علوم كاربردي – تكنولوژي
(7B)
آزمايش
اهداف:
- تحقيق در مورد طراحي هاي آيروديناميكي
- مطالعه طراحي آيروديناميكي
لغات:
آيروديناميك
مواد لازم:
-تعدادي
توپ (فوتبال، پينگ پنگ يا هر توپ ورزشي ديگر) – وسيله
نقليه (موتورسيكلت يا ماشين اسباب بازي)
-ðيك
كتاب مفيد در اين زمينه.
پيش زمينه:
دانش آموزان مطالبي را در مورد اتومبيل هايي كه به
صورت آيروديناميكي طراحي شدهاند، از تلويزيون شنيدهاند. آنها احتمالاً معني اين كلمه را به طور دقيق ميدانند.
زيرا اكثر اتومبيل هايي كه ديده اند به صورت صاف و خوابيده
شده اند. اين ماشين ها به اين دليل به اين شكل طراحي شده اند كه از
مقاومت هوا كاسته و بتوانند با سرعت بيشتري حركت كنند. يك
ماشين آيروديناميك سوخت كمتري مصرف ميكند، كه اين موضوع
براي ماشين هاي مسابقه اي از اهميت زيادي برخوردار است. به
هر حال در بعضي از ماشين ها نيازي به سرعت بالا نيست، مثلا
يك تراكتور كه به منظور سريع رفتن طراحي نشده
و
هدف از ساخت آن چيز ديگري است.
در طراحي هاي آيروديناميكي قسمت بيروني ماشيني
اهميت بيشتري دارد. در كاركرد يك اتومبيل قوانين فيزيكي
بسياري تأثير دارند.
اتومبيل مجموعه پيچيده اي از ماشين ها است كه براي
حركت نياز به بنزيني دارد. موتور انرژي مورد نياز براي
چرخيدن چرخها و حركت اتومبيل راتأمين ميكند. موتور از طريق
ميل لنگ به گيربكس و گيربكس از طريق يك محور به ديفرانسيل
متصل شده و نيرو را به چرخ ها منتقل مي كند.
بنزين از باك پمپ شده و از طريق خطوط انتقال سوخت
به كاربراتور ميريزد. از اي نقطه به بعد فشار و شتاب سوخت
تحت كنترل قرار ميگيرد. به وسيله كاربراتور بنزيني به بخار
تبديل ميشود. سپس اين بخار وارد محفظه سيلندرها شده و در
آنجا تحت فشار قرار گرفته، مشتعل و منفجر ميشود. در هر لحظه
يك انفجار روي ميدهد. كه با بالا و پائين حركت كردن پيستون
ها در داخل سيلندر، ميل لنگ شروع به چرخيدن مينمايد. به همين ترتيب اين حركت انتقال
يافته و از طريق ميل لنگ به جعبه دنده و سپس به ديفرانسيل و
نهايتاً به چرخ ها ميرسد.
اتومبيل مجموعه پيچيده اي از چند ماشين است كه از
قوانين فيزيكي پيروي ميكند. تقريبا ميتوانيم بگوييم كه همه
قوانين فيزيك ميتوانند در كاركرد يك اتومبيل يافت شوند. اصطكاك بين لاستيك و آسفالت باعث حركت اتومبيل
مي شود. براي استفاده بهتر از اصطكاك لاستيك ها را به صورت
آجدار طراحي مي كنند.
آيروديناميك نيز يكي از مهم ترين فاكتورهايي است
كه موقع طراحي ماشين مورد توجه قرار ميگيرد. همانطور كه
ميدانيد مقاومت هوا ميتواند مقدار زيادي از انرژي ماشين را
كاسته و در برابر حركت آن مقاومت كند. به همين دليل قسمتهاي
جلويي ماشين به صورت نوك تيز، گرد شده و الگوهاي ديناميكي
طراحي ميشوند. در اين صورت هوا ديگر نميتواند همانند يك
بلوك جلوي حركت ماشين را بگيرد. براي درك بهتر مقاومت هوا
ميتوانيد هنگامي كه اتومبيل با سرعت زياد در حال حركت است
(البته در بزرگراه) دست خود را از پنجره به بيرون بياوريد.
خواهيد ديد كه حركت افقي دستتان به سمت جلو بسيار دشوار
ميباشد. به همين دليل است كه اكثر اتومبيل ها را به صورت
نوك تيز طراحي ميكنند.
نيروي توليد شده توسط موتور به قسمت هاي مختلف
اتومبيل منتقل مي شود كه براي اين كار به وسايلي از قبيل
كاربراتورها، پيستونها، ميل لنگ، بنزين، شاتون و بسياري از
اجزاي ديگر
نياز
است. ماشين مثال خوبي از تجمع تمام نيروهاي فيزيكي با يكديگر
به منظور انجام يك هدف (حركت)ميباشد.
روش كار:
1 – اين آزمايش به بچه ها اجازه ميدهد تا به مدلهايي
از هليكوپتر، هواپيما، تراكتور و اتومبيل تماشا كنند. آنها
خواهند فهميد كه چرا طراحي اين وسايل با هم فرق ميكند. در
آزمايش هاي قبلي (آزمايش حركت سيالات) دانش آموزان كلياتي را
در مورد استفاده از چرخ هاي بزرگ ياد گرفته اند.
2 – نكته اساسي اين آزمايش آن است كه بچه ها بدانند
همه ماشين هايي كه در زندگي روزمره از آنها استفاده ميكنيم، هر كدام به منظورهاي
مختلفي ساخته شده و
در
ساختشان از طراحي هاي مختلفي استفاده شده است.
3 – ممكن است بخواهيد اشاره اي هم به طرز كار ساير
ماشين هايي كه در اينجا ذكر نشد، داشته باشيد.
4 –
بخشي از اين آزمايش مربوط به طراحي توپ ها ميباشد.
براي اين كار شما مي توانيد با استفاده از توپهاي فوتبال،
بسكتبال، پينگ پنگ و... يك ديد كلي به بچه ها بدهيد.
5 –
دانش آموزان بايد به اين نكته دقت داشته باشند كه
در وسايلي كه روي زمين حركت ميكنند نسبت به وسايل نقليه
هوايي كندتر از قوانين آيروديناميكي استفاده ميشود. همچنين تأثير دادن اين
اصول در طراحي يك ماشين بستگي به نوع كار آن دارد. مثلاً: در
يك تراكتور نيازي به سريع حركت كردن نيست بدين منظور به شكل
خارجي آن توجه زيادي نشده ولي چون به نيروي نياز دارد داراي
چرخ هاي بزرگي مي باشد.
1.طراحي
توپها بسته به نوع ورزش متفاوت است. براي مثال:طراحي توپ
گلف با توپ پينگ پنگ تفاوت زيادي دارد. توپ پينگ پنگ
آيروديناميك تر از توپ گلف است. و اگر بخواهيم با چوب گلف به
توپ پينگ پنگ ضربه بزنيم سرعت كافي را نخواهد داشت.
