اهرم یک میله صلب است که حول یک نقطه معین گردش میکند. این نقطه تکیهگاه نامیده میشود. اهرم وزنهای را که بار نامیده میشود، با استفاده از نیرویی به نام "نیروی محرک" ، به حرکت درمیآورد. سه نوع اهرم اصلی وجود دارد- و بدن مثالهایی از هر سه نوع را دارد - در بدن اهرم، یک استخوان است؛ نیرو توسط یک ماهیچه اعمال میشود و بار بخشی از بدن است که استخوان آنرا حمل مینماید. بخشهای مختلف بدن خود را حرکت دهید و ببینید آیا میتوانید تشخیص دهید چه نوع اهرمی درگیر است.
تکیهگاه بین بازو و نیرو قرار دارد. مفصل گردن که در هنگام حرکت جمجمه به بالا و پایین، توسط ماهیچههای گردن کشیده میشود، مثالی از این نوع اهرم است.
امکان دیگری که برای قرار گیری بار وجود دارد، بین تکیهگاه و نیروست. این وضعیت وقتی شما روی نوک انگشتان خود ایستادهاید، اتفاق میافتد.
در این نوع اهرم، نیرو در وسط یا بین تکیهگاه و بار قرار دارد. این وضعیت در مفصل آرنج در بازو اتفاق میافتد.
*توصیه میشود برای این فعالیت پژوهشی اولیاء محترم نیز کمک کنند*
وقتی شما عمل دم را انجام میدهید، ماهیچهها سبب میشوند قفسهی سینه منبسط شود. انبساط قفسهی سینه ریهها را به همین کار وامیدارد. وقتی این اتفاق میافتد، هوا به درون ریهها کشیده میشود.
ماکتی برای نشان دادن این حالت بسازید.
بطری پلاستیکی بزرگ شفاف، اتصال سهراهی لولههای خانگی، گل مدلسازی، دو عدد نوارکشی، لوله پلاستیکی، سه عدد بادکنک کوچک، قیچی.
1- لوله پلاستیکی را در یکی از ورودیهای اتصال لوله خانگی وارد کنید. اگر لازم بود از گل مدلسازی برای عایق کاری این اتصال استفاده نمایید. بادکنکها را به وسیله نوارهای کشی به دو سر دیگر اتصال وصل نموده و مطمئن شوید که اتصال بین آنها کاملا محکم و عایق است.
2- به دقت 5/2 سانتیمتر از ته بطری را با قیچی ببرید. مطمئن شوید لبه بریده شده توسط قیچی کاملاً صاف و هموار است. بادکنکها و اتصال را در داخل بطری جاسازی نمایید. لوله پلاستیکی را با استفاده از گل مدلسازی، به دهانه بطری چسبانده و عایقبندی کنید تا هوایی از محل اتصال نفوذ ننماید.
3- در قسمت دهانهی بادکنک سوم یک گره ایجاد نموده و سپس آنرا به دقت به دو نیمه (به طور عرضی) ببرید. به آرامی بخش گرهدار بادکنک را روی ته بطری بکشید و تمام لبههای آنرا بکشید تا بادکنک در حد ممکن مانند پوسته طبل کشیده شود. اکنون آنرا با استفاده از گره نگهدارید.
4- بادکنک پایینی در نقش دیافراگم، یعنی ماهیچه اصلی تنفس است. آنرا به سمت پایین بکشید؛ آنگونه که انگار عمل دم را انجام میدهید. این کار سبب کاهش فشار هوا در بطری میشود. هوا از خارج به سرعت وارد شده و باعث انبساط دو بادکنک میشود (درست مانند ریههای واقعی در قفسه سینه شما)
وقتی عمل دم را انجام میدهید، ششها بزرگتر شده و هوا را به داخل میکشند. وقتی بازدم میکنید، ششها به اندازه کوچکتر خود باز میگردند.
دستگاه تنفسی اکسیژن را از طریق ششها وارد خون میسازد. این دستگاه شامل بینی، گلو، نای (لوله هوایی) و ششها است. وقتی شما عمل دم را انجام میدهید، هوای تازه را به داخل میکشید. وقتی بازدم انجام میدهید، هوای باقیمانده را از ششها خارج میسازید. در کیسههای هوایی که آلوئول (alveoli) نام دارند و در اعماق ریه واقع شدهاند، هوا در مجاورت بسیار نزدیک با خون عبوری از مویرگها قرار میگیرد این فرآیند به اکسیژن که برای تنفس سلولی حیاتی است، اجازه میدهد که از ریهها به خون منتقل شود. همچنین به محصول پسمانده (دیاکسیدکربن) اجازه میدهد که از خون به ششها منتقل شده و از آنجا به هوا برود. اگر دیاکسیدکربن در خون باقی میماند برای آن مسمومکننده بود. به نفس کشیدن خودتان گوش دهید و ببینید که چگونه حرکات قفسه سینه هوا را به داخل مکیده و یا به خارج میفرستد.
هوا از طریق نای (لوله هوا) وارد ریهها شده و از آنها خارج میشود. انتهای بالایی نای به حلق (گلو) باز میشود. انتهای پایینی به دو نایژه اصلی (لولههای هوا) تقسیم شده و هر یک به یکی از ریهها وارد میگردند. نایژه در ریه مجددا تقسیم شده و کوچک و کوچکتر میشود. تا جایی که به نازکی یک تار مو گردد. سرانجام، نایژهها (که اکنون نایژکها انتهایی نام دارند) وارد کیسههای حباب مانند میکروسکوپی به نام آلوئول میشوند. تقریبا 300 میلیون آلوئول در هر ریه وجود دارد. هر آلوئول توسط مویرگها احاطه میشود. اکسیژن (موجود در هوای داخل آلوئول) فاصله کمی را تا خون (داخل مویرگها) طی کرده و خون آنرا به تمام بدن حمل مینماید.
*توصیه میشود برای این فعالیت پژوهشی اولیاء محترم نیز کمک کنند*
میلیونها آلوئول در داخل یک ریه، آنرا در معرض هوا قرار میدهند. آنها در واقع فضای داخلی ریه را خیلی بزرگتر از حالتی میکنند که ریه را تنها یک حفره خالی درنظر بگیریم. بنابراین ریهها میتوانند مقدار زیادی اکسیژن جذب نمایند. با استفاده از مقوا آلوئول خود را بسازید.
1- مقوای بزرگ آبی را به صورت استوانه درآورده و دولبه آنرا به هم بچسبانید. این سطح خارجی ریه را تشکیل خواهد داد. اکنون شما آماده ساختن لولههایی هستید که نقش آلوئول را برای داخل "ریه" به عهده خواهند داشت.
2- مقوای زرد رنگ را به قطعات سانتیمتر 10×15 ببرید و آنها را به شکل لوله درآورده و دولبه آن را به هم بچسبانید. لولهها را داخل "ریه" بزرگ آبی قرار دهید تا زمانیکه استوانه بزرگتر کاملا پر شود.
3- اکنون لولهها را باز کنید و آنها را روی سطح صاف قرار دهید. میبینید که شما با اضافه کردن تعداد آلوئول سطح ریه را افزایش دادهاید. اکنون تصور کنید که جذب اکسیژن در ریه واقعی با وجود میلیونها آلوئول که در داخل آن قرار گرفتهاند، چقدر افزایش خواهد یافت.
تعیین سفر به سمت ماه به راحتی مسافرت از یک مکان به مکان دیگر روی سطح یک سیاره نیست. روی زمین، مردم میتوانند با دنبال کردن نشانههای موجود در راه و یا علایم طبیعی مانند تپهها، درهها و رودخانهها مسیریابی نمایند. خلبانهایی که در ارتفاعات بالا پرواز میکنند، با استفاده از مرکز مخابره رادیویی مستقر در زمین و یا پیامهای دریافتشده از ماهوارهها تعیین مسیر نمایند. مشکل مسافرت از زمین به ماه این است که هر دوی آنها در حال حرکت هستند. اگر شما با سفینه خود از روی زمین دقیقا به سمت ماه حرکت نمایید، وقتی به مکان مورد نظر برسید، ماه در آنجا خواهد بود. زیرا ماه به دور مدار خود میچرخد. اگر شما به سمت ماه حرکت کنید و به طور مداوم مسیر خود را تغییر دهید تا تغییر مکان ماه را دنبال نمایید، حتما سوخت بسیار زیادی مصرف خواهید نمود. راهحل این است که باید سفینه را در جهتی حرکت داد که ماه در هنگام رسیدن سفینه، به آن مکان رسیده باشد. اما، همچنین باید مطمئن شوید که در طول راه، به تدریج از مسیر خود منحرف نشوید. سفینه با استفاده از یکی از قدیمیترین روشهای مسیریابی، یعنی استفاده از ستارگان، مسیر خود را مییابد. با استفاده از این آزمایش میتوانید مسیر یک هدف متحرک را دنبال نمایید. شما همچنین میتوانید نمونهای از راکت دو مرحلهای را بسازید.
وسایل لازم
نخ، خطکش، قیچی، چسب کاغذی، واشر فلزی، کتاب، توپ کوچک ساخته شده از کاغذ مچاله
١- با استفاده از خطکش٦٠ سانتیمتر نخ را اندازه بگیرید و آنرا با قیچی ببرید. یک انتهای نخ را به یک انتهای خطکش بچسبانید. یک واشر به انتهای دیگر نخ گره بزنید.
٢- خط کش را روی یک میز یا جعبه قرار دهید به نحوی که نخ از لبه میز آویزان باشد. با قرار دادن یک کتاب سنگین روی خطکش، آنرا در محل خود محکم نمایید. سعی کنید با پرتاب کردن توپهای کاغذی به واشر، آنرا مورد اصابت قرار دهید.
٣- شروع به تاب دادن واشر نمایید و دوباره سعی کنید که توپها را به سمت آن پرتاب نمایید. میبینید که نشانه روی به یک هدف متحرک چقدر مشکلتر است. مانند یک سفینه که به سمت ماه در حال حرکت، نشانه روی میشود.
هدفهای متحرک
شکل زیر دو مسیر پرواز ممکن برای یک سفینه آپولو را نشان میدهد. در نشانهگیری مستقیم به سمت ماه، تغییر مکان ماه در حین گردش به دور زمین درنظر گرفته نشدهاست. مسیر صحیح با جهتگیری به سمت مکانی جلوتر از مکان فعلی ماه، حرکت مداری آنرا جبران میکند.
از آنجایی که جهان ما گرد است، بهترین راه برای نمایش آن استفاده از یک کره است. روی یک کرهی خوب میتوانید موقعیت هر مکان، ابعاد و شکل هر قاره و کوتاهترین مسیر بین فواصل دور از هم را ببینید. این جزئیات مزیتهایی است که کره نسبت به نقشهی صاف دارد. زیرا جزئیات نقشهی صاف با کمی اعوجاج همراه است.
مشکل کره سختی ساخت آن است. شما میتوانید به سادگی و با نقاشی روی یک توپ، یک کره بسازید. اما این روش خیلی کاربردی و یا قابل اعتماد نیست. در بیشتر کرهها جزئیات سطح، از طریق بخشهای سپری شکل چاپ شده که "قطاع" نامیده میشود، تهیه میشود. این صفحات تخت باید بسیار دقیق ساخته شده و به دقت روی کره قرار داده شوند.
ساخت یک کره خوب بسیار سخت است ولی یک روش ساده، پوشاندن توپ فوتبال با کاغذهای قطاع است. در ساخت این کره ممکن است به یک تناسب کامل نرسیم، ولی اصول کار مشابه با کرههای حرفهای است.
کاغذ، توپ، چسب مایع، نوار، تخته چوب، سوزن، سیم، دو عدد واشر، رنگ، لوازم و تجهیزات نشان داده شده
1- برای اینکه بفهمید چه طولی از کاغذ مورد نیاز است، آنرا در درز توپ چسب زده و دور آن بپیچانید تا به نقطه چسب زده شده برسد.
2- عرض کاغذ را با چرخاندن توپ از سوراخ تا یک نقطه در مقابل آن و علامت زدن بیابید.
3- روی یک صفحه بزرگ کاغذ، مستطیلی به ابعاد به دست آمده در مراحل 1 و 2 رسم نموده و آنرا ببرید.
4- کاغذ را سه بار تا کردن از وسط و با استفاده از خطکش به هشت قسمت تقسیم کرده و روی خط تا، یک خط رسم نمایید.
5- شروع به درآوردن شکل "قطاع"نمایید. به این ترتیب که ابتدا عمود منصف خط بین C,B را بیابید .
برای رسم قطاعها نیازمندید که قطعات کاغذ اضافی به صفحه اصلی بچسبانید و خط استوا را از دو انتها گسترده نمایید. سپس با استفاده از یک میله بالسا یک بازوی پرگاری بسازید و شعاع (اندازهگیری شده را در زیر) را با مداد و سوزن روی آن مشخص نمایید. اولین کمان میتواند توسط سوزن از نقطه D زده شود. برای رسم کمانهای بعدی به اندازه عرض قطاع از نقطه D به عقب بروید. سپس بازوی پرگاری را برعکس نموده و همین کارها را در جهت عکس انجام دهید.
6- شعاع مورد نیاز برای رسم قطاعها را پیدا کنید قطعهها را از چپ و راست به هم وصل نمایید تا خط استوا مشخص شود.
7- سوزن بازوی پرگار خود را در هر مرکز دایره محکم نموده و قطاعها را همان گونه که در قسمت بالا توضیح داده شد، رسم نمایید.
8- قطاعها را بریده و روی آنها خطوط شطرنجی رسم نمایید. سپس جزئیات را از روی نقشه زیر، روی آنها رسم کنید.
9- با خم کردن یک سیم به دور نصف توپ و خم کردن دو انتها (مطابق شکل زیر) پایهای برای کره بسازید.
10- سیم را داخل صفحه تخته صاف و چوبی نموده و به بالا و پایین آن واشری چسب بزنید تا به توپ امکان چرخیدن بدهد.
11- یک انتهای نوار قطاع را در نقطه شیاردار به توپ چسب زده و سپس آنرا به دور استوا بچرخانید و دو انتها را به هم برسانید.
نقاط انتهای هر قطاع را تا کنید تا در نقطه قطب به هم برسند و آنها را چسب بزنید. دقت نمایید که نقاط روبروی همدیگر را با هم تا بزنید.
ساخت یک کره گرد با استفاده از قطاعهایی که روی صفحه تخت رسم شده به شما کمک خواهد نمود که فعالیتهای پیچیده و سخت سازندگان نقشه را درک نمایید.
کرهها میتوانند با تعداد مختلفی قطاع ساخته شوند ولی در اینجا برای سادگی ما فقط از هشت تا قطاع استفاده نمودهایم. برای رسم قارهها و اقیانوسها روی قطاعهایتان، به آرامی مطابق شکل بالا روی صفحه شطرنجی خودتان با طول و عرض متناسب، شکلها را با مداد رسم نمایید. کار را به صورت خانه به خانه انجام دهید و خطوط مرزی را دقیقا" در مکانهای نشان داده شده بکشید. سپس تقسیمبندیهای شطرنجی را پاک کرده و قارهها و اقیانوسها را رنگآمیزی نمایید.
ساخت راکت دو مرحلهای
دو لیوان مقوایی یا پلاستیکی، قیچی، بادکنک دراز، پمپ، بادکنک، چسب نواری، بادکنک گرد.
1- با استفاده از قیچی، به دقت ته یک لیوان مقوایی یا پلاستیکی را ببرید. این به عنوان رابط بین دو مرحله راکت بادکنکی عمل میکند.
2- بادکنک دراز را به وسیلهی پمپ، باد کنید. سر آنرا به درون لیوان مقوایی بکشید. این بادکنک، مرحله دوم راکت شماست.
3- دهانه بادکنک دراز را به سمت لبه لیوان تا کرده و آن را به دیواره لیوان چسب بزنید تا همان گونه که در شکل نشان داده شده مانع خروج هوا شود.
4- بادکنک گرد را به دقت وارد انتهای باز لیوان مقوایی یا پلاستیکی نمایید. این بادکنک مرحله اول راکت شما را تشکیل خواهد داد.
5- بادکنک گرد را باد کنید تا دهانه بادکنک دراز را درجای خود در داخل لیوان محکم کند. دهانه بادکنک گرد را نگه داشته تا هوای داخل آن محفوظ بماند.
چسب را از انتهای بادکنک دراز بکنید. راکت همان گونه که نشان داده شدهاست، نگهدارید و دهانه بادکنک را رها کنید. هوا به سرعت از بادکنک خارج میشود و مرحله اول راکت پرتاب میشود. سپس بیرون افتاده و مرحله دوم بادکنک را پرتاب میکند.
راکت ساترن 5 دارای سه مرحله است؛ دو تای اول سفینه را از جو خارج میکند. مرحلهی سوم آنرا به سمت مدار سوق داده و سپس به آن یک نیروی اضافی وارد کرده تا سفینه را در مسیر خود به سمت ماه بفرستد.
زمین مانند یک چرخ بزرگ با یک محور (یا قطب) است. محور زمین از قطب شمال به قطب جنوب کشیده شدهاست. هر 24 ساعت، زمین به دور محور خود میچرخد و ما را به سمت خورشید گردانده و دوباره از آن دور میسازد و بدین ترتیب شب و روز را ایجاد مینماید. شما هیچوقت متوجه این حرکت نیستید. زیرا سرعت کاملا یکنواخت است و نیز به این علت که همه اشیاء اطراف شما نیز به همراه شما حرکت میکند. مانند همه اجسام داخل یک قطار در حال حرکت. زمین همیشه به یک صورت حرکت کرده و به سمت شرق میچرخد. اگر بتوانید از قطب شمال به پایین نگاه کنید، خواهید دید که زمین چرخشی پادساعتگرد دارد. به دلیل چرخش به سمت شرق است که خورشید هر روز از سمت شرق طلوع میکند و در غرب فرو میرود. هر نقطه روی کره زمین 24 ساعت طول میکشد تا بچرخد ولی در عین حال مکانهای مختلف با سرعتهای متفاوتی میچرخند. مکانهای نزدیک به قطبها خیلی به سختی حرکت میکنند، در حالیکه اجسام واقع در استوا باید مسافت m 450 را در یک ثانیه طی نمایند – تقریبا 40000 km در هر روز.
آزمایش
نوسانهای آونگی
یک روش مناسب برای نشان دادن چرخش زمین، استفاده از یک وزنه است که از یک سیم بسیار بلند آویزان بوده و نوسان میکند. به نظر میرسد که جهت نوسان به تدریج تغییر میکند. در واقع نوسان ثابت است ولی زمین زیر آن در حال حرکت است. این وسیله آونگ فوکو نامیده میشود. برای اولین بار فیزیکدانی به نام جین فوکو در سال 1851 این وسیله را ابداع نمود.
بطری نوشیدنی پلاستیکی بزرگ، شن، قلاب، کلاف نخ به شکل گلوله، مقوا، قیف یا صفحه گرد کاغذی که بتوان به شکل قیف درآورد. بتونه پلاستیکی، مداد بسیار کوتاه، مته دستی، قیچی.
1- روی یک قطعه چوب سوراخی در درپوش بطری ایجاد نمایید. سوراخ دقیقا" باید کوچکتر از ریسمان قلاب باشد.
2- با انگشتان خود قلاب را محکم وارد درپوش نمایید. آنرا محکم بکشید تا مطمئن شوید که در جای خود قرارگرفته است.
3- با یک قیف مناسب یا قیفی که با استفاده از صفحه گرد کاغذی ساخته شده، شن خشک داخل بطری بریزید تا 3/2 آن پر شود.
4- از یک بزرگتر بخواهید که ریسمان را روی یک ارتفاع بلند (شاید یک پله) محکم کند و انتهای آنرا به قلاب گره بزند.
5- به وسیله بتونه پلاستیکی، یک مداد کوتاه را به کف بطری بچسبانید. گره روی قلاب را طوری تنظیم کنید که مداد درست بالای سطح زمین و روی یک صفحه مقوا آویزان شود. سعی کنید تا جایی که ممکن است نوسان ملایم و آرامی به ریسمان بدهید. وقتی نوسانات ثابت شدند، روی زمین دراز بکشید تا مسیر دقیق هر نوسان را به دست بیاورید. آنرا روی مقوا علامتگذاری نمایید. خط نوسان را 15 الی 20 دقیقه دیگر چک کنید. آیا تفاوتی مشاهده مینمایید.
برای اینکه راحتتر به مکانها اشاره نماییم، روی کرهها خطوطی رسم میشود. خطوط "عرض جغرافیایی" به صورت موازی از شرق به غرب رسم شده و نیز خطوط "طول جغرافیایی" از دو قطب منشعب میشوند.
این چرخش زمین است که شب و روز را میسازد. این مطلب را میتوانید به وسیله یک چراغقوه روشن بر روی یک توپ و در یک اتاق تاریک نشان دهید. چراغ قوه نماینده خورشید و توپ زمین است. توجه کنید در هر زمان فقط نصف توپ روشن میشود و نیمه دیگر در سایه قرار دارد. اگر شما "قطبهای" توپ را با نوک انگشتانتان ثابت نگهدارید و آنرا به صورت یکنواخت و پادساعتگرد بچرخانید، همزمان با اینکه برخی مکانها وارد بخش روشن میشوند (طلوع آفتاب) نقاطی در آنسوی توپ وارد سایه میگردند (غروب آفتاب).
الگوی بادها
توصیه میشود برای این فعالیت پژوهشی اولیاء محترم نیز کمک نمایند.
الگوی بادهای جهانی را میتوان با سرما در قطب، گرما در استوا و چرخش زمین به نمایش گذاشت.
بشقاب یا بشر، کش، دو عدد چرخ، دسته، میخ چوبی، تکه چوب به عنوان پایه، واشر، یخ، پودر آلومینیوم ،شمع ، چسب، ابزار کار
1- دو بلوک چوبی را ببرید، یک سوراخ در مرکز هر یک ایجاد نموده و آن ها را به یک صفحه تخته پایه در مکانهای نشان داده شده بچسبانید.
2- با استفاده از میخ چوبی و چوب درخت بالسا، یک دستگیره محوری بسازید. آن را به چرخ چسب زده و توسط یک واشر به بلوک چفت نمایید.
3- یک بلوک مشابه به سطح زیرین بشقاب و در مرکز آن چسبانده و یک چرخ به بلوک بچسبانید.
4- با استفاده از میله چوبی یک محور برای چرخ زیر بشقاب ساخته و آن را در بلوک پایه وارده کرده و چرخ و واشر را در این محور قرار دهید.
5- کش را به دور هر دو چرخ حلقه زده و آن را کمی بکشید. سپس به دقت دو انتهای آنرا به هم وصل نمایید.
6- یک تنگ یخ در مرکز بشقاب قرار دهید و شمعها را زیر لبه بشقاب روشن کنید. بشقاب را پر از آب کرده و یک قاشق غذاخوری پودر آلومینیوم روی آن بریزید. اکنون دستگیره را بچرخانید تا بشقاب به آرامی بچرخد.
برای دیدن نمای بزرگتری از شکل بالا روی آن کلیک کنید.
الگوی بادها
توصیه میشود برای این فعالیت پژوهشی اولیاء محترم نیز کمک نمایند.
الگوی بادهای جهانی را میتوان با سرما در قطب، گرما در استوا و چرخش زمین به نمایش گذاشت.
بشقاب یا بشر، کش، دو عدد چرخ، دسته، میخ چوبی، تکه چوب به عنوان پایه، واشر، یخ، پودر آلومینیوم ،شمع ، چسب، ابزار کار
1- دو بلوک چوبی را ببرید، یک سوراخ در مرکز هر یک ایجاد نموده و آن ها را به یک صفحه تخته پایه در مکانهای نشان داده شده بچسبانید.
2- با استفاده از میخ چوبی و چوب درخت بالسا، یک دستگیره محوری بسازید. آن را به چرخ چسب زده و توسط یک واشر به بلوک چفت نمایید.
3- یک بلوک مشابه به سطح زیرین بشقاب و در مرکز آن چسبانده و یک چرخ به بلوک بچسبانید.
4- با استفاده از میله چوبی یک محور برای چرخ زیر بشقاب ساخته و آن را در بلوک پایه وارده کرده و چرخ و واشر را در این محور قرار دهید.
5- کش را به دور هر دو چرخ حلقه زده و آن را کمی بکشید. سپس به دقت دو انتهای آنرا به هم وصل نمایید.
6- یک تنگ یخ در مرکز بشقاب قرار دهید و شمعها را زیر لبه بشقاب روشن کنید. بشقاب را پر از آب کرده و یک قاشق غذاخوری پودر آلومینیوم روی آن بریزید. اکنون دستگیره را بچرخانید تا بشقاب به آرامی بچرخد.
برای دیدن نمای بزرگتری از شکل بالا روی آن کلیک کنید.