131 45 12 MB
Persian / Farsi (Dari) Pages [81]
وزارت ﻣعارف
S
C
I
S
Y
H
P
سرود ملی دا وطن افغانســـتـــان دى
دا عــــزت د هـــر افـغـان دى
کور د سول 3کور د تورې
هر بچی ي 3قهرمـــــان دى
دا وطن د ټولـــو کـور دى
د بـــــلـوڅـــــــو د ازبـکــــــــو
د پښـــتــون او هـــــزاره وو
د تـــرکـمنـــــــو د تـــاجـکــــــو
ورســـره عرب ،گوجــر دي
پــاميــريـــان ،نـورســـتانيــــان
براهوي دي ،قزلباش دي
هـــم ايمـــاق ،هم پشـه 4ان
دا هيــــــواد به تل ځلي8ي
لـکـه لـمــر پـر شـــنـه آســـمـان
په ســـينــه ک 3د آســـيـــا به
لـکــــه زړه وي جـــاويــــــدان
نوم د حق مـــو دى رهبـــر
وايـــو اهلل اکبر وايو اهلل اکبر
وزارت ﻣﻌارف
ﻓزﻳــــــﻚ p h y s i c s
صﻨــﻒ ﻧﻬﻢ ﺳال ﭼاپ 1399 :ﻫ .ش. اﻟف
ﻣشخصاتکتاب -----------------------------------------------------ﻣضﻤﻮن:فزﻳک ﻣؤﻟفان:گروه مؤلفان کتابﻫاى درسﻰ بخش فزﻳک ﻧصاب تعلﻴﻤﻰ وﻳراستاران:اعضاى دﻳپارتﻤﻨت وﻳراستارى و اﻳدﻳت زبان درى صﻨف:ﻧﻬم زبانﻣتﻦ:درى اﻧکشافدﻫﻨده:رﻳاست عﻤﻮمﻰ اﻧکشاف ﻧصاب تعلﻴﻤﻰ و تألﻴف کتب درسﻰ ﻧاشر:رﻳاست ارتباط و آگاﻫﻰ عامﺔ وزارت معارف سالچاپ 1399:ﻫجرى شﻤسﻰ ﻣکانچاپ:کابل چاپخاﻧﻪ:اﻳﻤﻴﻞآدرس[email protected]: -----------------------------------------------------حق طبع ،تﻮزﻳع و فروش کتابﻫاى درسﻰ براى وزارت معارف جﻤﻬﻮرى اسﻼمﻰ افغاﻧستان محفﻮظ است .خرﻳد و فروش آن در بازار مﻤﻨﻮع بﻮده و با متخلفان برخﻮرد قاﻧﻮﻧﻰ صﻮرت مﻰگﻴرد. ب
پﻴام وزﻳر ﻣﻌارف
اﻗرأ باسﻢ ربﻚ سپاس و حﻤد بﻴﻜران آﻓرﻳدﮔار ﻳﻜتاﻳﻰ را ﻛﻪ بر ﻣا ﻫستﻰ بخشﻴد و ﻣا را از ﻧﻌﻤت بزرگ خﻮاﻧدن و ﻧﻮشتﻦ برخﻮردار ساخت ،و درود بﻰپاﻳان بر رسﻮل خاتﻢ -حﻀرت ﻣحﻤد ﻣصﻄﻔﻰ ﻛﻪ ﻧخستﻴﻦ پﻴام اﻟﻬﻰ بر اﻳشان «خﻮاﻧدن» است. چﻨاﻧچﻪ بر ﻫﻤﻪﮔان ﻫﻮﻳداست ،سال 1397خﻮرشﻴدى ،بﻪ ﻧام سال ﻣﻌارف ﻣسﻤﻰ ﮔردﻳد .بدﻳﻦ ﻣﻠحﻮظ ﻧﻈام تﻌﻠﻴﻢ و تربﻴت در ﻛشﻮر ﻋزﻳز ﻣا شاﻫد تحﻮﻻت و تﻐﻴﻴرات بﻨﻴادﻳﻨﻰ در ﻋرصﻪﻫاى ﻣختﻠﻒ خﻮاﻫد بﻮد؛ ﻣﻌﻠﻢ ،ﻣتﻌﻠﻢ ،ﻛتاب ،ﻣﻜتب ،اداره و شﻮراﻫاى واﻟدﻳﻦ ،از ﻋﻨاصر ششﮔاﻧﻪ و اساسﻰ ﻧﻈام ﻣﻌارف اﻓﻐاﻧستان بﻪ شﻤار ﻣﻰروﻧد ﻛﻪ در تﻮسﻌﻪ و اﻧﻜشاف آﻣﻮزش و پرورش ﻛشﻮر ﻧﻘش ﻣﻬﻤﻰ را اﻳﻔا ﻣﻰﻧﻤاﻳﻨد .در چﻨﻴﻦ برﻫﺔ سرﻧﻮشتساز ،رﻫبرى و خاﻧﻮادة بزرگ ﻣﻌارف اﻓﻐاﻧستان ،ﻣتﻌﻬد بﻪ اﻳجاد تحﻮل بﻨﻴادى در روﻧد رشد و تﻮسﻌﻪ ﻧﻈام ﻣﻌاصر تﻌﻠﻴﻢ و تربﻴت ﻛشﻮر ﻣﻰباشد. از ﻫﻤﻴﻦرو ،اصﻼح و اﻧﻜشاف ﻧصاب تﻌﻠﻴﻤﻰ از اوﻟﻮﻳتﻫاى ﻣﻬﻢ وزارت ﻣﻌارف پﻨداشتﻪ ﻣﻰشﻮد. در ﻫﻤﻴﻦ راستا ،تﻮجﻪ بﻪ ﻛﻴﻔﻴت ،ﻣحتﻮا و ﻓراﻳﻨد تﻮزﻳﻊ ﻛتابﻫاى درسﻰ در ﻣﻜاتب ،ﻣدارس و ساﻳر ﻧﻬادﻫاى تﻌﻠﻴﻤﻰ دوﻟتﻰ و خصﻮصﻰ در صدر برﻧاﻣﻪﻫاى وزارت ﻣﻌارف ﻗرار دارد .ﻣا باور دارﻳﻢ، بدون داشتﻦ ﻛتاب درسﻰ باﻛﻴﻔﻴت ،بﻪ اﻫداف پاﻳدار تﻌﻠﻴﻤﻰ در ﻛشﻮر دست ﻧخﻮاﻫﻴﻢ ﻳاﻓت. براى دستﻴابﻰ بﻪ اﻫداف ذﻛرشده و ﻧﻴﻞ بﻪ ﻳﻚ ﻧﻈام آﻣﻮزشﻰ ﻛارآﻣد ،از آﻣﻮزﮔاران و ﻣدرسان دﻟسﻮز و ﻣدﻳران ﻓرﻫﻴختﻪ بﻪﻋﻨﻮان تربﻴت ﻛﻨﻨدهﮔان ﻧسﻞ آﻳﻨده ،در سراسر ﻛشﻮر احتراﻣاﻧﻪ تﻘاﺿا ﻣﻰﮔردد تا در روﻧد آﻣﻮزش اﻳﻦ ﻛتاب درسﻰ و اﻧتﻘال ﻣحتﻮاى آن بﻪ ﻓرزﻧدان ﻋزﻳز ﻣا ،از ﻫﻴچ ﻧﻮع تﻼشﻰ درﻳﻎ ﻧﻮرزﻳده و در تربﻴت و پرورش ﻧسﻞ ﻓﻌال و آﮔاه با ارزشﻫاى دﻳﻨﻰ ،ﻣﻠﻰ و تﻔﻜر اﻧتﻘادى بﻜﻮشﻨد .ﻫر روز ﻋﻼوه بر تجدﻳد تﻌﻬد و حس ﻣسؤوﻟﻴت پذﻳرى ،با اﻳﻦ ﻧﻴت تدرﻳس راآﻏاز ﻛﻨﻨد ،ﻛﻪ در آﻳﻨدة ﻧزدﻳﻚ شاﮔردان ﻋزﻳز ،شﻬروﻧدان ﻣؤثر ،ﻣتﻤدن و ﻣﻌﻤاران اﻓﻐاﻧستان تﻮسﻌﻪﻳاﻓتﻪ و شﻜﻮﻓا خﻮاﻫﻨد شد. ﻫﻤچﻨﻴﻦ از داﻧش آﻣﻮزان خﻮب و دوست داشتﻨﻰ بﻪ ﻣثابﻪ ارزشﻤﻨدترﻳﻦ سرﻣاﻳﻪﻫاى ﻓرداى ﻛشﻮر ﻣﻰخﻮاﻫﻢ تا از ﻓرصتﻫا ﻏاﻓﻞ ﻧبﻮده و در ﻛﻤال ادب ،احترام و اﻟبتﻪ ﻛﻨجﻜاوى ﻋﻠﻤﻰ از درس ﻣﻌﻠﻤان ﮔراﻣﻰ استﻔادة بﻬتر ﻛﻨﻨد و خﻮشﻪ چﻴﻦ داﻧش و ﻋﻠﻢ استادان ﮔراﻣﻰ خﻮد باشﻨد. در پاﻳان ،از تﻤام ﻛارشﻨاسان آﻣﻮزشﻰ ،داﻧشﻤﻨدان تﻌﻠﻴﻢ و تربﻴت و ﻫﻤﻜاران ﻓﻨﻰ بخش ﻧصاب تﻌﻠﻴﻤﻰ ﻛشﻮر ﻛﻪ در تﻬﻴﻪ و تدوﻳﻦ اﻳﻦ ﻛتاب درسﻰ ﻣجداﻧﻪ شباﻧﻪ روز تﻼش ﻧﻤﻮدﻧد ،ابراز ﻗدرداﻧﻰ ﻛرده و از بارﮔاه اﻟﻬﻰ براى آنﻫا در اﻳﻦ راه ﻣﻘدس و اﻧسانساز ﻣﻮﻓﻘﻴت استدﻋا دارم. با آرزوى دستﻴابﻰ بﻪ ﻳﻚ ﻧﻈام ﻣﻌارف ﻣﻌﻴارى و تﻮسﻌﻪﻳاﻓتﻪ ،و ﻧﻴﻞ بﻪ ﻳﻚ اﻓﻐاﻧستان آباد و ﻣترﻗﻰ داراى شﻬروﻧدان آزاد ،آﮔاه و ﻣرﻓﻪ. دﻛتﻮر ﻣحﻤد ﻣﻴروﻳس بﻠخﻰ وزﻳر ﻣﻌارف
ج
پﻴشﮕﻔتار ﻗرن پاﻧزدﻫﻢ ،ﻋصر رﻧساﻧس ،ﻋصرحﻴات ﻧﻮﻳﻦ ﻋﻠﻢ و ﻓرﻫﻨﮓ بﻮد ﻛﻪ در اﻳتاﻟﻴا آﻏاز شد و سرتاسر اروپا را ﻓراﮔرﻓت .پس از آن در ﻗرن شاﻧزدﻫﻢ ،اﻧﻘﻼب ﻋﻠﻤﻰبا ﻛارﻫاى ﮔاﻟﻴﻠﻪ آﻏاز شد و در ﻧﻴﻤﺔ دوم ﻗرن ﻫﻔدﻫﻢ با ﻛارﻫاى ﻧﻴﻮتﻦ بﻪ اوج خﻮد رسﻴد .اﻳﻦ اﻧﻘﻼب دﮔرﮔﻮﻧﻰ ﻋﻤﻴﻘﻰ را در شﻴﻮهﻫاى پژوﻫش و تحﻘﻴﻖ در اسرار ﻃبﻴﻌت و ﻧحﻮة تﻔﻜر در پدﻳدهﻫاى ﻃبﻴﻌﻰ بﻪ وجﻮد آورد. تجربﻪ و آزﻣاﻳش در بررسﻰﻫاى ﻋﻠﻤﻰاز اﻫﻤﻴت خاص بر خﻮردار است .ﻫر ﻓﻌاﻟﻴت ﻋﻠﻤﻰبا ﻳﻚ پرسش آﻏاز ﻣﻰشﻮد و ﻫﻤﻴشﻪ در جستجﻮى ﻳاﻓتﻦ جﻮاب براى ﻳﻚ ﻳا چﻨد پرسش است .اﻳﻦ چﻨﻴﻦ ﻓﻌاﻟﻴت ﺿرورت بﻪ ﻃﻰ ﻣراحﻞ ﻋﻠﻤﻰدارد ﻛﻪ بﻪ آن روش ﻋﻠﻤﻰﻣﻰﮔﻮﻳﻨد ﻛﻪ در صﻨﻮف باﻻتر دربارة آن بﻴشتر خﻮاﻫﻴد داﻧست. اﻣروزه بشر بﻪ ﻛﻤﻚ داﻧشﻤﻨدان ساﻳﻨس ،ﻗادر ﻫستﻨد ﻛﻪ سﻴارات و ﻛﻬﻜشانﻫا را در ﻓﻀا ﻣﻄاﻟﻌﻪ ﻛﻨﻨد ،و اﻳﻦ تﻼش و ﻛﻮشش شان جﻬت اﻧﻜشاف بﻴشتر در جﻬان ﻣا اداﻣﻪ دارد .ﻣا در زﻧدهﮔﻰ روزﻣره در جﻬاﻧﻰ بﻪسر ﻣﻰبرﻳﻢ ﻛﻪ ﻗﻮاﻧﻴﻦ ﻓزﻳﻚ اﻃراف ﻣا را احاﻃﻪ ﻛرده است .در حﻘﻴﻘت اﻛثر ﻣردم بدون اﻳﻦﻛﻪ ﻗﻮاﻧﻴﻦ ﻓزﻳﻚ را ﻓراﮔرﻓتﻪ باشﻨد بسﻴار زﻳاد دربارة ﻓزﻳﻚ ﻣﻰداﻧﻨد ،ﻣث ً ﻼ وﻗتﻰ شﻤا ﻳﻚ ﻛارتﻦ شﻴرﻳخ را از ﻣﻐازه ﻣﻰخرﻳد ،آن را در ﻳخچال و ﻳا ﻣحﻞ سردى درخاﻧﻪ ﻧﮕﻬدارى ﻣﻰﻛﻨﻴد .زﻳرا از تجارب ﻗبﻠﻰ دﻗﻴﻖ دربارة ﻗﻮاﻧﻴﻦ ﻓزﻳﻚ ﻣﻰداﻧﻴد ﻛﻪ اﮔر شﻴرﻳخ را در اﻟﻤارى آشپزخاﻧﻪ ﻗرار دﻫﻴد ،ذوب ﻣﻰشﻮد. اﻣسال در ﻛتاب ﻓزﻳﻚ بﻪ اداﻣﺔ ﻣباحث ﻗبﻠﻰ ﻣﻮﺿﻮﻋات جدﻳد دﻳﮕرى ﻣاﻧﻨد حرﻛت ﻳﻚ بﻌدى ،اﻫتزازات ،اﻣﻮاج ،صﻮت ،برق جارى و اﻟﻜتروﻣﻘﻨاﻃﻴس را ﻛﻪ از ﻣباحث ﻣﻬﻢ دﻳﮕر ﻓزﻳﻚ اﻧد در داخﻞ چﻬار ﻓصﻞ ﻣﻄاﻟﻌﻪ خﻮاﻫﻴد ﻛرد ﻛﻪ اﻣﻴدوارﻳﻢ شﻤا شاﮔردان ﻋزﻳز از ﻣﻔاﻫﻴﻢ ﻓﻮق با جزئﻴات آن آﮔاﻫﻰ ﻻزم حاصﻞ ﻧﻤائﻴد. دﻳپارتﻤﻨت ﻓزﻳﻚ
د
فﻬـــرست فصﻞ اول :حرکت ﻳکبعدي............................................................. ﻣﻮقعﻴت............................................................................ سرعت ﻣتﻮسط............................................................... شتاب................................................................................ خﻼصﻪ و سﻮالﻫاى فصﻞ............................................. فصﻞ دوم :اﻫتزازات ،اﻣﻮاج وصﻮت.............................................. اﻫتزاز.............................................................................. اﻣﻮاج............................................................................... سرعت ﻣﻮج.................................................................... صﻮت.............................................................................. خﻼصﻪ و سﻮالﻫاى فصﻞ........................................... فصﻞ سﻮم :برق جارى...................................................................... جرﻳان برق.................................................................... تفاوت پﻮتاﻧشﻴﻞ............................................................ ﻣقاوﻣت برقﻰ................................................................ قاﻧﻮن اوم...................................................................... تطبﻴق قاﻧﻮن اوم........................................................... اتصال ﻣقاوﻣتﻫاى برقﻰ............................................ بترى............................................................................... ﻣﻮارد حفاظتﻰ از خطرات برق.................................... خﻼصﻪ و سﻮالﻫاى فصﻞ.......................................... فصﻞ چﻬارم :اﻟکتروﻣقﻨاطﻴس.......................................................... اثرﻣقﻨاطﻴسﻰ جرﻳان برق......................................... گﻠﻮاﻧﻮﻣتر..................................................................... اﻟقاى اﻟکتروﻣقﻨاطﻴسﻰ..................................................... آﻫﻦرباى برقﻰ................................................................... ﻣقﻨاطﻴس چگﻮﻧﻪ کارﻣﻰﻧﻤاﻳد؟........................................ خﻼصﻪ و سﻮالﻫاى فصﻞ.............................................
1 2 10 11 14 15 16 22 27 28 32-31 33 34 38 41 42 43 47 51 53 58-55 59 60 66 67 70 71 74-73
ﻫـ
فصﻞ اول
حرﻛت ﻳﻚ بعدي اگر بﻪ اطراف خﻮد ﻧظر اﻧدازﻳﻢ ﻣشــاﻫده ﻣﻰكﻨﻴﻢ كﻪ اﻧسان ﻫا آن طرف و اﻳﻦ طرف در حال حركت اﻧد .خزﻧده گان ،پرﻧدهﻫا ،ﻣﻮترﻫا، طﻴاره ﻫا ،عقربﻪ ﻫاي ســاعت و باﻻخره ابــر و باران ،ﻫﻤﻪ در حاﻟت حركت ﻫاي گﻮﻧاگﻮﻧﻲ ﻣﻰباشﻨد .ﻳكﻲ راست راه ﻣﻰرود و از ﻣا دور ﻣﻲشــﻮد و دﻳگري فاصﻠﻪاش را روي خــط ﻣﻨحﻨﻲ و ﻳا داﻳره و ﻳا خط ﻣﻨكســر طﻲ ﻣﻰكﻨد .اﻳﻦ دوري و ﻧزدﻳكﻲ و تﻨﻮع در حركت، گاﻫﻲ ســرﻳع و گاﻫﻲ ﻫﻢ آﻫســتﻪ صﻮرت ﻣﻰگﻴرد .عﻠت ﻫاﻳﻲ كﻪ باعــث تغﻴﻴر ﻣســﻴر اﻳﻦ حركت ﻫا ﻣﻰشــﻮد در اﻳــﻦ بخش تحت ﻣطاﻟعﻪ قرار ﻧﻤﻲ گﻴرد. در اﻳــﻦ فصل صرف از ﻣســﻴر حركت ﻳكبعدي «ﻣســتقﻴﻢ اﻟخط» بحث بﻪعﻤل ﻣﻰآﻳد .بخشﻰ از عﻠﻢ ﻣﻴخاﻧﻴك كﻪ حركت را بدون در ﻧظر داشت عاﻣل آن ﻣطاﻟعﻪ ﻣﻰكﻨد "كﻴﻨﻤاتﻴك" ﻧاﻣﻴده شده است. ﻣشخصات عﻤدة كﻴﻨﻤاتﻴك در حركت ﻳكبعدي عبارت از ﻣﻮقعﻴت جســﻢ ﻣتحرك ،تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ،تﻴزى و سرعت جسﻢ بﻪروي ﻣسﻴر، سرعت ﻣتﻮسط ،تغﻴﻴر در سرعت (شتاب) ﻣﻰباشد. آﻳا چﻨد حركت با ﻣسﻴر ﻣستقﻴﻢاﻟخط را ﻣﻲتﻮاﻧﻴد ﻧام ببرﻳد؟
1
ﻣﻮﻗعﻴت ﻫﻤﻪ روزه پدر شــﻤا از ﻣﻨزل ،غرض اداي ﻧﻤاز بﻪ ﻣســجد ﻣﻰرود .ﻣســجد در ﻳك ﻣﻮقعﻴت ﻣشــخص از ﻣﻨزل شــﻤا قرار دارد؛ ﻫﻢچﻨﻴﻦ خاﻧﻪ ﻫاي ﻧشﻴﻤﻦ ﻳك قرﻳﻪ از ﻳكدﻳگر بﻪ فﻮاصل ﻣشخص و ﻣعﻴﻦ قرار دارﻧد. شــاگردان قرﻳــﻪ ﻣﻰداﻧﻨد كﻪ خاﻧﻪﻫاي شــان از ﻳكدﻳگر در ﻣﻮقعﻴتﻫــاى دور قرار دارد و ﻳا ﻧزدﻳك ﻫﻢ اﻧد .ﻣﻮقعﻴت ﻣﻨازل در شﻬرﻫا ﻧﻴز در ﻳك ﻧظﻢ خاص قرار گرفتﻪ اﻧد. اگر ﻣرﻳﻢ در كﻮچﺔ ﻣحل شﻤا در ﻣﻨزل شﻤاره دﻫﻢ زﻧدهگﻲ كﻨد ،بﻪ آساﻧﻲ ﻣﻰتﻮان ﻣﻮقعﻴت ﻣﻨزل ﻣرﻳﻢ را پﻴدا ﻧﻤﻮد. ﻫﻢچﻨﻴﻦ در ﻳك صﻨف ،شــاگردان بﻪ ﻳك ﻧظﻢ خاصﻲ ﻣﻰﻧشﻴﻨﻨد ،ﻣسعﻮد كﻪ در وسط قطار اول ﻧشســتﻪ اســت و عﻠﻲ كﻪ در قطار دوم قــرار دارد ،ﻧظر بﻪ ﻣﻴز ﻣعﻠﻢ كﻪ در ﻳك كﻨج صﻨف قرار دارد ﻣﻮقعﻴت ﻫاي ﻣس عﻮد ﻣتفاوتﻲ را دارا ﻣﻲباشﻨد. ﻫﻢچﻨــان ﻣﻰتــﻮان ﻣﻮقعﻴــت تﻤــام شــاگردان صﻨــف را ﻧظر بــﻪ ﻣﻴز ﻣعﻠﻢ ﻣعﻴﻦ ﻧﻤﻮد. علﻰ
شكل ( )1-1ﻣعﻠﻢ و شاگردان در صﻨف
پس گفتﻪ ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ كﻪ ﻣﻮقعﻴت ﻫر شاگرد در صﻨف را با ﻣشخص كردن ﻳك ﻣبدأ ﻣﻲتﻮاﻧﻴﻢ ﻣعﻴﻦ كﻨﻴﻢ .در شكل ( )1-1اﻳﻦ ﻣبداء ،ﻣﻴز ﻣعﻠﻢ ﻣﻲباشد. فعاﻟﻴت ﻣﻮاد ﻣﻮرد ضرورت :ﻣتر فﻴتﻪﻳﻰ طرز اﻟعﻤل :دو تﻦ از شــاگردان فاصﻠﺔ جاى ﻧشســتﻦ (ﻣﻮقعﻴت) چﻨد شــاگرد از قطارﻫاى ﻣختﻠف را ﻧظر بﻪ وسط ﻣﻴز ﻣعﻠﻢ اﻧدازه ﻧﻤاﻳﻨد. ﻫر شاگرد فاصﻠﻪﻫاى خﻮد را ﻳادداشت ﻧﻤاﻳﻨد. ﻫر شاگرد فاصﻠﺔ ﻣﻮقعﻴتﻫاى خﻮد را با ﻳكدﻳگر ﻣقاﻳسﻪ ﻧﻤاﻳﻨد. -ﻣعﻠﻮم ﻧﻤاﻳﻨد كﻪ ﻧزدﻳكترﻳﻦ و دورترﻳﻦ فاصﻠﻪ كدام است.
2
حال اگر در شــكل ( )1-1ﻣﻮقعﻴت ﻣﻴز ﻣعﻠﻢ را بﻪ Oو ﻣﻮقعﻴت ﻣســعﻮد را بﻪ Aو ﻣﻮقعﻴت عﻠــﻲ را بﻪ Bﻧشــان دﻫﻴﻢ ،ﻧظر بﻪ ﻣبدا Oاﻳــﻦ ﻣﻮقعﻴت ﻫا عبارت اﻧد از OAو OBكﻪ در اﻳﻦ حاﻟت ﻧظر بﻪ ﻣبدأ ،ﻣﻮقعﻴت ﻫر دو شخص ،ﻣشخص ﻣﻰباشد. بﻪ طﻮر خﻼصﻪ گفتﻪ ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ كﻪ براي تعﻴﻴﻦ ﻣﻮقعﻴت اجســام ،بﻪ ﻣبدأ ضرورت ﻣﻰباشد و ﻧظر بﻪ آن ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ ﻣﻮقعﻴت اجسام را تعﻴﻴﻦ ﻧﻤاﻳﻴﻢ.
تغﻴﻴر ﻣﻮﻗعﻴت اجسام در درس گذشــتﻪ فﻬﻤﻴدﻳﻢ كﻪ ﻣبدأ براي تعﻴﻴﻦ ﻣﻮقعﻴت اجســام خﻴﻠﻲ ﻣﻬﻢ ﻣﻲباشد .حال ببﻴﻨﻴﻢ كﻪ تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ﻳك جسﻢ ﻧظر بﻪ ﻣبدأ چگﻮﻧﻪ ﻣطاﻟعﻪ ﻣﻰگردد. در ﻧظر ﻣﻰگﻴرﻳﻢ كﻪ ﻣسﻴر (راه) حركت ،ﻣستقﻴﻢ اﻟخط و ﻳكبعدي (بﻪ ﻳك جﻬت) است. خاﻧﺔ احﻤد
خاﻧﺔ زﻟﻤﻰ
ﻣكتب شكل ()1-2
براي تﻮضﻴح بﻴشتر ﻣﻮضﻮع ﻣثال ذﻳل را در ﻧظر ﻣﻰگﻴرﻳﻢ. طﻮرﻳكﻪ در شكل ( )1-2دﻳده ﻣﻰشﻮد ،خاﻧﻪﻫاى زﻟﻤﻰ ،احﻤد و ﻣكتب آنﻫا در ﻳك خط ﻣستقﻴﻢ واقع اﻧد .زﻟﻤﻰ از خاﻧﺔ خﻮد (ﻧقطﻪ )Oبا ﻣﻮترش حركت ﻧﻤﻮد و در ﻣسﻴرش پﻴشروى خاﻧﺔ احﻤد (ﻧقطﻪ )Aتﻮقف ﻧﻤﻮد تا او را ﻧﻴز با خﻮد بردارد ،بعد ﻫر دو تا ﻣكتب (ﻧقطﻪ )Bرفتﻨد .فاصﻠﺔ خاﻧﺔ احﻤد تا ﻣكتب ( )ABبﻪ ﻧام تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ﻳاد گردﻳده و از رابطﺔ ذﻳل بﻪدست ﻣﻰآﻳد. = AB = OB OAتغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ﻣﻮتر عﻼوه بر اﻳﻦ باﻳد فﻬﻤﻴدكﻪ تغﻴﻴر ﻣكان ،با گذشت زﻣان صﻮرت ﻣﻲگﻴرد. فعاﻟﻴت شاگردان ،در صﻨف زبﻴر را در كﻨج Oﻣﻨحﻴث ﻣبدأ اﻳستاده ﻣﻰكﻨﻨد ،بعد زبﻴر در طﻮل صﻨف بﻪ كﻨج دﻳگر (ﻧقطﺔ )Aﻣﻰرود و پس از آن در عرض صﻨف بﻪ كﻨج B تﻮقف ﻣﻰكﻨد .حال ﻣﻮقعﻴت زبﻴر ار از ﻣبدأ ( )Oﻣعﻠﻮم كﻨﻴد. شاگردان فاصﻠﺔﻫاى OAو ABو بعد فاصﻠﺔ OBرا تﻮسط ﻣتر اﻧدازه ﻧﻤﻮده و 2 2 در تختﻪ بﻨﻮﻳسﻨد؛ سپس تﻮسط فﻮرﻣﻮل OB = OB + ABفاصﻠﺔ OB را ﻣحاسبﻪ ﻧﻤﻮد ،و بﻪ جﻮاب اﻧدازه شده ﻣقاﻳسﻪ ﻧﻤاﻳﻨد.
3
شكل ()1-3
بﻪ دو روش ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ اﻧدازة تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت OBرا پﻴدا ﻧﻤاﻳﻴﻢ: )1تﻮسط ﻣتر فﻴتﻪﻳﻲ فاصﻠﺔ Oتا Bرا اﻧدازه ﻣﻰ گﻴرﻳﻢ. )2با استفاده از قضﻴﺔ فﻴثاغﻮرث اﻧدازة تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت را بﻪ دست ﻣﻰآورﻳﻢ. OB = OA 2 + AB 2
از اﻳﻨجــا چﻨﻴــﻦ بر ﻣﻰ آﻳد كــﻪ در ﻫﻤﻪ حاﻻت ،ﻫــﻢ ﻣﻮقعﻴت و ﻫﻢ تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت اجســام ﻧظر بﻪ ﻣبدأ ﻣشــخص شده ﻣﻰ تﻮاﻧد. تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت با گذشت زﻣان صﻮرت درﻳاى آﻣﻮ ﻣﻰ گﻴــرد ،ﻳا بــﻪ زبان رﻳاضــﻰ تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت تابع زﻣان است. بﻪ طﻮر ﻣثال :ﻣﻮترى را در ﻧظر ﻣﻰ گﻴرﻳﻢ قﻨدز كﻪ از كابل بﻪ طرف شــﻬر ﻣزارشرﻳف در حركت اســت .ﻣﻮتر ﻣتذكره بعد از ﻣزارشرﻳف بغﻼن ﻣدت شش ساعت بﻪ شﻬر ﻣزار شرﻳف ﻣﻰ رسد كﻪ با رسﻴدن ﻣﻮتر از كابل بﻪ شــﻬر ﻣزارشرﻳف ،تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ﻣﻮتر ﻣتذكره از كابل بﻪ ﻣزارشرﻳف صﻮرت چارﻳكار گرفتﻪ است. بﻪ ﻫﻤﻴﻦ ترتﻴب شــاگردان در رابطﻪ كابل بﻪ تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ،ﻣثالﻫاى بﻴشترى بﻴان ﻧﻤاﻳﻨد. ()1-4
تﻴزى در درس گذشتﻪ در ﻣﻮرد تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت بﻪ اﻧدازة كافﻰ بحث ﻧﻤﻮدﻳﻢ و در ضﻤﻦ تذكر دادﻳﻢ كﻪ تغﻴﻴر ﻣكان ﻳا ﻣﻮقعﻴت با گذشت زﻣان ﻫﻤراه ﻣﻰ باشد. با در ﻧظر داشــت ﻧكات فﻮق اﻟذكر ،ﻫر جسﻤﻰكﻪ فاصﻠﺔ طﻰ شده اش در ﻣدت زﻣاﻧﻰ صﻮرت گﻴرد ،ﻣﻰ تﻮان از تﻴزى و ﻳا كﻨدى ﻣقاﻳســﻮى آن صحبت كرد .بﻪ ﻧظر شــﻤا ،تﻴزى و كﻨدى وساﻳط تراﻧسپﻮرتﻰ در زﻧدهگﻰ اﻧسان ﻫا چقدر ﻣﻬﻢ خﻮاﻫد بﻮد؟ 4
فعاﻟﻴت ﻣعﻠﻢ در صحﻦ ﻣكتب 100ﻣتر فاصﻠﻪ را ﻧشاﻧﻰ ﻣﻰكﻨد .سﻪ شاگرد بﻪ ﻧﻮبت اﻳﻦ فاصﻠﻪ را طﻰ ﻣﻰكﻨﻨد ،حال شﻤا سرعت و زﻣان دوﻳدن آنﻫا را ﻣعﻠﻮم كﻨﻴد.
سرعت
m ) ( s
زﻣان ()s
فاصﻠﻪ ()m
اسﻢ
100
احﻤد
100
ﻣحﻤﻮد
100
سكﻨدر
در شــكل ( )1-5ﻳك ﻣﻮترساﻳكل سﻮار با ﻣﻮترساﻳكل سﻮار دﻳگر براى پﻴﻤﻮدن ﻳك كﻴﻠﻮﻣتر ﻣســافت ﻣســابقﻪ ﻣﻰ دﻫﻨد .ﻳك ﻣﻮترساﻳكلســﻮار اﻳﻦ فاصﻠﻪ را در دو ساعت و ﻣﻮترساﻳكل ســﻮار دﻳگــر آنرا در ﻳك و ﻧﻴﻢ ساعت طﻰ ﻣﻰكﻨد. بگﻮﻳﻴد كﻪ ســرعت كدام ﻳك آنﻫا بﻴشتر ﻣﻰ باشد؟ از ﻣثال فــﻮق برﻣﻰ آﻳدكﻪ تﻴــزى عبارت از ﻣســافت طﻰ شــده ،در ﻣدت زﻣان ﻣعﻴﻦ ﻣﻰ باشد؛ ﻳعﻨﻰ: ﻣسافت طﻰ شده = تﻴزى وقت شكل ()1-5
اگر ﻣسافت طﻰ شده را با ،dﻣدت زﻣاﻧﻰ را كﻪ اﻳﻦ ﻣسافت طﻰ ﻣﻰشﻮد با tو تﻴزى را با s d ﻧشان دﻫﻴﻢ ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ بﻨﻮﻳسﻴﻢ؛ =S t واحد اﻧدازهگﻴرى تﻴزى عبارت از m/sاست. 5
سرعت قب ً ﻼ ﻣطاﻟعﻪ ﻧﻤﻮدﻳﻢ كﻪ براى تعﻴﻴﻦ تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت جسﻢ ﻣتحرك از ﻣﻮقعﻴت Aبﻪ Bكافﻰ اســت ﻧقطﺔ Aرا تﻮســط ﻳك وكتﻮر بﻪ Bوصل كﻨﻴﻢ .كﻤﻴت سرعت با تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت جسﻢ در ﻣدت زﻣان ارتباط دارد .ســرعت ،ﻳك كﻤﻴت وكتﻮرى بﻮده و تﻤام خصﻮصﻴات ﻳك وكتﻮر باﻻى آن تطبﻴق ﻣﻰگردد .ﻣطابق شــكل ( )1-6ﻳك باﻳسكل بر روى ﻣحﻮر (سرك) در زﻣان t1ﻧظر بﻪ ﻣبداء Oدر ﻣﻮقعﻴت Aقرار گرفتﻪ است. A
B
O
شكل ()1-6
سپس با گذشت زﻣان از ﻣﻮقعﻴت Aدر زﻣان تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت از ﻧقطﺔ Aتا Bعبارت است از:
t2
بﻪ ﻣﻮقعﻴت Bﻣﻰرسد ،سرعت ﻣتحرك در تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ﻣدت زﻣان تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت
= سرعت
اگر ســرعت را با ، Vتغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت را با ABو ﻣدت زﻣان تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت را با t = t2 t1
ﻧشان دﻫﻴﻢ ،ﻣﻰ تﻮاﻧﻴﻢ بﻨﻮﻳسﻴﻢ؛
AB t
=V
باﻳد تﻮجﻪ كرد كﻪ در تعرﻳف ســرعت ،عﻼوه بر اﻧدازة ســرعت ،جﻬت آن ﻧﻴز باﻳد ﻣشــخص شﻮد. ﻣثال :رضا در ﻳك ﻣسﻴر ﻣستقﻴﻢ از ﻣﻮقعﻴت Aتا Bكﻪ در فاصﻠﺔ 3kmبﻪ طرف شرق واقع است؛ در ﻣدت 1.5ساعت تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ﻣﻰﻧﻤاﻳد .اﻧدازه و جﻬت سرعت را تعﻴﻴﻦ كﻨﻴد:
6
شﻤال
حﻞ: t = 5400s شرق
AB = 3Km = 300m 1.5h = 1.5 × 3600s AB t 3000m =V 5400s 15 =V m/s 27 m V = 0.55 s =V
غرب
جﻨﻮب
چﻮن جﻬت ســرعت رضا با جﻬت تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ﻳكســان اســت؛ بﻨابراﻳﻦ رضا با ســرعت 0.55m/sدر جﻬت شرق حركت ﻣﻰكﻨد. اگر جسﻢ ﻣتحرك صرف از ﻣبدأ Oبﻪ Bتغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت داده باشد ،در اﻳﻦحاﻟت فاصﻠﺔ تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت ﻧسبت بﻪ Oرا بﻪ )OB=d(,dو ﻣدت زﻣان آن را بﻪ tﻧشان ﻣﻰدﻫﻴﻢ ،ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ بﻨﻮﻳسﻴﻢ: d t d = V. t =V
وﻳا
حرﻛت ﻣستﻘﻴﻢ اﻟخط ﻣﻨظﻢ از تحﻠﻴل اخﻴر ﻣﻰ تﻮاﻧﻴﻢ ﻧﻮعﻴت حركت ﻣستقﻴﻢاﻟخط را ﻣشخص بسازﻳﻢ. بﻴشتر تذكر داده بﻮدﻳﻢ كﻪ در طبﻴعت حركت ﻫا بﻪ اﻧﻮاع ﻣختﻠف صﻮرت ﻣﻰ گﻴرد ،كﻪ حركت ﻣســتقﻴﻢاﻟخط ،ﻳكــﻰ از اﻳﻦ ﻧﻮع حركت ﻫا ﻣﻰ باشــد؛ ﻣاﻧﻨد حركت ﻳــك ﻣﻮتر در ﻳك جادة ﻣستقﻴﻢ. واضح اســت كﻪ در اﻳﻦ حركت ،تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت جســﻢ ﻣتحرك ﻧظر بﻪ ﻣبدأ حركت (ﻣسﻴر) ﻳك خط ﻣستقﻴﻢ ﻣﻰباشد؛ اﻣا اﻳﻦ ﻣستقﻴﻢ بﻮدن خصﻮصﻴت حركت ﻣستقﻴﻢاﻟخط را بﻪ طﻮر كاﻣل تﻮضﻴح داده ﻧﻤﻰ تﻮاﻧد .در حركت ﻣســتقﻴﻢ اﻟخط در بعضﻰ حاﻟتﻫا ،ﻣتحرك فﻮاصل ﻣســاوى را در اوقات ﻣساوى طﻰ ﻣﻰكﻨد .در حاﻟﻰكﻪ در بعضﻰ حاﻟتﻫاى دﻳگر فﻮاصل طﻰ شده در اوقات ﻣساوى ،ﻣختﻠف ﻣﻰباشد شكل (.)1-7 ﻣﺒﺪأ
شكل ()1-7
7
ﻣﺒﺪأ
حركت ﻫاﻳﻰ كﻪ در آن جســﻢ ﻣتحرك بر روى ﻣســﻴر حركت ،فﻮاصل ﻣســاوى را در اوقات ﻣساوى طﻰ ﻣﻰكﻨد حركت ﻣﻨظﻢ و ﻳا ﻳكﻧﻮاخت ﻧاﻣﻴده ﻣﻰ شﻮد؛ ﻣاﻧﻨد ﻣﻮترى كﻪ با سرعت ثابت در ﻳك شاﻫراه ﻣستقﻴﻢ حركت ﻣﻰ كﻨد. ﻣعادﻟﺔ حركت ﻣســتقﻴﻢاﻟخط ﻣﻨظﻢ d = V × tﻣﻰباشد كﻪ در آن سرعت ﻳك كﻤﻴت ثابت است .بﻪ اﻳﻦ ﻣعﻨﻰ كﻪ ﻣتحرك ،ﻫﻤﻴشﻪ فاصﻠﻪ ﻫاى ﻣساوى را در اوقات ﻣساوى طﻰ ﻣﻰكﻨد. گراف سرعت ( )Vﻧظر بﻪ زﻣان ( )tدر اﻳﻦ حركت در شكل ( )1-8ﻧشان داده شده است .در شكل ﻣﻰ بﻴﻨﻴﻢ كﻪ ﻧظر بﻪ گذشت زﻣان قﻴﻤت ثابت سرعت Sm/secﻣﻰ باشد. m s
Vv v m s
5
شكل ()1-8
t
8
6
4
2
O
فعاﻟﻴت شــاگردان در سﻪ گروپ بﻪ صﻮرت جداگاﻧﻪ گرافﻫاى سرعت داده شده درحركت ﻳكﻨﻮاخت را ﻧظر بﻪ زﻣان رسﻢ m m m ﻧﻤاﻳﻨد ،گروپ ﻫا در حركت اول ، V = 10در حركت دوﻣﻰ V = 15و در حركت سﻮﻣﻰ V = 15را s s s در ﻧظر بگﻴرﻧد؛ سپس ﻧﻤاﻳﻨدة ﻫر گروپ در حضﻮر ﻣعﻠﻢ گراف ﻫا را بﻪ شاگردان صﻨف تﻮضﻴح ﻧﻤﻮده و تفاوت ﻫاى گرافﻴكﻰ و تشابﻪ فزﻳكﻰ بﻴﻦ شان را تشرﻳح ﻧﻤاﻳﻨد.
v
عﻼوه بر اﻳــﻦ ،ﻣعادﻟﻪ حركت ﻣﻨظﻢ ﻳكﻨﻮاخت ) (d = V × tبا ﻣعادﻟﺔ حركت ﻣســتقﻴﻢ اﻟخط ﻣطابقت ﻣﻰﻧﻤاﻳد كﻪ بﻪ اســاس رﻳاضﻰ ﻣﻴل اﻳﻦ خط؛ ﻳعﻨﻰ vﻫﻤﻴشــﻪ ثابت ﻣﻰ باشد .در شكل ( ،)1-9فاصﻠﻪ ﻧظر بﻪ وقت در گراف ﻧشان داده شده است .از شكل دﻳده ﻣﻰشﻮد كﻪ در اوقات ﻣساوى .....،t2,t1فﻮاصل ﻣساوى .....،d2,d1طﻰ شده است.
شكل ()1-9
8
)d(m 70
فعاﻟﻴت شاگردان براى فاصﻠﻪﻫاى داده شده زﻣانﻫاى آن پﻴدا ﻣﻰﻧﻤاﻳﻨد و بﻪ خاﻧﻪﻫاى خاﻟﻰ ﻣﻰﻧﻮﻳسﻨد.
50
2
)t(s
10
)d(m
5
)v(m/s
شكل ()1-10
30 10 )14 t(s
10
6
2
از تﻮضﻴحــات فﻮق ﻳكبــار دﻳگر بﻪ ﻳاد ﻣﻰ آورﻳﻢ كﻪ در حركــت ﻣﻨظﻢ ﻳكﻧﻮاخت ،ﻣتحرك فﻮاصل ﻣساوى را در اوقات ﻣساوى طﻰ ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد و سرعت در آن ثابت ﻣﻰباشد. ﻣثال :ﻣﻮترى ﻣطابق شكل ( )1-11از اﻳستگاه اوﻟﻰ (ﻧقطﺔ )Oبﻪ سﻤت غرب حركت ﻧﻤﻮده و در ﻧقطﺔ Aتﻮقف ﻣﻰكﻨد .بعد از ﻧقطﺔ Aتا Bدر ﻣدت 20دقﻴقﻪ با سرعت ثابت حركت ﻣﻰكﻨد. اﻟف) سرعت ﻣﻮتر از ﻧقطﺔ Aتا Bچﻪ ﻣقدار است؟ ب) گراف سرعت زﻣان آن را رسﻢ كﻨﻴد. حﻞ :اﻟف) بر اساس شكل( )1-11و تعرﻳف سرعت دارﻳﻢ كﻪ: 20 h = 0.3h 60
= t = 20 min
OB OA AB + 12km (+3km) 9km km = = = = 30 t t 0.3 0.3h h
=V
)(km/h
شرق 0.3
1km
0.2
0.1
0
V = 27 K m / h
-24
O اﻳستگاه اوﻟﻰ (ﻣبدأ)
ﻣﻮقعﻴت اوﻟﻰ
ﻣﻮقعﻴت دوﻣﻰ شكل ()1-11
9
سرعت ﻣتﻮسط بﻪ طﻮر ﻣعﻤﻮل حﻴﻦ حركت ،جســﻢ ﻣتحرك ﻧســبت بﻪ عﻮاﻣل ﻣختﻠف ،فﻮاصل ﻣساوى را در اوقات ﻣساوى طﻰ ﻧﻤﻰ ﻧﻤاﻳد؛ ﻳعﻨﻰ سرعت آن تغﻴﻴر ﻣﻰكﻨد. در اﻳﻦ صﻮرت باﻳد براى پﻴدا ﻧﻤﻮدن سرعت حركت جسﻢ بﻪ خط ﻣستقﻴﻢ از اصطﻼح سرعت ﻣتﻮسط استفاده ﻧﻤاﻳﻴﻢ ،كﻪ در اﻳﻦ حاﻟت ﻣطابق شكل ( )1-12براى فاصﻠﻪﻫاى d1و d2در ﻣدت زﻣان t1و t2ﻧظر بﻪ ﻣبدأ ﻣﻰتﻮان ﻧﻮشت: d 2 d1 d = t 2 t1 t
=V
اگر حركت بﻪ طﻮر ﻣستقﻴﻢ از ﻣبدأ در ﻧظر گرفتﻪ شﻮد ،در اﻳﻦ صﻮرت dبﻪ dو tبﻪ t كل فاصﻠﺔ طﻰ شده d تعﻮﻳض ﻣﻰشﻮد و ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ بﻨﻮﻳسﻴﻢ: = =V كل ﻣدت زﻣان حركت t
d2
td
d1
t
شكل ()1-12
o
t2
فعاﻟﻴت شــكل ( ،)1-13سرعت بﻪ تابع وقت را ﻧشان ﻣﻰدﻫد .شاگردان ﻫر گروپ اﻳــﻦ گراف را تحﻠﻴــل ﻧﻤﻮده و ﻳكــﻰ از آنﻫا بﻪ حضــﻮر صﻨف روى آن تﻮضﻴحات دﻫد.
شكل ()1-13
از تﻮضﻴحات بر ﻣﻰ آﻳد ،وقتﻰ ﻳك حركت ﻣســتقﻴﻢاﻟخط شــده ﻣﻰتﻮاﻧد كﻪ برخﻰ از حركت شتابﻰ و قسﻤتﻰ از آن ،حركت ﻣتشابﻪ ،ﻣﻨظﻢ و ﻳكﻧﻮاخت با سرعت ثابت باشد. ﻣثال :ﻳك باﻳسكلســﻮار كﻪ بر روى خط ﻣســتقﻴﻢ حركت ﻣﻰكﻨد 100 ،ﻣتر اول را در ﻣدت 200,20sﻣتــر بعــدى را در ﻣدت 30sو 100ﻣتر آخر را در ﻣدت 20sطﻰ ﻣﻰ كﻨد .ســرعت ﻣتﻮسط اﻳﻦ باﻳسكلسﻮار ،در تﻤام ﻣدت حركت چﻪ ﻣقدار است؟ d + d 2 + d 3 100 + 200 + 100 حﻞ ﻣثال: = V= 1 20 + 30 + 20
t1 + t 2 + t 3
400m 40 m = 70s 7 s m V= 5.71 s = V
10
شتاب (تعجﻴﻞ)
ﻫرگاه جسﻢ ﻣتحرك فاصﻠﻪﻫاى ﻣساوى را در اوقات ﻣساوى طﻰ ﻧكﻨد؛ ﻳعﻨﻰ در رابطﺔ d=v.t سرعت ثابت ﻧباشد ،حركت تعجﻴﻠﻰ و ﻳا شتابﻰ ﻧاﻣﻴده ﻣﻰ شﻮد .تغﻴﻴر سرعت در واحد زﻣان ﻣﻰتﻮاﻧد ﻳككﻤﻴت ثابت باشــد .اگر اﻳﻦ تغﻴﻴر ســرعت در واحد زﻣان را كﻪ عبارت از شتاب اســت بﻪ aﻧشــان دﻫﻴﻢ ،در اﻳﻦ حاﻟت ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ ﻳك ﻧﻮع دﻳگر حركت ﻣستقﻴﻢاﻟخط را كﻪ حركت شتابﻰ ﻣﻨظﻢ ﻧاﻣﻴده ﻣﻰ شﻮد ،تعرﻳف ﻧﻤاﻳﻴﻢ.
شكل ()1-14
ﻣطابق شكل ( )1-14ﻳك جسﻢ در ﻣدت زﻣان t1در ﻣﻮقعﻴت Aداراى سرعت v1و در ﻣدت زﻣان t 2ﻣﻮقعﻴت Bداراى سرعت V2ﻣﻰباشد ،در اﻳﻦ حاﻟت تعجﻴل عبارت است از: واحد شتاب در سﻴستﻢ m2 ، SIاست.
V2 V1 t2 t1
=a
s
ﻣثال :شــكل ( )1-15ﻣﻮترى را ﻧشــان ﻣﻰ دﻫد كﻪ از غرب بﻪ شــرق در ﻳك شاﻫراه ﻣﻰ رود و ســرعت ﻣﻮتر بﻪ طﻮر ﻳكﻧﻮاخت در حال افزاﻳش اســت .شتاب ﻣﻮتر را در زﻣان ﻫاى زﻳر بﻪ دست آورﻳد. حﻞ ﻣثال: V2 V1 15 5 اﻟف) بﻴﻦ 0sو 10s =a = = 1m 2 s
ب) بﻴﻦ 10sو 20s ج) بﻴﻦ 0sو 20s شرق شكل ()1-15
11
10 0
t1
t2
V3 V2 25 15 = = 1m 2 s t3 t 2 20 10
=a
V3 V1 25 5 = =1 m / s 2 t3 t1 20 0
=a
V2 V1
در رابطﺔ تعجﻴل a = t2 t1اگر t = t2 t1را با tﻧشــان دﻫﻴﻢ و ســرعت ﻣتحرك در t1 كﻪ V1ﻣﻰباشد ،صفر باشد رابطﺔ فﻮق را بﻪ صﻮرت زﻳر ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ بﻨﻮﻳسﻴﻢ: V = at
V t
=a
ثابت
V2 0 , V2 = V t V =a V = at t =a
شكل()1-15
در شكل دﻳده ﻣﻰ شﻮد كﻪ با گذشت زﻣان قﻴﻤت aثابت باقﻰ ﻣﻰ ﻣاﻧد. سﻮال باﻳســكﻠﻰ از حال ســكﻮن با شتاب ثابت 1m/sشروع بﻪ حركت ﻣﻰ كﻨد .سرعت باﻳسكل را در 3s، 2s، 1sو 10s پس از شروع حركت بﻪ دست آورﻳد. 2
گراف سرعت بﻪ تابع وقت براى حاﻟتﻰ كﻪ ﻣتحرك از حاﻟت سكﻮن شروع بﻪ حركت كﻨد ،از ﻣعادﻟﺔ v=atبﻪ دست ﻣﻰ آﻳد .در صﻮرت ثابت بﻮدن ،aسرعت با گذشت زﻣان بﻪ طﻮر ﻣﻨظﻢ تغﻴﻴــر ﻣﻲﻧﻤاﻳــد .اگر ﻣعادﻟﺔ فﻮق را با ﻣعادﻟﺔ خط ﻣســتقﻴﻤﻰكﻪ از ﻣبدأ ﻣﻰگذرد y = mx ﻣقاﻳســﻪ ﻧﻤاﻳﻴﻢ ،دﻳده ﻣﻰشﻮد كﻪ گراف آن با گراف شكل ( )1-16ﻣطابقت خﻮاﻫد ﻧﻤﻮد كﻪ در آن aﻣﻴل خط بﻮده و ثابت ﻣﻰباشد.
x
m
شكل()1-16
12
, V2 = V
0
فعاﻟﻴت m m شــاگردان در دو گروپ ،شــتابﻫاى a = 5 2و 2 s s
a = 10را با تابع وقت رســﻢ ﻧﻤﻮده؛ سپس تفاوت ﻫاى
گرافﻴكﻰ و تشابﻪ فزﻳكﻰ آنرا تﻮضﻴح ﻧﻤاﻳﻨد. ﻫﻢ چﻨﻴﻦ در گروپ ﻫا براى تعجﻴل ﻫاى ﻣتذكره گراف ﻫاى ســرعت بﻪ تابع وقت را براى 5ثاﻧﻴﺔ اول رســﻢ ﻧﻤﻮده و تفاوت ﻫاى آن را تﻮضﻴح ﻧﻤاﻳﻨد.
اگر شﻤا در جادة ﻫﻤﻮار ،سﻮار بر ﻣﻮترى باشﻴد و با سرعت ثابت حركت كﻨﻴد؛بﻪ طﻮر ﻣعﻤﻮل شــﻤا حركت ﻣﻮتر را حس ﻧﻤﻰكﻨﻴد؛ اﻣا اگر در ﻣﻮترى ﻧشســتﻪ باشﻴد كﻪ ﻣﻮتر داراى شتاب باشــد؛ ﻳعﻨﻰ سرعت آن در ﻫر ﻟحظﻪ تغﻴﻴر كﻨد ،شﻤا بﻪ ﻳك سﻤت ﻣتﻤاﻳل ﻣﻰ شﻮﻳد؛ ﻳعﻨﻰ حركت ﻣﻮتر را بﻪ طﻮر كاﻣل احساس ﻣﻰ كﻨﻴد؛ ﻣثال :اگر ﻣﻮتر برك كﻨد ،سرعت آن كﻢ شده و شﻤا طرف جﻠﻮ ﻣتﻤاﻳل ﻣﻰ شﻮﻳد وﻳا وقتﻰ ﻣﻮتر در ﻳك ﻣﻴدان ،دور ﻣﻰ زﻧد ،شﻤا بﻪ سﻤت بﻴرون ﻣﻮتر ،ﻣتﻤاﻳل ﻣﻰ شﻮﻳد كﻪ اﻳﻦ تاثﻴر قﻮة عكس اﻟعﻤل است.
خﻼصﺔ فصﻞ اول حركت ﻣﻨظﻢ و ﻳكﻧﻮاخت ،حركتﻰ ﻣﻰ باشد كﻪ در آن جسﻢ ﻣتحرك فﻮاصل ﻣساوى را در اوقات ﻣساوى طﻰ ﻣﻰكﻨد. تﻴزى كﻤﻴت ﻣقدارى بﻮده و واحد آن ﻣثل سرعت m/sاست. سرعت ،كﻤﻴت وكتﻮرى بﻮده و واحد اﻧدازهگﻴرى آن m/sﻣﻰ باشد. ﻫرگاه جســﻢ ﻣتحرك فاصﻠﻪﻫاى ﻣساوى را در اوقات ﻣساوى طﻰ ﻧكﻨد در اﻳﻦ صﻮرت، حركت غﻴر ﻣﻨظﻢ بﻮده و ســرعت آن ،بر اساس سرعت ﻣتﻮسط ﻣحاسبﻪ ﻣﻰ شﻮد ،كﻪ بﻪ حرف Vﻧشان داده ﻣﻰ شﻮد. تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت در حركت ﻣﻨظﻢ تﻮســط رابطﺔ d=v.tﻧشــان داده ﻣﻰ شﻮد .در حاﻟﻰ كﻪ در حركت غﻴرﻣﻨظﻢ d = v tاست. ﻫر گاه در سرعت جسﻢ تغﻴﻴر وارد شﻮد ،حركت شتابﻰ ﻧاﻣﻴده ﻣﻰشﻮد .واحد اﻧدازه گﻴرى شتاب m / s 2ﻣﻰ باشد. ﻫرگاه در ﻣقدار ســرعت جسﻢ ،تغﻴﻴر ﻣﻨظﻢ و ﻳكﻧﻮاخت در واحد وقت بﻪ وجﻮد آﻳد ،حركت ﻣتذكره شتابﻰ ﻣﻨظﻢ ﻧاﻣﻴده ﻣﻰشﻮد .درحركت شتابﻰ ﻣﻨظﻢ ،كﻤﻴت شتاب ثابت ﻣﻰ باشد.
13
سؤال ﻫاى فصﻞ اول سؤال ﻫاى چﻨد ﮔزﻳﻨﻪﻳﻰ: -1ﻣﻮقعﻴت اجسام در ﻫر ﻟحظﻪ ﻧسبت بﻪ ﻣبدأ: ج) قابل اﻧدازهگﻴرى ﻧﻴست ب) ﻣشخص ﻧﻤﻰشﻮد اﻟف) ﻣشخص ﻣﻰشﻮد -2تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت اجسام اﻟف) از ﻳك ﻣبدأ ،اﻧدازه گﻴرى شده ﻣﻲتﻮاﻧد. ب) از ﻫر ﻣﻮقعﻴت اﻧدازه گﻴرى شده ﻣﻰتﻮاﻧد. ج) از ﻫﻴچ ﻣبدأ قابل اﻧدازه گﻴرى ﻧﻤﻰباشد. جاﻫاى خاﻟﻰ را در جﻤﻼت ذﻳﻞ با ﻛﻠﻤات صحﻴح پر ﻧﻤاﻳﻴد: -3سرعت عبارت از .................... .طﻰ شده ............................وقت ﻣﻰ باشد. -4سرعت ﻳك كﻤﻴت ...........................ﻣﻰباشد. -5وكتﻮر داراى ...................و ......................ﻣﻰ باشد. -6تﻴزى بﻪ ....................اﻧدازه ﻣﻰشﻮد و اﻧدازهاش بﻪ طﻮر كاﻣل ﻣشخص ﻣﻲگردد. -7فرق عﻤده بﻴﻦ سرعت و تﻴزي جسﻢ در چﻴست؟ -8ﻳك جســﻢ با ســرعت ثابت ،2m/sحركت ﻣستقﻴﻢاﻟخط ﻳكﻧﻮاخت دارد .قﻴﻤتﻫاى d پﻴدا ﻧﻤﻮده و در خاﻧﻪﻫاى خاﻟﻰ جدول بﻨﻮﻳسﻴد. 2
2
2
2
2
m Vبﻪ ) ( s
9
6
4
3
2
tبﻪ ()s dبﻪ()m
-9ﻳك شاگرد طﻮل دﻳﻮار احاطﺔ ﻣكتب خﻮﻳش را با سرعت ثابت 3 mدر ﻣدت 330sطﻰ s ﻣﻰكﻨد .فاصﻠﻪ ﻳﻰ كﻪ شاگرد ﻣﻰ پﻴﻤاﻳد ،چقدر خﻮاﻫد بﻮد؟ -10شــﻴﻨكﻰ فاصﻠﺔ بﻴﻦ دو قرﻳﻪ را با ســرعت vدر ﻣدت 20دقﻴقﻪ طﻰ ﻣﻰكﻨد .ﻣحﻤﻮد عﻴﻦ فاصﻠﻪ را با ســرعت 4 mدر 16دقﻴقﻪ طﻰ ﻣﻰ كﻨد .سرعت شﻴﻨكﻰ را درﻳافت ﻧﻤﻮده با s سرعت ﻣحﻤﻮد ﻣقاﻳسﻪ كﻨﻴد. -11اگر سرعت ﻣتﻮسط ﻳك باﻳسكلران در فاصﻠﺔ V ، 5kmباشد ،باﻳسكل ران دوﻣﻰ1,5km را در عﻴﻦ وقت با ســرعت ثابت 6 mطﻰ ﻣﻰ كﻨد .ســرعت ﻣتﻮسط باﻳسكل ران اوﻟﻰ چقدر s خﻮاﻫد بﻮد؟ 14
فصﻞ دوم اﻫتزازات ،اﻣﻮاج و صﻮت در فصل گذشــتﻪ راجع بﻪ حركت ﻣســتقﻴﻢاﻟخط و ﻣشــخصات آن ﻣﻮضﻮعاتــﻰ را آﻣﻮختﻴــﻢ .در اﻳﻦ فصل ﻧﻮع دﻳگــر حركت را كﻪ در زﻧدهگﻰ روزﻣره در طبﻴعت ﻣشــاﻫده شــده و در تخﻨﻴك ﻧقش ﻣﻬﻢ دارد ،ﻣﻮرد بحث قرار ﻣﻰدﻫﻴﻢ. آﻳا گاﻫﻰ فكر كرده اﻳد كﻪ صداى تارﻫاى دوتار و ﻳا ســﻪتار با صداى ﻟرزة برگ ﻫاى درختان خصﻮصﻴت ﻣشتركﻰ داشتﻪ باشﻨد؟ براى پاســخ دادن درست بﻪ چﻨﻴﻦ سﻮاﻟﻰ در اﻳﻦ فصل باﻳد داﻧست كــﻪ اﻫتزاز چﻴســت؟ اﻫتزازﻫاى اجبارى و طبﻴعــﻰ از ﻫﻢ چﻪ فرق دارﻧد؟ ﻫﻢ چﻨﻴﻦ در اﻳﻦ فصل اﻫتزازﻫاى ﻣﻨظﻢ و غﻴر ﻣﻨظﻢ و ﻣﻮارد استفادة شان ،اﻣﻮاج و اﻧﻮاع اﻣﻮاج ﻣﻴخاﻧﻴكﻰ ﻣطاﻟعﻪ ﻣﻰ شﻮد.
15
اﻫتزاز اگر بﻴرق را برافرازﻳد و بعد در ﻣﻮجﻮدﻳت وزش باد بﻪ آن ﻧگاه كﻨﻴد چﻪ ﻣشاﻫده خﻮاﻫﻴد ﻧﻤﻮد؟ ﻫﻤﻴﻦ گﻮﻧﻪ برگﻫاى درختان ،گلﻫا و بتﻪﻫا ﻧﻴز در اثﻨاى وزش باد ،صحﻨﻪﻫاى دلاﻧگﻴز طبﻴعت را بﻪ ﻧﻤاﻳش ﻣﻰگذارﻧد .بﻪ ﻫﻤﻴﻦ ترتﻴب در بسﻴارى خاﻧﻪﻫا ﻣشاﻫده ﻣﻰكﻨﻴﻢ كﻪ ﻣادران فرزﻧدان را در گﻬﻮاره خﻮاباﻧﻴده و گﻬﻮاره را ﻣﻰجﻨباﻧﻨد ،ﻳا در بعضﻰ از ساعتﻫاى دﻳﻮاري ،رقاصﺔ آن اﻫتزاز ﻣﻰﻧﻤاﻳد ،ﻣثالﻫاى زﻳادى ﻣشابﻪ ﻣثال فﻮق اﻟذكر را آورده ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ.
شكل ( )2-1اﻫتزاز بﻴرق ﻣﻠﻰ و گﻬﻮارهﻳﻰ در حال حركت
فعاﻟﻴت ﻣطابق شكل ( )2-2تﻮسط ﻳك تار و ﻳك گﻠﻮﻟﻪ رقاصﺔ ساده را ساختﻪ و از ﻳك ﻣحل آوﻳزان ﻧﻤاﻳﻴد؛ سپس از حاﻟت تعادل آن را ﻣﻨحرف ساختﻪ، آزاد رﻫا كﻨﻴد ،با اعضاى گروه خﻮد در ﻣﻮرد اﻳﻦ حركت بحث كﻨﻴد و وﻳژهگﻰ ﻫاى اﻳﻦ ﻧﻮع حركت ﻣاﻧﻨد وزن گﻠﻮﻟﻪ ،طﻮل تار و اﻧدازة فاصﻠﺔ كش شده گﻠﻮﻟﻪ از حاﻟت تعادل را ﻣشخص ﻣﻰكﻨﻴد. شكل ()2-2
اﻫتزاز چﻴست؟ تكان خﻮردن بﻴرق و ﻳا برگ ﻫاى درختان ،جﻨباﻧﻴدن گﻬﻮاره و ﻳا حركت تكرارى گﻠﻮﻟﻪ ﻳﻰ كﻪ بﻪ اﻧجام تار بستﻪ شده ،ﻫﻤﻪ ﻣثال ﻫاﻳﻰ از حركت اﻫتزازى اﻧد.
اﻧﻮاع اﻫتزاز بﻴﻦ اﻫتزازﻫا ﻫﻢ فرق وجﻮد دارد ،ﻣثال :برگ ﻫاى درختان و بﻴرق اﻫتزازشــان را بﻪ صﻮرت غﻴر ﻣﻨظﻢ اﻧجام ﻣﻰ دﻫﻨد و با وزش شــدﻳدتر ﻳا ضعﻴف تر باد ﻫر ﻟحظﻪ در ﻧحﻮة اﻫتزازشــان تغﻴﻴر وارد ﻣﻰ شــﻮد ،در حاﻟﻰ كﻪ گﻬﻮاره و جســﻢ آوﻳزان شــده بﻪ اﻧجام تار ،رفت و آﻣدشان 16
را بــﻪ طﻮر ﻣﻨظﻢ اﻧجام ﻣﻰ دﻫﻨد .اﻳﻦ ﻧﻮع اﻫتزازﻫا و ﻣثال ﻫاى ﻣشــابﻪ آن ،اﻫتزازﻫاى ﻣﻨظﻢ ﻧاﻣﻴده ﻣﻰ شﻮد .از تﻮضﻴحات فﻮق بر ﻣﻰ آﻳد ،كﻪ اﻫتزازﻫا ﻣﻨظﻢ و غﻴرﻣﻨظﻢ ﻣﻰ باشﻨد و شده ﻣﻰ تﻮاﻧد كﻪ تﻮســط عﻤل ﻧﻤﻮدن قﻮة اضافﻰ ،در ﻧحﻮة اﻫتزاز ﻳك جســﻢ تغﻴﻴر وارد كرد و آن را بﻪ حركت اﻫتزازى غﻴر ﻣﻨظﻢ ﻣبدل كرد. در تخﻨﻴك و طبابت از حركت اﻫتزازى اســتفادة فراوان صﻮرت ﻣﻰگﻴرد .اگر بﻪ اﻫتزاز عقربﺔ ساعت دﻳﻮارى در ﻣكتب و ﻳا خاﻧﻪ ﻣتﻮجﻪ شﻮﻳد ،خﻮاﻫﻴد دﻳد كﻪ بدون اﻫتزاز رقاصﺔ ساعت، تﻨظﻴﻢ كردن حركت ثاﻧﻴﻪ گرد ،دقﻴقﻪ گرد و ساعت گرد غﻴر ﻣﻤكﻦ بﻪ ﻧظر ﻣﻰ رسد.
ﻣشخصﻪﻫاى اﻫتزاز آﻳــا گفتﻪ ﻣﻰ تﻮاﻧﻴد كﻪ ﻣشــخصﻪﻫاى اﻫتزاز ســاده چﻪ اﻧد؟ ﻣشــخصﻪﻫاى اﻫتزاز ﻧﻴز ﻣاﻧﻨد بسﻴارى از پدﻳده ﻫاى دﻳگر طبﻴعت ،داراى ﻣشخصﻪﻫاى قابل اﻧدازهگﻴرى ﻣﻰ باشﻨد. فعاﻟﻴت ﻣﻮاد ﻣﻮرد ضرورت :گﻠﻮﻟﺔ فﻠزى با قطر ، 2cmتار با طﻮل تقرﻳبﻰ ﻳك ﻣتر، كاغذ و ﻣﻴخ.
طرز اﻟعﻤﻞ -1ﻣطابق شــكل ( ،)3-2گﻠﻮﻟﺔ فﻠزى را تﻮســط تار در بغل دﻳﻮار بﻪ ﻳك ﻣﻴخ آوﻳزان ﻧﻤاﻳﻴد و ورق سفﻴد كاغذ را در عقب رقاصﻪ برروى دﻳﻮار بچسپاﻧﻴد. -2گﻠﻮﻟﻪ را بﻪ حاﻟت ســكﻮن (تعادل) قرار داده ،ﻣﻮقعﻴت آن را باﻻى كاغذ A با حرف Cﻧشاﻧﻰ كﻨﻴد. C -3گﻠﻮﻟﻪ را از حاﻟت تعادل خارج ســاختﻪ بﻪ ﻣﻮقعﻴت Aبرســاﻧﻴد؛ سپس شكل ()2-3 آن را رﻫا كﻨﻴد. -4ﻣﻮقعﻴت آخرى گﻠﻮﻟﻪ در سﻤت ﻣقابل را بﻪ حرف Bﻧشاﻧﻰ كﻨﻴد. -5فاصﻠﻪ بﻴﻦ ﻣﻮقعﻴتﻫاى A ،Cو B ،Cرا تﻮسط خطكش اﻧدازه گﻴرى ﻧﻤاﻳﻴد. -6زﻣان ﻳك رفت و برگشت كاﻣل (حركت از Aبﻪ Bو دوباره از Bبﻪ )Aرا ﻳادداشت كﻨﻴد. -7تعداد دورﻫاى ﻣكﻤل در ﻳك ثاﻧﻴﻪ را حساب كﻨﻴد.
B
در فعاﻟﻴت باﻻ ﻣشــاﻫده خﻮاﻫﻴد ﻧﻤﻮد كﻪ رقاصﻪ از ﻣﻮقعﻴت Aبﻪ طرف Cحركت ﻣﻰﻧﻤاﻳد و از Cخﻮد را دور ﻧﻤﻮده و بﻪ ﻣﻮقعﻴت Bﻣﻰ رســد .گﻠﻮﻟﺔ رقاصﻪ ﻣجددا ً از Bبﻪ Cبرگشــت ﻣﻰ كﻨد و خﻮد را بﻪ Aﻣﻰ رساﻧد .بﻪ ﻫﻤﻴﻦ ترتﻴب بﻴﻦ ﻣﻮقعﻴت ﻫاى Aو Bاﻫتزاز ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد تا اﻳﻦ كﻪ اﻳﻦ اﻫتزاز تحت تأثﻴر وزن گﻠﻮﻟﻪ ،اصطكاك بﻴﻦ تار ﻣﻴخ و ﻣقاوﻣت ﻫﻮا بﻪ ﻣرور زﻣان كﻢتر شده و باﻵخره رقاصﻪ در ﻣﻮقعﻴت Cتﻮقف ﻣﻰكﻨد.
17
-1ﻣشــاﻫده ﻧﻤﻮدﻳد كﻪ فاصﻠﻪ CAو CBرا كﻪ تﻮسط خط كش اﻧدازه گﻴرى ﻧﻤﻮدﻳد با ﻫﻢ ﻣســاوى اﻧد (CA = CB) .ﻫر كــدام اﻳﻦ طﻮلﻫاى CAو CBرا اﻣپﻠﻴتــﻮد وﻳا داﻣﻨﺔ اﻫتزاز ﻣﻰ ﻧاﻣﻨد و آن را بﻪ حرف aﻧشان ﻣﻰدﻫﻨد .واحد داﻣﻨﻪ در SIﻣتر است. -2رفتﻦ گﻠﻮﻟﻪ از Aتا Bو برگشــت آن از Bتا Aﻳك دور اﻫتزاز ﻣكﻤل ﻣﻰ باشــد .ﻣدت زﻣاﻧﻰكﻪ در آن ﻳك دور اﻫتزاز كاﻣل (ﻳك رفت و آﻣد) صﻮرت ﻣﻰ گﻴرد ،پرﻳﻮد ﻳا زﻣان تﻨاوب گفتﻪ ﻣﻰ شﻮد و بﻪ حرف Tارائﻪ ﻣﻰگردد. -3در اﻫتزازات تعداد رفت و آﻣد و ﻳا اﻫتزازات فﻰ واحد وقت (ﻳك ثاﻧﻴﻪ) بﻪ ﻧام فرﻳكﻮﻧسﻰ اﻫتزاز ﻳاد ﻣﻰشﻮد و بﻪ حرف ( )fﻧشان داده ﻣﻰ شﻮد؛ طﻮر ﻣثال :اگر در ﻳك ثاﻧﻴﻪ دوبار رفت و برگشت صﻮرت گﻴرد ،فرﻳكﻮﻧسﻰ اﻫتزاز 2بﻮده و ﻫرگاه در ﻳك ثاﻧﻴﻪ 10بار رفت و برگشت اﻧجام شﻮد فرﻳكﻮﻧسﻰ اﻫتزاز 10ﻣﻰباشد. زﻣان ﻳك رفت و برگشــت كاﻣل (پرﻳﻮد) را با تعداد دورﻫاى كاﻣل در ﻳك ثاﻧﻴﻪ (فرﻳكﻮﻧسﻰ) ﻣقاﻳسﻪ ﻣﻰكﻨﻴﻢ. تعداد دور ﻣكﻤل زﻣان اﻫتزاز زﻣان ﻳك اﻫتزاز ﻣكﻤل:
Ts
1
1s
f
f Ts = 1 1s
تعداد دورﻫاى ﻣكﻤل در ﻳك ثاﻧﻴﻪ:
1 f
=T
1 T
ﻳا
=f
از رابطﻪﻫاى فﻮق دﻳده ﻣﻰشﻮد كﻪ پرﻳﻮد و فرﻳكﻮﻧسﻰ ﻣعكﻮس ﻫﻢ اﻧد.
1
با تﻮجﻪ بﻪ رابطﺔ باﻻ ،واحد فرﻳكﻮﻧسﻰ ،ﻣعكﻮس واحد پرﻳﻮد؛ ﻳعﻨﻰ ﻳك بر ثاﻧﻴﻪ ) ( = s 1كﻪ s بﻪ آن ﻫرتز ﻣﻰ گﻮﻳﻨد .ﻳك ﻫرتز ،فرﻳكﻮﻧســﻰ اﻫتزازى ﻣﻰ باشــد كﻪ در 1sﻳك اﻫتزاز كاﻣل اﻧجام ﻣﻰدﻫد ،و آنرا بﻪ Hzﻧشان ﻣﻰدﻫﻨد. زاوﻳﺔ كﻪ بﻴﻦ حاﻟت تعادل (اســتقرار) و اﻧحراف اعظﻤﻰ تار رقاصﺔ ســاده تشكﻴل ﻣﻰ شﻮد ،بﻪ ﻧام زاوﻳﺔ اﻧحراف ﻳاد ﻣﻰ شﻮد .شكل (.)2-4 شكل ()2-4 B
A C
18
فعاﻟﻴت شاگردان بﻪ گروه ﻫاى كﻮچك تقسﻴﻢ ﻣﻰ كﻨﻴﻢ؛ سپس گﻠﻮﻟﻪ ﻫاى داراى اوزان ﻣساوى را بﻪ تعداد گروپ ﻫا تقسﻴﻢ ﻣﻰ كﻨﻴﻢ .اﻳﻦ گﻠﻮﻟﻪ ﻫا را بﻪ طﻮل تارﻫاى كﻮچكتر از 50ساﻧتﻲﻣتر آوﻳزان ﻣﻰكﻨﻴﻢ ،رقاصﻪ ﻫا را بﻪ زواﻳاى ﻣساوى از حاﻟت تعادل (استقرار) ﻣﻨحرف ساختﻪ ﻣﻨتظر ﻫداﻳت ﻣعﻠﻢ ﻣﻰ شﻮﻳﻢ. بﻴﻦ شــروع و ختﻢ صداى ﻣعﻠﻢ ،شاگردان تعداد دورﻫاى ﻣكﻤل اﻫتزازﻫا را ﻣﻰ شﻤارﻧد و زﻣان شروع تا ختﻢ آن را بﻪ تعداد اﻫتزازﻫا تقسﻴﻢ ﻣﻰ كﻨﻨد تا پرﻳﻮد آن بﻪ دست آﻳد .ﻫر گروپ قﻴﻤت پرﻳﻮد حاصﻠﻪ و طﻮل تار رقاصﺔ گروپ خﻮد را در جدوﻟﻰ كﻪ از طرف استاد روى تختﺔ صﻨف رسﻢ شده است ،بﻪ جاى ﻣعﻴﻨﺔ آن درج ﻣﻰ كﻨد .اﻳﻦ آزﻣاﻳش را چﻨد بار تكرار كرده و وسط اﻧدازه گﻴرىﻫاى ﻫر گروپ در جدول ﻧﻮشتﻪ شﻮد .شاگردان اﻳﻦ اعداد شﻤار شدة ﻣربﻮط بﻪ ﻫر رقاصﻪ را با ﻫﻤدﻳگر ﻣقاﻳسﻪ ﻣﻰ ﻧﻤاﻳﻨد.
از فعاﻟﻴتﻰ كﻪ اﻧجام دادﻳد بﻪ اﻳﻦ ﻧتﻴجﻪ خﻮاﻫﻴد رســﻴد ،كﻪ پرﻳﻮد اﻫتزازﻫا ﻣتﻨاســب با طﻮل تار ﻣﻰ باشد .اگر اﻳﻦ آزﻣاﻳش ﻫا بﻪ شكل دقﻴق اﻧجام شﻮﻧد ،ﻣتﻮجﻪ ﻣﻰ شﻮﻳﻢ كﻪ پرﻳﻮد رقاصﻪ با جذر طﻮل تار ﻣتﻨاسب است و بﻪ اﻧدازة كتﻠﻪﻫاى گﻠﻮﻟﻪ ﻫا ارتباط ﻧدارد؛ ﻳعﻨﻰ: بﻴﻦ طﻮل تار و پرﻳﻮد ،ارتباط ذﻳل ﻣﻮجﻮد ﻣﻰ باشد: l g
T =2
اﻳﻦ فﻮرﻣﻮل را كﻪ حاﻻ بدون ثبﻮت قبﻮل ﻣﻰكﻨﻴﻢ .رابطﻪ بﻴﻦ طﻮل تار رقاصﺔ ســاده و پرﻳﻮد آن را ﻧشــان ﻣﻰ دﻫد كﻪ در اﻳﻦ رابطﻪ gعبارت از تعجﻴل جاذبﺔ زﻣﻴﻦ ﻣﻰ باشــد كﻪ باﻻى اجسام وارد ﻣﻰ شﻮد. ﻣثال :پرﻳﻮد ﻳك رقاصﺔ ســاعت (رقاصﻪ دار) را كﻪ طﻮل رقاصﺔ آن 25cmاســت بﻪ دست آورﻳد ( .شتاب جاذبﻪ را g = 10m/s2فرض كﻨﻴد). حﻞ = l = 25cm = 0.25m :طﻮل رقاصﻪ l با استفاده از فﻮرﻣﻮل g
T = 2پرﻳﻮد را ﻣحاسبﻪ ﻣﻲكﻨﻴﻢ. 0.25 10
T = 2 × 3.14 T 1s
19
فعاﻟﻴت آﻳا اﻫتزاز در فﻨرﻫاى ارتجاعﻰ ﻧﻴز ﻣﻮرد بررسﻰ قرار گرفتﻪ ﻣﻰ تﻮاﻧد؟ آﻳا ترازوى فﻨرى را دﻳده اﻳد؟ اگر بﻪ ﻳك قســﻤتﻰ از فﻨر ﻧرم آوﻳزان شــده ،ﻳك عقربﻪ را ﻣحكﻢ كﻨﻴد و بعد ﻣﻮازى بﻪ فﻨر ﻳك خطكش درجﻪ دار را ﻧصب ﻧﻤاﻳﻴد؛ سپس وزﻧﻪ ﻣتﻨاسب را بﻪ قسﻤت آزاد فﻨر بستﻪ و آن را رﻫا كﻨﻴد چﻪ ﻣشاﻫده خﻮاﻫﻴد كرد؟ وزﻧﻪ را بﻪ آﻫســتﻪگﻰ طرف پاﻳﻴﻦ كش ﻧﻤﻮده و رﻫا ســازﻳد؛ آﻳا وزﻧﺔ فﻨر اﻫتزاز (بﻪ طرف باﻻ و پاﻳﻴﻦ حركت) ﻣﻰ كﻨد؟ شاگردان بعد از اجراى عﻤﻠﻴﺔ فﻮق بﻪ سﻮال ﻫا جﻮاب بگﻮﻳﻨد و ﻫر گروه ﻣعﻠﻮﻣاتشان را پﻴش روى صﻨف ﻣبادﻟﻪ كﻨﻨد.
شكل ()2-5
واضح اســت كﻪ بدون آوﻳزان ﻧﻤﻮدن وزﻧﻪ ،عقربﺔ فﻨر بﻪ ﻳك ﻣﻮقعﻴت ﻣعﻴﻦ؛ ﻣثال10mm : ﻣطابقت خﻮاﻫد ﻧﻤﻮد .بعد از آوﻳزان ﻧﻤﻮدن وزﻧﻪ ،عقربﻪ با حﻠقﺔ فﻨرى كﻪ بﻪ آن ﻣحكﻢ شــده است ،بﻪ طرف پاﻳﻴﻦ بﻰ جا ﻣﻰ شﻮد .اگر دست خﻮد را بﻪ خاطر ﻣتﻮقف ساختﻦ فﻨر زﻳر وزﻧﻪ بگﻴرﻳﻢ و بعد رﻫا كﻨﻴﻢ ،فﻨر در ﻳك ﻧقطﺔ خطكش در طﻮل 20mmﻣﻰ اﻳستد. حال اگر وزﻧﻪ را تا ( 30mmﻧقطﺔ )Aبﻪ طرف پاﻳﻴﻦ بكشــﻴﻢ و رﻫا كﻨﻴﻢ ،ﻣشاﻫده ﻣﻰ شﻮد كــﻪ وزﻧﻪ بﻪ طرف باﻻ حركت كــرده و از ( 20mmﻧقطﺔ ) Cﻣﻰ گذرد و بﻪ باﻻتر ﻣﻰ رود تا در ﻳك ﻧقطﻪ (ﻧقطﺔ )Bبراى ﻟحظﻪ ﻳﻰ ﻣتﻮقف شــده؛ ســپس بر ﻣﻲگردد تا بﻪ ﻧقطﺔ Aبرسد و اﻳﻦ عﻤل تكرار ﻣﻰشﻮد. -1شﻤا فاصﻠﺔ BCو ACرا اﻧدازه بگﻴرﻳد و ببﻴﻨﻴد كﻪ BC = ACﻣﻰشﻮد ﻳا خﻴر؟ چرا؟ باﻫﻢ بحث كﻨﻴد. -2زﻣان 10اﻫتزاز كاﻣل را اﻧدازهگﻴرى ﻧﻤﻮده و تقســﻴﻢ بر 10كﻨﻴد تا پرﻳﻮد سﻴســتﻢ وزﻧﺔ فﻨر بﻪ دست آﻳد. -3با استفاده از پرﻳﻮد بﻪ دست آﻣده فرﻳكﻮﻧسﻰ اﻫتزاز فﻨر را ﻣحاسبﻪ كﻨﻴد. با اســتفاده از خصﻮصﻴت اﻫتزازى فﻨرﻫا و رقاصﻪﻫا در تخﻨﻴك ﻣﻰ تﻮان ﻣﻮارد زﻳاد استفاده از آن را برشﻤرد؛ ﻣاﻧﻨد استفاده از فﻨر در ﻣﻮتر و ﻣﻮترساﻳكل در ﻫﻨگام حركت ،استفاده از رقاصﻪ در بعضﻰ از ساعتﻫا براى تﻨظﻴﻢ حركت ساعت گرد ،دقﻴقﻪگرد و ثاﻧﻴﻪگرد .شكل ()2-6 20
ﻣﻮارد استفاده از اﻫتزازات فﻨر و رقاصﻪ در شكلﻫاى زﻳر دﻳده ﻣﻰشﻮد
شكل ()2-6
اﻳﻦ فﻨر قﻮى تﻮسط اﻫتزاز خﻮد جﻤپ تاﻳر در اﻳﻦ ساعت اﻫتزاز رقاصﺔ
ﻣﻮتر را ﻣﻰگﻴرد
ساعت گرد ،دقﻴقﻪ گرد و ثاﻧﻴﻪ گرد را بﻪ حركت ﻣﻰآورد
سﻮال :از وساﻳل و ابزارى ﻧام ببرﻳد كﻪ در آنﻫا از اﻫتزازات فﻨر ﻳا رقاصﻪ استفاده شده باشد؟ در شكلﻫاى زﻳر ﻣﻮقعﻴتﻫاى ﻣختﻠف اﻫتزازات فﻨر و رقاصﻪ ﻣقاﻳسﻪ شده است. تعادل تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت اعظﻤﻰ
حاﻟت تعادل
تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت اعظﻤﻰ
حاﻟت تعادل
تغﻴﻴر ﻣﻮقعﻴت اعظﻤﻰ شكل ()2-7 21
اﻣﻮاج آﻳا گاﻫﻰ در ﻟب حﻮض و ﻳا اطراف آن اﻳســتاده و ســﻨگچﻠﻰ را در آن اﻧداختﻪ اﻳد؟ اگر چﻨﻴﻦ واقع شده باشد ،چﻪ را ﻣشاﻫده كرده اﻳد؟ اگركﻨار درﻳاچﻪ و ﻳا جﻮى را ﻣشــاﻫده ﻧﻤاﻳﻴد ،خﻮاﻫﻴد دﻳد كﻪ آب كﻨار درﻳاچﻪ گاﻫﻰ سطح خﻮد را بﻠﻨد ﻧﻤﻮده و گاﻫﻰ ﻫﻢ دوباره پاﻳﻴﻦ ﻣﻲرود .اﻳﻦ عﻤل چگﻮﻧﻪ واقع ﻣﻰ شﻮد؟ ﻣﻮج در اثر بﻪ وجﻮد آﻣدن اختﻼل در ﻳك ﻣحﻴط (ﻣاﻧﻨد اﻧداختﻦ ســﻨگچل در حﻮض آب) تﻮﻟﻴد ﻣﻰشﻮد.
شكل ()2-8
ﻣﻮج عبارت از اﻧتقال اﻫتزازات در ﻳك ﻣحﻴط است .اﻣﻮاج اﻧرژى را از ﻳك جاى بﻪ جاى دﻳگر اﻧتقال ﻣﻰدﻫﻨد .روزاﻧﻪ در زﻧدهگﻰ خﻮد از ﻣﻮجﻫا استفاده ﻣﻰكﻨﻴﻢ و بﻪ ﻫﻤﻴﻦ خاطر شﻨاخت اﻣﻮاج براى ﻣا بسﻴار ﻣﻬﻢ است.
اﻣﻮاج زﻟزﻟﻪ قﻮى بﻮده و باعث تخرﻳب خاﻧﻪﻫا ﻣﻰگردد
اﻧرژى حرارتﻰ بﻪ شكل اﻣﻮاج تحت سرخ از آفتاب بﻪ زﻣﻴﻦ ﻣﻰرسد
از اﻣﻮاج رادﻳﻮ براى ارتباطات استفاده ﻣﻰكﻨﻴﻢ
22
اكثر اﻣﻮاج صﻮتﻰ از ﻳكجا بﻪ جاى دﻳگر اﻧتقال ﻣﻰﻳابد
از اﻳزوﻣﻮج (ﻣاﻳكرووﻳﻮ) در پخت و پز استفاده ﻣﻰكﻨﻴﻢ
از اﻣﻮاج صﻮتﻰ براى شﻨﻴدن استفاده ﻣﻰكﻨﻴﻢ
اشكال ( )2-9ﻣﻮارد استفادة اﻣﻮاج در زﻧدهگﻰ اﻧسانﻫا
ﻫرگاه كاغذ عقب اﻫتزاز فﻨر را بطﻮر ﻣﻨظﻢ حركت بدﻫﻴﻢ ،باﻻى كاغذ شكل ﻣﻮج ترسﻴﻢ ﻣﻰگردد.
باﻳد بﻪ ﻳاد داشتﻪ باشﻴﻢ كﻪ در ﻣحﻴط ﻣﻮج (بﻪ طﻮر ﻣثال آب) تﻨﻬا اختﻼل حركت ﻣﻰكﻨد و ذرات آب اﻧتقال ﻧﻤﻰكﻨﻨد .براى داﻧستﻦ اﻳﻦ ﻣﻮضﻮع فعاﻟﻴت ذﻳل را اﻧجام ﻣﻰدﻫﻴﻢ.
23
فعاﻟﻴت شــاگردان را بﻪ دو گروه تقســﻴﻢ ﻣﻰ كﻨﻴﻢ و دو رﻳسﻤان دراز را در اختﻴارشان قرار ﻣﻰ دﻫﻴﻢ ،گروه اول ﻳك طرف رﻳسﻤان را درﻣكان ثابتﻰ ﻣحكﻢ ﻧﻤاﻳﻨد .ﻳك شاگرد از اﻧجام دﻳگر رﻳسﻤان ﻣحكﻢ گرفتﻪ بﻪ شدت رﻳسﻤان ﻣتذكره را بﻪ طرف باﻻ و پاﻳﻴﻦ و ﻳا از طرف راســت بﻪ چپ تكان دﻫﻨد .دﻳده ﻣﻰ شــﻮد كﻪ با اﻳﻦ روش ﻣﻰ تﻮاﻧﻴﻢ در طﻮل رﻳسﻤان ﻣﻮج اﻳجاد كﻨﻴﻢ. شاگردان چشﻢ دﻳدشان را روى تختﺔ صﻨف رسﻢ ﻧﻤﻮده و بﻪ كﻤك ﻣعﻠﻢ در ﻣﻮرد ﻣشاﻫداتشان بحث ﻧﻤاﻳﻨد. گروه دوم ﻳك تكﺔ رﻧگﻪ را در ﻳك حصﺔ رﻳسﻤان ببﻨدﻧد؛ سپس فعاﻟﻴت فﻮق را اﻧجام دﻫﻨد .بﻪ حركت اﻫتزاز تكﺔ رﻧگﻪ تﻮجﻪ كﻨﻨد .آﻳا تكﺔ رﻧگﻪ در طﻮل رﻳســﻤان حركت ﻣﻰكﻨد؟ ﻳا ﻣطابق شــكل ( )2-10فقط حﻮل ﻳك ﻧقطﻪ حركت اﻫتزازى خﻮاﻫد داشت؟
شكل ()2-10
ازفعاﻟﻴــت فﻮق ﻣعﻠﻮم ﻣﻰشــﻮد كﻪ ﻣثل اﻣــﻮاج آب در اﻳﻦ جا ﻧﻴز ذرات رﻳســﻤان در طﻮل رﻳســﻤان حركت ﻧكرده؛ بﻠكﻪ تﻨﻬا اختﻼل (تكان) تكﺔ رﻧگﻪ بﻪ ســﻤت باﻻ و پاﻳﻴﻦ ﻳا چپ و راست حركت ﻣﻰكﻨد.
تﻮﻟﻴد اﻣﻮاج اگر جﻬان اطراف خﻮﻳش را بﻪ دقت ﻣشــاﻫده ﻧﻤاﻳﻴﻢ خﻮاﻫﻴﻢ دﻳد كﻪ بســﻴارى از واقعﻪﻫا بﻪ صﻮرت طبﻴعﻰ با اﻣﻮاج ﻫﻤراه ﻣﻰ باشــﻨد؛ آﻳا گفتﻪ ﻣﻰ تﻮاﻧﻴد كﻪ ﻣﻨابع اصﻠﻰ تﻮﻟﻴد اﻳﻦ اﻣﻮاج چﻪ است و چگﻮﻧﻪ باعث تﻮﻟﻴد اﻣﻮاج ﻣﻰ شﻮﻧد؟ چﻪ فكر ﻣﻰكﻨﻴد ،وقتﻰ كﻪ زﻟزﻟﻪ واقع ﻣﻰ شﻮد چــرا خاﻧﻪﻫا ﻣﻲﻟرزﻧد و ﻳا زﻣﻴﻦ ﻟغزش ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد؟ ﻳا وقتﻰكﻪ تﻮســط تﻠﻴفﻮن خﻮﻳش تﻤاس برقرار ﻣﻰكﻨﻴد ،چرا صداى شﻤا بﻪ جاﻧب ﻣقابل شﻤا ﻣﻰرسد و ﻳا برعكس صداى جاﻧب ﻣقابل بﻪ شــﻤا ﻣﻰرسد؟ اﻳﻦ ﻫا و ﻫﻢ چﻨان واقعﻪﻫاى دﻳگر ﻣثال ﻫاﻳﻰ استﻨدكﻪ براساس خصﻮصﻴت ﻣﻮجﻲ ﻣﻰ تﻮان آن ﻫا را تﻮضﻴح داد.
24
وقتــﻰ ﻳك ﻧقطﻪﻳﻰ از طﻨاب ،ﻣثال :ﻧقطﺔ Aرا بــﻪ طرف باﻻ ﻣﻰبرﻳﻢ ،ﻧقطﺔ Bدر برابر باﻻ رفتﻦ ﻣقاوﻣت ﻣﻰكﻨد؛ اﻣا با باﻻ رفتﻦ Aبﻪ عﻠت ارتباط ﻳا بســتﻪگﻰ كﻪ با Bدارد ﻣجبﻮر ﻣﻰشــﻮد بﻪ طرف باﻻ حركت كﻨد .حركت ،Bسبب حركت Cو حركت Cسبب حركت ﻧقطﺔ ﻣجاور خﻮد ﻣﻰشﻮد .بﻪ اﻳﻦ ترتﻴب اﻧرژى داده شده بﻪ ،Aبﻪ شكل ﻣرتب بﻪ ﻧقاط ﻣجاور دﻳگر ﻣﻨتقل شده و سبب ﻣﻰشﻮد كﻪ تغﻴﻴر شكل اﻳجاد شﻮد و در ﻧقطﺔ ،Aبﻪ بقﻴﺔ ﻧقاط دﻳگر ﻣﻨتقل شﻮد .بﻪ عبارت دﻳگر اﻧرژى داده شده بﻪ ﻧقطﺔ Aبﻪ دﻳگر ﻧقاط طﻨاب ﻧﻴز ﻣﻨتقل ﻣﻰشﻮد.
شكل ( )2-11اﻧرژى داده شده بﻪ ﻧقطﺔ Aبﻪ دﻳگر ﻧقاط طﻨاب اﻧتقال ﻣﻰكﻨد شكل ( )2-12طﻮل ﻳك ﻣﻮج ﻣكﻤل را ﻧشان ﻣﻰدﻫد
فعاﻟﻴت شاگردان خاﻧﻪﻫاى خاﻟﻰ را با اﻧدازهﻫاى طﻮل ﻣﻮجﻫاى ﻣﻨاسب پر كﻨﻨد.
1 2 1 2
25
2
1
1
2 3 4
1
1 4
سﻮال اگر بر روى ســطح آب ﻣﻮج اﻳجاد كﻨﻴﻢ ،آﻳا اﻳﻦ ﻣﻮج بﻪ ﻫر طرف ﻣﻨتشــر ﻣﻰ شﻮد ﻳا فقط در ﻳك استقاﻣت ﻳا بﻪ جﻬت ﻣعﻴﻦ ﻣﻨتشر ﻣﻰ شﻮد؟
اﻣﻮاج بر دو ﻗسﻢ اﻧد الف) اﻣﻮاج ﻣﻴخاﻧﻴكﻲ؛ ﻣاﻧﻨد اﻣﻮاج سطح آب ،سﻴﻢﻫاي ﻣﻮسﻴقﻲ و صﻮت؛ ب) اﻣﻮاج اﻟكترو ﻣقﻨاطﻴس ﻣاﻧﻨد ﻧﻮر ،اشعﺔ ﻣاوراي بﻨفش و تحت قرﻣز.
اﻣﻮاج چﮕﻮﻧﻪ اﻧتشار ﻣﻰ ﻛﻨﻨد؟ ﻳكــﻰ از خصﻮصﻴــات ﻣﻬﻢ اﻣﻮاج ﻣﻴخاﻧﻴكﻰ اﻳﻦ اســت كﻪ براى اﻧتشــار آن ،بﻪ ﻣحﻴط ﻣادى ضرورت است؛ ﻳعﻨﻰ بدون ﻣحﻴط ﻣادى اﻧتشار ﻣﻮج ﻣﻴخاﻧﻴكﻰ غﻴر ﻣﻤكﻦ است. تجربﻪ ﻧشان ﻣﻲدﻫد كﻪ اگر ﻣحﻴط ﻣادي را از ﻣﻨبع اﻫتزاز جدا كﻨﻴﻢ ،اﻣﻮاج ﻣﻴخاﻧﻴكﻲ ﻣاﻧﻨد صﻮت اﻧتشار ﻧﻤﻲﻳابد. فعاﻟﻴت ﻣﻮاد ضرورت :فﻨر دراز و ﻧرم. طرزاﻟعﻤل :ﻣاﻧﻨد شــكل ( )2-13شــاگردان را بﻪ گروهﻫا تقسﻴﻢ ﻧﻤﻮده ،ﻳك اﻧجام فﻨر را در ﻳك جاى ﻣحكﻢ بستﻪ ﻧﻤﻮده؛ ســپس اﻧجام دﻳگر آن را بﻪ طرف باﻻ و پاﻳﻴﻦ حركت بدﻫﻨد و ﻣتﻮجﻪ حركت ﻣﻮجﻫاى آن باشــﻨد .بعد از آن ﻣاﻧﻨد شــكل ( )2-13در قﻤســت پﻴش و عقب فﻨر را باﻻى ﻣﻴز ،قﻮه وارد ﻧﻤﻮده و بﻪ دقت ببﻴﻨﻴد كﻪ بعضﻰ از حﻠقﻪﻫاى فﻨر با ﻫﻢ ﻧزدﻳك و بعضﻰ آنﻫا از ﻳكدﻳگر دور ﻣﻰشﻮﻧد.
شكل ()2-13
در قســﻤت اول فعاﻟﻴت دﻳدﻳد كﻪ حﻠقﻪﻫاى فﻨر بﻪ طرف باﻻ و پاﻳﻴﻦ اﻫتزاز ﻣﻰكﻨد و خﻮد فﻨر بﻪ طرف چپ و راست حركت ﻣﻰكﻨد كﻪ اﻳﻦ ﻧﻮع ﻣﻮج را ﻣﻮج عرضﻰ ﻣﻰگﻮﻳﻨد. 26
بﻪ ﻫﻤﻴﻦ ترتﻴب در فعاﻟﻴت دوم دﻳدﻳد كﻪ فﻨر بﻪ طرف چپ و راست اﻫتزاز ﻣﻰكﻨد؛ ﻫﻤچﻨان ﻣﻮج ﻫﻢ بﻪ طرف چپ و راست حركت ﻣﻰكﻨد كﻪ اﻳﻦ ﻧﻮع ﻣﻮج را ﻣﻮج طﻮﻟﻰ ﻣﻰگﻮﻳﻨد.
سرعت ﻣﻮج راجع بﻪ ﻣفﻬﻮم ســرعت و واحد اﻧدازه گﻴرى آن در فصل گذشــتﻪ بــﻪ تفصﻴل بحث ﻧﻤﻮدﻳﻢ، فكر كرده ﻣﻰ تﻮاﻧﻴد كﻪ ســرعت اﻧتشــار ﻧﻮر در ﻫﻮا و در آب چﻪ فرقﻰ خﻮاﻫﻨد داشت؟ گاﻫﻰ ﻫﻢ ﻣشــاﻫده كرده اﻳد كﻪ حﻴﻦ رعد و برق ابتدا روشــﻨﻰ را دﻳده و بعد از چﻨد ﻟحظﻪ صداى رعد بﻪ گﻮش ﻣﻰ رســد؟ بﻠﻰ! رعد و برق ﻫﻢ زﻣان واقع ﻣﻰگردد (ﻧﻮر و صﻮت ﻫﻤزﻣان تﻮﻟﻴد ﻣﻰشــﻮد) و بﻪ ﻳك فاصﻠﺔ ﻣشــخص از ﻣشاﻫده كﻨﻨده واقع ﻣﻰ باشد؛ چﻮن سرعت ﻧﻮر ﻧسبت بﻪ ســرعت صﻮت بسﻴار زﻳاد ﻣﻰ باشد ،بﻪ اﻳﻦ ﻣﻠحﻮظ ﻧخست ﻧﻮر را دﻳده؛ سپس صداى رعد را ﻣﻰ شــﻨﻮﻳﻢ؛ چﻮن ﻧﻮر و صدا از عﻴﻦ ﻣﻮقعﻴت بﻪ چشﻢ ﻣشاﻫده و بﻪ گﻮش شﻨﻴده ﻣﻰشﻮد. بدﻳﻦ ﻟحاظ تفاوت وقت بﻴﻦ رســﻴدن روشــﻨﻰ و صداى رعد بﻪ ســرعت اﻧتشار ﻧﻮر و سرعت صداي رعد ارتباط ﻣﻰگﻴرد .اگر فاصﻠﻪ بﻴﻦ ﻣﻨبع اﻧتشــار ﻣﻮج و شــﻨﻮﻧده را بﻪ زﻣان رسﻴدن ﻣﻮج تقسﻴﻢ ﻧﻤاﻳﻴﻢ ،سرعت ﻣﻮج بﻪ دست ﻣﻰآﻳد. فاصﻠﻪ بﻴﻦ ﻣﻨبع اﻧتشار ﻣﻮج و ﻣحل درﻳافت ﻣﻮج = سرعت اﻧتشار ﻣﻮج ﻣدت زﻣان اﻧتشار ﻣﻮج اگر فاصﻠﻪ بﻪ ،dزﻣان بﻪ tو ســرعت بﻪ Vﻧشــان داده شــﻮد ،در اﻳﻦ صﻮرت خﻮاﻫﻴﻢ داشت d كﻪ: =V t
واحد اﻧدازهگﻴرى سرعت اﻧتشار ﻣﻮج m/sﻣﻰ باشد.
27
طﻮل ﻣﻮج و فرﻳﻜﻮﻧسﻰ ﻫرﻣــﻮج چﻪ طﻮﻟﻲ باشــد چﻪ عرضــﻰ ،داراى طﻮل ﻣﻮج ﻣعﻴﻦ ﻣﻰ باشــد .داﻣﻨﺔ اﻫتزاز ﻳعﻨﻰ اﻣپﻠﻴتﻮد ،فرﻳكﻮﻧسﻰ اﻫتزاز ﻣﻮج و پرﻳﻮد آن ﻣثل اﻫتزازﻫاى ساده ﻣﻰباشد؛ بﻨابراﻳﻦ فاصﻠﻪ ﻳﻰ كﻪ ﻣﻮج در ﻳك دوره (پرﻳﻮد) طﻰ ﻣﻰكﻨد ،طﻮل ﻣﻮج ﻧاﻣﻴده ﻣﻰ شﻮد .واحد طﻮل ﻣﻮج ﻫﻤان واحد طﻮل ﻣﻰ باشد .طﻮل ﻣﻮج را بﻪ حرف ارائﻪ ﻣﻰ دارﻧد. ﻫﻢچﻨان واحد اﻧدازهگﻴرى فرﻳكﻮﻧسﻰ ﻫرتز بﻮده و تعداد اﻫتزاز فﻰ واحد وقت را ﻧشان ﻣﻰدﻫد. فاصﻠﻪ بﻴﻦ دو قﻠعﻪﻫاى بﻠﻨد ﻣﻮج را بﻪ ﻧام طﻮل ﻣﻮج ﻳاد ﻣﻰكﻨﻨد.
آن ﻫﻤان قسﻤتﻰ كﻪ ﻣﻮج اﻧتشار ﻣﻰﻧﻤاﻳد بﻪ ﻧام داﻣﻨﻪ اﻫتزاز ﻳاد ﻣﻰگردد.
شكل ()2-14
صﻮت ()sound جﻬاﻧﻰ كﻪ ﻣا در آن زﻧده گﻰ ﻣﻰ كﻨﻴﻢ ،پر از ســر و صداﻫا و اصﻮات گﻮﻧاگﻮن ﻣﻰ باشد ،بعضﻰ صداﻫــا دﻟپذﻳر و دﻟﻨشــﻴﻦ بﻮده و تعدادى ﻫﻢ ﻧاﻣﻮزون و ﻧاخﻮشــاﻳﻨد ﻣﻰ باشــﻨد ،ﻣا قابﻠﻴت شﻨﻴدن بعضﻰ صداﻫا را ﻧدارﻳﻢ .آﻳا عﻠت آن را ﻣﻰ داﻧﻴد؟ وقتﻰ صداﻫا را ﻣﻰشﻨﻮﻳﻢ كﻪ ﻣاﻟﻴكﻮلﻫاى ﻫﻮا بﻪ پردة گﻮش ﻣا برخﻮرد كﻨﻨد و آن بﻪ اﻫتزاز در آورﻧد .اگر ﻣاﻟﻴكﻮلﻫاى زﻳادى از ﻫﻮا بﻪ پردة گﻮش ﻣا برخﻮرد كﻨﻨد ،صدا را بﻠﻨد ﻣﻰشﻨﻮﻳﻢ و اگر ﻣاﻟﻴكﻮلﻫاى كﻢ برخﻮرد كﻨﻨد ،صدا را آرام ﻣﻰشﻨﻮﻳﻢ. طﻮل صﻮت بﻪ دســﻰ بل ( )dbاﻧدازه ﻣﻰشــﻮد .در اشــكال ذﻳل بعضــﻰ از آوازﻫاى كﻪ بﻠﻨد ﻫستﻨد با ﻣقدار دسﻰ بل آن ﻧﻮشتﻪ شده است. ۸۰ dB
سگ در حاﻟت كشﻴدن صداى بﻠﻨد
۲۰ dB
صداى آرام پرﻧده
۱۰۰ dB
صداى ﻧﻮاختﻦ ُسرﻧﻰ
28
۱۵۰ dB
اﻧفجار دﻳگ بخار
۱۳۰ dB
۱۱۰ dB
صداى برﻣﻪ كردن سرك تﻮسط كارگر
طﻴارة جﻴت در حاﻟت پرواز
با اســتفاده از تصاوﻳر داده شــده ،اﻧدازهﻳﻰ صداﻫا را از پاﻳﻴﻦ بﻪ ترتﻴب بﻪ صداﻫاى بﻠﻨد ﻣاﻧﻨد جدول ذﻳل در كتابچﻪﻫاىتان بﻨﻮﻳسﻴد: شﻤاره
ﻧام
دسﻰ بل
1
بدون صدا
0db
2
آواز پرﻧده
20db
3
ﻫﻨگاﻣﻰكﻪ ﻣردم بﻪ صداى آﻫستﻪ صحبت ﻣﻰكﻨﻨد
فعاﻟﻴت
29
ﺣﺎﻟﺖ ﺗﻌﺎدل
اﻟف) روى ﻳك تختﻪ دو عدد ﻣﻴخ را با فاصﻠﺔ ﻣعﻴﻦ بكﻮبﻴد؛ سپس ﻫر دو ﻣﻴخ را با ﻳك ســﻴﻢ ﻧازك بﻪ ﻫﻢ وصل كﻨﻴد ،بﻪ طﻮرى كﻪ سﻴﻢ حاﻟت كشﻴده داشتﻪ باشد .حال اگر بﻪ سﻴﻢ ضربﻪ وارد كﻨﻴد، صداﻳﻰ از آن در ﻫﻮا ﻣﻨتشر ﻣﻰ شﻮد كﻪ ﻣا آن را ﻣﻰ شﻨﻮﻳﻢ. ب) ﻳك خط كش را بﻪ ﻟبﺔ ﻣﻴز طﻮرى قرار دﻫﻴد كﻪ قسﻤت كﻢ آن در ﻫﻮا (خارج ﻣﻴز) و قسﻤت دﻳگر آن روى ﻣﻴز قرار داشتﻪ باشد .با ﻳك دست قسﻤت خطكش را كﻪ روى ﻣﻴز قرار دارد ،ﻧگﻪ داشتﻪ و بﻪ سر آزاد خط كش ضربﻪ وارد كﻨﻴد .چﻪ ﻣﻰشﻨﻮﻳد و ﻣﻰبﻴﻨﻴد؟ بار دوم قســﻤت بﻴشتر خطكش را در ﻫﻮا و قسﻤت كﻢ آنرا روى ﻣﻴز قرار داده و فعاﻟﻴت را تكرار و با حاﻟت اول ﻣقاﻳسﻪ ﻧﻤاﻳﻴد.
شكل ()2-15
واضح است كﻪ عﻠت تﻮﻟﻴد صدا ،ﻫﻤاﻧا اﻫتزاز ﻧﻤﻮدن سﻴﻢ و ﻳا خطكش ﻣﻰ باشد .عﻼوه بر اﻳﻦ اگر شخصﻲ آﻫستﻪ سخﻦ گﻮﻳد ،شدت اﻫتزاز تارﻫاى صﻮتﻰ بﻪ آن اﻧدازه ﻧﻤﻰ باشد كﻪ صداى بﻠﻨــد تﻮﻟﻴد كﻨد تا شــﻨﻴده بتﻮاﻧﻴﻢ .از تﻮضﻴحات فﻮق بر ﻣﻰ آﻳد ،كﻪ صــدا در ﻧتﻴجﺔ اﻫتزاز تارﻫاى صﻮتﻰ حﻨجره و ﻳا ﻫﻢ از اﻫتزاز اجسام ،با اﻧتشار اﻣﻮاج طﻮﻟﻰ حاصل ﻣﻰگردد .شكل (.)2-15 ساحﺔ شﻨﻮاﻳﻰ گﻮش اﻧسان ﻣحدود بﻮده و صداﻫا را از فاصﻠﻪ ﻫاى دور كﻪ بﻠﻨدى آن كﻢ باشد شﻨﻴده ﻧﻤﻰ تﻮاﻧد .اﻧسان ﻫا قادر اﻧد تا بﻪ صﻮرت ﻧﻮرﻣال صداﻫاى با اﻫتزاز 20تا 20000ﻫرتز را بشﻨﻮﻧد .اگر صﻮت زﻳر باشد فرﻳكﻮﻧسﻰ اﻫتزاز آن زﻳاد ﻣﻰباشد و برعكس اگر صدا بﻢ باشد فرﻳكﻮﻧسﻰ اﻫتزاز آن پاﻳﻴﻦ است. آﻟﻪ ﻫــاى ﻣﻮســﻴقﻰ تاردار؛ ﻣثــل :رباب ،تﻨبﻮر و ســﻪ تار از جﻤﻠﻪ آﻟﻪ ﻫاﻳﻰ اﻧــد كﻪ ﻣﻰ تﻮاﻧﻨد صﻮت ﻫاى دﻟﻨشﻴﻦ تﻮﻟﻴد ﻧﻤاﻳﻨد.
شكل ()2-16
30
خﻼصﺔ فصﻞ دوم اﻫتزازات و اﻣﻮاج ﻧﻮعﻰ از حركت در طبﻴعت ﻣﻰ باشــﻨد كﻪ در زﻧده گﻰ و تخﻨﻴك از آن استفاده بﻪ عﻤل ﻣﻰ آﻳد. اﻫتزاز ،ﻣﻨظﻢ و غﻴر ﻣﻨظﻢ بﻮده ﻣﻰ تﻮاﻧد. ﻣدت زﻣان ﻳك رفت و آﻣد عبارت از پرﻳﻮد و تعداد اﻫتزاز فﻰ واحد وقت را فرﻳكﻮﻧســﻰ ﻣﻰگﻮﻳﻨد. پرﻳﻮد بﻪ ثاﻧﻴﻪ و فرﻳكﻮﻧسﻰ بﻪ ﻫرتز اﻧدازه گﻴرى ﻣﻰ شﻮد. فاصﻠــﺔ اﻧحــراف از حاﻟت تعادل ،داﻣﻨﺔ اﻫتزاز و ﻳا اﻣپﻠﻴتﻮد ﻧاﻣﻴده ﻣﻰ شــﻮد .در ﻳك فﻨر داﻣﻨﺔ اﻫتزار ﻣتﻨاسب بﻪ قﻮة عاﻣل آن ﻣﻰ باشد. اﻧتشار اﻫتزاز در ﻳك ﻣحﻴط را ﻣﻮج گﻮﻳﻨد .ﻧظر بﻪ سﻤت اﻧتشار و سﻤت اﻫتزاز ،اﻣﻮاج بﻪ دو ﻧﻮع تقﻴسﻢ ﻣﻰ شﻮﻧد ،اﻣﻮاج طﻮﻟﻰ و عرضﻰ. فاصﻠﻪ ﻳﻰ كﻪ ﻳك ﻣﻮج در ﻳك پرﻳﻮد طﻰ ﻣﻰكﻨد ،طﻮل ﻣﻮج ﻧاﻣﻴده ﻣﻰشﻮد. صﻮت ﻳك ﻣﻮج طﻮﻟﻰ است و صداﻫاﻳﻰ كﻪ گﻮش ﻣا آنرا شﻨﻴده ﻣﻰتﻮاﻧد بﻴﻦ بﻴست اﻟﻰ بﻴست ﻫزار ﻫرتز فرﻳكﻮﻧسﻲ قرار دارﻧد. ﻫر قدر فرﻳكﻮﻧســﻲ ﻳا تعداد اﻫتزاز فﻰ واحد وقت افزاﻳش ﻳابد صدا زﻳر و عكس آن صدا بﻢ ﻣﻰگردد.
3131
سؤالﻫاي فصﻞ دوم -1اﻫتزازﻫا بﻪ چﻨد ﻧﻮع اﻧد و از ﻫﻢ چﻪ تفاوت دارﻧد؟ -2خصﻮصﻴتﻫاى عﻤدة حركت اﻫتزازى را تعرﻳف ﻧﻤاﻳﻴد. -3پرﻳﻮد و فرﻳكﻮﻧسﻰ با ﻫﻢ چﻪ ارتباطﻰ دارﻧد؟ واحدﻫاى اﻧدازه گﻴرى آنﻫا كدام اﻧد؟ -4دو رقاصﻪ با طﻮلﻫاى تار 100cmو 81cmدر حاﻟت اﻫتزاز اﻧد .ارتباط بﻴﻦ پرﻳﻮدﻫاىشان را درﻳابﻴد و قﻴﻤتﻫاى پرﻳﻮدﻫا را درج ﻧﻤﻮده و تﻮضﻴح دﻫﻴد. -5راجع بﻪ طﻮل ﻣﻮج چﻪ ﻣﻰداﻧﻴد؟ تﻮضﻴح ﻧﻤاﻳﻴد. -6اﻣﻮاج را از حﻴث اﻧتشار تﻮضﻴح ﻧﻤاﻳﻴد. -7سرعت ﻧﻮر با سرعت صﻮت چﻪ تفاوتﻰ را دارا ﻣﻰباشد؟ -8صﻮت چﻪ ﻧﻮع ﻣﻮج ﻣﻰباشــد و سرعت آن در ﻫﻮا بﻪ طﻮر تقرﻳبﻰ چقدر خﻮاﻫد بﻮد؟ آﻳا براى اﻧتشار صﻮت بﻪ ﻣحﻴط ﻣادى ضرورت است؟ چرا؟ -9فرﻳكﻮﻧسﻲ صﻮت قابل شﻨﻴدن براى گﻮش اﻧسان در كدام حدود ﻣﻮقعﻴت دارد؟ -10ارتباط بﻴﻦ ﻣﻮج و صﻮت را بﻪ صﻮرت ﻣختصر تﻮضﻴح ﻧﻤاﻳﻴد.
32
فصﻞ سﻮم
برق جارى وقتﻰ سﻴﻢ اوتﻮ را بﻪ برق وصل ﻣﻰكﻨﻴﻢ گرم ﻣﻰآﻳد و ﻳا وقتﻰ كﻠﻴد تﻠﻮﻳزﻳﻮن را فشار دﻫﻴﻢ روشﻦ ﻣﻰشﻮد. آﻳا در اﻳﻦ باره فكر ﻧﻤﻮده اﻳد كﻪ كدام عﻮاﻣل ســبب گرم شــدن ﻳا روشﻦ شدن آنﻫا ﻣﻰشﻮد؟ با روشﻦ ﻧﻤﻮدن تﻤام اﻳﻦ وســاﻳل (ﻣقاوﻣتﻫا) ،چارجﻫاى برقﻰ بﻪ حركت ﻣﻰآﻳد .شﻤا در صﻨف قبﻠﻰ راجع بﻪ چارج ﻫاى برقﻰ وخﻮاص آنﻫا ﻣعﻠﻮﻣات حاصل ﻧﻤﻮدﻳد .در اﻳﻦ فصل خﻮاﻫﻴد آﻣﻮخت كﻪ: برق چﻴســت وكﻤﻴتﻫاى برقﻰ چگﻮﻧﻪ اﻧدازه گﻴرى ﻣﻰشــﻮﻧد؟ اوم كــدام قاﻧــﻮن را ارائﻪ كرد؟ﻣقاوﻣت ســﻴﻢﻫاى اﻧتقال بــرق با ابعاد ﻫﻨدسﻰشــان چﻪ رابطﻪ ﻳﻰ دارد؟ ﻫﻢ چﻨان دراﻳﻦ فصل بﻪ تركﻴب ﻣسﻠسل و ﻣﻮازى بترىﻫا و ﻣﻮارد حفاظتﻰ برق آشﻨا ﻣﻰشﻮﻳد.
33
جرﻳان برق اگر ﻳك گروپ ،بترى و ﻣقدارى ســﻴﻢ ارتباطﻰ را ﻣطابق شــكل ( )3-1بﻪ ﻫﻢ وصل كﻨﻴﻢ ،گروپ روشﻦ ﻣﻰشﻮد. اﻳﻦ ﻧشــان ﻣﻰدﻫد كﻪ در ســﻴﻢ ،چارجﻫا جرﻳان دارﻧد. چــارج ﻣﻰتﻮاﻧد از بترى خارج شــﻮد ،از ســﻴﻢ و گروپ عبﻮر ﻧﻤاﻳد و دوباره بﻪ بترى باز گردد .اﻳﻦ اتصال را دوره (سركت) ﻣﻰگﻮﻳﻨد.
شكل( )3-1اﻟكترونﻫاى آزاد درفﻠزات جﻬت حركت اﻟكترونﻫا
بترى شكل( )3-2جرﻳان اﻟكترون ﻫاى آزاد در دوره
فعاﻟﻴت ﻣقدارى سﻴﻢ ،بترى ،ﻳك گروپ كﻮچك و ﻳك سﻮﻳچ را طﻮرى بﻪ ﻫﻢ وصل ﻧﻤاﻳﻴد كﻪ با آن بتﻮان گروپ را روشﻦ و خاﻣﻮش ﻧﻤﻮد. اﻟف) دوره را بستﻪ ﻧﻤاﻳﻴد .چﻪ رخ ﻣﻰدﻫد؟ ب) دوره را از ﻧقاط ﻣختﻠف باز (قطع) ﻧﻤاﻳﻴد .چﻪ تغﻴﻴرى بﻪ وجﻮد ﻣﻰآﻳد؟
سﻮال :چرا زﻣا ﻧﻰ كﻪ اﻳﻦ وساﻳل بﻪ صﻮرت دورة بستﻪ بﻪ ﻫﻢ وصل اﻧد ،گروپ روشﻦ و زﻣاﻧﻰ كﻪ دوره بازاست ،گروپ خاﻣﻮش ﻣﻰباشد؟ ﻳعﻨﻰ درصﻮرتﻰ كﻪ دوره بستﻪ باشد اﻟكترونﻫا در دوره حركت ﻣﻰﻧﻤاﻳﻨد و جرﻳان اﻟكترونﻫا بﻪصﻮرت دوامدار برقرار ﻣﻰشﻮد .حركت اﻟكترون ﻫا را در ﻳك سﻴﻢ فﻠزى جرﻳان برق گﻮﻳﻨد.
فﻜر ﻛﻨﻴد -1با استفاده از وساﻳل ﻣختﻠف برقﻰ،كدام كارﻫا را اﻧجام داده ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ؟ در اﻳﻦ باره با ﻫﻢ بحث و ﻣشﻮرت ﻧﻤاﻳﻴد.
34
دورة برﻗﻰ (سرﻛت)
شكل( )3-3گروپ
بــراى اﻳﻨكﻪ برق در ﻳك دوره جرﻳان پﻴــدا كﻨد دو چﻴز ضرورى است: -1دوره ﻣكﻤل -2بترى براى حركت دادن اﻟكترونﻫا شكل ( )3-3دورة ﻣكﻤل را ﻧشان ﻣﻰدﻫد كﻪ شاﻣل بترى ،سﻮﻳچ، گروپ و سﻴﻢ فﻠزى ﻣﻰباشد .ﻫرگاه سﻮﻳچ را وصل ﻧﻤاﻳﻴﻢ برق در سﻴﻢ جرﻳان پﻴدا ﻣﻰكﻨد و گروپ روشﻦ ﻣﻰگردد. شكل ( )3-4عﻴﻦ ســركت را ﻧشان ﻣﻰدﻫد كﻪ تﻮسط سﻤبﻮلﻫا ارائﻪ شده است.
شكل( )3-4دورة برقﻰ
اشكال ذﻳل بعضﻰ از اجزاء و سﻤبﻮلﻫاى عﻤﻮﻣﻰ دورة برقﻰ را ﻧشان ﻣﻰدﻫد.
35
فعاﻟﻴت بترىﻫا ،گروپ و سﻮﻳچﻫا را كﻪ در اشكال ( )3-5ﻧشان داده شده در كتابچﻪﻫاى خﻮد ترسﻴﻢ ﻧﻤﻮده؛ سپس تﻮسط خطﻮط ،سﻤبﻮلﻫا را در آنﻫا طﻮرى با ﻫﻢ وصل ﻧﻤاﻳﻴد كﻪ دورة ﻣكﻤل برقﻰ را ﻧشان دﻫد.
(اﻟف)
(ب)
(ج)
شكل()3-5
از ﻣقاﻳسﺔ اشكال فﻮق گفتﻪ ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ كﻪ براى تشكﻴل دورة برقﻰ ﻣﻮقعﻴت اجزاى دوره ﻣﻬﻢ ﻧبﻮده؛ بﻠكﻪ بستﻪ بﻮدن دوره ﻣﻬﻢ است.
فﻜر ﻛﻨﻴد چرا دورة برقﻰ باﻳد بستﻪ باشد؟ شرح دﻫﻴد.
اﻧدازهﮔﻴرى جرﻳان برق چﻨان چﻪ ﻣقدار آب جارى بﻪ ﻟﻴتر فﻰ ثاﻧﻴﻪ اﻧدازه گﻴرى ﻣﻰشــﻮد ،ﻫﻤﻴﻦ قســﻢ جرﻳان برق بﻪ ﻣقدار چارج برقﻲ فﻰ ثاﻧﻴﻪ كﻪ از ﻣقطع ســﻴﻢ عبﻮر ﻣﻰكﻨد اﻧدازه گﻴرى ﻣﻰشــﻮد؛ چﻮن چارج اﻟكترون بسﻴاركﻢ است؛ ﻟذا ﻳك ﻣقدار زﻳاد اﻳﻦ اﻟكترونﻫا ضرورى است تا ﻳك جرﻳان برقﻰ را ﻧشــان داده بتﻮاﻧد .واحد اﻧدازهگﻴرى جرﻳان برق اﻣپﻴرﻧام دارد و بﻪ ( )Aﻧشــان داده ﻣﻰشﻮد. ﻫرگاه ازســطح ﻣقطع ﻳك ســﻴﻢ ،ﻳك كﻮﻟﻤب چارج درﻳك ثاﻧﻴﻪ عبﻮركﻨد ،جرﻳان برق ﻳك اﻣپﻴر ﻣﻰباشد ،ﻳعﻨﻰ: 1Culomb = 1A = 1 coul s 1Second
36
در عﻤل ،جﻬت اﻧدازهگﻴرى ﻣقدار جرﻳان برق از اﻣپﻴرﻣتر استفاده ﻣﻰگردد. اﻣپﻴرﻣتــر در ســاختﻤان خﻮد داراى ﻣحل اتصال ســﻴﻢ ،صفحﺔ درجﻪ بﻨدى شــده و عقربﻪ ﻣﻰباشد .اﻣپﻴرﻣتر در دوره ﻫاى برقﻰ بﻪ صﻮرت ﻣسﻠسل وصل ﻣﻰگردد .اﻣپﻴر ﻣتر ﻧشان داده شــده در شكل ( )3-6اﻟﻰ 8Aرا ﻣﻰ تﻮاﻧد اﻧدازه گﻴرى ﻧﻤاﻳد .از اﻳﻦ كﻪ صفحﺔ آن بﻪ 4حصﻪ تقســﻴﻢ شده پس ﻫرحصﻪ ﻳا ﻧشــاﻧﻰ 2A ،را ﻧشان ﻣﻰ دﻫد .طﻮرى كﻪ دﻳده ﻣﻰ شﻮد عقربﺔ صفحﺔ اﻣپﻴرﻣتر در وسط قسﻤت دوم قرار دارد؛ ﻟذا در اﻳﻦ دوره 2.5اﻣپﻴر جرﻳان وجﻮد دارد. ) ﻧشان داده ﻣﻰ شﻮد .شكل()3-7 اﻣپﻴرﻣتر در دورة برقﻰ بﻪ سﻤبﻮل( 8
I شكل( )3-7ارائﺔ سﻤبﻮﻟﻴك اﻣپﻴرﻣتر
شكل( )3-6طرﻳقﺔ وصل ﻧﻤﻮدن اﻣپﻴر ﻣتر
فعاﻟﻴت درجﻪ اﻣپﻴرﻣترﻫاى شــكل( )3-8را بخﻮاﻧﻴد و براى ﻫر ﻳك ﻣطابق ﻣﻮقعﻴت عقربﻪ و درجﻪ بﻨدىﻫا ،ﻣقدار جرﻳان ( )Iرا بﻨﻮسﻴد.
(اﻟف)
(ج)
(ب)
4
I = ?A
I = ?A
I = ?A شكل ()3-8
37
فعاﻟﻴت ســﻤبﻮلﻫاى بترى ،گــروپ و اﻣپﻴرﻣترى را كﻪ در شــكل( )3-9ﻧشــان داده شــده است ،در كتابچﻪ ﻫاى خﻮد ترســﻴﻢ؛ سپس تﻮسط خطﻮط، سﻤبﻮل را طﻮرى وصل ﻧﻤاﻳﻴد كﻪ ﻳك دورة برقﻰ بﻪ وجﻮد آﻳد.
شكل()3-9
فﻜر ﻛﻨﻴد
وقتﻰ از ﻳك سﻴﻢ جرﻳان برق عبﻮر ﻣﻰكﻨد ،بﻪ ﻧظر شﻤا چارج ﻫاى ﻣثبت درسﻴﻢ حركت ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد ﻳا چارج ﻫاى ﻣﻨفﻰ؟ چرا؟
تفاوت پﻮتاﻧسﻴﻞ حركت اﻧتقاﻟﻰ چارج ﻫا در ﻳك دورة برقﻰ بﻪ اثر قﻮة ﻣحركﺔ ﻣﻨبع صﻮرت ﻣﻰگﻴرد .وساﻳل اﻳجادكﻨﻨدة قﻮة ﻣحركﺔ برقﻰ را ﻣﻨبع برق گﻮﻳﻨد؛ ﻣاﻧﻨد بترى، جﻨراتﻮر ،داﻳﻨﻤﻮ و غﻴره. سؤال :ﻣﻨبع برق در ﻳك دوره ،چگﻮﻧﻪ جرﻳان را بﻪ وجﻮد ﻣﻰ آورد؟ براى روشــﻦ شدن اﻳﻦ ﻣســأﻟﻪ ،چگﻮﻧﻪ گﻰ اﻳجاد جرﻳان ﻳك سﻴســتﻢ حركت آب را كﻪ در شــكل ( )3-10ﻧشــان داده شــده ،با دو كرة چارج دار ، ﻣقاﻳســﻪ ﻣﻰ ﻧﻤاﻳﻴﻢ .در شــكل دﻳده ﻣﻰ شــﻮد كﻪ ظرفﻫاى Aو Bبﻪ ﻫﻢ وصل شــده اﻧد و ظرفA از آب پر است. اگر در شكل فﻮق شﻴردﻫﻦ باز شﻮد كدام عاﻣل سبب حركــت ﻳا جرﻳان آب بﻪ ظرف Bخﻮاﻫدگردﻳد؟ و تا چﻪ وقت اداﻣﻪ خﻮاﻫد ﻳافت؟ خﻮاﻫﻴد گفــت كﻪ ارتفاع ســطح آب در ظرف A
شﻴر دﻫﻦ
شكل( )3-10ﻣدل تحﻠﻴﻠﻰ
شكل( )3-11كرةﻫاى چارج دار
38
باعث اﻳجاد فشــار در ســطح پاﻳﻴﻦ ظرف كﻪ ﻧل در آن وصل است ،ﻣﻰ گردد؛ چﻮن در اﻧجام دﻳگر ﻧل ،كﻪ بﻪ ظرف Bوصل اســت چﻨﻴﻦ فشــارى وجﻮد ﻧدارد؛ بﻨابراﻳﻦ تفاوت فشــار آب در دو اﻧجام ﻧل باعث جرﻳان آب در آن ﻣﻰگردد و تا وقتﻰ كﻪ فشــار آب در ﻫر دو طرف ﻧل ﻣســاوى ﻧشﻮد ،جرﻳان اداﻣﻪ ﻣﻰﻳابد .فشار در دو طرف ﻧل زﻣاﻧﻰ ﻣساوى ﻣﻰ شﻮد كﻪ آب در ﻫر دو ظرف ( Aو )Bبﻪ ﻳك سطح قرارگﻴرد. ﻣشــابﻪ بﻪ اﻳﻦ ﻫرگاه بﻴﻦ دوجســﻢﻫادي (ﻳا حتﻲ بﻴﻦ دو اﻧجام ﻳكﻫادي) چارچﻫاي برقﻲ جرﻳان پﻴدا كﻨد ،گفتﻪ ﻣﻰشــﻮد بﻴﻦ دوجســﻢ (ﻳا دو اﻧجام) اختﻼف پﻮتاﻧســﻴل برقﻲ وجﻮد دارد .در دوره ﻫاى برقﻰ ،اختﻼف پﻮتاﻧســﻴل بﻴﻦ قطب ﻫاى ﻣﻨبع ســبب ﻣﻰ شﻮد كﻪ اﻟكترون ﻫا از جاﻳﻰكﻪ داراى چارج ﻫاى ﻣﻨفﻰ بﻴشتر اســت (قطب ﻣﻨفﻰ) بﻪ جاﻳﻰكــﻪ داراى چارج ﻫاى ﻣﻨفﻰ كﻢ تر است (قطب ﻣثبت) جرﻳان ﻧﻤاﻳﻨد .شكل(.)3-12 بترى تفاوت پﻮتاﻧسﻴل برقﻲ را بﻪ Vﻧشان ﻣﻰدﻫﻨد و بﻪ وﻟت ()Volt اﻧدازه گﻴرى ﻣﻰگردد. شكل ( )3-12جرﻳان اﻟكترونﻫا
فعاﻟﻴت در گروهﻫاى كﻮچك در بارة سﻮال ذﻳل بحث ﻧﻤﻮده وخﻼصﺔ بحثتان را براى ﻫﻢ صﻨفانتان گزارش دﻫﻴد. سﻮال :در كدام ﻳك از دورهﻫاى شكل( ،)3-13جرﻳان بﻪ وجﻮد آﻣده ﻣﻰ تﻮاﻧد؟ در بارة ﻫرﻳك دﻻﻳل تان چﻴست؟ اشكال()3-13
(اﻟف)
(ب)
(ج)
فﻜر ﻛﻨﻴد چرا برق بترى چراغ دستﻰ ،اﻧسان را تكان ﻧﻤﻰدﻫد؟ در حاﻟﻰكﻪ برق خاﻧﻪ و جﻨراتﻮر براى ﻣا خطر ﻧاك است؟
39
اﻧدازه ﮔﻴرى تفاوت پﻮتاﻧشﻴﻞ ﻫرگاه از ﻳك چراغ دستﻰ چﻨد روز استفاده كﻨﻴد روشﻨاﻳﻰ آن ضعﻴف ﻣﻰ شﻮد؛ اﻣا با تعﻮﻳض بترى ،روشﻨاﻳﻲ آن افزاﻳش ﻣﻰﻳابد. درصﻮرت استفادة بﻴشتر از چراغ دستﻰ ،كدام كﻤﻴت برقﻰ آن تغﻴﻴر ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد؟ شــﻤا از درس گذشتﻪ ﻣﻰداﻧﻴد كﻪ ﻫر ﻣﻨبع برق در قطبﻫاى خﻮد ،داراى تفاوت پﻮتاﻧسﻴل برقﻰ اســت و اســتفادة دراز ﻣدت از بترى ﻫا باعث كا ﻫش تفاوت پﻮتاﻧســﻴل قطبﻫاى آن ﻣﻰ شﻮد و چارج (وﻟتﻴج) بتري آن بﻪ صﻮرت تدرﻳجﻰ تقﻠﻴل ﻣﻰ ﻳابد. آﻟﻪﻳﻰ كﻪ تفاوت پﻮتاﻧســﻴل را اﻧدازهگﻴرى ﻣﻰﻧﻤاﻳد وﻟتﻣتر ﻧاﻣﻴده ﻣﻰشﻮد .وﻟتﻣتر بﻪ سﻤبﻮل ( ) ﻧشانداده ﻣﻰشﻮد و با دورهﻫاى برقﻰ بﻪصﻮرت ﻣﻮازى وصل ﻣﻰشﻮد .شكل ()3-14 وﻟت ﻣتر جرﻳان برق ﻣســتقﻴﻢ ،داراى ﻣحل اتصال ســﻴﻢ با عﻼﻣت ﻫاى ﻣشــخص ( )+و ()- اســت كﻪ ﻧباﻳد آن را ﻣعكﻮس وصل ﻧﻤﻮد؛ ﻫﻢ چﻨان وﻟتﻣتر جرﻳان برق ﻣســتقﻴﻢ را ﻧباﻳد بﻪ برق خاﻧﻪ ﻳا بــرق جﻨراتﻮر وصل كرد .براى اﻧدازهگﻴرى وﻟتﻴج بﻠﻨد تر ،ﻧباﻳد بﻪ ﻧقاط بدون پﻮشش سﻴﻢ ﻫا با دست I بﻪطﻮر ﻣســتقﻴﻢ تﻤاس بگﻴرﻳد .بزرگترﻳﻦ عــدد صفحﺔ درجﻪ بﻨدى شــدة وﻟت ﻣتر ،ﻣقــدار ﻧﻬاﻳﻰ اﻧدازه گﻴرى آن را ﻧشــان ﻣﻰ دﻫد؛ بﻨابر اﻳﻦ ﻧباﻳــد وﻟت ﻣتر بﻪ ﻣﻨابع برقﻰ داراى وﻟتﻴج باﻻتر از آخرﻳﻦ درجﺔ اﻧدازه گﻴرى آن وصل شﻮد ،در غﻴر آن وﻟت ﻣتر ﻣﻰسﻮزد. شكل( )3-14طرﻳق اتصال وﻟتﻣتر
فعاﻟﻴت بﻪ طﻮر ﻣثال :وﻟتﻣتر را ﻣطابق شكل ( )3-15بﻪ بتري وصل ﻧﻤﻮده و از روى صفحﻪ اﻧدازه وﻟتﻴج را بخﻮاﻧﻴد؛ سپس با ﻫﻤان وﻟتﻣتر وﻟتﻴج چﻨد بتري قﻠﻤﻲ را اﻧدازه گﻴري وﻧتاﻳج را ﻳاداشت ﻧﻤاﻳﻴد.
V
شكل( )3-15اﻧدازهگﻴرى وﻟتﻴج بترى
40
فعاﻟﻴت دوره ﻫاى برقﻰ شكل( )3-16را بﻪ دقت ببﻴﻨﻴد و بگﻮﻳﻴد كﻪ كدام آﻻت اﻧدازه گﻴرى در دوره ﻫاى برقﻰ صحﻴح و كدام آن غﻠط وصل شده است .چرا؟ ﻧﻤﻮﻧﻪﻫاى غﻠط را بﻪ طﻮر صحﻴح رسﻢ كﻨﻴد.
(اﻟف)
(ج)
(ب)
(د)
اشكال ()3-16
فﻜر ﻛﻨﻴد جﻬت اﻧدازه گﻴرى وﻟتﻴج (تفاوت پﻮتاﻧشﻴل)كدام ﻧكات را باﻳد در ﻧظر گرفت؟
ﻣﻘاوﻣت برﻗﻰ زﻣاﻧﻰكــﻪ ﻳكﻫادى بﻪ ﻳك ﻣﻨبع برق وصل ﻣﻰ شــﻮد ،وﻟتﻴج ﻣﻨبــع باعث حركت اﻟكترون ﻫا درﻫادى ﻣﻰگردد .اﻟكترون ﻫا ضﻤﻦ حركت در ﻫادى ،با ذرات تشــكﻴل دﻫﻨدة ﻫادى تصادم ﻣﻰكﻨﻨــد و در ﻧتﻴجﻪ ﻳك ﻣقدار اﻧرژى اﻟكترون ﻫا ،در اثر تصادﻣات ضاﻳع شــده و بﻪ حرارت ﻣبــدل ﻣﻰگردد .درســت ﻣاﻧﻨد وقتﻰكﻪ اﻧســان از ﻳك ﻣحل پر رفت و آﻣــد عبﻮر ﻣﻰكﻨد با افرادى كﻪ در ســﻤت ﻫاى ﻣختﻠف در حركت اﻧد تصــادم ﻣﻰ كﻨد ،اﻳﻦ تصادمﻫا ﻣاﻧع حركت شخص شده و اﻧرژى او را بﻪ ﻣصرف ﻣﻰرساﻧد. اﻟكترونﻫا در ﻫﻨگام حركت در ﻫادى ﻫﻤﻴشــﻪ با ﻧﻮعﻰ ﻣخاﻟفت ﻳا ﻣقاوﻣت رو بﻪ رو اســتﻨد. ﻣخاﻟفت در برابر حركت چارج ﻫا را ﻣقاوﻣت برقﻰ گﻮﻳﻨد .ﻣقاوﻣت برقﻰ بﻪ ( )Rﻧشــان داده شده و بﻪ اوم ( )Ohmاﻧدازه گﻴرى ﻣﻰ شﻮد. ﻫــرگاه تفاوت پﻮتاﻧســﻴل ﻳك وﻟت ،جرﻳان ﻳك اﻣپﻴر را در ﻳــك دوره بﻪ وجﻮد آورد ،ﻣقاوﻣت برقﻲ چﻨﻴﻦ دوره ﻳك اوم اســت .شــكل ( .)3-17اوم را بﻴشــتر بﻪ حــرف ﻻتﻴﻦ ( )Ωﻧﻤاﻳش ﻣﻰ دﻫﻨد.
41
شكل( )3-17دورة برقﻰ
آﻳا تﻤامﻫادىﻫا در طبﻴعت داراي ﻣقاوﻣت برقﻲ ﻳك سان است؟ عﻨاصــر و ﻣركبات در طبﻴعت داراى خﻮاص ﻣختﻠف اﻧد .ﻳكــﻰ ازخﻮاص فﻠزات ﻫداﻳت برقﻰ آنﻫا اســت .برخﻰ از فﻠزاتﻰ كﻪ ﻣقاوﻣت برقﻰ كﻮچــك دارﻧد؛ عبارت اﻧد از :طﻼ ،ﻧقره ،ﻣس و اﻟﻤﻮﻧﻴﻢ .در صﻨعت برق از عﻨاصر ﻣس و اﻟﻤﻮﻧﻴﻢ بﻨابر كﻮچك بﻮدن ﻣقاوﻣت برقﻰ شــان و ارزان بﻮدن آنﻫا ﻧسبت بﻪ طﻼ و ﻧقره استفادة وسﻴع صﻮرت گرفتﻪ و از اﻳﻦ ﻟحاظ اكثر سﻴﻢ ﻫا و كﻴبل ﻫاى برق از ﻣس و اﻟﻤﻮﻧﻴﻢ ســاختﻪ شده است .براى ساختﻦ سﻴﻢﻫاى حرارتﻰ ﻣﻨقل برقــﻰ ،آب گرﻣﻰ ،بخــارى برقﻰ و غﻴره از فﻠز ﻧﻴكروم (تركﻴب ﻧــكل و كروﻣﻴﻢ) كﻪ ﻣقاوﻣت برقﻰ بﻠﻨد دارد استفاده ﻣﻰشﻮد.
فعاﻟﻴت در گروهﻫاى كﻮچك تقسﻴﻢ شﻮﻳد و در بارة سؤال ذﻳل بحث و ﻣذاكره ﻧﻤﻮده و ﻧتاﻳج بحثتان را ﻳادداشت و براى ﻫﻢ صﻨفانتان گزارش دﻫﻴد: چرا زﻣاﻧﻰ كﻪ ﻣﻨقل ،آب گرﻣﻰ ،داش برقﻰ و دﻳگر آﻻت حرارتﻰ بﻪ برق وصل ﻣﻰشﻮﻧد ،حرارت تﻮﻟﻴد ﻣﻰ كﻨﻨد؟
فﻜر ﻛﻨﻴد از فﻠزاتﻰ كﻪ داراى ﻣقاوﻣت برقﻰ كﻮچك است ،چﻪ ﻧﻮع استفاده صﻮرت ﻣﻰ گﻴرد؟
ﻗاﻧﻮن اوم آﻳا ﻣتﻮجﻪ شــده اﻳد ،زﻣاﻧﻰ كﻪ از طرف شــب باﻳسكل را بﻪ سرعت ﻣﻰ راﻧﻴد روشﻨﻰ چراغ آن بﻴش تر ﻣﻰ گردد و ﻟحظﻪ ﻳﻰ كﻪ تﻮقف ﻣﻰكﻨﻴد ،چراغ آن ﻧﻴز خاﻣﻮش ﻣﻰگردد .روشﻨﻰ چراغ زﻣاﻧﻰ افزاﻳش ﻳا كاﻫش ﻣﻰﻳابد كﻪ در چراغ جرﻳان برق تغﻴﻴر ﻧﻤاﻳد. چﻪ چﻴز در ﻳك دورة برقﻰ باعث تغﻴﻴر ﻣقدار جرﻳان برق ﻣﻰگردد؟
42
فعاﻟﻴت وساﻳﻞ ﻣﻮرد ضرورت :پﻨج عدد بترى قﻠﻤﻰ ،ﻳك گروپ ،وﻟتﻣتر ،اﻣپﻴر ﻣتر و سﻴﻢ ﻫاى اتصاﻟﻰ. طرزاﻟعﻤﻞ :دوره را ﻣاﻧﻨد شــكل ( )3-18بســتﻪ ﻧﻤاﻳﻴد .تجربﻪ را پﻨج ﻣرتبﻪ تكرار ﻧﻤاﻳﻴد و در ﻫر ﻣرتبﻪ ﻳك بترى را در دوره بﻪصــﻮرت ﻣسﻠســل اضافﻪ ﻧﻤــﻮده و ﻣقادﻳر وﻟتﻴج و جرﻳان را از روى وﻟت ﻣتر و اﻣپﻴر ﻣتر ﻳادداشــت ﻧﻤاﻳﻴد؛ ســپس حاصل تقســﻴﻢ وﻟتﻴج بر جرﻳان را براى ﻫر دفعﻪ حاصل ﻧﻤﻮده و ﻧتاﻳج بﻪ دست آﻣده را در جدول ذﻳل ترتﻴب ﻧﻤاﻳﻴد. تجربﻪ
جرﻳان I
وﻟتﻴج V
ﻣقاوﻣت R = V / I
ﻳك بترى دو بترى سﻪ بترى چﻬار بترى پﻨج بترى شكل()3-18ﻣطاﻟعﺔ ﻧسبت V/Iدر دوره
آﻳا ﻧسبت وﻟتﻴج بر جرﻳان تقرﻳباً ثابت است؟ اوم تجاربﻰ را اﻧجام داد و ﻧتﻴجﻪ گرفت كﻪ در دورهﻫاى برقﻰ حاصل تقسﻴﻢ وﻟتﻴج برجرﻳان ثابت است .اﻳﻦ ﻣقدار ثابت راﻣقاوﻣت ( )Resistanceگﻮﻳﻨد. بﻪ اﻳﻦ رابطﻪ قاﻧﻮن اوم ﻣﻰگﻮﻳﻨد.
وﻟتﻴج جرﻳان
= ﻣقاوﻣت
وﻳا
V I
=R
اگر Vﻳك وﻟت و Iﻳك اﻣپﻴر باشد قﻴﻤت Rﻳك اوم ﻣﻰباشد.
تطبﻴق ﻗاﻧﻮن اوم
:
از قاﻧــﻮن اوم ﻣﻲتــﻮان كﻤﻴت ﻫاى جرﻳان ،ﻣقاوﻣت و تفاوت پﻮتاﻧشــﻴل را در دوره ﻫاى برقﻲ ﻧﻤﻮد. ﻣحاسبﻪ . 220vﻧﻮشــتﻪ شده .با استفاده از قاﻧﻮن اوم ﻣقاوﻣت :ﻣثال اول :در عقب ﻳك بخارى 4Aو 220v 4A برقﻰ بخارى را ﻣحاسبﻪ ﻣﻰ ﻧﻤاﻳﻴﻢ. . V 220V =R حﻞ: =R = 55 I 4A :ﻣثال دوم :كﻤﻴتﻫاى ذﻳل داده شده اﻧد ،جرﻳان را ﻣحاسبﻪ ﻧﻤاﻳﻴد(V = 12v , R = 4Ω) . .
:
V =I R
43
= 3A
12v
=I
V V = R =R I I
220VV 220 55 ==RR == 55 4 A 4A
: : : : :
:
.
.
حﻞ:
V I =V I= R
12Rv = 3A 12 v 4 =I = 3A =I
4 3A : ﻣثال سـﻮم :در ﻳك دورة برقــﻲ 3Aجرﻳان از ﻳك ﻣقاوﻣت 4Ωعبــﻮر ﻣﻰكﻨد ،اختﻼف 3A 4 : ﻣﻨبع اﻳﻦ دوره را ﻣحاسبﻪ كﻨﻴد. پﻮتاﻧسﻴل حﻞ. : 4 V = IR = 12V
.
V = 3A 4
ﻣحاسبﻪ ﻧﻤاﻳﻴد: : با استفاده از قاﻧﻮن اوم سﻮاﻻت ذﻳل را حل كﻨﻴد. : )1 I = A: V = 30v: I= A =R
V = 30v =R
پﻴدا ﻛردن ﻣﻘاوﻣت برﻗﻰ
= 12v
= 12v
. : )2
V = 12v : =R
VI = 12Av =R I= A
V = I .R V = 3 A.4
.
V = I .R V = 3 A.4 )3 :
I = 10 A =R : I = 10 V =A v
=R V= v
شﻤا ﻣﻰداﻧﻴدكﻪ اكثر سﻴﻢﻫاى اﻧتقال برق از فﻠزات ﻣس ،اﻟﻤﻮﻧﻴﻢ و ﻳا اﻟﻴاژﻫاى آنﻫا ساختﻪ ﻣﻰشﻮد .بﻬترﻳﻦ سﻴﻢ اﻧتقال برق ،آن است كﻪ داراى كﻮچك ترﻳﻦ ﻣقاوﻣت برقﻰ باشد. ﻫادى ﻫاى ﻣختﻠف در عﻴﻦ درجﺔ حرارت و عﻴﻦ ابعاد ﻫﻨدسﻰ (طﻮل ،ﻣساحت ،ﻣقطع) داراى ﻣقاوﻣت برقﻰ ﻣتفاوت اﻧد .ﻣقاوﻣت برقﻰ ﻣس در حدود پﻨج ﻣرتبﻪ كﻮچكتر از ﻣقاوﻣت آﻫﻦ است .ﻫﻤﻴﻦ خاصﻴت كاربرد ﻣس را در صﻨعت برق وسعت داده است .ﻣقاوﻣت برقﻰ سﻴﻢ ﻫا عﻼوه بر جﻨسﻴت بﻪ ابعاد ﻫﻨدسﻰ آنﻫا ﻧﻴز ارتباط دارد .افزاﻳش طﻮل سﻴﻢ باعث افزاﻳش ﻣقاوﻣت برقﻰ آن ﻣﻰگردد؛ اﻣا افزاﻳش قطر سﻴﻢ (افزاﻳش ﻣساحت ﻣقطع سﻴﻢ) سبب كاﻫش ﻣقاوﻣت آن ﻣﻰ شﻮد.
44
فعاﻟﻴت در جدول ذﻳل سﻴﻢﻫاى ﻣسﻰ با ﻣساحت ﻣقطع و طﻮلﻫاى ﻣختﻠف داده شده اﻧد .در گروهﻫا ،حاصل تقسﻴﻢ طﻮل بر ﻣساحت ﻣقطع را كﻪ ﻧشان دﻫﻨدة ﻣقاوﻣت سﻴﻢ است پﻴدا كﻨﻴد .بر اساس كﻮچك بﻮدن ﻣقاوﻣت ،سﻴﻢﻫا را درجﻪ بﻨدى كﻨﻴد.
طﻮل سﻴﻢ ( )lبﻪ ﻣتر ﻣساحت ﻣقطع سﻴﻢ ()m ( )Aبﻪ m 2 20
0.000002
20
0.000001
10
0.000004
10
0.000006
40
0.000001
50
0.000001
L A
Rﻣقاوﻣت
درجﻪ
اول
شاگردان درجﻪ بﻨدى ﻣقاوﻣتﻫا را با ﻫﻤدﻳگر ﻣقاﻳسﻪ ﻧﻤﻮده و عﻠتﻫاى آن را بگﻮﻳﻨد.
اومﻣتر اوم ﻣتــر آﻟﺔ اﻧدازه گﻴرى ﻣقاوﻣت برقﻰ اســت كﻪ با ﻳك وســﻴﻠﺔ برقﻰ بﻪ صﻮرت ﻣﻮازى وصل ﻣﻰگردد .شكل()3-19 درجﻪ بﻨدى صفحﺔ اوم ﻣتر برعكس درجﻪ بﻨدى صفحﺔ اﻣپﻴرﻣتر و وﻟت ﻣتر اســت؛ ﻳعﻨــﻰ بﻪ ﻫر اﻧدازة كﻪ ﻣقــدار ﻣقاوﻣت برقﻰ كﻮچك باشــد عقربﻪ بﻴشتر بﻪ طرف راست حركت ﻣﻰكﻨد و در حاﻟت عادى عقربﺔ آن بﻰ ﻧﻬاﻳت (∞) را ﻧشان ﻣﻰدﻫد.
45
شكل()3-19طرزاتصال اوم ﻣتر
بــراى اﻧدازهگﻴرى ﻣقاوﻣــت برقﻰ ﻳك آﻟﺔ برقــﻰ ،آن را باﻳــد از دوره جدا ﻧﻤﻮد .قبل از اســتفاده از اوم ﻣتر آن را اﻣتحان كﻨﻴد؛ ﻳعﻨﻰ ﻫر دو ســﻴﻢ قطبﻫــاى آن را با ﻫﻢ وصل ﻧﻤاﻳﻴد تا آن كﻪ عقربﺔ آن باﻻى صفر قرار گﻴرد .شكل ()3-20 در ﻫﻨگام استفاده از اوم ﻣتر بﻪ قسﻤت ﻫاى بدون پﻮش ســﻴﻢ ﻫاى آن دســت خﻮد را تﻤــاس ﻧدﻫﻴد؛ زﻳرا ﻣقاوﻣت برقﻰ بدن شــﻤا با اوم ﻣتر وصل ﻣﻰشﻮد و سبب پاﻳﻴﻦ آﻣدن دقت اﻧدازهگﻴرى ﻣﻰگردد. عــﻼوه بــرآﻻت اﻧدازه گﻴــرى عقربــﻪدار ،آﻻت اﻧدازه گﻴرى دﻳجﻴتﻠــﻰ ﻧﻴز وجﻮد دارد كﻪ ﻧتاﻳــج اﻧدازهگﻴرى كﻤﻴت ﻫاى برقﻰ را بﻪ صﻮرت عددى ﻧشــان ﻣﻰ دﻫﻨد .شكل ( )3-21ﻳك ﻣﻮﻟتﻰﻣتر دﻳجﻴتﻠﻰ را ﻧشان ﻣﻰدﻫد .از ﻣﻠتﻰ ﻣتر ﻣﻰتﻮان ﻫﻢ بﻪ حﻴث وﻟتﻣتر و ﻫﻢ بﻪ حﻴث اﻣپﻴرﻣتر و اوم ﻣتر اســتفاده ﻧﻤﻮد.
شكل( )3-20ﻣﻮقعﻴت عقربﻪ در حاﻟت عادى
شكل ( )3-21ﻣﻮﻟتﻰ ﻣتر دﻳجﻴتﻠﻰ
فعاﻟﻴت
چراغ اوﻟﻲ
در گروهﻫاى كﻮچك تقســﻴﻢ شﻮﻳد؛ ســپس سﻪ چراغ ﻣختﻠف را تﻮســط اوم ﻣتر اﻧدازه ﻧﻤﻮده و در جدول ذﻳل درج ﻧﻤاﻳﻴد .ﻧتاﻳج سﻮﻣﻲ كارتان را با گروه ﻫاى دﻳگر ﻣقاﻳسﻪ كﻨﻴد. دوﻣﻲ
ﻣقاوﻣت برقﻰ
R = ........ R = ........ R = ........
46
( )3-22ﻧﻤاﻳﻰ ازچراغ ﻫاى زﻳﻨتﻰ
اتصال ﻣﻘاوﻣتﻫاى برﻗﻰ آﻳا گاﻫﻰ در بارة اتصال چراغ ﻫاﻳﻰ كﻪ براى تجﻠﻴل روزﻫاى جشــﻦ در جاده ﻫا و خاﻧﻪﻫا ﻧصب ﻣﻰگردد؛ فكر ﻧﻤﻮده اﻳد؟ شكل ()3-22 در دوره ﻫــاى برقﻰ ،ﻣقاوﻣت ﻫا بــﻪ صﻮرتﻫاى ﻣختﻠف با ﻫﻢ وصل ﻣﻰگردﻧد .اتصال ﻣقاوﻣت ﻫا در ﻳك دوره ﻣﻰ تﻮاﻧد پﻴچﻴده و ﻳا ساده باشد .در زﻳر دو ﻧﻮع اتصال ﻣقاوﻣتﻫا را ﻣطاﻟعﻪ ﻣﻰ ﻧﻤاﻳﻴﻢ كﻪ براى تحﻠﻴل دوره ﻫاى پﻴچﻴده ﻧﻴز قابل استفاده است.
اتصال ﻣسﻠسﻞ ﻣﻘاوﻣت ﻫا در اﻳﻦ ﻧﻮع اتصال ﻣقاوﻣت ﻫا در دوره ﻣطابق شــكل ( )3-23پشــت سر ﻫﻢ وصل ﻣﻰ گردﻧد. ﻫــرگاه ﻧقــاط ( )Aو( )Bاﻳﻦ دوره را بــﻪ ﻣﻨبع برق وصل ﻧﻤاﻳﻴــﻢ ،در دوره جرﻳان بﻪ وجﻮد ﻣﻰآﻳد .در دورهﻫاى ﻣسﻠســل براى عبﻮر جرﻳان صرف ﻳك ﻣسﻴر (راه) وجﻮد دارد؛ بﻨابر اﻳﻦ از ﻫﻤﻪ اجزاى دوره عﻴﻦ جرﻳان عبﻮر ﻣﻰكﻨد .در دوره ﻫاى ﻣسﻠســل ﻫرگاه ﻳك ﻧقطﺔ دوره قطع شــﻮد جرﻳان در تﻤام اجزاى دوره قطع ﻣﻰ شــﻮد .ﻣقدار جرﻳان در دورهﻫاى ﻣسﻠسل از حاصل تقسﻴﻢ وﻟتﻴج ﻣﻨبع بر ﻣقاوﻣت ﻣعادل دوره بﻪ دست ﻣﻰ آﻳد. در ﻳك ﻣدار ﻣسﻠســل ﻣقاوﻣت ،ﻣعادل عبارت از حاصل جﻤع تﻤاﻣﻰ ﻣقاوﻣتﻫا اســت .اگر ﻣقاوﻣت ﻣعادل را در دورة زﻳر بﻪ ( )Rﻧشان دﻫﻴﻢ ،خﻮاﻫﻴﻢ داشت:
شكل( )3-23اتصال ﻣسﻠسل ﻣقاوﻣتﻫا
R = R +R +R +R
4
3
47
:
2
1
. R = R1 + R2 + R3 + R4
R1 = 2
ﻣثال :شدت جرﻳان را در دورة برقﻰ زﻳر ﻣحاسبﻪ ﻧﻤاﻳﻴد. R = R1 + R 2 + R 3 + R 4 R = 2 + 4 + 8 + 10 = 24 12V V = = 0,5A I =I R 12V = 0,5A =I 24
R1 = 2 R2 = 4 R3 = 8 R4 =10 V =12v ?= I
فعاﻟﻴت وساﻳﻞ ﻣﻮرد ضرورت :چﻬار عدد گروپ ،3vسﻮﻳچ ،بترى ،12vسﻴﻢ ﻫاى اتصاﻟﻰ ،وﻟتﻣتر ،اﻣپﻴر ﻣتر و اوم ﻣتر طرزاﻟعﻤﻞ
-1گروپﻫا را در ﻳك دورة برقﻰ بﻪ شكل ﻣسﻠسل ﻣطابق شكل ( )3-24وصل ﻧﻤاﻳﻴد. -2ســﻮﻳچ دوره را بستﻪ ﻧﻤﻮده جرﻳان را ﻳادداشت ﻧﻤاﻳﻴد. -3وﻟتﻴج بترى را تﻮسط وﻟتﻣتر اﻧدازه گﻴرى و ﻳادداشت ﻧﻤاﻳﻴد. -4ﻣقاوﻣت ﻣعادل دوره را ﻣحاسبﻪ ﻧﻤاﻳﻴد. -5دوره را از بترى قطع ﻧﻤﻮده تﻮســط اوم ﻣتر ﻣقاوﻣــت ﻣعادل دوره ( )Rرا اﻧدازه گﻴرى ﻧﻤﻮده آن را با قﻴﻤت Rكﻪ از رابطﺔ فﻮق بﻪ دست آﻣده است ،ﻣقاﻳسﻪ كﻨﻴد. -6اگر تفاوتﻰ ﻣﻴان اﻧدازهگﻴرى تجربﻰ وﻣحاسبﻪ وجﻮد دارد ،عﻠت آن را بررسﻰ كﻨﻴد. شكل( )3-24اتصال ﻣسﻠسل گروپﻫا
فﻜر ﻛﻨﻴد -1سﻪ چراغ برقﻰ در ﻳك دوره با ﻫﻢ ﻣسﻠسل وصل اﻧد؛ ﻫرگاه از چراغ اول 2Aجرﻳان عبﻮر كﻨد ،از چراغ دوﻣﻰ و سﻮﻣﻰ چﻨد اﻣپﻴر جرﻳان عبﻮر خﻮاﻫد كرد؟ و چرا؟ -2چرا چراغ ﻫاﻳﻰ جاده ﻫا باﻫﻢ اتصال ﻣسﻠسل ﻧدارﻧد؟ در باره با دوستان و ﻫﻢ صﻨفانتان بحث كﻨﻴد.
48
)(15-26
)(15-26 B
A
A
)(15-26
B
. B A
.
قو I I I . شكل( )3-25اتصال ﻣﻮازى ﻣقاوﻣت ﻫا
ﻣﻮازى ﻣﻘاوﻣتﻫا ) (A اتصال (A . ) و ﻧقطﻪA دو بﻴﻦ كﻪ دﻫد ﻣﻰ ﻧشــان را ﻣقاوﻣت سﻪ ) 3-25 ( شــكل ا . ) (B ) (A ا . ) (B Bبﻪ طﻮر ﻣﻮازى باﻫﻢ بســتﻪ شده اﻧد .در اتصال ﻣﻮازى ﻣقاوﻣت ﻫا، ا ﻳك ســر ﻫﻤﺔ ﻣقاوﻣت )ﻫا بﻪ B (ﻧقطﻪ )Aو .ســر دﻳگر آنﻫا ﻳك( ﻧقطﻪ د، قو د ،بﻪ ﻧقطﺔ دﻳگر (ﻧقطﺔ )Bبســتﻪ شده اســت .دراﻳﻦ حاﻟت اگر دو سر ﻣﻨبع ،برق وصل شــﻮد ،جرﻳان برق در ﻫرﻳك از ﻣقاوﻣتوﻫا بﻪ د اﻳــﻦ ق ﻣقاوﻣتﻫــا بــر قرار ﻣﻰگــردد و جرﻳان كﻠﻰ برابر بــﻪ حاصل جﻤع ﻫرﻳك از Iﻣقاوﻣت ﻫا .است؛ ﻳعﻨﻰI = I 1 + I 2 + I 3: ﻫاى = I 1 جرﻳان+ I 2 + I3 و )(15-26ا ل از چﻮن ﻳك ســر ﻣقاوﻣت ﻫا بﻪ ﻧقطﺔ Aو ســر دﻳگر آنﻫا بﻪ ﻧقطﺔ B I = I1 + I 2 + I 3 . سرﻣقاوﻣت ﻫا Vو سر دﻳگر آنﻫا )(15-26ا ل ﻳك وﻟتﻴج اﻳﻦ بﻨابر اســت؛ وصل A A B A VBاســت .بﻪ عبارت دﻳگر ،تفاوت پﻮتاﻧســﻴل (وﻟتﻴج) در دو ســر VAA (.B V)B . V V باشــد؛ بﻨابر اﻳﻦ بر اساس Aﻣقاوﻣت ﻫاىBﻣﻮازى ﻫﻤﻴشــﻪ ﻣساوى ﻣﻰ . قاﻧﻮن اوم ،جرﻳان ﻫر .VA تﻮانVطﻮر .ذﻳل ﻣحاسبﻪ كرد. ﻣقاوﻣت را ﻣﻰ B . . . V V VV .I 2 = V = I3 == I I1 3 R R R3 VR 2 V R 13 V 2 I = اﻳﻦI = ﻣقاوﻣت ﻫا را 3بﻪ Rﻧشــان اﻳــﻦ R 3 R1 دﻫﻴﻢ R.درR 2 : اگــر ﻣقاوﻣت ﻣعادل R 2 صﻮرت دارﻳﻢ كﻪ: R V R I = I1 + I 2 + I 3 =I
I
V V V V = + + R R1 I R2 R3 I 1 1 1 1 V( ) =V( + ) + R R1 R2 R3 1 ) R3 1 1 1 1 = + + R R1 R2 R3
I
v
:
: 49
:
R
V R V V V I = I + + 1 + I 2 + I3 R1 R2 R3 V V V V + 1 1 =1 + ) = V ( + R+ R)1 R2 R3 R1 R2 R3 1 1 1 V( ) =V( + + R R1 R2 1 1 1 = + + R1 R2 R3 1 1 1 1 = + + R R1 R2 R3 =I
+ I 2 + I3
1
V V V V = + + R R1 R2 R3 1 1 1 1 V( ) =V( + ) + R R1 R2 R3
بﻨابــر اﻳﻦ ﻣقاوﻣت ﻣعادل در اتصال ﻣﻮازى ﻣقاوﻣتﻫا تﻮســط رابطﺔ 1 1 1 1 زﻳر ﻣحاسبﻪ ﻣﻰشﻮد: = + +
:
R11 = 12 R2 ،R R32 = 24 ،R 3 = 8
ﻫاى= , R 2 = 2V ﻣثال :در زﻳر :ﻣقاوﻣت12v
, R 2 =. 24
R
R 1 = 12
بﻪ طﻮر ﻣﻮازى باﻫﻢ بستﻪ شده اﻧد و دو سر آنﻫا بﻪ ﻣﻨبع V=12vوصل . شده است .ﻣقاوﻣت ﻣعادل و جرﻳان كﻠﻰ را ﻣحاسبﻪ ﻣﻰ ﻧﻤاﻳﻴﻢ. 1 1 1 1 = + + R R1 R2 R3 1 1 1 1 = + + R 12 24 8 R=4 V 12v =I =I = 3A R 4
I
I I I
فعاﻟﻴت وساﻳﻞ ﻣﻮرد ضرورت :سﻪ عدد گروپ ،سﻪ عدد ﻫﻠدر ،ﻳك بترى 12وﻟت و ﻳك سﻮﻳچ
12دﻳگر بﻪ صﻮرت ﻣﻮازى .وصل ﻧﻤﻮده طرزاﻟعﻤﻞ :گروپﻫا :را از طرﻳق سﻮﻳچ بﻪ بترى ﻳك بار بﻪ صﻮرت ﻣسﻠسل و بار و ﻧﻮر :گروپﻫا را در اﻳﻦ دو حاﻟت باﻫﻢ ﻣقاﻳسﻪ كﻨﻴد. در ﻫر دو حاﻟت (ﻣﻮازى و ﻣسﻠســل) ﻳك گروپ را از ﻫﻠدر جدا ﻧﻤﻮده ،بﻪ ﻧﻮر گروپﻫاى دﻳگر تﻮجﻪ ﻧﻤاﻳﻴد .در . پاﻳان ،تجربﻪ ﻣشاﻫدات خﻮد را براى ﻫﻢ صﻨفانتان گزارش دﻫﻴد. ( ) . .
فعاﻟﻴت در اشكال ( )3-26دو ﻧﻮع سﻴستﻢ جرﻳان آب و دو ﻧﻮع دورة برقﻰ ﻧشان داده شده است .شﻤا در گروپ ﻫاى خﻮد )(15-27 درﻣﻮرد شباﻫت ﻫاى آنﻫا بحث كﻨﻴد ،و ﻧتاﻳج بحث ﻫاى تان را براى ﻫﻢ صﻨفان خﻮد گزارش دﻫﻴد. (د) (ج) (ب) (اﻟف)
.
شكل ()3-26
50 ا
ل )(15-27
.
فعاﻟﻴت -1كدام ﻳك از اتصال ﻣقاوﻣتﻫاﻳﻰ كﻪ در اشكال ( )3-27ﻧشان داده شده ،اتصال ﻣﻮازى است؟ (اﻟف)
(ج)
(ب)
(د)
شكل ( )3-27اتصال ﻣختﻠف ﻣقاوﻣت ﻫا
-2ﻳك تعداد چراغ ﻫاى زﻳﻨتﻰ ﻫفت رﻧگ باﻻى ﻳك تعﻤﻴر ﻧصب شــده اســت .در ﻫﻨگام شب دﻳده ﻣﻰشﻮد كﻪ چراغ سﻮم و ششﻢ آن خاﻣﻮش و ﻣتباقﻰ روشﻦ است ،اﻳﻦ چﻪ ﻧﻮع اتصال است؟ ﻣسﻠسل ﻳا ﻣﻮازى؟ چرا؟
بترى
20
شكل( )3-28تجربﺔ وﻟتا
شــﻤا وســاﻳل ﻣتعدد ﻫﻤچﻮ رادﻳﻮ ،چراغ دستﻰ ،ساعت و غﻴره را كﻪ تﻮسط بترىﻫا فعال ﻣﻰ شﻮﻧد دﻳده اﻳد .در ﻫرﻳك از اﻳﻦ وساﻳل اﻧرژى برق بﻪ ﻣصرف ﻣﻰرســد و اﻧرژى برقﻰ اﻳﻦ وساﻳل تﻮسط بترى تﻮﻟﻴد ﻣﻰشــﻮد .اوﻟﻴﻦ بترى تﻮسط داﻧشﻤﻨد فزﻳك بﻪ ﻧام وﻟتا ساختﻪ شده است .وﻟتا تﻮاﻧســت با قرار دادن دو فﻠز ﻣختﻠفاﻟﻨﻮع جستﻰ و ﻣسﻰ (اﻟكتــرود) در ﻳك ﻣاﻳــع تﻴزابﻰ كﻪ بﻪ ﻧام اﻟكتروﻟﻴــت ﻳاد ﻣﻰگردد، تفاوت پﻮتاﻧشﻴل را بﻴﻦ آنﻫا بﻪ وجﻮد آورد .شكل ()3-28
فعاﻟﻴت اﻟف) در ﻳك گﻴﻼس ﻣقدارى آب ﻟﻴﻤﻮ برﻳزﻳد و دو تﻴغﺔ ﻣس و جست را داخل گﻴﻼس دور از ﻫﻢ قرار دﻫﻴد؛ سپس تﻴغﻪﻫا را تﻮسط سﻴﻢ بﻪ وﻟتﻣتر وصل كﻨﻴد .بﻪ عقربﺔ وﻟتﻣتر ﻧگاه كﻨﻴد و ﻧتﻴجﻪ را ﻳاداشت ﻧﻤاﻳﻴد. ب) چﻨدﻳــﻦ ﻣــادة ترش (اســﻴدى) و تﻴغﺔ ﻣختﻠف را تجربــﻪ كﻨﻴد و ببﻴﻨﻴــد دركدام حاﻟت وﻟتﻴج بﻴشــتر تﻮﻟﻴد ﻣﻰگردد. ج) با ﻣﻮافقت ﻣعﻠﻢ و ﻣدﻳرﻳت ﻣكتب اﻳﻦ فعاﻟﻴت بﻪ صﻮرت ﻣسابقﻪ اجرا گردد.
در شكل ( )3-28ﻳك تﻴغﺔ ﻣسﻰ و ﻳك تﻴغﺔ جستﻰ در داخل آب ﻟﻴﻤﻮ قرار داده شده است. در اﻳﻦ ﻣحﻠﻮل تﻴزابﻰ تﻴغﺔ جستﻰ اﻟكترون داده قطب ﻣثبت را تشكﻴل ﻣﻰدﻫد و تﻴغﺔ ﻣسﻰ اﻟكترون گرفتﻪ و قطب ﻣﻨفﻰ را ﻣﻰســازد .اگر ﻫر دو تﻴغﻪ با وﻟت ﻣتر وصل شــﻮﻧد در ﻧتﻴجﻪ 51
عقربﺔ وﻟت ﻣتر بﻪ حركت ﻣﻰآﻳد كﻪ ﻧشان دﻫﻨدة جرﻳان برق است.
اتصال بترى ﻫا بترىﻫا در دورهﻫاى برقﻰ بﻪ ســﻤبﻮل ( ) ﻧشــان داده ﻣﻰ شﻮد. از اتصال چﻨدﻳﻦ بترى ،ﻣا ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ وﻟتﻴجﻫاى ﻣختﻠف را بﻪ دســت آورﻳﻢ .در شــكل ( )3-29اتصال ﻣسﻠســل بترىﻫا ﻧشــان داده شده است .درشــكل دﻳده ﻣﻰشــﻮد كﻪ در اتصال ﻣسﻠسل بترى ﻫا قطب ﻣثبت ﻳك بترى با قطب ﻣﻨفﻰ بترى دﻳگر وصل است و از ﻫر بترى ﻳــك قطب باقﻰ ﻣاﻧدة آن بﻪ چراغ ارتباط داده شــده اســت .ﻫرگاه وﻟتﻴج بترىﻫا را بﻪ V2 ، V1و V3و وﻟتﻴج ﻣعادل آنﻫا را بﻪ Vﻧشان دﻫﻴﻢ ،در اﻳﻦ صﻮرت دارﻳﻢ كﻪV = V1 + V2 + V3 :
I شكل ( )3-29بستﻪ كارى ﻣسﻠسل بترى ﻫا
ﻣثال :در ﻳك رادﻳﻮ 4عدد بترى كﻪ وﻟتﻴج ﻫر ﻳك 1.5vاست طﻮر ﻣسﻠسل وصل شده اﻧد؛ وﻟتﻴج ﻣعادل بترىﻫا را ﻣحاسبﻪ كﻨﻴد. حﻞ:
V = V1 + V2 + V3 + V4
V = 1.5v + 1.5v + 1.5v + 1.5v V= v
بســتﻪ كارى ﻣﻮازى بترىﻫا زﻣاﻧﻰ صﻮرت ﻣﻰگﻴرد كﻪ ﻧﻴاز بﻪ دوام كار بﻴشــتر بترى وجﻮد داشتﻪ باشد .شكل ( )3-30طرز بستﻪ كارى ﻣﻮازى بترىﻫا را ﻧشــان ﻣﻰ دﻫد .درا ﻳﻦ جا دﻳده ﻣﻰشــﻮد كﻪ قطب ﻫاى ﻫﻢ ﻧﻮع باﻫﻢ تﻮسط سﻴﻢ وصل شده اﻧد. ﻣــا زﻣاﻧﻰ ﻣﻰتﻮاﻧﻴﻢ چﻨد بترى را باﻫﻢ بﻪ طﻮر ﻣﻮازى بســتﻪ كﻨﻴﻢ كﻪ داراى عﻴﻦ وﻟتﻴج باشــﻨد .ﻫرگاه در شكل ( )3-30وﻟتﻴج بترى ﻫا را بﻪ V1ووو V2وﻧشان دﻫﻴﻢ ،وﻟتﻴج ﻣعادل آنﻫا ( )Vﻣساوﻳست بﻪ: V=V1=V2
I شكل ( )3-30بستﻪ كارى ﻣﻮازى بترى ﻫا
52
فﻜر ﻛﻨﻴد -1اشكال ( )3-31را ﻣشاﻫده ﻧﻤﻮده و بگﻮﻳﻴد كﻪ كدام ﻧﻮع بستﻪ كارى بترى ﻫا صحﻴح است و چرا؟ (د) (ج) (ب) (اﻟف)
شكل ( )3-31اتصال ﻣسﻠسل و ﻣﻮازى بترى ﻫا
-2بترى در فعاﻟﻴت ﻣﻮتر چﻪ ﻧقش دارد؟ درﻳﻦ باره جستجﻮ ﻧﻤﻮده با ﻫﻢصﻨفانتان بحث ﻧﻤاﻳﻴد.
ﻣﻮارد حفاظتﻰ از خطرات برق در درسﻫــاى قبﻠــﻰ تجاربﻰ را اﻧجام دادﻳﻢ كﻪ داراى وﻟتﻴج پاﻳﻴﻦ بﻮدﻧد و ســبب برق گرفتﻪگﻰ ﻣا ﻧﻤﻰشــدﻧد؛ وﻟﻰ ﻣﻨابع دﻳگرى ﻣاﻧﻨد شبكﺔ برق شﻬرى و برق جﻨراتﻮر وجﻮد دارد كﻪ در صﻮرت بﻰاحتﻴاطﻰ ﻣﻰتﻮاﻧد سبب ﻣرگ اﻧسان شﻮد. اكثر آتشسﻮزىﻫاى خطرﻧاك در ﻣﻨازل ،فابرﻳكﻪﻫا و ﻣاركﻴتﻫاى تجارتﻰ ﻧاشﻰ از بﻰاحتﻴاطﻰ و عدم رعاﻳت ﻣﻮارد حفاظتﻰ برق است .ﻣا باﻳد ﻫﻤﺔ ﻣقررات حفاظتﻰ برق را كﻪ جﻬت حفظ جان و ﻣال ﻣا طرح گردﻳده است ،رعاﻳت ﻧﻤاﻳﻴﻢ .اكﻨﻮن بﻪ چﻨد ﻣﻮرد ﻣﻬﻢ اﻳﻦ ﻣقررات اشاره ﻣﻰﻧﻤاﻳﻴﻢ: -1بﻪ سﻴﻢﻫاى بدون پﻮش عاﻳق كﻪ حاﻣل وﻟتﻴج باشﻨد دست ﻧزﻧﻴد . -2در داخل تﻠﻮﻳزﻳﻮن وﻟتﻴج خﻴﻠﻰ بﻠﻨد تﻮﻟﻴد ﻣﻰشﻮد؛ بﻨابر اﻳﻦ در ﻫﻨگاﻣﻰكﻪ تﻠﻮﻳزﻳﻮن روشﻦ باشد ﻧباﻳد در عقب آن دست بزﻧﻴد. -3تﻤام سﻴﻢﻫاى برق ،ساكتﻫا ،سﻮﻳچﻫا و جاﻳﻨت بكسﻫا باﻳد داراى پﻮش عاﻳق (پﻼستﻴكﻰ) باشــﻨد .ﻫرگاه قسﻤتﻰ از پﻮش سﻴﻢ وساﻳل برقﻰ ازبﻴﻦ رفتﻪ باشد ،طﻮر عاجل از برق قطع و دو باره ترﻣﻴﻢ شﻮد .شكل()3-32 -4ﻫﻴچگاه با ســﻴﻢﻫاى ﻫﻮاﻳﻰ چﻴزى را تﻤاس ﻧدﻫﻴد؛ زﻳرا ســﻴﻢﻫاى ﻫﻮاﻳﻰ بدون پﻮش و اﻧتقال دﻫﻨده وﻟتﻴج بﻠﻨد ﻣﻰباشﻨد .شكل ()3-33 53
-5ﻧباﻳد با پاى برﻫﻨﻪ (بدون كفش) در زﻣﻴﻦ تر و ﻣرطﻮب؛ ﻣاﻧﻨد تشﻨابﻫا ﻳا حﻤامﻫا بﻪ وساﻳل برقﻰ فعال تﻤاس بگﻴرﻳد. -6ﻫرگاه سﻴﻢ برقﻰ از پاﻳﺔ برق بﻪ زﻣﻴﻦ افتاده باشد؛ بﻪ آن ﻧزدﻳك ﻧشﻮﻳد و ﻣسﻴر حركت خﻮد را تغﻴﻴر دﻫﻴد و در صﻮرت اﻣكان بﻪ ﻣؤظفان برق اطﻼع دﻫﻴد. -7در ﻫﻨگام كار (رﻧگﻣاﻟﻰ ،كﻨدنكارى ،پﻠستركارى) اول برق آن ﻣحل را قطع كﻨﻴد. -8ﻫرگاه در خاﻧﻪ بﻮى ﻧاشــﻰ از ســﻮختﻦ رابر ﻳا پﻼستﻴك را احساس ﻧﻤﻮدﻳد بﻪ سرعت فﻴﻮز عﻤﻮﻣﻰﻣﻨزل تان را خاﻣﻮش و دﻳگران را خبر دﻫﻴد. -9وساﻳل برقﻰ غﻴر ضرورى را خاﻣﻮش ﻧﻤاﻳﻴد . -10ﻫﻤﻴشﻪ از اطفال ﻣﻮاظبت كﻨﻴد كﻪ چﻴزى را بﻪ ساكتﻫاى برق داخل ﻧكﻨﻨد.
شكل( )3-32عﻮارض سﻴﻢﻫا
شكل()3-33
فعاﻟﻴت چﻪ ﻧﻮع ﻣﻮارد بﻴشــتر بﻰ احتﻴاطﻰ را كﻪ باعث برق گرفتﻪگﻰ اﻧســان ﻣﻰگردد ﻣثال داده ﻣﻰتﻮاﻧﻴد؟ درﻳﻦ باره در گروه خﻮد بحث ﻧﻤﻮده و ﻧتﻴجﺔ آن را براى ﻫﻢ صﻨفانتان گزارش دﻫﻴد.
54
خﻼصﺔ فصﻞ سﻮم حركت اﻧتقاﻟﻰ ﻣﻨظﻢ اﻟكترونﻫا درﻳك سﻴﻢ (ﻫادى) را جرﻳان برق گﻮﻳﻨد. ﻫرگاه بترى ،گروپ و سﻮﻳچ تﻮسط سﻴﻢ وصل شﻮﻧد ،دورة برقﻰ را ﻣﻰسازﻧد. اگر از ســطح ﻣقطع ﻳك سﻴﻢ ،ﻳك كﻮﻟﻤب چارچ درﻳك ثاﻧﻴﻪ عبﻮركﻨد؛ ﻳك اﻣپﻴرجرﻳان گفتﻪ ﻣﻰشﻮد. در دورهﻫاى برقﻰ اختﻼف پﻮتاﻧســﻴل بﻴﻦ قطب ﻫاى ﻣﻨبع سبب ﻣﻰشﻮد كﻪ اﻟكترون ﻫا از قطبــﻰ كﻪ داراى چارجﻫاى ﻣﻨفﻰ بﻴشتر اســت؛ بﻪ قطبﻰ كﻪ داراى چارج ﻫاى ﻣﻨفﻰ كﻢتر است جرﻳان ﻳابد. چارجﻫاى برقﻰ ﻣتحرك در ﻫادى ،ﻫﻤﻴشــﻪ با ﻧﻮعﻰ ﻣقاوﻣت روبﻪ رو ﻫســتﻨد ،كﻪ آنرا ﻣقاوﻣت برقﻰ گﻮﻳﻨد. در دوره ﻫاى برقﻰ ﻧسبت وﻟتﻴج بر جرﻳان ثابت است و اﻳﻦ رابطﻪ را قاﻧﻮن اوم گﻮﻳﻨد. ﻣقاوﻣت برقﻰ ســﻴﻢﻫا عﻼوه بر جﻨسﻴت آن بﻪ ابعاد ﻫﻨدسﻰ آن ﻧﻴز ارتباط دارد .افزاﻳش طﻮل ســﻴﻢ باعث افزاﻳش ﻣقاوﻣت برقﻰ آن ﻣﻰگردد ،در حاﻟﻰكﻪ افزاﻳش ﻣساحت ﻣقطع سﻴﻢ سبب كاﻫش ﻣقاوﻣت آن ﻣﻰشﻮد. اوم ﻣتر آﻟﺔ اﻧدازه گﻴرى ﻣقاوﻣت برقﻰ اســت و با ﻳك وسﻴﻠﺔ برقﻰ بﻪ صﻮرت ﻣﻮازى وصل ﻣﻰگردد. با اتصال ﻣسﻠسل چﻨدﻳﻦ بترى ﻣﻰ تﻮاﻧﻴﻢ وﻟتﻴج ﻫاى ﻣختﻠف را بﻪ دست آورﻳﻢ. براى حفاظت از خطرﻫاى برق ،باﻳد ﻣﻮارد حفاظتﻰ آنرا رعاﻳت كﻨﻴﻢ.
55
-1 . ............................... ..................... .
. .
..................... ....................
.سؤال ﻫاى فصﻞ سﻮم
.
................................
.
-1ﻳك دورة برقﻰ رســﻢ كﻨﻴد كﻪ داراى چﻬار ﻣقاوﻣت باشد و از ﻫﻤﺔ آن ﻫا جرﻳان ﻳك سان -2عبﻮركﻨد. -2اتصال . ﻣﻮازى ﻣقاوﻣتﻫا با اتصال ﻣسﻠسل چﻪ تفاوت دارد؟ -3-3طرز اتصال وﻟتﻣتر و اﻣپﻴرﻣتر درﻳك دورة برقﻰ را در شكل .ﻧشان دﻫﻴد. -4قاﻧﻮن اوم ،رابطﻪ بﻴﻦ كدام كﻤﻴتﻫاى برقﻰ را ﻧشان ﻣﻰ دﻫد؟ . -4 -5براى اﻳﻦ كﻪ بﻪ خطر برق گرفتﻪ گﻰ ﻣﻮاجﻪ ﻧشﻮﻳﻢ كدام ﻧكات را باﻳد رعاﻳت ﻧﻤاﻳﻴﻢ؟ . -6-5روش استفاده از اوم ﻣتر را در ﻳك دوره برقﻰ رسﻢ كﻨﻴد. -7-6وﻟتﻴج ﻣعادل در بســتﻪ كارى ﻣسﻠســل و ﻣﻮازى بترىﻫا چگﻮﻧﻪ ﻣحاسبﻪ ﻣﻰ شﻮد؟ تﻮسط سازﻳد. فﻮرﻣﻮل واضح . -8چرا رعاﻳت ﻣﻮارد حفاظتﻰ از خطرات برق ﻣﻬﻢ است؟ تشرﻳح كﻨﻴد. -9-7با استفاده از قاﻧﻮن اوم ،كﻤﻴت برقﻰ ﻣجﻬﻮل را ﻣحاسبﻪ ﻧﻤاﻳﻴد . .
-8
(اﻟف)
(ب)
V = 24v R =8 I =?A
I = 4A
(ج)
.
I = 10 A V = 50v ?=R
R = 12 V = ?v
-9
: )
) (
( R1 = 6 R2 = 12 R3 = 12 V = 15v ?=R I =?A
R1 = 5 R2 = 3 R3 = 8 V = 32v I =?A 56
-8
.
I = 4A
V = 24v = v8 V =R24 R =I 8= ? A I =?A
V = 50 I =v10 A R = ?V = 50v
RI = 12 4A VR== ?12v
?=R
V = ?v
-9
در سؤالﻫاى زﻳر ﻣقاوﻣت ﻣعادل و جرﻳان را ﻣحاسبﻪ ﻧﻤاﻳﻴد: . -9-10 ) ( ) ( ) (
RR1 == 66
R1 = 5R = 5 1 R2 = 3R2 = 3
1
2
12 RR33 == 12
R3 = 8R3 = 8
15vv VV = 15 ?? == RR
V v= 32v V = 32
II == ?? AA
v
:
) (
12 RR2 == 12
I
I = 10 A
I = ? IA= ? A
v (ب)
(الف)
-11وﻟتﻴج ﻣعادل را در اتصال بطرىﻫا كﻪ در زﻳر ﻧشان داده شده است؛ ﻣحاسبﻪ كﻨﻴد. V1=V2=V3=6V ? =V v1
v1
v2
(الف)
57
v2
v3
(ب)
v3
-12كدام اﻣپﻴرﻣتر در دورهﻫاى زﻳر درست بستﻪ شده است؟
(الف)
(ج)
(ب)
-13كدام صفحات اﻣپﻴرﻣتر درست خﻮاﻧده شده است؟ ﻣﻮارد غﻠط را صحﻴح كﻨﻴد.
I=7.5A ( اﻟف)
I=8A (ب)
I=1A (ج)
I=4.5A (د)
58
فصﻞ چﻬارم اﻟﻜتروﻣﻘﻨاطﻴس شــﻤا گاﻫﻰ دربارة تﻨﻮع وســاﻳل برقﻰ و اﻳﻦ كﻪ ﻫرﻳك چﻪ كارﻫاى ﻣﻬﻤﻰ را اﻧجام ﻣﻰ دﻫﻨد ،تﻮجﻪ ﻧﻤﻮده اﻳد؟ واترپﻤپ آب را از چاه بﻴرون ﻣﻰكشــد ،پكﺔ برقﻰ باد تﻮﻟﻴد ﻣﻰكﻨد، داﻳﻨﻤﻮ و جﻨراتﻮر برق تﻬﻴﻪ ﻣﻰكﻨﻨد ،ﻳخچال سردى اﻳجاد ﻣﻰكﻨد، ﻣاشﻴﻦ ﻟباس شﻮﻳﻰ ﻟباس ﻣﻰ شﻮﻳد ،رادﻳﻮ صﻮت تﻮﻟﻴد ﻣﻰكﻨد ،ﻫﻤﺔ اﻳﻦ وســاﻳل بﻪ اســاس قﻮاﻧﻴﻦ اﻟكترو ﻣقﻨاطﻴــس كار ﻣﻰكﻨﻨد .در عصر حاضر كﻢتر وســﻴﻠﺔ برقﻰ را ﻣﻰتﻮان ﻳافت كﻪ در آن از پدﻳدة اﻟكتروﻣقﻨاطﻴس بﻪ طﻮر ﻣســتقﻴﻢ ﻳا غﻴرﻣســتقﻴﻢ اســتفاده ﻧشده باشد. شــﻤا در صﻨف ﻫشــتﻢ راجع بﻪ خﻮاص ﻣقﻨاطﻴس ﻣعﻠﻮﻣات كسب ﻧﻤﻮدﻳد .در اﻳﻦ فصل با ﻣفاﻫﻴﻤﻰﻣاﻧﻨد :اثر ﻣقﻨاطﻴسﻰ جرﻳان برق، قﻮة ﻣقﻨاطﻴســﻰ ،اﻟقاى اﻟكتروﻣقﻨاطﻴسﻰ آشﻨا ﻣﻰ شﻮﻳد؛ ﻫﻢ چﻨﻴﻦ طــرز كارداﻳﻨﻤﻮ ،جﻨراتﻮر و زﻧگ برقــﻰ را ﻧﻴز در اﻳﻦ فصل خﻮاﻫﻴد آﻣﻮخت.
59
اثر ﻣﻘﻨاطﻴسﻰ جرﻳان برق زﻣاﻧﻰكــﻪ ﻳك بﻠﻨد گﻮ صدا پخــش ﻣﻰكﻨد اگر با دســت تﻤاس ﻧﻤاﻳﻴد اﻫتــزازات (ﻟرزه) آن را حس ﻣﻰكﻨﻴد .شكل ()4-1 آﻳا فكر ﻧﻤﻮده اﻳد كﻪ چﻪ چﻴز سبب اﻫتزازات پردة بﻠﻨدگﻮ ﻣﻰگردد؟
شكل( )4-1بﻠﻨدگﻮ
فعاﻟﻴت تجربﻪ ﻛﻨﻴد سـاﻣان ﻣﻮاد ﻣﻮرد ضرورت :بترى ،سﻴﻢ ﻣسﻰ ضخﻴﻢ ،سﻴﻢﻫاى ارتباطﻰ ،رﻳﻮستات (ﻣقاوﻣت ﻣتغﻴر) ،صفحﺔ ﻣقﻮا، قطبﻧﻤا وسﻮﻳچ. طرزاﻟعﻤﻞ :اجزاى دوره را ﻣطابق شكل ( )4-2باﻫﻢ وصل ﻧﻤاﻳﻴد .قطب ﻧﻤا را روى صفحﺔ ﻣقﻮا قرار داده سﻮﻳچ را روشــﻦ كﻨﻴد .جرﻳان را طﻮرى تﻨظﻴﻢ كﻨﻴد كﻪ عقربﻪ شــروع بﻪ حركت كﻨد .ﻣﻮقعﻴت قطب ﻧﻤا را در اطراف سﻴﻢ تغﻴﻴر داده ،اﻧحراف عقربﺔ قطبﻧﻤا را ﻣشــاﻫده ﻧﻤاﻳﻴد .در اخﻴر ﻣشــاﻫداتتان را طﻮرى بﻨﻮﻳسﻴدكﻪ بﻪ سؤالﻫاى ذﻳل جﻮاب گﻮ باشد : )1چﻪ چﻴز سبب اﻧحراف عقربﺔ قطب ﻧﻤا گردﻳد؟ )2چرا در ﻣﻮقعﻴتﻫاى ﻣختﻠف اطراف سﻴﻢ ،عقربﺔ قطب ﻧﻤا جﻬتﻫاى ﻣختﻠف را ﻧشان داد؟ رﻳﻮستات
قطبﻧﻤا
سﻮﻳچ بترى شكل( )4-2سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان جﻬت عقربﺔ قطب ﻧﻤا را تغﻴﻴر داده است.
60
عاﻟﻢ دﻧﻤاركﻰ بﻪ ﻧام ﻫاﻧس اورستﻴد در سال 1820ﻣﻴﻼدى تجارب ﻣتعددى را اﻧجام داد .او بار اول ﻣاﻧﻨد شــكل ( )4-3در اطراف سﻴﻤﻰكﻪ درآن برق جرﻳان ﻧداشت قطب ﻧﻤا را قرار داد و ﻣشاﻫده كرد كﻪ در ﻫر ﻧقطﺔ اطراف سﻴﻢ قطب ﻧﻤا جﻬت ﻳك سان را ﻧشان ﻣﻰدﻫد. بار دوم قطبﻧﻤا را ﻣطابق شكل( )4-4در اطراف ﻳك سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان برق قرارداد .در اﻳﻦ حاﻟت ﻣشــاﻫده كرد كﻪ جﻬت عقربﺔ قطبﻧﻤا در ﻫر ﻧقطﺔ اطراف ســﻴﻢ ﻣتفاوت است و ﻣتﻮجﻪ شد كﻪ عﻠت ﻧﻤاﻳش جﻬتﻫاى ﻣختﻠف عقربﻪ در شــكل ( )4-4ﻣﻮجﻮدﻳت ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ است كﻪ از سبب عبﻮر جرﻳان برق در اطراف سﻴﻢ بﻪ وجﻮد آﻣده است؛ بﻨابراﻳﻦ سﻴﻢﻫاى حاﻣل جرﻳان برق در اطراف خﻮد اثر ﻣقﻨاطﻴسﻰ اﻳجاد ﻣﻰﻧﻤاﻳﻨد كﻪ بﻪ ﻧام ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ ﻳاد ﻣﻰشﻮد. سﻴﻢ ﻣسﻰ
شكل( )4-3سﻴﻢ بدون جرﻳان باﻻى جﻬت قطبﻧﻤا اثر ﻧدارد
شكل( )4-4تاثﻴر ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان باﻻى قطبﻧﻤا
فﻜر ﻛﻨﻴد چرا فروشــﻨدهﻫاى كســتﻫاى صﻮتﻰ ﻳا تصﻮﻳرى كست ﻫاى شان را دور از ســﻴﻢﻫاى برق و ﻣقﻨاطﻴس ﻫا ﻧگﻬدارى ﻣﻰﻧﻤاﻳﻨد؟ در اﻳﻦ باره با شاگردان دﻳگر بحث ﻧﻤاﻳﻴد.
ساحﺔ ﻣﻘﻨاطﻴسﻰ اطراف سﻴﻢ حاﻣﻞ جرﻳان در درس قبﻠﻰ آﻣﻮختﻴد كﻪ ســﻴﻢ حاﻣل جرﻳان برق در اطراف خﻮد ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ اﻳجاد ﻣﻰﻧﻤاﻳد ،اﻳﻦ ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ بﻪ شــكل خطﻮط داﻳروى ﻫﻢ ﻣركز ﻣطابق شكل ( )4-5بﻪ فاصﻠﻪ ﻫاى ﻣختﻠف از سﻴﻢ تشكﻴل ﻣﻰگردﻧد.
شكل( )4-5جﻬت خطﻮط ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ
61
جﻬت خطﻮط ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ در اطراف سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان بستﻪ گﻰ بﻪ جﻬت جرﻳان در سﻴﻢ دارد .ﻫرگاه جﻬت جرﻳان در سﻴﻢ تغﻴﻴر داده شﻮد جﻬت خطﻮط ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ ﻧﻴز تغﻴﻴر ﻣﻰكﻨد .اﻳﻦ تغﻴﻴر جﻬت تﻮسط قطب ﻧﻤا قابل ﻣشاﻫده است.
فعاﻟﻴت ﻣﻰخﻮاﻫﻴﻢ ﻣشاﻫده ﻧﻤاﻳﻴﻢ ﻛﻪ:
-1سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان ،برادهﻫاى آﻫﻦ را بﻪ چﻪ شكل در اطراف خﻮد جﻤع ﻣﻰﻧﻤاﻳد. -2آﻳا تغﻴﻴر جﻬت جرﻳان در سﻴﻢ باعث تغﻴﻴر جﻬت خطﻮط ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ ﻣﻰگردد؟ ﻣـﻮاد و سـاﻣان ﻣﻮرد ضـرورت :ﻣﻨبع برق (بترى) ،ﻣقاوﻣت ﻣتغﻴر ،صفحﺔ ﻣقﻮا ،ســﻴﻢ ضخﻴﻢ ﻣســﻰ ،برادة آﻫﻦ، قطب ﻧﻤا و سﻴﻢﻫاى ارتباطﻰ. طرزاﻟعﻤﻞ :اجزاى دوره را ﻣطابق شكل ( )4-6باﻫﻢ وصل ﻧﻤاﻳﻴد. -1برادة آﻫﻦ را در روى صفحﺔ ﻣقﻮا در اطراف ســﻴﻢ آﻫســتﻪ و ﻧازك برﻳزﻳد .قطبﻧﻤا را باﻻى صفحﻪ گذاشــتﻪ، جﻬت آن را رسﻢ ﻧﻤاﻳﻴد. -2دوره را بﻪ بترى وصل و جرﻳان را بﻪ كﻤك رﻳﻮستات (ﻣقاوﻣت ﻣتغﻴر) كﻢ و زﻳاد ﻧﻤاﻳﻴد. -3بﻪ صفحﺔ ﻣقﻮا آﻫســتﻪ آﻫســتﻪ ضربﻪ وارد ﻧﻤاﻳﻴد تا برادهﻫا در ﻣســﻴر خطﻮط ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ قرار گﻴرﻧد. اكﻨﻮن ﻣشاﻫده ﻧﻤاﻳﻴد كﻪ : اﻟف) برادة آﻫﻦ چﻪ شكل را اختﻴار ﻧﻤﻮده است؟ ب) آﻳا عقربﺔ قطبﻧﻤا ﻧظر بﻪ حاﻟت قبﻠﻰ تغﻴﻴر جﻬت ﻧﻤﻮده است؟ ج) سﻤت جرﻳان را تغﻴﻴر داده ،اﻧحراف جﻬت عقربﺔ قطبﻧﻤا را ﻣشاﻫده كﻨﻴد. در ختﻢ تجربﻪ دربارة شكل گﻴرى ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان و چگﻮﻧﻪ گﻰ تغﻴﻴر جﻬت ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ گزارش تﻬﻴﻪ كﻨﻴد. برادهﻫاى آﻫﻦ
رﻳﻮستات قطبﻧﻤا
بترى
شكل( )4-6تشكﻴل خطﻮط ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ
62
فﻜر ﻛﻨﻴد آﻳا پﻮش سﻴﻢﻫا ﻣﻰتﻮاﻧد از گسترش ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ بﻪ اطراف سﻴﻢﻫا جﻠﻮگﻴرى ﻧﻤاﻳد؟
تأثﻴرساحﺔ ﻣﻘﻨاطﻴسﻰ بر روى سﻴﻢ حاﻣﻞ جرﻳان آﻳا شــﻤا گاﻫﻰ بﻪ صداى اﻫتزاز ســﻴﻢﻫا در ﻧزدﻳكﻰ برج ﻫاى برق تﻮجﻪ ﻧﻤﻮده اﻳد؟ چﻪ چﻴز سبب اﻳجاد اﻳﻦ صدا ﻳا اﻫتزاز ﻣﻰ گردد؟ در پاﻳان اﻳﻦ درس ﻣﻰتﻮاﻧﻴد بﻪ اﻳﻦ سؤال جﻮاب بگﻮﻳﻴد. شــﻤا در درسﻫاى ســال قبل آﻣﻮختﻴد كﻪ ﻫرگاه دو ﻣقﻨاطﻴــس را كﻪ قطبﻫاى ﻫﻢ جﻨس آنﻫا ﻣقابل ﻳكدﻳگر واقع باشﻨد بﻪ ﻫﻢ ﻧزدﻳك ﻧﻤاﻳﻴد بﻪ خﻮبﻰ قﻮة دفع بﻴﻦ آنﻫا را احساس خﻮاﻫﻴد كرد .عﻠت اﻳجاد اﻳﻦ قﻮه تاثﻴر ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ اﻳﻦ دو ﻣقﻨاطﻴس است.
حال اگر بﻪ عﻮض ﻳكﻰ از ﻣقﻨاطﻴس ﻫا ﻳك سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان را ﻣطابق شــكل ( )4-7قرار دﻫﻴﻢ چﻪ واقع خﻮاﻫد شد؟ ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴســﻰ سﻴﻢ و ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ ﻣقﻨاطﻴــس ﻧعل ﻣاﻧﻨد با ﻫــﻢ عﻤل ﻧﻤﻮده ،باﻻى ســﻴﻢ قﻮه وارد ﻣﻰﻧﻤاﻳﻨد ،بﻪ ﻫر اﻧدازه كﻪ ﻣقدار جرﻳان را در ســﻴﻢ بﻴشتر ســازﻳﻢ قﻮة وارده بر ســﻴﻢ ﻧﻴز بﻴشتر ﻣﻰگــردد .بﻪ اســاس ﻫﻤﻴﻦ خاصﻴــت بــرق و ﻣقﻨاطﻴس ،ﻣﻮتﻮرﻫــاى برقﻰ ســاختﻪ شــده كﻪ اﻣروز در جﻬان ﻣﻮرد استفادة وسﻴع قرار دارد. 63
(قﻮه)
ﻣقﻨاطﻴس
بترى شكل( )4-7سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان برق در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ
فعاﻟﻴت تجربﻪ ﻛﻨﻴد
سـاﻣان وﻣﻮاد ﻣﻮرد ضرورت :ﻳك آﻫﻨرباى ﻧعل ﻣاﻧﻨد قﻮى، سﻴﻢ ﻣســﻰ ضخﻴﻢ ،ســﻴﻢﻫاى ارتباطﻰ ،ﻣقاوﻣت ﻣتغﻴر (رﻳﻮستات) و بترى. طرزاﻟعﻤـﻞ :اجــزاى دوره را ﻣطابق شــكل ( )4-9وصل ﻧﻤاﻳﻴد. -1ســﻴﻢ ضخﻴﻢ را ﻣطابق شكل در دﻫﻨﺔ ﻣقﻨاطﻴس قرار دﻫﻴد. -2دوره را بــﻪ بترى وصل ســاختﻪ و جرﻳان را بﻪ كﻤك رﻳﻮستات تﻨظﻴﻢ (كﻢ و زﻳاد) كﻨﻴد. شكل( )4-8عﻤل قﻮه باﻻى سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان در -3اﻳﻦ آزﻣاﻳش را چﻨد بار تكرار ﻧﻤاﻳﻴد .ﻣشــاﻫدات تان را ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ ﻳادداشت ﻧﻤاﻳﻴد. -4جﻬت جرﻳان (قطبﻫاى بترى) را تغﻴﻴر دﻫﻴد و ﻣشاﻫدات خﻮد را با حاﻟت قبﻠﻰ ﻣقاﻳسﻪ ﻧﻤاﻳﻴد .اگر جرﻳان را زﻳاد كﻨﻴد ،چﻪ تغﻴﻴرى در حركت سﻴﻢ ﻣشاﻫده ﻣﻰ كﻨﻴد؟
از فعاﻟﻴت فﻮق ﻧتﻴجﻪ ﻣﻰگﻴرﻳﻢ ﻫرگاه ﻳك سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ قرارگﻴرد، باﻻى آن قﻮه عﻤل ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد .ﻣقدار قﻮه ﻳﻰ كﻪ باﻻى سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ عﻤل ﻣﻰكﻨد بﻪ عﻮاﻣل زﻳر رابطﻪ دارد: شدت ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ؛ ﻣقدار جرﻳان برق درسﻴﻢ؛ اﻧدازة طﻮل سﻴﻤﻰكﻪ در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ قرار گرفتﻪ است؛ زاوﻳﻪ اى كﻪ سﻴﻢ و ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ با ﻳكدﻳگر ﻣﻰ سازﻧد. فﻜر ﻛﻨﻴد -1ﻫرگاه ﻳك سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ قرار گﻴرد چﻪ واقع ﻣﻰشﻮد؟ -2چگﻮﻧﻪ ﻣﻰتﻮاﻧﻴد شدت ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ دو ﻣقﻨاطﻴس را باﻫﻢ ﻣقاﻳسﻪ كﻨﻴد؟
جﻬت ﻗﻮة ﻣﻘﻨاطﻴسﻰ شﻤا ﻣﻰداﻧﻴد كﻪ قﻮه كﻤﻴت وكتﻮرى است كﻪ ﻣقدار و جﻬت دارد. 64
فﻜر ﻛﻨﻴد جﻬت قﻮه ﻳﻰ كﻪ باﻻى ســﻴﻢ حاﻣل جرﻳان درســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴســﻰ عﻤل ﻣﻰﻧﻤاﻳد بﻪ چﻪ چﻴز ارتباط دارد و چگﻮﻧﻪ ﻣﻰ تﻮاﻧﻴﻢ اﻳﻦ قﻮه را تغﻴﻴرجﻬت دﻫﻴﻢ؟
فعاﻟﻴت
(جﻬت قﻮة كﻪ در سﻴﻢ عﻤل ﻣﻰ كﻨد)
قﻮة
تجربﻪ ﻛﻨﻴد
سـاﻣان وﻣﻮاد ﻣﻮرد ضرورت :ﻳــك ﻣقﻨاطﻴس ﻧعل ﻣاﻧﻨد، ســﻴﻢ ﻣسﻰ ضخﻴﻢ ،ســﻴﻢ ﻫاى ارتباطﻰ ،ﻣقاوﻣت ﻣتغﻴر و بترى طـرز اﻟعﻤﻞ :اجــزاى دوره را ﻣطابق شــكل( )4-9وصل ﻧﻤاﻳﻴد .سﻴﻢ ضخﻴﻢ را ﻣطابق شكل در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴس قرار دﻫﻴد. اﻟف) دوره را فعال ســاختﻪ و جرﻳان را تﻮســط رﻳﻮستات طﻮرى تﻨظﻴﻢ كﻨﻴد كﻪ سﻴﻢ حركت ﻧﻤاﻳد. شكل( )4-9عﻤل قﻮه برسﻴﻢ حاﻣل جرﻳان برق در ب) جﻬــت جرﻳان (قطبﻫاى بترى) را در ســﻴﻢ تغﻴﻴر ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ داده و دوباره حركت سﻴﻢ را ﻣشاﻫده ﻧﻤاﻳﻴد. ج) جﻬت جرﻳان را دوباره بﻪ حاﻟت اوﻟﻰ برگرداﻧﻴد و در اﻳﻦ ﻣرتبﻪ ﻣحل قطب ﻫاى ﻣقﻨاطﻴس را باﻫﻢ عﻮض كﻨﻴد. (ﻣقﻨاطﻴس را 180درجﻪ دور دﻫﻴد). اكﻨﻮن ﻣشاﻫدات خﻮد را طﻮرى ارائﻪ ﻧﻤاﻳﻴد كﻪ بﻪ اﻳﻦ سﻮال جﻮاب داده بتﻮاﻧد. جﻬت قﻮه ﻳﻰ كﻪ باﻻى سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان درساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ عﻤل ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد بﻪ چﻪ چﻴزﻫا بستﻪ گﻰ دارد؟ جﻬت قﻮه
جرﻳان
(اﻟف) جرﻳان
جﻬت قﻮه
از فعاﻟﻴــت دﻳده ﻣﻰشــﻮد كــﻪ جﻬت قﻮه ﻳﻰ كﻪ باﻻى ســﻴﻢ حاﻣل جرﻳان در ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴســﻰ عﻤل ﻣﻰﻧﻤاﻳد ،بســتﻪ گﻰ بﻪ جﻬت جرﻳان و جﻬت خطﻮط ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ دارد .ﻫرگاه جﻬت ﻳكﻰ از آنﻫا (ﻣثال :جﻬت ساحﻪ ﻣقﻨاطﻴسﻰ ﻳا جﻬت جرﻳان درسﻴﻢ) تغﻴﻴر داده شــﻮد .جﻬت قﻮه ﻳﻰ ( )Fكﻪ باﻻى سﻴﻢ عﻤل ﻣﻰكﻨد ،ﻧﻴز ﻣاﻧﻨد اشكال اﻟف و ب ( )4-10از باﻻ بﻪ پاﻳﻴﻦ تغﻴﻴر ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد.
(ب)
اشكال( )4-10ﻣﻮارد تغﻴﻴر جﻬت قﻮه برسﻴﻢ حاﻣل جرﻳان در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ
65
ﮔﻠﻮاﻧﻮﻣتر گﻠﻮاﻧﻮﻣتر وســﻴﻠﻪﻳﻰ اســت كﻪ در ســاختﻤان اﻣپﻴرﻣتر ،وﻟتﻣتر و اومﻣتر استفاده ﻣﻰشﻮد. عﻤﻠكرد گﻠﻮاﻧﻮﻣتر بر اﻳﻦ حقﻴقت استﻮار است كﻪ باﻻى حﻠقﺔ جرﻳان دار در ﻣﻮجﻮدﻳت ساحﻪ ﻣقﻨاطﻴســﻰ ،ﻣﻮﻣﻨت عﻤل ﻣﻰكﻨد .شكل ( )4-10ترتﻴب ســادة اجزاى اساسﻰ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر را ﻧشــان ﻣﻰدﻫد .اﻳﻦ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر ﻣتشــكل از ﻳك سﻴﻢ پﻴچﻰ است كﻪ دور ﻳك ﻫستﻪ ﻧرم آﻫﻨﻰ پﻴچﻴده شده و طﻮرى قرار داده شﻮد تا بتﻮاﻧد آزاداﻧﻪ بﻪ حﻮل ﻣحﻮر خﻮد در ساحﻪ ﻣقﻨاطﻴسﻰ تﻮﻟﻴد شــده از ﻳك ﻣقﻨاطﻴس داﻳﻤﻰ بچرخد .اﻧدازة ﻣﻮﻣﻨت باﻻى كﻮاﻳل ﻣتﻨاســب با ﻣقدار جرﻳان در كﻮاﻳل اســت .بﻪ اﻳﻦ ﻣعﻨا كﻪ بﻪ ﻫر اﻧدازة جرﻳان بﻴشــتر باشد ،ﻣﻮﻣﻨت بﻴشتر بﻮده و تا قبل از اﻳﻨكﻪ فﻨر بﻪ اﻧدازة كافﻰ ﻣحكﻢ شــﻮد ســﻴﻢ پﻴچ بﻴشتر خﻮاﻫد چرخﻴد؛ بﻨابر اﻳﻦ اﻧدازه اﻧحراف عقربﻪ ﻣتﻨاسب بﻪ جرﻳان در كﻮاﻳل است .زﻣاﻧﻰكﻪ در سﻴﻢ پﻴچ جرﻳان ﻣﻮجﻮد ﻧباشد ،فﻨر عقربﻪ را بﻪ ﻧقطﺔ صفرى بر ﻣﻰگرداﻧد.
شكل ( )4-11اجزاى داخﻠﻰ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر را ﻧشان ﻣﻰدﻫد
فﻜر ﻛﻨﻴد -1چﻪ چﻴز سبب چرخﻴدن عقربﻪ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر ﻣﻰگردد؟ واضح سازﻳد. -2ﻣقﻨاطﻴس طبﻴعﻰ در كار گﻠﻮاﻧﻮﻣتر چﻪ ﻧقشﻰ دارد؟
66
اﻟﻘاى اﻟﻜتروﻣﻘﻨاطﻴسﻰ فزﻳك دان ﻣشــﻬﻮر ﻣﻴكاﻳل فارادى درســال 1831ﻣﻴﻼدى ﻣتﻮجﻪ شد كﻪ ﻫرگاه ﻳك ﻫادى در ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴســﻰ حركت داده شــﻮد ،در اﻧجام ﻫاى آن تفاوت پﻮتاﻧسﻴل برقﻰ بﻪ وجﻮد ﻣﻰآﻳد .وى اﻳﻦ پدﻳده را اﻟقاى اﻟكتروﻣقﻨاطﻴسﻰ ﻧام گذاشت .كشف فارادى ﻳك بحث جدﻳد را در فزﻳك بﻪ وجﻮد آورد و بعد اساس كار اكثر ﻣاشﻴﻦﻫاى برقﻰ؛ ﻣاﻧﻨد :ﻣﻮتﻮرﻫا ،جﻨراتﻮرﻫا، تراﻧسفارﻣر ﻫا و غﻴره قرار گرفت.
جرﻳان اﻟﻘاﻳﻰ شــﻤا در درس قبﻠــﻰ اثرات ﻣقﻨاطﻴســﻰ جرﻳان بــرق را آﻣﻮختﻴد .حال اثرات برقﻰ ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ را ﻣﻮرد ﻣطاﻟعﻪ قرار ﻣﻰ دﻫﻴﻢ و ﻣﻰ بﻴﻨﻴﻢ كﻪ ﻫرگاه ﻳك سﻴﻢ درساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ حركت داده شﻮد ،چﻪ اثر برقﻰ را بﻪ وجﻮد ﻣﻰ آورد؟ شــكل ( )4-12را در ﻧظــر ﻣﻰ گﻴرﻳﻢ .طﻮرى كﻪ دﻳده ﻣﻰ شــﻮد ،دو اﻧجام ﻳك ســﻴﻢ بﻪ ﻳك گﻠﻮاﻧﻮﻣتر حســاس وصل اســت .زﻣاﻧﻰكﻪ قﻮه باعث حركت سﻴﻢ در داخل ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ ﻣﻰگردد ،در دو اﻧجام ســﻴﻢ تفاوت پﻮتاﻧشــﻴل برقﻰ بﻪ وجﻮد ﻣﻰ آﻳد و باعث عبﻮر جرﻳان از گﻠﻮاﻧﻮﻣتر گردﻳده و عقربﺔ آن را بﻪ ﻳك جﻬت ﻣﻨحرف ﻣﻰ ســازد .حال اگر سﻴﻢ را بﻰ حركت و ﻣقﻨاطﻴــس را حركت دﻫﻴﻢ ،باز ﻫﻢ عقربﺔ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر اﻧحراف ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد .جرﻳاﻧﻰ كﻪ از ســبب حركت سﻴﻢ ﻳا ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ بﻪ وجﻮد ﻣﻰآﻳد ،جرﻳان اﻟقاﻳﻰ ﻧاﻣﻴده ﻣﻰشﻮد. جﻬت حركت گﻠﻮاﻧﻮﻣتر
شكل( )4-12جرﻳان اﻟقاﻳﻰ در سﻴﻤﻰكﻪ در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ حركت داده ﻣﻰشﻮد
67
شكل( )4-13بﻪ اثر حركت ﻧسبﻰ كﻮاﻳل در ﻫادى و ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ تفاوت پﻮتﻨشﻴل بﻪ وجﻮد ﻣﻰآﻳد
براى اﻳﻨكﻪ طﻮل بﻴشتر سﻴﻢ در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ قرار گﻴرد ،آن را بﻪ قسﻢ سﻴﻢ پﻴچ ﻳا كﻮاﻳل در آورده؛ ســپس ﻣطابق شكل ( )4-15در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴســﻰ ﻣتحرك قرار ﻣﻰ دﻫﻨد .در اﻳﻦ صﻮرت ﻣقدار تفاوت پﻮتاﻧسﻴل در دو اﻧجام كﻮاﻳل بﻴشتر ﻣﻰ گردد. فعاﻟﻴت ﻣﻮاد ﻣﻮرد ضرورت 2 :ﻣتر سﻴﻢ پﻮش دار (سﻴﻢ كﻮاﻳل)،گﻠﻮاﻧﻮﻣتر، ﻣقﻨاطﻴس ﻣﻴﻠﻪ ﻳﻰ و سﻴﻢﻫاى ارتباطﻰ طرزاﻟعﻤﻞ
ســﻴﻢ را طﻮر ﻣﻨظﻢ ﻣطابق شــكل ( )4-14بﻪ قســﻢ حﻠقﻪﻫاى داﻳروى و ﻧزدﻳك بﻪ ﻫﻢ بپﻴچاﻧﻴد. اﻧجامﻫاى كﻮاﻳل را بﻪ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر وصل كﻨﻴد. شكل( )4-14تﻮﻟﻴد جرﻳان اﻟقاﻳﻰ ﻣﻴﻠﻪ ﻣقﻨاطﻴسﻰ را بﻪ ســرعت ﻫاى ﻣختﻠف داخل كﻮاﻳل حركت داده ،اﻧحراف عقربﻪ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر را ﻣشاﻫده ﻧﻤاﻳﻴد. ﻣقﻨاطﻴس را داخل كﻮاﻳل بﻪ دو جﻬت ﻣختﻠف بچرخاﻧﻴد و بﻪ عقربﺔ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر تﻮجﻪ ﻧﻤاﻳﻴد. اﻳﻦ بار ﻣقﻨاطﻴس را بﻰ حركت ﻧگﻬداشتﻪ ،كﻮاﻳل را حركت دﻫﻴد و بﻪ عقربﺔ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر تﻮجﻪ كﻨﻴد. ﻣقﻨاطﻴس را بﻰ حركت ﻧگﻬدارﻳد و حﻠقﻪﻫاى كﻮاﻳل را از ﻫﻢ دور و ﻧزدﻳك كﻨﻴد. بعد از آزﻣاﻳش حركتﻫاى ﻣختﻠف در اﻳﻦ تجربﻪ ،ﻧتاﻳج ﻣشــاﻫداتتان را بﻨﻮﻳســﻴد؛ ســپس براى ﻫﻢ صﻨفان تان گزارش دﻫﻴد.
از تجربﺔ باﻻ بﻪ اﻳﻦ ﻧتﻴجﻪ ﻣﻰرسﻴﻢ كﻪ تفاوت پﻮتاﻧسﻴل برقﻰ كﻪ از سبب حركت ﻧسبﻰسﻴﻢ و ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴســﻰ بﻪ وجﻮد ﻣﻰ آﻳد ،رابطﺔ ﻣستقﻴﻢ با ســرعت حركت سﻴﻢ ﻳا ﻣقﻨاطﻴس، طﻮلســﻴﻢ ،شدت ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ و زاوﻳﻪ اى كﻪ ســﻴﻢ و خطﻫاى ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ با ﻫﻢ ﻣﻰ سازﻧد ،دارد. اكثر داﻳﻨﻤﻮﻫا و جﻨراتﻮرﻫا بﻪ اساس ﻫﻤﻴﻦ قاﻧﻮن ﻣﻨدى طرح و ساختﻪ شده اﻧد.
68
داﻳﻨﻤﻮى باﻳسﻜﻞ داﻳﻨﻤﻮى باﻳسكل ﻳك ﻣﻮﻟد كﻮچك برقﻰ است كﻪ بﻪ اساس اﻟقاى ﻣقﻨاطﻴسﻰ ،اﻧرژى حركﻰ دوراﻧﻰ تاﻳر را بﻪ اﻧرژى برقﻰ (روشﻨاﻳﻰ) تبدﻳل ﻣﻰﻧﻤاﻳد .شكل ( )4-15ساختﻤان داخﻠﻰ ﻳك داﻳﻨﻤﻮى باﻳســكل را ﻧشــان ﻣﻰ دﻫد .در اﻳﻨجا دﻳده ﻣﻰ شﻮد كﻪ در اطراف ﻣقﻨاطﻴس داﻳﻤﻰ، كﻮاﻳل ﻫا قرار دارد .زﻣاﻧﻰكﻪ پﻮﻟﻰ فﻮقاﻧﻰ داﻳﻨﻤﻮ كﻪ با ﻣقﻨاطﻴس ﻣحكﻢ ﻣتصل است ،تﻮسط دوران تاﻳر چرخاﻧﻴده ﻣﻰشــﻮد ،ﻣقﻨاطﻴس در داخل كﻮاﻳل (ســﻴﻢ پﻴچ) دور ﻣﻰخﻮرد .ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴســﻰ ﻣتحرك در دو اﻧجام ســﻴﻢ ﻫاى كﻮاﻳل تفاوت پﻮتاﻧسﻴل برقﻰ را اﻟقا ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد و سبب تﻮﻟﻴد جرﻳان در چراغ باﻳسكل ﻣﻰگردد.
شكل ()4-15
جﻨراتﻮرﻫا جﻨراتﻮرﻫاى بزرگ ﻧﻴز بﻪ اساس اﻟقاى اﻟكتروﻣقﻨاطﻴس ،اﻧرژى حركﻰ را بﻪ اﻧرژى برقﻰ تبدﻳل ﻣﻰ ﻧﻤاﻳﻨد .ساده ترﻳﻦ جﻨراتﻮر در شكل ( )4-16ﻧشان داده شده است .در جﻨراتﻮرﻫاى بزرگ بﻪ عﻮض ﻣقﻨاطﻴس داﻳﻤﻰ از ﻣقﻨاطﻴس برقﻰ استفاده ﻣﻰگردد.
شكل ( )14-16جﻨراتﻮرﻫاى ﻣتﻨاوب (سﻤت چپ) و جرﻳان ﻣستقﻴﻢ (سﻤت راست)
فﻜر ﻛﻨﻴد -1حركت سﻴﻢ در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴس چﻪ اثر برقﻰ را بﻪ وجﻮد ﻣﻰ آورد؟ واضح سازﻳد. -2كدام ﻣاشﻴﻦ آﻻت برقﻰ بﻪ اساس اﻟقاى اﻟكترو ﻣقﻨاطﻴس فعاﻟﻴت ﻣﻰكﻨد؟ در اﻳﻦ باره باﻫﻢ بحث ﻧﻤاﻳبد.
69
آﻫﻦرباى برﻗﻰ شــﻤا در درسﻫاى صﻨف ﻫشتﻢ خﻮاﻧدﻳد كﻪ ﻫرگاه ﻳك تﻮتﺔ آﻫﻦ بﻪ ﻳك ﻣقﻨاطﻴس ﻣاﻟﻴده شــﻮد و ﻳا در ﻧزدﻳك ﻣقﻨاطﻴس قرار داده شــﻮد ،ﻣقﻨاطﻴس ﻣﻰگردد .آﻳا روش دﻳگرى وجﻮد دارد كــﻪ بﻪ كﻤك آن بتﻮان بﻪ ﻳك قطعﺔ آﻫﻦ خاصﻴت ﻣقﻨاطﻴســﻰ داد؟ در اﻳﻦ درس ﻳك روش جدﻳد ساختﻦ آﻫﻦربا را بﻪ ﻧام آﻫﻦرباى برقﻰ ﻣﻰ آﻣﻮزﻳد. آﻫﻦرباى برﻗﻰ چﮕﻮﻧﻪ ساختﻪ ﻣﻰشﻮد؟ آﻫﻦربــاى برقﻰ ﻳكﻰ از پدﻳده ﻫاى برق و ﻣقﻨاطﻴس اســت كــﻪ ازآن در عرصﻪ ﻫاى ﻣختﻠف اســتفاده صﻮرت گرفتﻪ است؛ ﻣثال :در سﻴﻠﻮﻫا قبل از اﻳﻦ كﻪ گﻨدم بﻪ آسﻴاب اﻧتقال گردد از طرﻳق ﻳك تســﻤﺔ ﻣتحرك از ﻣقابل ﻳك ﻣقﻨاطﻴس برقﻰ عبﻮر داده ﻣﻰ شــﻮد ،تا اگر در بﻴﻦ گﻨدم ذرات آﻫﻦ وجﻮد داشتﻪ باشﻨد ،از گﻨدم جدا گردﻧد. فعاﻟﻴت ساﻣان وﻣﻮاد ﻣﻮرد ضرورت :ﻳك ﻣﻴﻠﺔ فﻠزى كﻮچك وﻳا ﻳك ﻣﻴخ آﻫﻨﻰ 6اﻧچ ،سﻴﻢ كﻮاﻳل (سﻴﻢ پﻮش دار) ،سﻴﻢﻫاى اتصاﻟﻰ ،كاغذ ضخﻴﻢ و دو عدد بترى كﻮچك. طرز اﻟعﻤﻞ :ســﻴﻢ كﻮاﻳل را باﻻى ﻣﻴﻠﻪ در حدود 50حﻠقﻪ ﻣطابق شــكل ( )4-17بپﻴچاﻧﻴد؛ ســپس ﻳك اســتﻮاﻧﺔ ﻣﻴان خاﻟﻰ از كاغذ بســازﻳد و بترىﻫا را طﻮر ﻣسﻠســل داخل آن قرار داده و اﻧجام سﻴﻢ كﻮاﻳل را بﻪ بترى ﻫا وصل ﻧﻤاﻳﻴد. اﻟــف) آزﻣاﻳــش كﻨﻴــد كﻪ آﻳــا ﻣﻴﻠﻪ ﻣبــدل بﻪ ﻣقﻨاطﻴس شده؟ آﻳا ﻣﻰ تﻮاﻧد اشﻴاى آﻫﻨﻰ دﻳگر را جذب ﻧﻤاﻳد؟ ب) در حاﻟﻰكــﻪ ﻣﻴﻠــﺔ فﻠزات كﻮچــك دﻳگر را جذب ﻧﻤﻮد ،جرﻳان را ازكﻮاﻳل قطع ﻧﻤاﻳﻴد. ج) ﻣشاﻫدات تان را از اﻳﻦ تجربﻪ براى ﻫﻢصﻨفان خﻮد گزارش دﻫﻴد.
شكل ()4-17ﻣقﻨاطﻴس برقﻰ
70
ﻣﻘﻨاطﻴس برﻗﻰ چﮕﻮﻧﻪ ﻛار ﻣﻰ ﻧﻤاﻳد؟ شﻤا از درس قبﻠﻰ ﻣﻰ داﻧﻴد كﻪ سﻴﻢﻫاى حاﻣل جرﻳان برق در اطراف خﻮد ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ اﻳجــاد ﻣﻰﻧﻤاﻳﻨد .ﻫرگاه ســﻴﻢ حاﻣل جرﻳان را بﻪ شــكل كﻮاﻳل (حﻠقﻪﻫــاى بﻪ ﻫﻢ ﻣتصل) درآورﻳﻢ ،در اﻳﻦ صﻮرت خطﻮط ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ در ﻳك طﻮل كﻮچك تراكﻢ بﻴشترى پﻴدا ﻣﻰكﻨد .شكل ()4-18 اگر ﻳك ﻣﻴﻠﺔ فﻠزى (آﻫﻨﻰ ﻳا فﻮﻻدى) در داخل كﻮاﻳل گذاشتﻪ شﻮد ،خطﻫاى ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ سبب ﻣﻰشﻮد كﻪ ﻣﻴﻠﺔ فﻠزى خاصﻴت ﻣقﻨاطﻴسﻰ پﻴدا كﻨد.
شكل( )4-18ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ كﻮاﻳل
فﻜر ﻛﻨﻴد اگر جرﻳان برق را از دورة كﻮاﻳل قطع ﻧﻤاﻳﻴﻢ ،آﻳا خاصﻴت ﻣقﻨاطﻴسﻰ ﻣﻴﻠﻪ حفظ خﻮاﻫد شد؟
(اﻟف)
(ب)
شكل( )4-19ﻣقﻨاطﻴس برقﻰ
71
دوام خاصﻴت ﻣقﻨاطﻴســﻰ فﻠز بســتﻪ گﻰ بﻪ ســختﻰ فﻠز دارد .بــﻪ فﻠزاتﻰ كــﻪ پس از قطع جرﻳــان برق ،خاصﻴت ﻣقﻨاطﻴســﻰ را حفظ ﻣﻰ كﻨﻨد ،از ﻧظر ﻣقﻨاطﻴسﻰ فﻠزات ســخت و فﻠزاتﻰ كﻪ خاصﻴت ﻣقﻨاطﻴســﻰ را پس از قطع جرﻳان برق حفظ ﻧﻤﻰ كﻨﻨد ،از ﻧظر ﻣقﻨاطﻴسﻰ فﻠزات ﻧرم گﻮﻳﻨد. فﻮﻻد از ﻧظرخﻮاص ﻣقﻨاطﻴســﻰ ،فﻠز ســخت اســت كﻪ ﻣﻰ تﻮاﻧد ﻣدت بﻴشــترى خاصﻴت ﻣقﻨاطﻴسﻰ را در خﻮد حفظ كﻨد؛ اﻣا در فﻠزات ﻧرم از ﻧظر خﻮاص ﻣقﻨاطﻴسﻰ ،با قطع شــدن جرﻳان ،خاصﻴت ﻣقﻨاطﻴسﻰ آن ﻧﻴز بﻪ زودى تقﻠﻴل ﻣﻰ ﻳابد. تغﻴﻴر جﻬت جرﻳان دركﻮاﻳل قطب ﻫاى ﻣقﻨاطﻴس برقﻰ را تعﻮﻳض ﻣﻰكﻨد .شكل ()4-19
زﻧﮓ دروازه چﮕﻮﻧﻪ ﻛار ﻣﻰ ﻛﻨد؟ زﻧگ برقﻰ تﻨﻬا با اســتفاده از ﻣقﻨاطﻴس برقﻰ كار ﻣﻰﻧﻤاﻳد .در اشكال ذﻳل دورهﻫاى زﻧگ برقﻰ را ﻧشان ﻣﻰدﻫد. سﻮﻳچ خاﻣﻮش است
ﻫستﺔ آﻫﻨﻰ ﻧرم ،ﻣقﻨاطﻴس ﻧشده بﻪ خاطرى كﻪ ساحﻪ ﻣقﻨاطﻴسﻰ وجﻮد ﻧدارد
در كﻮاﻳل جرﻳان وجﻮد ﻧدارد
ﻣﻴﻠﺔ آﻫﻨﻰ بﻪ جاى خﻮدش است ﻫستﺔ آﻫﻨﻰ ﻧرم ﻣقﻨاطﻴس شده است و ﻣﻴﻠﺔ آﻫﻨﻰ را جذب ﻣﻰكﻨد سﻮﻳچ وصل است
در كﻮاﻳل جرﻳان وجﻮد دارد
حركت ﻣﻴﻠﺔ آﻫﻨﻰ جرﻳان را قطع ﻣﻰﻧﻤاﻳد سﻮﻳچ تا ﻫﻨﻮز وصل است
در كﻮاﻳل جرﻳان قطع ﻣﻰشﻮد؛ زﻳرا ﻫستﻪ، ﻣقﻨاطﻴس ﻧشده و آﻫﻦ ﻣﻴﻠﻪ را جذب ﻧﻤﻰكﻨد
شكل()4-20
زﻣاﻧﻰكﻪ ﻫستﺔ ﻧرم آﻫﻨﻰ خﻮاص ﻣقﻨاطﻴسﻰ خﻮد را از دست ﻣﻰدﻫد ،ﻣﻴﻠﺔ آﻫﻨﻰ تﻮسط قطعﻪ آﻫﻨﻰ بﻪ حاﻟت اوﻟﻰ آن بر گرداﻧﻨده ﻣﻰشﻮد .بعد دوره بستﻪ شده و تﻤام پروسﻪ دوباره شروع ﻣﻰگردد. 72
فﻜر ﻛﻨﻴد جﻬت ســاختﻦ ﻣقﻨاطﻴس برقﻰ بﻴشــتر از سﻴﻢ ﻫاﻳﻰ كﻪ پﻮش خﻴﻠﻰ ﻧازك دارﻧد ،استفاده ﻣﻰ شﻮد؛ چرا از سﻴﻢ ﻫاى با پﻮش ضخﻴﻢ ﻳا از سﻴﻢﻫاى بدون پﻮش كﻤتر استفاده ﻣﻰشﻮد؟ در اﻳﻦ باره با ﻫﻢ بحث ﻧﻤاﻳﻴد.
خﻼصﺔ فصﻞ چﻬارم سﻴﻢ حاﻣل جرﻳان برق ،دراطراف خﻮد ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ اﻳجاد ﻣﻰكﻨد. ﻫرگاه ســﻴﻤﻰكﻪ در آن جرﻳان برق وجﻮد دارد در ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ قرار داده شﻮد ،باﻻى آن قﻮه عﻤل ﻣﻰكﻨد. اگر ســﻴﻢ ﻳا ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴســﻰ در برابر ﻫﻢ حركت داشتﻪ باشﻨد ،در سﻴﻢ تفاوت پﻮتاﻧسﻴل برقﻰ بﻪ وجﻮد ﻣﻰآﻳد. گﻠﻮاﻧﻮﻣتر آﻟﺔ اﻧدازه گﻴرى جرﻳان ﻫاى كﻮچكﻰ اســت كﻪ بﻪ اســاس اﻟقاى اﻟكتروﻣقﻨاطﻴسﻰ طرح و ساختﻪ شده است. زﻣاﻧﻰكﻪ كﻮاﻳل كﻪ بﻪ بترى وصل شــﻮد ﻫســتﺔ فﻠزى خﻮد را ﻣقﻨاطﻴس ﻣﻰسازد كﻪ از آن بﻪ ﻧام آﻫﻦرباى برقﻰ ﻳاد شده است. داﻳﻨﻤﻮ و جﻨراتﻮر ،ﻣاشــﻴﻦﻫاى اﻟكتروﻣقﻨاطﻴســﻰ اﻧد كﻪ اﻧرژى حركــﻰ را بﻪ اﻧرژى برقﻰ تبدﻳل ﻣﻰ كﻨﻨد.
73
سؤال ﻫاى فصﻞ چﻬارم -1جﻤﻠﻪﻫاى ذﻳﻞ را با اضافﻪ ﻧﻤﻮدن ﻛﻠﻤﻪﻫاى ﻣﻨاسب تﻜﻤﻴﻞ ﻧﻤاﻳﻴد.
سﻴﻢﻫاى حاﻣل جرﻳان در اطراف خﻮد .................اﻳجاد ﻣﻰكﻨﻨد. خطﻫاى ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ در اطراف سﻴﻢﻫاى حاﻣل جرﻳان بﻪ شــكل.......................و بﻪفاصﻠﻪﻫاى ﻣختﻠف از .....................تشكﻴل ﻣﻰ گردد. ﻫرگاه ﻳك سﻴﻢ در ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ قرار گﻴرد ،باﻻى آن ..............عﻤل ﻣﻰﻧﻤاﻳد. جرﻳاﻧﻰ كﻪ از ســبب حركت ســﻴﻢ ﻳا ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴســﻰ بﻪ وجﻮد آﻳــد ..............ﻧاﻣﻴدهﻣﻰ شﻮد. سؤالﻫاى تشرﻳحﻰ
-2جرﻳان برقﻰ چﻪ اثر ﻣقﻨاطﻴسﻰ بﻪ وجﻮد ﻣﻰ آورد؟ -3كدام وساﻳل برقﻰ بﻪ اساس اﻟقاى اﻟكتروﻣقﻨاطﻴسﻰ كار ﻣﻰ كﻨﻨد؟ ﻧام بگﻴرﻳد. -4ﻳك پﻴچ تا ب را ﻣقﻨاطﻴســﻰ بسازﻳد كﻪ اجســام كﻮچك فﻠزى (پﻴچ ،سﻮزن )...را جذب كﻨد. سؤالﻫاى چﻬار ﮔزﻳﻨﻪﻳﻰ
-5جﻬت خطﻮط ســاحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ در اطراف سﻴﻢﻫاى حاﻣل جرﻳان بﻪ كدام عاﻣل ﻣرتبط است؟ د) طﻮل سﻴﻢ ب) ﻣقاوﻣت سﻴﻢ ج) جﻨسﻴت سﻴﻢ اﻟف) جﻬت جرﻳان در سﻴﻢ -6اﻟقاى اﻟكترو ﻣقﻨاطﻴسﻰ زﻣاﻧﻰ بﻪ وجﻮد ﻣﻰآﻳد كﻪ: اﻟف)ﻫادى ﻳا ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ حركت داشتﻪ باشﻨد .ب)ﻫادى ﻳا ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ حركت ﻧداشتﻪ باشﻨد.
ج) سرعت حركتﻫادى ﻧظر بﻪ ساحﺔ ﻣقﻨاطﻴسﻰ صفر باشد. -7اﻧدازة اﻧحراف عقربﺔ گﻠﻮاﻧﻮﻣتر ﻣتﻨاسب است بﻪ: اﻟف) ﻣقدارجرﻳان كﻮاﻳل ب) ابعاد عقربﻪ ج) اﻧدازة صفحﻪ
د) ﻫﻴچ كدام د) شكل گﻠﻮاﻧﻮﻣتر
74