را روی دو عدد ریل متصل به آکواریوم قرار می دهیم و منبع نور را جلوی آینه تنظیم می کنیم. دستگاه آماده کار کردن می باشد در یک محیط نسبتاً تاریک موتور ها را روشن کنید. با تابیدن نور در آینه می توانید تصویر امواج را بالای سر خود روی یک پرده ببینید.
حال می توانید بوسیله دستگاه، تداخل امواج را بررسی نمایید.
تکلیف: از دستگاه ساخته شده عکس بگیرید و برای ما ارسال نمایید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: یک دریاچه آرام
منابع مطالعه: کتاب شیمی ترکیبات، رنگ ها و پوشش های اپوکسی- حمید رقمی- نشر قلم سبز