ما در وب‌سایت عجیب تو جیب، سعی کرده‌ایم که کاربردی‌ترین قوانین فیزیک را به شکل آزمایش‌های جالب، به شما نشان دهیم. در بین این قوانین، گهواره نیوتن را قرار نداده بودیم. چه چیزی بهتر از ساختن گهواره معروفی که یکی از قوانین مهم در علم فیزیک را به شکلی بسیار زیبا آموزش می‌دهد؟ شیوه کارکرد این دستگاه، سرشار از نکته و مطالب گسترده می‌باشد. پس از خواندن این مقاله، یاد خواهید گرفت که چگونه یک گهواره نیوتن بسازید و دلایل رخ دادن این پدیده را نیز توضیح بدهید. همراه ما باشید.
گهواره نیوتن چگونه کار می‌کند؟
طبق روال همیشه، اول از هر چیزی باید یک سری توضیحات تئوری در مورد آزمایش مورد نظر را بخوانید تا با فهم بیشتری کار را آغاز کنید. خب سوال این است که گهواره نیوتن دقیقا چیست؟ این دستگاه، وسیله‌ای است که با حرکت گوی‌های کروی، حرکت و حفظ انرژی را نشان می‌دهد. هنگامی که یک کره در انتها بلند، و سپس رها می‌شود، به کره‌های ثابت برخورد می‌کند و نیرویی را از طریق کره‌های ساکن منتقل می‌کند که آخرین کره را به سمت بالا هل می‌دهد. آخرین کره به عقب برمی‌گردد و به کره‌های تقریبا ثابت برخورد می‌کند. این اثر شگفت انگیز، به صورت مداوم تکرار می‌شود.
یکی از مسائلی که همیشه مردم را به اشتباه انداخته است، سازنده این وسیله می‌باشد. بر خلاف چیزی که بیشتر مردم فکر می‌کنند، سازنده گهواره نیوتن، خود آقای نیوتن نبوه است. تنها نام این دستگاه از دانشمند انگلیسی قرن هفدهم یعنی آقای اسحاق نیوتن گرفته شده و در اصل توسط دانشمند فرانسوی؛ ادمه ماریوت طراحی شده است. البته نام‌های دیگری نیز روی این دستگاه گذاشته شده است. مثل پاندول نیوتن، توپ‌های نیوتن، راکر نیوتن و نام‌های دیگر که چندان مطرح نیستند. اگر بخواهیم که توضیحات دقیق علمی و فیزیکی این دستگاه را به شما بگوییم، دیگر جایی برای انجام آزمایش اصلی نمی‌ماند (البته یک سری نکات را ارائه داده‌ایم). پس مقاله را بیشتر به ساختن دستگاه اختصاص می‌دهیم.
چگونه گهواره نیوتن بسازیم؟
حالا باید آزمایش کنیم و همه چیز را در عمل ببینیم.
وسایل مورد نیاز: تعداد زیادی چوب بستنی – 6 عدد تیله – رشته یا نخ – قیچی – چسب نواری – چسب حرارتی – مداد
مرحله اول
چهار عدد چوب دستی را در گوشه‌ها به خوبی و محکم به هم بچسبانید تا یک مربع ایجاد شود. همین کار را دوباره با چهار عدد چوب بستنی دیگر تکرار کنید. این‌ها، کناره‌های قاب خواهند بود.
مرحله دوم ساختن گهواره نیوتن
رشته را به شش عدد قطعه مساوی با طول تقریبی 8 اینچ برش دهید. سعی کنید که قطعات حتما به اندازه‌های مساوی و متناسب باشند.
مرحله سوم
یکی از تیله‌ها را بردارید و آن را با استفاده از چسب حرارتی، محکم به مرکز یکی از قطعات رشته بچسبانید. حالا همین کار را برای پنج تیله دیگر نیز تکرار کنید. تمامی تیله‌ها باید به مرکز رشته بچسبند. اگر خلاف این مسئله را انجام دهید، در ادامه با مشکل مواجه خواهید شد.
مرحله چهارم ساختن گهواره نیوتن
در چهارمین مرحله از ساختن گهواره نیوتن، باید روی هر کدام از چوب بستنی‌ها، 6 علامت بگذارید. به شکلی که علامت‌ها فاصله مساوی از هم داشته باشند و در مرکز قرار بگیرند. عکس زیر را مشاهده کنید تا کامل متوجه شوید.
مرحله پنجم
این مرحله به ظرافت خاصی نیاز دارد، پس خوب دقت کنید که مشکلی به وجود نیاید. یک سر هر کدام از رشته‌ها را با استفاده از چسب نواری، به چوب بستنی علامت‌دارشده بچسبانید. دقیقا مانند شکل زیر که برای شما گذاشته‌ایم.
مرحله ششم ساختن گهواره نیوتن
با استفاده از چسب حرارتی، قاب را جمع کنید و بسازید. دو طرف را بردارید و یک چوب دستی را عمود بر هر گوشه بچسبانید. قاب نهایی شما به شکل یک مکعب خواهد بود.
مرحله هفتم
یکی از چوب بستنی‌هایی که دارای رشته و تیله می‌باشد را به سمت قاب بچسبانید. سپس یک چوب بستنی دیگر با همین ویژگی‌ها را به طرف مقابل قاب بچسبانید.
مرحله هشتم ساختن گهواره نیوتن
قسمت شل شده هر کدام از رشته‌های دارای تیله را به چوب بستنی علامت‌دار بچسبانید. رشته‌ها را به آرامی بکشید تا مطمئن شوید که تیله‌ها با هم، هم‌تراز هستند. تیله‌ها باید هم به صورت افقی و هم در صورت مشاهده از بالا در یک راستا قرار بگیرند. مورد آخر را حتما رعایت کنید. بعد از آن که تمام کارهای آزمایش را انجام دادید، می‌توانید نتیجه را مشاهده کنید.
توضیحات علمی در مورد گهواره نیوتن
توضیحات علمی برای این آزمایش، نکات مختلفی را در بر می‌گیرند.
این آزمایش به طور کلی، نشان دهنده یک اصل بسیار مهم در علم فیزیک به نام “حفظ حرکت اولیه” یا همان “لَختی” می‌باشد. این اصل بیان می‌کند که تکانه دو جسم قبل از برخورد و بعد از برخورد، با هم برابر است. در گهواره نیوتن، نیروی برخورد از هر یک از گلوله‌ها عبور می‌کند تا اینکه به آخرین توپ می‌رسد و توپ تاب می‌خورد.
نیروی حرکت به طور مستقیم به جرم یک جسم مرتبط است: نیروی حرکت = جرم * شتاب حرکت جسم
چگالی، معیاری برای میزان جرم در هر واحد حجم یک جسم است. اشیا چگال‌تر، جرم بیشتری دارند. هرچه جرم بیشتر باشد، نیروی حرکت قوی‌تر می‌شود و این مسئله بر روی تاب خوردن نیز اثر دارد. شما می‌توانید این را به عنوان بخشی از یک پروژه بزرگ علمی تست کنید!
بررسی این آزمایش از دید مهندسی
اگر بررسی گهواره نیوتن از دید مهندسی را نیز انجام دهیم، باز هم با کوهی از مسئله مواجه می‌شویم.
این اسباب‌بازی که به عنوان گهواره نیوتن ساخیتم، توسط یک کادر سفت و سخت مورد حمایت قرار می‌گیرد و محکم می‌شود. این کادر، یک ساختار است که چیزی را محکم در جای خود نگه می‌دارد. این اسباب‌بازی حرکت زیادی در تیله‌ها دارد و اگر کادر اطراف تیله‌ها هم حرکت کند، دستگاه کار نمی‌کند.
گهواره نیوتن، مفهومی به نام تلرانس را نشان می‌دهد. در مهندسی، محصولات باید خیلی دقیق ساخته شوند. اگر این کار انجام نشود، محصول به هنگام استفاده از هم باز خواهد شد. در گهواره نیوتن، تیله‌ها باید با دقت به پهلو آویخته شوند وگرنه آزمایش خراب می‌شود.
از این آزمایش لذت بردید؟
تا جایی که می‌شد، سعی کردیم که آزمایش را یک پله فراتر ببریم و توضیحات علمی را هم به کار اضافه کنیم. اما اگر دوست دارید که خیلی عمقی‌تر به مسئله نگاه کنید، می‌توانید تمامی نکات گهواره نیوتن را در اینترنت پیدا کنید. امیدواریم که از خواندن مقاله و انجام آزمایش، لذت برده باشید.
نویسنده: عجیب تو جیب
هرگونه کپی برداری از محتوا تنها با ذکر نام “عجیب تو جیب” و “درج لینک دقیق محتوا” در سایت مجاز است و در غیر این صورت و مشاهده آن پیگرد قانونی دارد.
