جرثقیل برجی
2017-11-16
اسباب‌بازی‌ها
2017-11-16فرفره
ساخت فرفره
صندوقچه‌ی اسباب بازی‌ها که یادتان هست. یک عضو خیلی زرنگ و پرتحرک و یک استاد نابغه‌ی تعادل قرار است به این مجموعه اضافه شود.
فرفره
استاد فرفره واقعاً موجود خارق‌العاده‌ای است. شاید باورتان نشود حرکات اعجاب‌انگیزش، تا چه حد توجه دانشمندان، استادها و دانشجویان را به خود جلب کرده‌است! حتی بسیاری از ابزارها و وسایل مهم با الهام از او ساخته شده‌اند. حالا فهمیدید چرا آن را با نام استاد فرفره می‌خوانیم؟
بین خودمان باشد، با وجود همه این داستان‌ها، خودش ترجیح می‌دهد به عنوان یک وسیله‌ی بازی برای بچه‌ها شناخته شود و همیشه هم همین‌طور بوده‌است!
لطفاً آرام و ساکت باشید! چند درس مهم وجود دارد که استاد فرفره می خواهد به شما یاد دهد:درس اول: شکل فرفره
شکل فرفره خیلی مهم است. شکل آن توزیع جرم نسبت به محور را مشخص می‌کند. این نکته در سرعت چرخش، مدل حرکت و حفظ تعادل فرفره نقش دارد. یکی از بهترین شکل‌ها برای فرفره، شکل بلوطی است. این نوع فرفره در قسمت بالا شکل گرد و پهنی دارند و در قسمت پایین بسیار نازک و نوک‌تیز است. البته شکل فرفره‌ها بسیار متنوع است که هرکدام حرکت‌های جالبی به نمایش می‌گذارند.
اسباب بازی‌ها می‌خواهند به شما همه چیز یاد بدهند. برای همین است که شما آن‌ها را دوست دارید!
امروز شما یک هدیه جالب در سرزمین خلاقیت خواهید داشت، یک صندوق اسباب‌بازی، حدس می‌زنید در آن چه چیزهایی باشد؟
خب حدس بزنید!
امروز شما یک هدیه جالب در سرزمین خلاقیت خواهید داشت، یک صندوق اسباب‌بازی، حدس می‌زنید در آن چه چیزهایی باشد؟
خب حدس بزنید!
درس دوم: به حرکت درآوردن فرفره
فرفره را در وضعیت مناسب (حالتی که محور آن تا حد ممکن بر زمین عمود باشد) بچرخانید.
سرعت مناسب چرخش هم خیلی مهم است. طبیعی است که سرعت کم نمی‌تواند به چرخش خوبی منجر شود! البته هنگام چرخاندن با سرعت خیلی زیاد هم باید مراقب انحراف محور بود.
اگر به دو نکته‌ی بالا توجه کنید، و فرفره را روی یک سطح خیلی صاف و صیقلی قرار دهید، می‌توانید مدت‌ها از تماشای چرخش زیبای آن لذت ببرید. یادتان باشد، یک مشکل کوچک وجود دارد، اصطکاک، فقط اصطکاک است که همیشه زمان لذت بردن از تماشای حرکت فرفره را کاهش می‌دهد.
درس سوم: تعادل و حرکات فرفره
علت چرخش مداوم آن یک اصل فیزیکی است. قانون لختی (اینرسی) که یادتان هست، لختی مقاومت در مقابل تغییر حرکت است. به بیان دیگر نیرو لازم است تا بتوان تغییری در وضعیت حرکت یک جسم ایجاد کرد. یک جسم در حال دوران هم همیشه تمایل دارد در مقابل تغییر (هر تغییری که در سرعت دوران، جهت محور دوران یا جهت چرخش جسم باشد) مقاومت کند، به عبارتی کمیت مربوط به حرکت چرخشی آن در حالت ثابت پایستگی دارد. اگر بخواهید تغییر چرخش را به جسم چرخانی مانند یک چرخ دوچرخه تحمیل کنید در این موقع آن هم به شما گشتاور وارد می‌کند که یا منجر به پرتاب شما می‌شود یا اگر امکان چرخش داشته‌باشید، شما را می‌چرخاند. فیلم را ببینید!
وقتی فرفره شروع به چرخش می‌کند تمایلی به ایستادن از چرخش ندارد. اگر نیروی وزن گشتاوری به فرفره وارد کند، مهم‌ترین کاری که فرفره انجام می‌دهد حفظ تعادل است.
حتماً حرکت رقص‌مانند محور فرفره را دیده‌اید. وقتی سرعت چرخش فرفره کمی کاهش می‌یابد محور فرفره بخاطر وزن آن کمی منحرف شود اما فرفره روی زمین سقوط نمیکند؛ فقط در حالی‌که فرفره دور محور خود می‌چرخد، دور خط عمود بر زمین هم به سرعت می‌چرخد! به این حرکت، حرکت تقدیمی می‌گویند. البته سرعت فرفره باید زیاد باشد تا گشتاور ناشی از نیروی وزن نتواند بر حرکت چرخشی آن غلبه کند، وگرنه فرفره با چند بار تلوتلو خوردن به زمین می‌افتد.
این اصلاً اتفاق عجیب و غریبی نیست ، هر شیء چرخانی قوی‌ترین موجود برای حفظ تعادل و ادامه‌ی چرخش است، به طوری که هیچ نیرویی به راحتی نمی‌تواند تعادل آن را بر هم بزند.
آیا می‌دانستید به همین دلیل است که هنگام دوچرخه‌سواری به راحتی می‌توانید تعادل دوچرخه را حفظ کنید، حتی موقع دور زدن که به یک سمت مایل می‌شوید. در حالت ایستاده چطور، آیا حفظ تعادل کار آسانی است؟
نکته‌ی آخر این که، حرکت فرفره محدود به گردش دور خودش و یا رقص محور آن نیست. فرفره حرکات مختلف مداری، مارپیچی و یا حرکات نامشخص دیگری هم روی صفحه انجام می‌دهد.
این شکل‌ها شما را یاد چه چیز می‌اندازد؟
... اسپیروگراف
ایده‌ی فرفره‌ای که نقاشی می‌کشد هم می‌تواند جالب توجه باشد.
وقتی فرفره می‌چرخد شما فرصت کافی دارید که هم به رقص زیبای آن نگاه کنید، هم به چگونگی حرکتش فکر کنید. به چرخش آن به دور خودش، به حرکات تعادلی آن، به حرکات مداری و مارپیچی و ...
این دقیقاً کاری است که دانشمندان هم از آن لذت می‌برند! و حتی گاهی هم به کمک فرفره وسیله‌ای مهم مانند ژیروسکوپ را می‌سازند. ژیروسکوپ وسیله‌ی چرخانی است که کار آن دوری از انحراف جهت و حفظ تعادل است. ژیروسکوپ برای سنجش و تعیین جهت درست انجام می‌دهد و در در بسیاری از جاها مانند هوانوردی، دریانوردی و... کاربرد دارد.
این‌ها ژیروسکوپ‌های فرفره‌ای هستند.
اگرچه ربات‌ها و ژیروسکوپ خود داستان مفصلی دارند، اما حالا شما می‌توانید با ربات‌هایی آشنا شوید که دارای ژیروسکوپ فرفره‌ای برای حفظ تعادل هستند. خوب است، بعد از ساختن یک فرفره به ساختن آن‌ها هم فکر کنید.
حتی به کمک یک آزمایش می‌توانید خاصیت ژیروسکوپی (حفظ جهت) یک فرفره‌ی معمولی را ببینید.
فرفره‌ها انواع بسیار زیادی دارند که تعداد انواع آن بیش از انگشتان دست است:
فرفره‌های حرفه‌ای‌تر معمولاً به کمک یک نخ که به دور فرفره پیچیده‌شده به چرخش در می‌آیند. باز شدن نخی که به دور فرفره پیچیده باعث چرخش آن در جهت عکس می‌شود. این روزها به کمک یک موتور دستی هم که با سرعت مشخص می‌چرخد می‌توان فرفره را چرخاند. فرفره‌های موتوردار با سرعت مشخص و با دقت بهتری می‌چرخند.
چرخش فرفره‌ها پدیده‌های جالبی را ایجاد می‌کنند.
فرفره‌ی رنگارنگ
وقتی فرفره‌های رنگی می‌چرخند ترکیب رنگ آن‌ها بسیار زیبا به نظر می‌رسد.
می‌دانید اگر این فرفره‌ها خیلی تند بچرخند رنگ‌ها چگونه ترکیب می‌شوند؟ اگر نمی‌دانید امتحان کنید.
مثلاً یک نوع فرفره به نام دیسک بنهامز وجود دارد که روی آن شکلی به رنگ سیاه و سفید وجود دارد. هنگام چرخش رنگ‌های سیاه و سفید شکل روی آن تفکیک می‌شود، در این حالت رنگ‌های مختلف زرد، آبی، قرمز و ... روی سطح فرفره نمایان می‌شود.
شما هم می‌توانید این فرفره را بسازید.
فرفره‌ی نورانی
حتماً دیده‌اید که بعضی از فرفره‌ها با چرخش خود یک چراغ را روشن می‌کنند، فکر می‌کنید چگونه این اتفاق می‌افتد؟
یک راهنمایی: نیروی گریز از مرکز در اتصال مدارالکترونیکی آن نقش دارد.
حالا که به رمز آن پی بردید، با کنی فکر و تحقیق بیشتر می توانید فرفره نورانی بسازید.
فرفره‌ی حرف نشنو!
حالا می‌خواهیم پیشنهاد بازی با یک فرفره‌ی شگفت‌انگیز را به شما بدهیم. آیا دوست دارید یک فرفره‌ی خوردنی داشته باشید؟!
یک تخم مرغ را آب‌پز کنید. در بشقاب خود بگذارید. دست نگه دارید، آن را نخورید! بلکه آن را به سرعت بچرخانید، چه اتفاقی می‌افتد؟ شاید مجبور شوید چند بار امتحان کنید.
جالب است نه!
بعد از مقداری چرخیدن تخم مرغ روی یک انتهای آن می‌ایستد و می‌چرخد نوعی از فرفره‌ها به نام Tip-Top هستند که تقریباً به این شکل عمل می‌کنند وقتی آن‌ها را می‌چرخانید ناگهان برعکس می‌شوند و روی دم خود می‌چرخند! فکر می کنید چرا؟
قهرمان پرواز
تصور کنید که یک فرفره بعد از شروع به چرخش بتواند پرواز کند؟ درست مانند یک بشقاب پرنده. این یکی واقعاً پدیده‌ای جذاب است. به این فیلم نگاه کنید:
این نوع فرفره به نام تجاری levitron شناخته می‌شود. این فرفره برخلاف جاذبه عمل می‌کند و می‌توان آن را به پرواز در آورد. لویترون یک فرفره مغناطیسی (آهنربای دائمی) است، وقتی روی یک پایه‌ی مغناطیسی با سرعت مناسب چرخانده می‌شود، در حالی‌که قطب‌های همنام فرفره و پایه مغناطیسی نزدیک هم باشند، نیروی دافعه باعث معلق ماندن آن در هوا به صورت چرخان می‌شود. اصطکاک هوا بسیار کم است و فرفره تا 10 دقیقه می‌تواند در هوا بچرخد. این فرفره در خلاء تا 30 دقیقه می‌چرخد!
شاید تصور کنید نیروی مغناطیسی به تنهایی، بدون وجود چرخش یا نیروهای دیگر، می‌تواند یک شیء مغناطیسی را معلق نگه دارد. اما معمولاً این‌گونه نیست، در چنین مواقعی تمایل به جذب قطب ناهمنام، سبب می‌شود تعادل اجسام پایدار نباشد (مگر اجسامی با سطح بزرگ). اما با وجود چرخش، همان‌طور که فرفره به کمک قانون پایستگی روی زمین در تعادل باقی می‌ماند، لویترون هم تعادل پایدار خواهد داشت.
با دیدن این فرفره یاد چه چیزی می‌افتید؟ این فرفره حتی می‌تواند انسان را یاد حرکت اجرام، کره‌ها و ستاره‌های آسمان بیندازد آن‌جا که در فواصل مشخص و مکان‌های تعیین شده به دور خود می‌چرخند در حالی‌که تکیه‌گاه ظاهری ندارند.
به نظر شما چه نیرویی وجود دارد که درست مانند یک نیروی مغناطیسی بزرگ آن ها را این‌چنین در فضا و در فواصل مشخصی ثابت نگه‌داشته؟!
حالا یک فرفره بسازید و تا جایی که می‌توانید فعالیت‌های خلاقانه برای جالب‌ترشدن آن به کار بگیرید.
مراحل ساخت و ساز را به ترتیب پیگیری کنید.
سعی کنید با استفاده از قطعات فلزی مثل تسمه و ناودانی و نصب آن‌ها روی یک چرخ‌دنده‌ی 5 یا پولی بزرگ، یک چرخ سنگین بسازید.
و این هم از فرفره‌ی ما:
سلام میتونید یکم بیشتر راجب حفظ تعادل فرفره هنگام چرخش صحبت کنید ولی در صورتی که حرکت نمیکند تعادل ندارد!؟
سلام، وقت به خیر.
خاصیت یا اثر ژیروسکوپی در برابر تغییر محور چرخش مقاومت ایجاد می‌کند. فرفره به علت چرخش حول یک محور، نسبت به تغییر محور و در نتیجه افتادن مقاومت می‌کند.
سلام و عرض ادب…لطفا اگه میشه آموزش درست کردن فرفره رباتیک را کامل توضیح بدهید…ممنون
سلام. خیلی ممنونیم از توجه شما.
چشم. تلاش میکنیم که هرچه زودتر عکس های بیشتری از جزئیات ساخت این سازه به محتوای صفحه اضافه کنیم.