فزیک

P H Y S I C S.1390 :

وزارت معارفمعينيت انكشاف نصاب تعليمي،‏ تربيةمعلم و مركز ساينسرياست عمومي انكشاف نصاب تعليمىو تأليف كتب درسىفزيكp h y s i c sصنفهشتمسال چاپ:‏ 1390 ه ‏.ش.‏الف

مولفان:‏معاون سرمولف رابعه ‏«منصور»‏ عضو علمى و مسلكى رياست انكشاف نصاب تعليمى و تأليف كتب درسى.‏مولف صادق حسين ‏«موحدى»‏ عضو علمى و مسلكى رياست انكشاف نصاب تعليمى و تأليف كتب درسى.‏محمدرضا ‏«ابراهيمى»‏ عضوتيم پروژة تاليف كتب درسى وزارت معارف.‏معاون مولف ماهره ناصرى عضو علمى و مسلكى رياست انكشاف نصاب تعليمى و تأليف كتب درسى.‏اديتورعلمى:‏سرمؤلف گل احمد ساغرى عضو علمى و مسلكى رياست انكشاف نصاب تعليمى و تأليف كتب درسى.‏اديتور زبان:‏احمد ياسين فرخارى عضو تيم پروژة تأليف كتب درسى وزارت معارف.‏كميتة دينى،‏ سياسى و فرهنگى:‏- مولوى عبدالصبور عربى- دكتور محمد يوسف نيازى- حبيب االله راحل مشاور وزارت معارف در رياست انكشاف نصاب تعليمى.‏كميتة نظارت:‏- دكتور اسداالله محقق معين انكشاف نصاب تعليمى،‏ تربيه معلم و مركز ساينس.‏- دكتور شير على ظريفى مسؤول پروژه انكشاف نصاب تعليمى.‏- معاون سرمؤلف عبدالظاهر گلستانى رئيس عمومى انكشاف نصاب تعليمى و تأليف كتب درسىطرح و ديزاين:‏خالد هوتكب

سرود ملیدا وطن افغانستان دىکور د سول‎3‎ کور د تورېدا وطن د ‏!ولو کور دىد پ+تون او هزاره ووورسره عرب،‏ ‏-وجر ديبراهوي دي،‏ قزلباش ديدا هيواد به تل ‏$لي‎8‎يپه سينه ک‎3‎ د آسيا بهنوم د حق مو دى رهبردا عزت د هر افغان دىهر بچی ي‎3‎ قهرمان دىد بلو'و د ازبکود ترکمنو د تاجکوپاميريان،‏ نورستانيانهم ايماق،‏ هم پشه ‎4‎انلکه لمر پر شنه آسمانلکه زړه وي جاويدانوايو االله اکبر وايو االله اکبرد

بسم االله الرحمن الرحيمپيام وزير معارفمعلمان و شاگردان عزيز،‏تعليم و تربيه اساس انكشاف و توسعة هر كشور را تشكيل مى دهد،‏ نصاب تعليمى يكى از عناصر مهمتعليم و تربيه مى باشد كه مطابق انكشافات علمى معاصر و نيازمندى هاى جامعه وضع مى گردد،‏ واضحاست كه انكشافات علمى و نيازمندى هاى جامعه همواره در حال تَطَ‏ و ُّر مى باشد؛ بناءً‏ لازم است نصابتعليمى نيز به صورت علمى و دقيق انكشاف نمايد.‏ البته نبايد نصاب تعليمى تابع تغييرات سياسى،‏نظريات و تمايلات اشخاص گردد.‏كتابى كه امروز در دسترس شما قرار دارد بنابر همين مشخصات تهيه و ترتيب گرديده است،‏ موضوعاتعلمى مفيد در آن اضافه شده،‏ فعال نگه داشتن شاگردان در عملية تدريس جزء پلان تدريس گرديدهاست.‏اميدوارم تدريس اين كتاب با استفاده از روش هاى آموزش فعال مطابق رهنمود ها و پلان تعليمى تعيينشده صورت گيرد،‏ و اولياى شاگردان نيز در تعليم و تربية با كيفيت دختران و پسران خود همكارىمتداوم نمايند،‏ تا اهداف و آرزوهاى نظام معارف برآورده گرديده،‏ نتايج و دست آوردهاى خوبى براىشاگردان و كشور ما داشته باشد.‏باور دارم كه معلمان گرانقدر ما در تطبيق مؤثر نصاب تعليمى مسؤوليت خود را صادقانه ادا مى نمايند.‏وزارت معارف همواره تلاش مى نمايد تا نصاب تعليمى معارف مطابق اساسات دين مبين اسلام،‏ حسوطن دوستى و معيار هاى علمى با در نظرداشت نيازمندى هاى مُبرم جامعة ما انكشاف نمايد.‏در اين عرصه از تمام شخصيت هاى علمى و دانشمندان تعليم و تربية كشور و اولياى محترم شاگردانتمنا دارم،‏ تا با ارائة نظريات و پيشنهادات سالم و مفيد خويش مؤلفان ما را در بهبود بيشتر تأليف كتبدرسى يارى نمايند.‏از همة دانشمندانى كه در تهيه و ترتيب اين كتاب سهم گرفته اند،‏ و از مؤسسات محترم ملى و بين المللىو ساير كشور هاى دوست كه در تهيه و تدوين نصاب تعليمى جديد و طبع و توزيع كتب درسىهمكارى نموده اند،‏ صميمانه اظهار امتنان و قدردانى مى نمايم.‏و من االله التوفيقفاروق وردگوزير معارف جمهورى اسلامى افغانستانه

پيشگفتارانسانها از زمان پيدايش شان تاكنون با ساينس و طبيعت سروكار داشته اند.‏ با گذشت زمان دراثر تلاش دانشمندان،‏ وسايل و مايشنهاى پيشرفته از قبيل موتر،‏ طياره،‏ كشتى،‏ راديو،‏ تيلفون،‏موبايل،‏ انترنيت وغيره جهت رفاه و آسوده گى انسانها بوجود آمده است.‏ در حقيقت علمعبارت از نتايج حاصله از مطالعة طبيعت و روشى براى جستجوى پاسخ به پرسشها است،‏كه همه شاخه هاى علوم اين روش را براى درك ذره اى از اسرار نا محدود طبيعت در عالملايتناهى هستى بكار مى برند.‏ابوريحان البيرونى،‏ ابوعلى سينا،‏ ابن هيثم،‏ خوازرمى و ديگران از جملة دانشمندان كشورهاىاسلامى اند كه پس از ظهور و گسترش دين مبين اسلام در زمينه هاى نجوم،‏ رياضى،‏ اپتيكو بخشهاى ديگر ساينس،‏ علم را گسترش دادند و همچنان گاليله،‏ ايساك نيوتن،‏ جميز جول،‏ويليام تامسن،‏ مايكل فارادى،‏ جميز كلرك،‏ ماكسويل،‏ لودويك بولتزمن و البرت انشتاين ازفزيكدانان بزرگ جهان اند كه با كوششها و زحمات شان پرده از روى هزاران اسرار طبيعتبرداشتند و راه را براى انكشاف علوم به روى ديگران گشودند.‏در صنف هفتم دربارة مفاهيمى مانند اندازه گيرى،‏ قوه،‏ كار،‏ انرژى،‏ فشار،‏ خواص نور،‏انعكاس نور و انكسار نور معلومات حاصل نموديد.‏ امسال مفاهيم ديگرى از قبيل حرارت واثرات آن بر روى مواد،‏ انتقال حرارت،‏ ساحة مقناطيسى،‏ برق ساكن،‏ معلومات بيشتر دربارةقوه و ماشينهاى ساده را كه از مباحث اساسى و عمدة ديگرى فزيك اند در داخل شش فصلبا همان روش صنف هفتم مطالعه خواهيد كرد،‏ كه اميدواريم شما شاگردان عزيز از مفاهيمفوق با جزئيات آن آگاهى لازم حاصل نمائيد.‏ديپارتمنت فزيكو

فهرستفصل اول:‏ حرارت و اثرات آن روي مواد ..................................... 1انبساط و انقباض ................................................................ 9فازهاى مواد ......................................................................... 13اثرات نا خالصى ................................................................... 21خلاصه و سؤال هاى فصل .............................................. 25فصل دوم:‏ انتقال حرارت ................................................................. 27كاربردهاى حرارت .............................................................. 3335تحفظ حرارت ........................................................................ انجن هاى احترافى ‏(انجن موتر)‏ ................................................ 3739خلاصه و سؤال هاى فصل ...................................................... فصل سوم:‏ ساحة مقناطيسى .................................................................. 41آهنرباى برقى ............................................................................... 46خلاصه و سؤال هاى فصل.........................................................‏ 4749فصل چهارم:‏ برق ساكن ......................................................................... آزمايش چارج .............................................................................. 56ساحة برقى ................................................................................... 57القاى برقى ..................................................................................... 58خلاصه و سؤال هاى فصل ........................................................ 6163فصل پنجم:‏ قوه ................................................................................ 65چگونه قوه ها را با هم جمع كرده مى توانيم؟...................‏ 68مومنت قوه ............................................................................ 70قوة عمل و عكس العمل ....................................................... 71قوة جاذبه ............................................................................. 75خلاصه و سؤال هاى فصل .............................................. 77فصل ششم:‏ ماشين هاى ساده.......................................................‏ 78انواع ماشين هاى ساده ....................................................... 83فايدة ميخانيكى ماشين ها ................................................... 89خلاصه و سؤال هاى فصل ................................................... ز

فصل اولحرارت و اثرات آن به روى موادقبلاً‏ دربارة حرارت و تغييراتى كه به روى مواد ايجاد مى كند مطالبىآموختيد و ياد گرفتيد كه چگونه از ترمامتر براى اندازه گيرىميزان گرمى و سردى اجسام استفاده كنيد و چگونه درجات آن رابخوانيد.‏حرارت و پديده هاى مرتبط با آن نقش عمده يى در طبيعت وزنده گى ما دارند؛ به طور مثال:‏ موجودات زنده براى ادامة حياتبه محيطى كه داراى گرمى مناسبى باشد،‏ ضرورت دارند.‏ به وجودآمدن فصل هاى سال در يك منطقه به ميزان حرارتى كه محيط ازآفتاب مى گيرد،‏ بستگى دارد.‏ همچنين در كارخانه ها و محيط هاىصنعتى براى تغيير شكل و نوع مواد از حرارت استفاده هاى فراوانىصورت مى گيرد.‏حتماً‏ هنوز سؤالات مختلفى راجع به حرارت و كاربرد هاى گوناگونآن در ذهن شما وجود دارد؛ به طور مثال:‏- آيا مقدار حرارت را مى توان اندازه گيرى كرد؟ چه واحدى براىسنجش آن به كار مى رود؟- وقتى مى گوييم درجة حرارت،‏ امروز به 37 درجة حرارتسلسيوس مى رسد،‏ كلمة درجة حرارت چه معنى مى دهد؟- چرا وقتى ترمامتر را در آب سرد قرار مى دهيد،‏ ارتفاع مايع داخلآن پايين مى آيد و در آب گرم بالا مى رود؟- شما مى دانيد كه ماده به حالت هاى جامد،‏ مايع و گاز وجود داردكه آن را فازهاى ماده مى گويند،‏ ولى آيا مى دانيد كه حرارت چهنقشى در تغيير فازهاى ماده دارد؟اينها نمونه هايى از سؤالاتى هستند كه سعى مى كنيم پاسخ هاىمناسبى براى آنها در اين فصل پيدا كنيم.‏1

درجة حرارتما هر روز چندين بار كلمة درجة حرارت را در موقعيت هاى گوناگون مى شنويم.‏ مثلاً‏از طريق راديو،‏ تلويزيون،‏ روزنامه و .... اما آيا تا حال به معنى دقيق كلمة درجة حرارتفكر كرده ايد؟ آيا مى دانيد كه درجة حرارت چگونه اندازه گيرى مى شود؟پيش از اين كه اين موضوع را مورد مطالعه قرار دهيم فعاليت زير را انجام دهيد.‏فعاليت1- با توجه به شكل (1-1) به نظر شما كدام يك از مواد داغ تر و كدام سردتر است؟ آنها را به ترتيب از سردبه گرم بنويسيد.‏شكل (1-1) اجسامى كه گرمى متفاوت دارند.‏آب وهوا2- براى اين كه بدانيم آب جوش چقدر از يخ گرم ترگزارش ها حاكى از اين است كه يك جبههاست به چه چيزى نياز داريم؟3- شكل (1-2) قسمتى از يك خبر است كه در هواى سرد از طرف غرب به سمت كشور ما درروزنامه به چاپ رسيده است.‏ آن را به دقت بخوانيد و حركت است.‏ اين جبهه فردا قسمت هاى غربىبگوييد كه راجع به چه چيزى صحبت مى كند،‏ به نظر كشور را تحت تأثير قرار خواهد داد و باعثشما كلمة درجة حرارت كه در اين خبر ذكر شده است خواهد شد درجة حرارت در بعضى نقاط بهشدت كاهش يابد و يخبندان صورت گيرد.‏چه معنى مى دهد؟شكل (1-2) قسمتى از گزارش اوضاع جوى2

3ما قبلاً‏ ياد گرفتيم كه براى تعيين ميزان سردى و گرمى يك جسماز ترمامتر استفاده كنيم.‏ به اين منظور مخزن ترمامتر را در تماس باجسم يا در محيط مورد نظر قرار مى داديم و بعد از اين كه اطمينانپيدا مى كرديم كه مايع داخل ترمامتر ديگر حركت نمى كند،‏ درجةآن را مى خوانديم.‏ از طرف ديگر مى دانيم كه وقتى يك جسم سرددر تماس با يك جسم گرم قرار مى گيرد،‏ كم كم جسم سرد گرمترو جسم گرم سردتر مى شود.‏ اين عمل تا جايى ادامه پيدا مى كندكه ميزان سردى و گرمى هردو جسم يكسان گردد.‏ در اين حالتگفته مى شود كه اين دو جسم در تعادل حرارتى قرار دارند.‏ تعادلحرارتى اساس كار اندازه گيرى درجة حرارت مى باشد.‏ وقتى كه دوجسم در تعادل حرارتى باشند،‏ مى گوييم كه هر دو جسم داراىدرجة حرارت مساوى مى باشند؛ به طور مثال:‏ وقتى ترمامتر رادر تماس با يك جسم گرم قرار مى دهيم،‏ ترمامتر گرمتر مى شودو مايع داخل آن بالا مى رود،‏ اين عمل تا زمانى ادامه مى يابد كهترمامتر با جسم گرم در تعادل حرارتى قرارگيرد.‏ در اين حالتدرجة حرارت ترمامتر و جسم يكسان مى شود.‏تغيير درجة حرارت مواد باعث تغيير بعضى از خواص فزيكى آنهامى شود؛ به طور مثال:‏ حجم مايع داخل نل شيشه يى ترمامتر وقتىدرجة حرارت آن بالا مى رود،‏ افزايش مى يابد و با كم شدن درجةحرارت،‏ كاهش پيدا مى كند.‏ از همين خاصيت براى اندازه گيرىدرجة حرارت استفاده مى كنيم و درجة حرارت اجسام گوناگون رابا آن مى سنجيم.‏براى اين كار نخست بايد بتوانيم ترمامتر را درجه بندى كنيم.‏ در دنياچندين نوع درجه بندى براى درجة حرارت وجود دارد.‏ مانند:‏ درجهبندى سلسيوس،‏ درجه بندى فارنهايت و درجه بندى كلوين.‏معمول ترين نوع درجه بندى در كشور ما،‏ درجه بندى سلسيوساست،‏ درجه بندى استندرد درجة حرارت در سيستم SI درجه بندىكلوين است.‏ درجه بندى را براى نخستين بار دانشمند سويدنىآندرس سلسيوس به كار برد و به افتخار او به اين نام،‏ نامگذارى

شده است.‏ و ترمامتر سيمابى را نخست در مخلوطى از آب و يخ خالص در حالذوب شدن قرار داد و جايى را كه مايع ترمامتر در آن قرار گرفت،‏ نشانى كرده و آنرا نقطة صفر سنجش درجة حرارت نام نهاد.‏ سپس ترمامتر را در بخارآب خالصدر حال جوشيدن قرار داده،‏ نقطه يى را كه مايع داخل ترمامتر در آن توقف كرد،‏با علامتى مشخص كرده،‏ به آن عدد صد نسبت داد.‏ فاصلة اين دو نقطه را به صدقسمت مساوى تقسيم نموده و هر قسمت را يك درجه ناميد.‏ لازم است ذكر شودكه فشار هوا در اين تجربه بايد يك اتموسفير يعنى فشار سطح بحر باشد.‏علامت درجة حرارت سلسيوس را به صورتC o نوشته مى كنيم.‏ مثلاً‏ اگر بخواهيم‎20‎درجة سلسيوس را نشان بدهيم،‏ آن را به صورت 20 o C مى نويسيم.‏فكر كنيددرجة حرارت جوش آمدن آب و يخ زدن آن را به طور درست بنويسيد.‏فعاليتدر تجربة زير يك ترمامتر بسازيد.‏سامان و مواد مورد ضرورت:‏ يك عدد نيچة خالى شدة قلم خودكار،‏ يك عدد بوتلخالى آمپول پنى سيلين كه سرپوش پلاستيكى داشته باشد،‏ مقدارى چاى،‏ يك عددميخ كوچك،‏ يك قطعه كاغذ مقوا،‏ خط كش و قلم.‏طرز العمل:‏ نخست در،‏ سرپوش رابرى بوتل پنى سيلين توسط يك ميخ يك سوراخايجاد كنيد و نيچه قلم خودكار را از آن عبور دهيد.‏ سپس بوتل پنى سيلين را از چاىپر كنيد و سرپوش رابرى و نيچه را در جاى خود محكم كنيد.‏ حالا مطابق شكل بوتلو نيچه را روى كاغذ كارتن چسپانده و آن را درجه بندى كنيد.‏ترمامتر تان را داخل يك ظرف آب داغ كنيد و مشاهده نماييد كه چه اتفاق مى افتد.‏اين كار را با آب سرد تكرار كنيد و نتيجه را مشاهده نماييد.‏به جاى چاى ترمامتر تان را با الكول پر كنيد و تجربه را تكرار نماييد.‏ در كدام حالتترمامتر بهتر كار مى كند؟شكل (1-3) ساختن يك ترمامتر ساده4

حرارتانسان ها از قديم حس مى كردند كه يك جسم سرد وقتى در تماسبا يك جسم گرم قرار مى گيرد،‏ به مرور زمان گرم مى شود،‏ فكرمى كردند كه حرارت يك نوع ماده است كه از جسم گرم به داخلجسم سرد مى رود و جسم سرد را گرم مى كند.‏امروزه دانشمندان اعتقاد دارند كه حرارت شكلى از انرژى است ومى تواند به اشكال ديگر انرژى تبديل شود.‏شكل (1-4) كشف آتش تحولمهمى در زنده گى بشر ايجادكرد.‏هر جسمى در خود مقدارى انرژى دارد كه آن را انرژى داخلىجسم مى گويند.‏ انرژى داخلى يك جسم در واقع مجموع انرژى تكتك ذرات آن است.‏ به اين معنى كه هر ذره در داخل جسم مورد5

نظر به حركت و موقعيت خود داراى مقدارى انرژى مى باشد.‏ هرقدركه انرژى هر ذره زياد باشد و هرقدر كه تعداد ذرات يك جسم زيادباشند به همان ميزان،‏ انرژى داخلى آن جسم زيادتر مى باشد.‏وقتى يك جسم سرد و يك جسم گرم يعنى جسمى با درجة حرارتپايين و جسمى با درجة حرارت بالا در تماس هم قرار مى گيرند،‏مقدارى از انرژى از جسمى كه درجة حرارت بالا دارد به جسمى كهدرجة حرارت پايين دارد،‏ انتقال مى يابد.‏ به اين ترتيب انرژى داخلىجسم گرم كاهش و انرژى داخلى جسم سرد افزايش مى يابد.‏ اينهمان انرژى است كه ما آن را به نام حرارت ياد مى كنيم.‏ انرژىحرارتى انرژيى است كه به دليلاختلاف درجة حرارت بين دوجسم انتقال مى يابد.‏ انرژىحرارتى در بسيارى از تبديلاتانرژى ظاهر مى شود و به عنوان يكانرژى واسطه يى عمل مى كند.‏به طور مثال وقتى كه پكة برقى راروشن مى كنيد تا انرژى برقى را بهانرژى حركى تبديل كند،‏ مى بينيدكه در ضمن كاركردن گرم مى شود.‏اين موضوع نشان مى دهدكه مقدارىانرژى حرارتى به صورت ناخواسته توليد شده است.‏شكل (1-5) در بسيارى ازتبديلات انرژى،‏ حرارت بهوجود مى آيد.‏6

فعاليتدربارة كار وسايل مختلفى كه در جدول داده شده است،‏ مباحثه كنيد و جدول (1-1) را كامل كنيد.‏وسيلهگروپ برقىتلويزيونموترجنراتور توليد برقماشين آب ميوهنوع انرژىدريافتىزردكسيبشيرچپسچاكليتروغن نباتىنوع انرژى تبديل شده1800240027001000022200آيا انرژى به شكل حرارت ضايعشده است؟واحد اندازه گيرى مقدار حرارت مانند انواع ديگر انرژى ژول است.‏ولى در بسيارى از موارد از واحد ديگرى به نام كالورى استفادهمى شود.‏ كالورى مقدار انرژى حرارتى است كه درجة حرارت يكگرام آب را يك درجة سلسيوس بالا مى برد.‏ يك كالورى برابر 4.2ژول مى باشد.‏گاز طبيعىنفتزغال سنگچوب54600479003360016800جدول (1-1)فكر كنيددر جدول (1-2) مقدار انرژى موجود در يك گرام از مواد مختلف داده شده است.‏ مواد مختلف را با هم مقايسهجدول(‏‎1-2‎‏)‏كنيد.‏مقدار انرژى دريك گرام به ژولمواد سوختفسيلىمقدار انرژى در يكگرام بر اساس ژولغذا هاى معمولى32000در تمام دنيا و همچنين در كشور ما،‏ فراهم ساختن انرژى حرارتىمورد نياز يكى از مسايل مهم مى باشد.‏ مقدار مصرف انرژى هر7

جامعه با پيشرفت و انكشاف صنعتى آن جامعه افزايش مى يابد.‏ منابعى را كه انرژىمورد نياز ما را تأمين مى كند،‏ به دو دستة اصلى مى توان تقسيم كرد.‏ دستة اول منابعىهستند كه در طول مليون ها سال در طبيعت به وجود آمده اند و بنابراين براى تشكيلمجدد آنها نيز زمان بسيار طولانى مورد نياز است.‏ اين گونه منابع را منابع تجديد ناپذيرمى گوييم.‏ سوخت هاى فُسيلى مانند:‏ نفت و زغال سنگ و گاز طبيعى از اين نوع منابعانرژى هستند.‏دستة دوم منابع تجديد پذير ناميده مى شوند.‏ اين ها منابعى هستند كه دورة به وجودآمدن آنها كوتاه است.‏ به عنوان مثال آبى را كه در پشت يك بند آب قرار دارد،‏ درنظر بگيريد.‏ هر سال با باريدن باران مقدار آب،‏ زياد مى شود و در طول سال با مصرفآن سطح آب در بند پايين مى آيد.‏ پس مقدار آب در هرسال مصرف و دوباره تجديدمى شود.‏ انرژى باد،‏ حرارت جوف زمين،‏ انرژى جزر و مد،‏ انرژى امواج آب و .... همه ازنوع منابع تجديد پذير انرژى هستند.‏منبع اصلى بيشتر انرژى هايى كه ما استفاده مى كنيم،‏ آفتاب است.‏ انرژى آفتاب وقتىبه زمين مى رسد به اشكال مختلف انرژى تبديل مى شود.‏ براى درك بهتر اين موضوعفعاليت زير را انجام دهيد.‏فعاليت- به شكل مقابل دقت كنيد و چگونه گى تبدلاتانرژى آفتاب را بيان كنيد.‏- در هر قسمت از شكل،‏ مشخص كنيد كه آياانرژى نشان داده شده تجديدپذير است يا غيرتجديد پذير؟شكل (1-6) آفتاب منبع اصلى تأمين انرژى ما است.‏8

معلومات اضافيجالب است بدانيد انرژيى كه در 10 روز آفتابى زمين از آفتاب ميگيرد،‏ بيشتر ازانرژى تمام سوخت هاى فُسيلى شناخته شدة روى كرة زمين است.‏منابع تجديدناپذير انرژى محدود است و مصرف انرژى روز به روز در حال افزايش مى باشد.‏بنابراين در تمام دنيا سعى مى شود كه بيشتر از انرژى هاى قابل تجديد استفاده گردد.‏خوشبختانه كشور ما يكى از كشورهايى است كه ظرفيت بسيار بالايى براى استفاده ازانرژى هاى قابل تجديد دارد.‏ ما بايد سعى كنيم كه در مناطق مختلف اين منابع قابلتجديد را شناسايى كنيم و راه هاى مناسبى براى استفاده از آن پيدا كنيم.‏فعاليتتحقيق كنيدكه در منطقة شما كدام نوع از منابع قابل تجديد انرژى بيشتر در دسترس است؟ آيا از آناستفاده مى شود؟ چه راه هايى براى استفاده از آن پيشنهاد مى كنيد؟انبساط و انقباضحتماً‏ ديده ايد كه بعضى اوقات وقتى چاى داغ را در پيالة شيشه يى مى ريزيم،‏ پيالهمى شكند.‏ آيا علت آن را مى دانيد؟صداى تركيدن و شكستن نبات يا شيرينى را وقتى داخل چاى داغ مى كنيم،‏ شايد بارهاو بارها شنيده باشيد،‏ آيا مى توانيد دربارة علت آن توضيح دهيد؟براى يافتن پاسخ اين سؤالات بياييد فعاليت هاى زير را انجام دهيم.‏9

فعاليت1- مطابق شكل هاى (1-6) يك پوقانه را به دهن يك بوتل محكم كنيد و بعد از آن بوتل را داخل يك ظرفمحتوى آب داغ قرار دهيد.‏ چه مشاهده مى كنيد؟پوقانه را به دهن يك بوتل محكمكنيد و بعد از آن بوتل را داخل يكظرف محتوى آب داغ قرار دهيد.‏ چهمشاهده مى كنيد؟چرا پوقانه به صورت باد كرده درمى آيد؟2- در اين تجربه مطابق شكل (1-7)اول گلوله را از حلقه عبور دهيد.‏خواهيد ديد كه گلوله به راحتى از حلقهشكل (1-6- ب)‏ پوقانه و بوتل در داخل آب داغ شكل (1-6- الف)‏ پوقانه و بوتلعبور مى كند.‏بعداً‏ گلوله را توسط چراغ الكولى گرمكنيد.‏ آيا در اين حال باز هم گلوله ازحلقه عبور خواهد كرد؟3- به نظر شما آيا گرم كردن تأثيرىبر روى حجم گلوله و هواى داخل بوتلداشته است؟4- اكنون بگذاريد كه گلوله سرد شود،‏امتحان كنيدكه آيا باز هم از حلقه عبورمى كند؟5- اگر بوتلى را كه پوقانه را به آنشكل (1-7) عبور گلوله ها از حلقه در حالت هاى گرم و سردبسته بوديد بگذاريد كه سرد شود،‏ چهچيزى ممكن است اتفاق بيفتد؟فكر كنيدبا استفاده از نتايج مشاهدات تان جملة زير را كامل كنيد.‏اگر به جسمى حرارت بدهيم و درجة حرارت آن را بالا ببريم حجم آن ........................ مى يابد و اگر جسمى را سردكرده درجة حرارت آنرا پايين بياوريم حجم آن ................. مى يابد.‏جمله اى كه شما به عنوان نتيجة مشاهدات و تجارب خود نوشتيد،‏ يكى ازاثرات حرارت بالاى اجسام است و پديدة انبساط و انقباض را بيان مى كند.‏انبساط به معنى افزايش حجم يك جسم و انقباض به معنى كاهش حجميك جسم مى باشد.‏10

با بلند رفتن درجة حرارت جسم،‏ حجم آن زياد مى شود و با پايين آمدن درجةحرارت حجم آن كاهش مى يابد.‏اغلب مواد جامد،‏ مايع و گاز با گرفتن حرارت منبسط مى شوند و با از دست دادنحرارت منقبض مى گردند.‏ به طور مثال شما ديديدكه هواى داخل بوتل و گلوله هردو در اثر گرفتن حرارت منبسط شدند.‏فكر كنيدآيا اكنون مى توانيد توضيح دهيد كه چرا مايع در داخل نل ترمامتر بالا يا پايين مى رود؟در مايعات،گازها و اجسام جامدى كه طول،‏ عرض و ضخامت آنها از حيث اندازه با همنزديك باشند،‏ انبساط و انقباض نسبت به قطر آنها به صورت تغيير در حجم اجسام بهچشم مى خورد.‏ به اين نوع انبساط و انقباض،‏ انبساط و انقباض حجمى مى گويند.‏ولى در اجسامى مانند ميله هاى باريك كه طول شان نسبت به عرض يا ضخامت آنهازيادتر مى باشد،‏ انبساط و انقباض در طول آنها بيشتر قابل ملاحظه مى باشد.‏ به ايننوع انبساط و انقباض،‏ انبساط و انقباض طولى مى گويند.‏ زيرا تغيير طول آنها نسبتبه تغيير ابعاد ديگرشان بسيار زياد مى باشد.‏فعاليتتجربه اى كه در زير نشان دادهشده است براى مشاهدة انبساططولى يك ميله طرح ريزى شدهاست.‏ به كمك شكل و مباحثهبا همديگر در گروپ هايتانبنويسيد كه چگونه اين تجربهانجام مى شود.‏عقربهميلهشكل (1-8) تجربه اى كه انبساط طولى را نشان مى دهد.‏11

توضيح انبساط وانقباضبراى اين كه بدانيم چرا مواد در اثر گرفتن حرارت انبساط و در اثر از دست دادنحرارت انقباض مى كنند،‏ نخست فعاليت زير را انجام مى دهيم:‏فعاليتشش نفر از شاگردان در يك خط پهلوى همديگر و نزديك به هم،‏ در جلو صنف ايستاده شوند.‏1- شاگردان بايد با آهسته گى در جاى شان حركت دويدن جابجا انجام دهند.‏2- بار ديگر شاگردان سعى كنند در همان جاى قبلى،‏ با سرعت زياد حركت پروانه يى اجرا كنند.‏دركدام حالت اين گروپ از شاگردان در زمان حركت جاى بيشترى را گرفته اند؟ به نظر شما علت آن چيست؟اگر بخواهيم انبساط يك جسم را توضيح دهيم بايدساختمان مواد را در نظر بگيريم.‏مى دانيد كه مواد از ذرات بسيار كوچك به نام اتوم ساختهشده است.‏ همچنين وقتى كه دو يا چند اتوم با هم تركيبشوند،‏ ماليكول را مى سازند.‏ اتومها و ماليكول هاى يكجسم هميشه در حال جنبش هستند و در بين شانفضاى خالى وجود دارد.‏ افزايش حرارت باعث مى شود كهانرژى اتوم ها و ماليكول ها افزايش يابد و بنابراين جنبشو اهتزاز آنها زيادتر مى شود.‏ افزايش تحرك باعث مى شودفاصله بين ماليكول ها زيادتر شده فضاى خالى بيشترى بهوجود آيد.‏ اين افزايش فضاى خالى را ما به شكل انبساطمى بينم.‏گرم.‏جسمفكر كنيدبا توجه به توضيحات بالا انقباض را چگونه مى توانيد توضيح دهيد؟جسم سردشكل (1-9) حركت ماليكول ها را در جسم سردو گرم نشان مى دهد.‏12

فاز هاى موادشما در سال هاى قبل با مفاهيمى مثل جامد،‏ مايع و گاز آشناشده ايد.‏ به اين سه حالت،‏ فازهاى ماده مى گويند.‏براى اين كه اين مفاهيم را بهتر به ياد بياوريد،‏ نخست فعاليت زير راانجام دهيد.‏فعاليتاكنون در گروپ هاى تان گفتگو نموده:‏- نام چند ماده اى را كه جامد است و چند مادة مايع و چند مادة گاز را بنويسيد.‏- سعى كنيد با توجه به خواص مشترك مواد جامد،‏ مايع و گاز براى هريك از آنها تعريفى بنويسيد و جملاتپايين را به طور مناسبى تكميل كنيد.‏جامدات موادى هستند كه داراى ............... و ‏.....................معينى هستند.‏............ موادى هستند كه داراى حجم خاصى بوده ولى ‏.............معينى ندارند.‏............. موادى هستند كه نه داراى ‏.................بوده و نه ‏................معينى دارند.‏دادن حرارت يا گرفتن آن از مواد مى تواند باعث تغيير فاز ‏(حالت)‏ماده شود،‏ به اين معنى كه توسط دادن يا گرفتن حرارت مى توانجامد را به مايع،‏ مايع را به گاز و گاز را به مايع يا جامد تبديل كرد.‏ذوبان و انجمادآيا مى دانيد كه چرا شكل يك جسم جامد تغيير نمى كند؟ماليكول هاى يك جسم جامد قوة جاذبة شديدى بر يكديگر واردمى كنند.‏ به قسمى كه هر ماليكول در جاى خودش در حال ارتعاشاست و نمى تواند اتصال خود را با ماليكول هاى همسايه خود قطعكند و آزادانه حركت نمايد.‏ البته هر ماليكول در جاى خود جنبشدارد و بى حركت نيست.‏ وقتى ما به جسم جامد حرارت مى دهيم،‏اين انرژى را ماليكول ها دريافت مى كنند،‏ بنابراين مقدار جنبش آنهازياد شده،‏ فاصلة متوسط آنها از همديگر افزايش مى يابد ‏(منبسطمى شود).‏اگر دادن حرارت ادامه پيدا كند،‏ جنبش ماليكول ها زياد و زيادتر13

مادهمى شود تا جايى كه هر ماليكول مى تواند از جاى خود حركت كند وجاى يك ماليكول ديگر را بگيرد.‏ در اين حالت هر ماليكول مى تواندجاى خود را در داخل جسم تغيير دهد و در حقيقت در اين حالتجامد به مايع تبديل شده است.‏ اين عمل را ذوبان مىگويند.‏درجة حرارتى كه در آن جامد شروع به ذوب شدن مى كند را نقطةذوبان مى گويند.‏آهنمستنگستنسيمابالكولجدول (1-6) نقطة ذوبان مواد مختلفنقطه ذوبان(‏C ( o153510833410-39-117مواد مختلف،‏ نقطة ذوبان متفاوت دارند.‏ در جدول (1-6) نقطة ذوبانچند ماده داده شده است.‏اگر انرژى حرارتى از مايعى گرفته شود ‏(آن را سرد كنيم)‏ و درجةحرارت آن پايين بيايد،‏ ماليكول هاى آن،‏ انرژى از دست داده،‏ ازميزان سرعت حركت و جنبش آنها كاسته مى شود.‏ اگر سرد كردن راادامه دهيم به حالتى مى رسيم كه در آن ماليكول ها به جاى لغزيدنروى همديگر و تغيير مكان در جسم،‏ فقط در جاهاى خود جنبشدارند.‏ بنابراين جسم مذكور ديگر مى تواند شكل خود را حفظ كند،‏پس مايع قبلى در حقيقت به جامد تبديل شده است.‏ تبديل شدنمايع به جامد را انجماد مى گويند و به درجة حرارتى كه در آن مايعبه جامد تبديل مى شود،‏ نقطة انجمادگفته مى شود.‏نقطة ذوبان و نقطة انجماد مواد يكى مى باشد.‏ مثلاً‏ يخ در صفردرجة حرارت ذوب مى شود و آب نيز در همين درجة حرارت منجمدمى شود.‏ پس در نقطة ذوبان و انجماد ما مى توانيم يك ماده را دردوحالت جامد و مايع داشته باشيم.‏14

فعاليتاندازه گيرى درجة حرارت ذوبان آب:‏در ميان يك گيلاس توته هاى يخ خالص را بياندازيد،‏ يك ترمامتر را در ميان آن قرار دهيد و در هنگامى كهتوته هاى يخ شروع به ذوب شدن مى كند درجة حرارت را بخوانيد.‏نتايج تان را يادداشت كنيد.‏ آيا همة گروپ ها نتايج يكسانى به دست آورده اند؟ اگر جواب تان منفى است،‏ چهدليلى براى آن مى توانيد ارائه كنيد؟فكر كنيدآيا مى توان مقدارى آهن را دريك ظرف مسى ذوب كرد؟ توضيح دهيد.‏ ‏(براى پاسخ دادن از جدول استفاده كنيد.)‏تبخير و مَيَعانشكل (1-10) بر هر ماليكولاز طرف ماليكول هاى ديگر قوهوارد مى شود.‏شكل (1-11) ماليكول هاى آباز ظرف آب و لباس تر وارد هواشده تبخير مى شود.‏به نظر شما چرا وقتى يك نان تازه مدتى در هواى آزاد مى ماند،‏خشك ‏(قاق)‏ مى شود؟مايعى را كه در ظرفى قرار دارد در نظر بگيريد.‏ به شكل (1-10) دقتكنيد.‏ ماليكول هايى كه در سطح آب قرار دارند توسط ماليكول هاىاطراف خود جذب مى شوند و اين عملية جذب باعث مى شود كهآنها نتوانند از سطح آب وارد هوا شوند،‏ بنابراين در سطح آب باقىمى مانند.‏ اما چون ماليكول ها در داخل مايع پيوسته در حركتو جنبش هستند،‏ دايماً‏ با همديگر برخورد مى كنند،‏ تعدادى ازماليكول هاى سطح مايع در اثر اين برخوردها به اندازه يى انرژىبه دست مى آورند كه براى غلبه بر قوة جذب كافى مى باشد،‏ اينماليكول ها مى توانند از سطح مايع فرار كنند.‏ وقتى كه ماليكول هااز سطح مايع جدا مى شوند به شكل گاز در مى آيند،‏ تبخير صورتمى گيرد.‏ در اين نوع تبخير چون ماليكول ها از سطح مايع جدامى شوند،‏ آن را تبخير سطحى مى گويند.‏ مايعات در هر درجهحرارتى تبخير مى شوند ولى ميزان سرعت تبخير يك مايع به درجةحرارت ارتباط دارد.‏ هرقدر كه درجة حرارت يك مايع افزايش يابدسرعت تبخير آن نيز بيشتر مى گردد.‏15

عامل ديگرى كه در افزايش سرعت تبخير نقش دارد،‏ كاهش فشار است.‏ هرچه فشاروارد بر سطح مايع كم شود ‏(مثلاً‏ فشار هوا كم شود)،‏ سرعت تبخير افزايش مى يابد.‏هر عامل ديگرى نيز كه باعث افزايش سرعت ماليكول ها شود،‏ يا سطحى كه امكان فرارماليكول ها از آن وجود دارد،‏ را افزايش دهد،‏ سرعت تبخير را افزايش مى دهد.‏پروژة تحقيقىسؤال اصلى پروژه:‏ تبخير از سطح يك مايع به چه عواملى بسته گى دارد؟1- عواملى را كه فكر مى كنيد در تبخير نقش دارد،‏ مشخص كنيد.‏2- براى مشخص كردن نقش هر عامل تجربه يى را طرح كنيد.(حداقل سه عامل)‏3- هر تجربه را حداقل پنج بار تكرار كنيد و اوسط نتايج تان را يادداشت نماييد.‏4- اعداد به دست آمده از هر تجربه را در جدولى مرتب كنيد.‏5- جدول ها را تفسير كنيد.‏6- نتايج كلى را در يك پاراگراف بنويسيد.‏توجه:‏ در هر تجربه فقط يك عامل را تغيير دهيد و عوامل ديگر را ثابت نگهداريد.‏فكر كنيددر هواى خنك صبحگاهى،‏ شايد بارها از ديدن قطرة شبنمى كه بر روى گلبرگى نشسته است،‏ لذت برده باشيد.‏ ولىآيا فكر كرده ايد كه قطرة شبنم چگونه روى گلبرگ تشكيل شده است؟فعاليت زير را انجام دهيد تا جواب سوال بالا را بتوانيد توضيح دهيد.‏فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ آب،‏ ظرف براى حرارت دادن آبو يك بشقاب فلزى يا شيشه يى،‏ منبع حرارت ‏(چراغ الكولى)،‏ سهپايه و جالى ناسوز.‏طرز العمل:‏ آب را حرارت دهيد و بشقاب را بالاى ظرف آب مطابقشكل بگيريد.‏نتيجة مشاهدات خود را توضيح دهيد و بگوييد كه قطرات آب درزير بشقاب از كجا آمده است؟شكل (1-12)16

شكل (1-13) با فشرده شدن گازفاصلة متوسط ماليكول هاى آن كمتر مى شود.‏آموختيم كه وقتى يك مايع را حرارت دهيم تبخير مى شود وحالتگاز را به خود مى گيرد.‏ در فعاليت بالا مشاهده كرديد كه وقتىآب را حرارت دهيم،‏ تبخير مى شود و هنگامى كه بخارات آب بهيك جسم سرد برخورد كند،‏ دوباره به قطرات آب يعنى حالت مايعتبديل مى شود . پس همانطور كه يك مايع مى تواند به گاز تبديلشود ‏(تبخير گردد)،‏ يك گاز نيز مى تواند به مايع تبديل شود.‏ اينعمل يعنى تبديل گاز به مايع را مَيَعان مى گويند.‏وقتى ماده اى در حالت گاز قرار دارد ماليكول هاى آن به صورتآزادانه حركت مى كنند و هر ماليكول به اندازه اى انرژى دارد كهتحت تأثير قوه هاى جاذبة ماليكولى ساير ماليكول ها قرار نگيرد.‏اگر همين گاز را سرد كنيم يعنى انرژى را به شكل انرژى حرارتىاز آن خارج كنيم،‏ سرعت ماليكول ها كم مى شود.‏ در صورتى كهسرد كردن را ادامه دهيم،‏ سرعت ماليكول ها كمتر و كمتر خواهدشد تا جايى كه ماليكول ها تحت تأثير قوة جاذبة ماليكولى يكديگرقرار مى گيرند.‏ در اين حالت فاصلة متوسط ماليكول ها نسبت بهحالت گاز بسيار كم شده،‏ گاز تبديل به مايع مى شود.‏ اين حالتدر تجربه اى كه شما انجام داديد،‏ اتفاق مى افتد.‏ ماليكولهاى بخارآب وقتى با يك سطح سرد مثل بشقاب فلزى يا شيشه يى برخوردمى كنند،‏ به صورت ناگهانى سرد شده،‏ انرژى حرارتى خود را ازدست مى دهند و به مايع تبديل مى شوند.‏براى تبديل كردن يك گاز به مايع از روش فشرده كردن گاز نيزاستفاده مى شود.‏ مانند شكل (1-13) حجم معينى از گاز را توسطاعمال فشار كم مى كنند.‏ با كم شدن حجم گاز،‏ برخورد ماليكول هابه همديگر زياد شده و در اثر اين برخورد ها انرژى ماليكول ها بهصورت انرژى حرارتى به ظرف انتقال مى يابد و ظرف گرم مى شود.‏اگر فشار به اندازة كافى افزايش يابد ديده مى شود كه گاز به مايعتبديل شده است.‏17

فكر كنيدسؤال:‏ اگر بالون كوچك گاز را تكان دهيد،‏ احساس مى كنيد كه مايعى در داخل آن تكان مى خورد.‏ ولى وقتى كهشير دهن آن را باز مى كنيد گاز از آن خارج مى شود.‏ چگونه اين مطلب را مى توانيد توضيح دهيد؟غليانمعمولاً‏ تبخير از سطح مايع صورت مى گيرد و هر چه درجة حرارت زياد شود سرعتتبخير افزايش مى يابد.‏ اما اگر درجه حرارت به حد معينى برسد كه ديگر تغيير نكند،‏ماليكول هاى مايع نيز تبخير مى شوند و حباب هاى گاز را در درون مايع تشكيل داده،‏به سطح آن آمده وارد هوا مى شوند.‏ اين همان حالتى است كه مى گوييم مايع به جوشآمده است.‏ جوش خوردن مايع را در اصطلاح علمى غليان مى گويند.‏ درجة حرارتى راكه مايع در آن مى جوشد نقطة غليان مى نامند.‏فعاليتاندازه گيرى نقطة غليان آب و مشاهدة تغييرات درجة حرارتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ ظرف براى حرارت دادن آب،‏ ترمامتر،‏يك وسيلة گرم كننده ‏(چراغ الكولى)،‏ سه پايه،‏ جالى ناسوز و آب بقدرضرورت.‏طرزالعمل:‏ آب را داخل ظرف انداخته بالاى وسيلة گرم كنندهبگذاريد.‏ در ختم هر دقيقه درجة حرارت را يادداشت كنيد.‏ وقتىكه آب به جوش آمد درجة حرارت را يادداشت كنيد و بگذاريد آببجوشد،‏ تا چند دقيقه بعد از جوشيدن آب نيز،‏ هر دقيقه درجة حرارترا يادداشت و نتيجة مشاهدات خود را در صنف بحث نماييد.‏شكل (1-14) اندازه گيرى درجة حرارت غليان آب18

همانطورى كه در فعاليت مشاهده كرديد وقتى كه آب را حرارت دهيم درجةحرارت آن به طور مرتب افزايش مى يابد،‏ افزايش درجة حرارت تا رسيدن به نقطةغليان ادامه پيدا مى كند ولى مشاهده كرديد كه در موقع جوشيدن مايع درجةحرارت آن ثابت مى ماند.‏ حرارتى كه به مايع داده ميشود فقط باعث تبخير مايعشده و سرعت تبخير را افزايش مى دهد.‏ نقطة غليان ‏(درجه حرارتى كه مايع درآن مى جوشد)‏ هر مايع نسبت به مايع ديگر فرق مى كند.‏سؤال :آيا به نظر شما آب هميشه درC 100 o به جوش مى آيد؟عامل ديگرى كه نقش عمده اى در تعيين نقطة غليان يك مايع دارد فشارى است كهبر سطح مايع وارد مى شود ‏(مثل فشار هوا در يك ظرف سرباز).‏ هر قدر كه فشار برسطح مايع افزايش يابد نقطة غليان بالا مى رود و هرچه فشار بر سطح مايع كاهشيابد نقطة غليان نيز پايين مى آيد.‏تصعيد (Sublimation)به نظر شما هر جسم جامدى را كه حرارت دهيم اول به مايع و سپس به گاز تبديلخواهد شد؟در شكل (1-15) شما يك توته كاربن داى اكسايد را مى بينيد كاربن داى اكسايدجامد را يخ خشك نيز مى نامند و از اين ماده در بعضى از تجربه هاى ساينس استفادهمى شود.‏اين ماده خاصيت جالبى دارد.‏ وقتى شما در درجه حرارت معمولى يك تكه از آن رادر اختيار داشته باشيد مشاهده خواهيد كرد كه هر لحظه مقدارى از آن تبخير مى شودو اين تبخير شدن به قسمى است كه بر خلاف يك قطعه يخ معمولى چيزى را ترنمى كند.‏يعنى اينكه كاربن داى اكسايد بر خلاف اكثر مواد كه نخست از حالت جامد به مايعتبديل شده و سپس به گاز تبديل مى شوند،‏ مستقيماً‏ از حالت جامد به گاز تبديلمى شود.‏ اين حالت را كه در آن جامد مستقيماً‏ تبخير مى شود ‏(يعنى به گاز تبديل19

مى شود)‏ تصعيد يا سبليميشن مى گويند.‏ تصعيد در موادى مانندآيودين نيز اتفاق مى افتد.‏ در شرايط خاصى،‏ تصعيد مى تواند در يخمعمولى نيز اتفاق بيافتد.‏ مثلاً‏ وقتى در يك روز بسيار سرد زمستانلباس هاى شسته شده را روى طناب آويزان كنيم،‏ در ابتدا آبلباس ها يخ مى زند و بعد به آرامى بدون ذوب شدن به بخار تبديلمى شود.‏ ‏(تصعيد مى گردد)‏ اگر بعد از چند ساعت لباس ها را دردرون خانه بياوريم مى بينيم كه تا حد زيادى خشك شده است.‏بعضى اوقات گاز نيز مى تواند به طور مستقيم به جامد تبديل شود.‏مانند:‏ برفك هايى كه در يخدان تشكيل مى شود يا برفك هايى كهدر شب هاى سرد زمستان بر روى شيشة كلكين ها به وجود مى آيد.‏به اين پديده كه عكس عمل تصعيد مى باشد،‏ تكاثف مى گويند.‏شكل (1-15) كاربن داىاكسايد جامد يا يخ خشكشكل (1-16) قرص هاى نفتالين كهبراى جلوگيرى از كويه خورده گىلباس ها استفاده مى شودفكر كنيد:‏قرص هاى نفتالين را كه در شكل (1-16) مشاهده مى كنيد به عنوان ادوية ضد كويه بهكار مى رود و آن را در بين لباس ها مى گذارند تا از كويه خورده گى جلوگيرى شود.‏اگر چند قرص نفتالين را در بين لباس ها بگذاريد،‏ مشاهده خواهيد كرد كه آنها روزبه روز كوچكتر مى شوند.‏ آيا اين پديده را مى توانيد توضيح دهيد؟20

اثرات ناخالصىدر زمستان وقتى كه روي سرك ها برف باريده است،‏ براي جلوگيرياز يخ زدن سرك ها،‏ نمك برروي آن مى پاشند،‏ به نظر شما نمكچگونه مي تواند از يخ بستن سرك ها جلوگيري كند؟براي پاسخ دادن به سوال بالا شما بايد اثر مواد ناخالصى را بر نقطةذوب،‏ انجماد و غليان مواد بدانيد.‏ با انجام فعاليت زير اين اثرات راخواهيد فهميد.‏فعاليتمقداري آب خالص را مطابق شكل حرارت دهيد،‏ تا به جوش آيد.‏ درجة حرارت را توسط ترمامتر اندازه گيريكرده،‏ يادداشت كنيد.‏ حالا مقداري نمك به آب اضافه كنيد و بگذاريد تا به جوش آيد.‏ دوباره درجة حرارتغليان را يادداشت كنيد.‏چه تغييري در درجة حرارت مشاهدهمي كنيد؟اگر به جاي نمك از بوره استفاده كنيم،‏چه نتيجه يي خواهيم گرفت؟ اين تجربهرا انجام داده نتايج را يادداشت كنيد.‏105100شكل (1-17) مشاهدة درجةحرارت غليان آب خالص وآب داراى نمكماده اي مانند نمك كه به يك مادة خالص مانند آب اضافه مى شود،‏ناخالصى مى نامند.‏ اضافه كردن ناخالصى به يك مادة خالصبعضي از خواص فزيكي آن را تغيير مي دهد.‏ نقطة ذوب و انجمادو نقطة غليان از جملة خواصى هستند كه با افزودن ناخالصى تغييرمي كنند.‏21

ضمن انجام فعاليت حتماً‏ متوجه شده ايد كه اگر آب خالص در درجةحرارت خاصى به جوش آيد،‏ بعد از اضافه كردن ناخالصى ‏(نمك)‏درجة حرارت جوشيدن آب افزايش مى يابد.‏ يعني نقطة غليانآب بالا مي رود.‏ به همين صورت ناخالصى برنقطة ذوب و انجماديك مادة خالص نيز اثر مي كند.‏ نقطة ذوب و انجماد در اثر وجودناخالصى پايين تر مي آيد.‏ به اين معني كه اگر آب خالص در صفردرجة سيليوس منجمد شود،‏ آبي كه نمك در آن حل شده استدر صفر درجه منجمد نمي شود،‏ بلكه تا چندين درجة زير صفر نيزممكن است،‏ يخ نزند.‏اكنون شما حتماً‏ قادر خواهيد بود كه به سؤالى كه در ابتدا مطرحشد،‏ پاسخ دهيد.‏مقدار تغيير نقطة ذوبان و انجماد و نقطةغليان بسته گي به مقدار و نوع مادةناخالصى دارد.‏اين خاصيت موارد استفادة جالبي درزنده گي روزمره دارد.‏ شما حتماً‏ ميدانيد كه مايعي به نام انتي فريز ‏(ضديخ)‏را در زمستان ها در داخل رادياتور موترهامي ريزند.‏ انتي فريز يك نوع ناخالصى استكه به آب رادياتور موتر اضافه مي شود وباعث مي شود كه نقطة انجماد آب رادياتوربسيار پايين بيايد و حتي در 20- o C و30- o C يخ نزند.‏ امروزه در ضديخ ها علاوهبر خاصيت ضدانجماد،‏ خواص ضدجوشو ضدزنگ و ضدفرسوده گي را نيز در نظرمي گيرند،‏ به همين علت بهتر است كه انتيفريز در طول سال در رادياتور موتر باشد.‏شكل (1-18) انتى فريز يا ضد يخ از يخ زدن آبرادياتور موترها جلوگيرى مى كند.‏22

فعاليتكساني كه شير يخ مى سازند،‏ در هنگام ساختن شيريخ،‏ نمك را با يخ مخلوط مي كنند.‏ اگر در محل شماشيريخ سازى وجود دارد،‏ از يكي از دكانهاي شيريخ سازي بازديد كرده،‏ گزارشى تهيه كنيد كه در آن مراحلساخت شيريخ و دليل به كار بردن نمك مشخص شده باشد و سپس گزارش را به صنف ارائه كنيد.‏مقايسة وضعيت ماليكول هافعاليتشكل زير ماليكول هاي يك ماده را در حالت جامد،‏ مايع و گاز نشان مي دهد.‏ در گروپ هاي تان در اين بارهگفتگو كنيد كه:‏چه تفاوتها يى در وضعيت ماليكول هاي جامد،‏ مايع و گاز مي توانيد پيدا كنيد؟تصور كنيد كه يك جسم جامد را حرارت دهيم تا به گاز تبديل شود،‏ به نظر شما چه تغييراتي در موقعيتماليكول ها و سرعت هاي شان در مرحله هاي تبديل شدن از جامد به مايع و از مايع به گاز،‏ به وجودخواهدآمد؟شكل (1-19) حركت ماليكول ها را مى توان به حركتاين گلوله ها تشبيه كرد.‏در سالهاي قبل دانستيد كه در يك جسم جامد ماليكول ها با هم پيوسته گي محكمي دارندو هر ماليكول با ماليكول هاي همساية خود پيوند محكم دارد.‏ بنابراين ماليكول ها نمي توانندموقعيت خود را تغيير دهند و در داخل جسم از يك محل به جاي ديگري بروند.‏بنابراين حركت آنها فقط به صورت حركت ارتعاشي و جنبشى در محل مخصوص خودشانخواهد بود.‏ به همين جهت يك جسم جامد شكل خاص و معيني دارد و اگر آن را در داخليك ظرف بياندازيم،‏ شكل ظرف را به خود نمي گيرد.‏در مايعات بر خلاف مواد جامد،‏ پيوند ماليكول ها با همديگر ضعيف تر است.‏ هر ماليكول23

مى تواند جاى خود را در داخل يك ظرف تغيير دهد،‏ بنابراين وقتى كه مايع رادر داخل يك ظرف بريزيد،‏ ماليكول در داخل مايع تغيير مكان نموده و مايعشكل ظرف را به خود مى گيرد.‏ ولي باز هم ماليكول ها بر همديگر تأثيراتي دارندبه صورتي كه فاصلة ماليكول از ماليكول هاي ديگر از حد خاصى نمي تواند زيادو يا كم گردد،‏ به همين جهت حجم يك مايع ثابت است.‏در گازها پيوند ماليكول ها با همديگر بسيار ضعيف است و تقريباً‏ هر ماليكولآزادنه مي تواند در فضا حركت كند.‏ به همين دليل گازها شكل خاصي نداشتهو حجم مشخصي نيز ندارند و در داخل هر ظرفي ريخته شوند،‏ آن را پُرمي كنند.‏اكنون بايد به اين سؤال پاسخ داد كه حرارت چگونه باعث تغيير يك جسم ازجامد به مايع و گاز مي شود؟وقتي يك جسم جامد را حرارت مي دهيم،‏ ماليكول هاي جسم انرژي دريافتمي كنند و سرعت ماليكول هاي آن لحظه به لحظه افزايش مي يابد.‏ درحالتخاصي ماليكول ها به اندازه اي انرژي دريافت كرده اند،‏ كه مى توانند از قيدپيوندهاي ماليكول هاي مجاور آزاد شوند و آزادانه در داخل جسم تغيير موقعيتدهند.‏درين حالت جسم نمي تواند شكل خود را حفظ كند و ما اصطلاحاً‏ مي گوييم،‏ذوب شده است و در حالت مايع قرار دارد.‏ اگر چه ماليكول ها در درون مايعمى توانند آزادانه حركت نمايند و به اين طرف و آن طرف بروند،‏ ولى باز همتحت تأثير همديگر قرار دارند و نمى توانند كاملاً‏ آزادانه به هر طرف در فضاحركت كنند.‏فكر كنيد:‏با توجه به توضيحات بالا،‏ آيا مي توانيد نقش حرارت را در تبديل مايع به گاز توضيح دهيد؟24

خلاصة فصل اولانرژي حرارتي،‏ انرژيي است كه از جسم گرم به جسم سرد منتقل مي شود.‏سلسيوس واحد اندازه گيري درجة حرارت است كه به افتخاردانشمند سويدني اندرس سلسيوس به اين نام خوانده شده است.‏درجة حرارت يك جسم معرف گرمى و سردى يك جسم است و با o C نشان داده مى شود.‏انبساط عبارت است از افزايش حجم يك جسم در اثر بالا رفتن درجة حرارت آن.‏انقباض عبارت است از كاهش حجم يك جسم در اثر پايين آمدن درجة حرارت آن.‏در دياگرام زير،‏ تغيير فازهاى مواد و ارتباط آن با گرفتن يا از دست دادن انرژى حرارتى نشانداده شده است.‏ شما مى توانيد نام هر تغيير فاز ‏(حالت)را نيز در اين دياگرام مشاهده كنيد.‏گازگرفتن انرژى حرارتىتبخير ذوبانتصعيدمايعتكاثفميعان انجماداز دست دادن انرژى حرارتىجامد25

فصل دومانتقال حرارتهرگاه دو جسم گرم و سرد در تماس هم قرار بگيرد،‏ حرارت ازجسم گرم به جسم سرد انتقال مى نمايد.‏انتقال حرارت از آفتاب به زمين چگونه صورت مى گيرد در حالىكه بين زمين و آفتاب قسمت عمدة از فضا خلاء مى باشد؟وقتى با يك قاشق و يا ملاقة فلزى،‏ غذاى داغ داخل ديگ را به هممى زنيم،‏ بعد از لحظاتى دست ما مى سوزد.‏ علت چيست؟ حرارتچگونه به دست ما رسيده است؟وقتى در يك گوشة اتاق بخارى روشن مى كنيم،‏ بعد از مدتى درفاصله هاى دور،‏ داخل اتاق نيز هوا گرم مى شود،‏ علت را توضيحدهيد.‏دربارة حرارت و منابع حرارتى در درس هاى قبلى معلومات حاصلنموديد.‏آيا شما دربارة انتقال حرارت به طريقه هاى هدايت ‏(كاندكشن)،‏جريان ‏(كانويكشن)‏ و تشعشع ‏(ريديشن)‏ معلومات داريد؟در اين فصل دربارة اين سه طريقة انتقال حرارت و كاربرد هاىآن ها معلومات داده خواهد شد و جواب سؤال هايى همچونسؤال هاى بالا را خواهيد يافت.‏27

هدايت ‏(كاندكشن)‏Conductionمى دانيد كه ذرات تشكيل دهندة هر ماده،‏ به طور دايم در حالجنبش و نوسان مى باشند.‏ هرگاه جسمى به يك منبع حرارت درتماس باشد،‏ نوسان ذرات نزديك به منبع حرارت افزايش يافته و دراثر برخورد اين ذرات با ذرات بعدى،‏ حرارت انتقال مى نمايد كه اينطريقة انتقال را هدايت حرارت مى نامند.‏آيا تمام اجسام جامد به طور يكسان حرارت را هدايت مى نمايند؟جهت درك بهتر هدايت حرارتى فعاليت زير را انجام مى دهيم.‏شكل(‏‎2-1‎‏)‏ انتقال حرارت بهطريقة هدايتفعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ يك ميلة فلزى،‏ يك ميلةشيشه يى،‏ دو عدد سنجاق،‏ مقدارى موم و شمع.‏طرزالعمل:‏ هر سنجاق را به كمك موم به يك انجام ميله هاىشيشه يى و فلزى بچسپانيد.‏ اكنون سر ديگر ميله ها را بهكمك گيراى چوبى به شمع يا چراغ الكولى به طور همزماننزديك نماييد.‏ آنچه را مشاهده مى نماييد در صنف گزارشدهيد.‏شكل(‏‎2-2‎‏)‏از فعاليت فوق مى توان نتيجه گرفت كه انتقال حرارت در ميله هاىمختلف،‏ متفاوت است.‏ مثلاً‏ در آزمايش بالا ميلة فلزى كه مانند فلزاتديگر هادى خوب حرارت است،‏ با سرعت بيشترى حرارت را نسبت بهميلة شيشه يى منتقل مى كند.‏ اگر ميله هاى فلزى متفاوت را پيدا نماييم28

و تجربة فوق را بالاى آنها انجام بدهيم،‏ ديده خواهد شدكه چون فلزاتدر ساختمان ماليكولى شان از هم فرق دارند،‏ بنابرآن در انتقال حرارتنظر به همديگر متفاوت عمل مى نمايند.‏ مثلاً:‏ مس و نقره،‏ هادى هاىحرارتى خوبى هستند.‏جريان ‏(كانويكشن)‏ Convectionجريان يا كانويكشن يكى از طريقه هاى انتقال حرارت مى باشد.‏جهت آشنايى بيشتر با اين طريقه فعاليت زير را انجام مى دهيم:‏فعاليتمواد مورد ضرورت:‏ قطره چكان،‏ نيچة قلم،‏ رنگ قلم،‏بيكر،‏ شمع و يا چراغ الكولى،‏ سه پايه و جالى ناسوز.‏طرز العمل:‏ ظرف را تا نيمه پر از آب نموده و به كمكقطره چكان رنگ را آهسته در يك گوشه در داخل ظرفبچكانيد و چراغ الكولى را در زيرگوشة ديگر آن بگذاريد.‏چه مشاهده مى نماييد؟ آيا مى توانيد مسير حركت ذراترنگى درون ظرف را رسم نماييد؟ملاحظه خواهيد نمود كه در انتقال به طريقة كانويكشن ‏(تغيير مكانيا تغيير موقعيت ذرات جسم)‏ قسمتى از مايعى كه گرم شده به طرفبالا حركت مى كند و جاى خود را به قسمت ديگر مايع كه سرد است،‏مى دهد.‏ به اين ترتيب انرژى حرارتى از يك جا به جاى ديگر انتقالمى كند،‏ اين عمليه ادامه يافته و بالاخره تمام آب گرم مى شود.‏چه فكر مى كنيد كدام علت باعث گرم شدن مايع به اين طريقهمى شود؟شما قبلاً‏ انبساط را مطالعه نموديد.‏ همين كه ماليكول هاى مايعحرارت مى گيرد،‏ انبساط مى نمايد و در نتيجة انبساط،‏ حجم آنزياد شده و كثافت آن كم مى شود.‏ آن قسمتى از آب كه كثافت آنكمتر باشد به سطح مايع مى رود وجاى آن را مايع سرد مى گيرد.‏اين عمل تا وقتى ادامه مى يابد تا مايع گرم شود.‏ اگر اين تجربه رابا گازهاى مختلف طراحى نماييد،‏ درخواهيد يافت كه گازها نسبتشكل (2-3)29

به مايعات به صورت آسان تر به همين طريقه حرارت را انتقالمى دهند.گرم ساختن هواى خانه توسط بخارى مثال خوب اين نوعانتقال مى باشد.‏شكل(‏‎2-4‎‏)‏ جريان هواى گرم وسرد در اتاقسؤال1- در بارة شكل فكر نموده و بگوييد كدام جسمبه كدام طريقه مى تواند بهتر حرارت را انتقالبدهد؟ چرا؟شكل (2-5) وضعيت ذرات مادهدر سه حالت جامد،‏ مايع و گاز2- مطابق شكل(‏‎2-6‎‏)‏ دو تيوب پر از آب را حرارتبدهيد.‏ بگوييدكه چرا آب تيوبى كه از پايين تيوبحرارت داده مى شود،‏ زودترگرم مى شود؟شكل (2-6) حرارت دادن دوتيوب پر از آب از قسمت هاىمختلف30

تشعشع ‏(ريديشن)‏ Radiationتشعشع سومين طريقة انتقال حرارت است.‏ آفتاب كه بزرگترينمنبع حرارت است،‏ انرژى خود را به شكل تشعشع به زمين انتقالمى دهد.‏شكل (2-7) انتقال حرارت آفتاب به اثرتشعشعآيا تنها آفتاب انرژى تشعشعى دارد؟براى درك اين مطلب فعاليت زير را انجام مى دهيم.‏فعاليتيك اتو را به برق وصل كرده و پس از مدتى كه گرم شد آن را ازبرق بكشيد.‏ سپس آن را به صورت عمودى قرارداده و دست خودرا در نزديكى آن همانند شكل قرار دهيد .با توجه به انتقال به طريقة جريان،‏ حرارت به طرف بالاحركتمى كند نه پايين،‏ آيا دست شما گرم مى شود؟ چرا؟آيا مى توانيد نتيجه بگيريد كه اتو نيز مانند آفتاب از طريق تشعشعدست شما را گرم مى كند؟شكل (2-8)31

از فعاليت بالا نتيجه مى گيريم كه اجسام گرم نيز از خود انرژى تشعشع مى كنند كهاين انرژى به اثر حرارت بلند آن بيشتر قابل احساس است.‏مقدارانرژى تشعشعى يك جسم گرم،‏ علاوه بر درجة حرارت،‏ به عوامل ديگرى نيز بسته گىدارد.‏ جهت درك بهتر موضوع فعاليت زير را انجام مى دهيم:‏فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ ظرف مكعبى پر از آب جوش و چهار عدد ترمامترطرزالعمل:‏ ترمامترها را در چهار طرف ظرف كه هر سمت آن داراى رنگ سياه،‏ سفيد،‏ سرخ و سبز مى باشد.‏ بهفاصله هاى مساوى از ظرف قرار دهيد.‏ بعد از مدتى درجه هاى ترمامترها را همزمان يادداشت نماييد.‏ مشاهدهخواهيد كرد كه درجه هاى مختلف را دارا هستند.‏ چرا؟شكل (2-9)مشاهده مى شود كه ترمامترى كه در سمت سطح سفيد قرار دارد حرارت كمترى را نسبتبه ترمامترى كه در سمت سياه قرار دارد گرفته است.‏علاوه بر آنچه در مبحث فوق آموختيد،‏ بايد تذكر داد كه انتقال حرارت مى تواند در همهاجسام به هر سه طريقه همزمان ولى با تفاوت هاى معين صورت مى گيرد.‏فكر كنيدپوشيدن چه رنگ لباسى در زمستان بهتر است كه بدن انسان گرم بماند؟32

كاربردهاى حرارتدر زنده گى براى ادامة حيات راحت و نگهدارى بعضى مواد مثل:‏ گوشت،‏ ميوه،‏ دواو سبزى ضرورت به درجة حرارت مناسب داريم.‏ براى ايجاد درجة حرارت مناسبدر يك محيط از خواص انتقال حرارت اجسام استفاده مى شود،‏ تا در يك محيطحرارت انتقال گردد و يا يك محيط عايق ساخته شود.‏ به شكل (2-10) نگاه نماييد.‏بعضى اوقات به درجة حرارت بيشتر و گاهى هم به درجة حرارت كمتر ضرورتمى باشد.‏ بنابراين ضرورت است تا موضوعاتى از قبيل تبادل حرارت،‏ تحفظ حرارت،‏ترموز،كار و حرارت را مورد مطالعه قرار دهيم.‏شكل(‏‎2-10‎‏)‏ بدن انسان ضرورتبه درجة حرارت مختلف دارد.‏تبادل حرارتجهت درك بهتر تبادل حرارت فعاليت ذيل را انجام مى دهيم.‏تحقيق كنيداز بزرگان فاميل و افراد محل تان معلومات جمع آورى نماييد كه ايشان و پدران ايشان از صدها سال قبل تاكنون در گرم ساختن و سرد ساختن منازل از چه روش هايى استفاده مى نمودند و اكنون نيز چطور استفادهمى نمايند.‏ نتيجه را به صنف گزارش دهيد.‏33

تبادل حرارت عبارت از تغيير درجة حرارت يك محيط بر اثر انتقال حرارت مى باشد.‏براى تبادل حرارت در يك محيط ضرورت به منبع حرارتى و طريقة مناسب براى انتقالحرارت مى باشد.‏ مثلاً:‏ براى گرم ساختن منزل توسط بخارى و مركز گرمى و براىپختن غذا.‏ طريقه هاى مناسب انتقال حرارت ‏(از مركز گرمى به خانه،‏ طريقة كانويكشنتوسط آب،‏ و در پختن غذا طريقة هدايت توسط فلز)وجود دارد.‏ به شكل هاى الف،‏ ب،‏ج و د توجه نماييد.‏الف - انتقال حرارت توسط آب به طريقهجريان در مركز گرمىب-‏ انتقال حرارت توسط هوا به طريقه جريان در يخچالج-‏ انتقال حرارت به طريقه هدايت در تخم پزىشكل (2-11) اشكال انتقالحرارت توسط اجسامد-‏ كولر جهت سرد ساختن34

تحفظ حرارتجهت درك مفهوم تحفظ حرارت فعاليت ذيل را انجام بدهيد.‏فعاليتآيا مى توانيد مثل شكل مقابل،‏ نقشة خانةتان را ترسيمكنيد؟اگر ترسيم كرده نتوانستيد به شكل مقابل نگاه نماييد وبگوييد كه از كدام نقاط خانه حرارت بيشترى ضايعمى شود؟ چرا؟بعد از بحث و گفتگو با هم چه راهى براى جلوگيرى ازضايع شدن حرارت آن خانه پيشنهاد مى كنيد؟35ديوار دو جدارهاز طريق سقف%10%25از طريق پنجرهاز طريق درزها و شكاف هااز طريق كفشكل(‏‎2-12‎‏)‏ نقاط تباد ل حرارتى در يك منزل%15 %15همان طور كه مى دانيد منابع انرژى گوناگون وجود دارد كه بعضى از آن ها تامدت هاى نامعلوم باقى خواهد بود.‏ مثل انرژى آفتاب،‏ باد،‏ آب هاى جارى وغيره.‏و بعضى ديگر انرژى ها بعد از چند مدت بالاخره خلاص خواهند شد.‏ مانند:‏تيل،‏ زغال سنگ،‏ گاز و غيره.‏كمبود انرژى يكى از مشكلاتى است كه بشر دربارة آن مى انديشد.‏ يكى ازراه هاى جلوگيرى از ختم شدن سريع منابع حرارتى صرفه جويى در مصرفانرژى مى باشد،‏ كه تحفظ انرژى حرارت يكى از راه هاى صرفه جويى درمصرفانرژى مى باشد.‏تحفظ حرارت يعنى محافظت از ضايع شدن حرارت ايجاد شده در محيط،‏ كهارتباط به عايق ساختن درست آن محيط دارد،‏ شكل (2-12) نشان مى دهدكه كدام اجسام مى توانند عايق خوب حرارت باشند و چطور مى توان يكمحيط را عايق ساخت.‏فكر كنيد:‏1- چرا عده يى ديوارهاى خانه هاى خود را ضخيم مى سازند؟2- در فصل هاى زمستان و تابستان آويختن پرده در روى كلكين چه فايده يى دارد؟3- اگر ديوار هاى شما ضخيم و كلكين هاى خانه هاى شما بزرگ،‏ رو به آفتاب باشد،‏ هيزم و يا ديگر موادسوختى زياد مصرف خواهيدكرد و يا كم؟4- اگر خانه هاى شما خوب عايق ساخته شده باشد در فصل زمستان در اقتصاد شما كمك كرده مى تواند؟ چرا؟

ترموزدربارة تحفظ حرارت در درس گذشته معلومات حاصل نموديد.‏ ترموز ظرفىاست كه در ساختمان آن از تبادل حرارت به هر سه طريقه جلوگيرى به عملآمده است.‏ترموز ظرف استوانه يى شكل مى باشد كه داراى دو لاية بيرونى و درونى بودهو در فضاى بين اين دو لايه،‏ فضاى خالى وجود دارد و دهن اين ظرف توسطسرپوش بسته مى شود.‏ ترموز مى تواندكاهش درجة حرارت مواد غذايى داخلخودش را به مدت چندين ساعت كُند كرده و عموماً‏ براى گرم نگه داشتندرجة حرارت آب جوش و گاهى هم براى سرد نگهداشتن مايعات از آن استفادهمى شود.‏علت ثابت باقى ماندن درجة حرارت داخل ترموز عبارت است از:‏1- وجود خلاء بين دو لاية ترموز كه مانع ضايع شدن حرارت به طريقةكانويكشن مى گردد.‏2- بسته شدن دهن ترموز توسط سرپوش كه مانع ضياع حرارت به طريقةهدايت مى گردد.‏3- لاية براق داخل ترموز كه مانع از ضياع حرارت به طريقة تشعشع مى گرددو حرارت را به سوى داخل دوباره منعكس مى سازد.‏سرپوشلايه هاى براق نقره اندودخلاءپوش خارجىشكل (2-13) ساختمان ترموز36

انجن هاى احتراقى ‏(انجن موتر)‏بشر امروز توانسته از حرارت در صنعت براى به حركت آوردنانواع ماشين ها استفاده نمايد.‏ گردش در روى زمين توسط موترسايكل و موتر،‏ پرواز در هوا و فضا توسط طياره و راكت،‏ همه وهمه از بركت حرارت است كه بشر اين كارها را انجام مى دهد.‏ اينانجن ها،‏ انرژى حرارتى را به انرژى ميخانيكى تبديل مى كنند و بهنام انجن هاى حرارتى ياد مى شوند.‏شكل (2-14) انجن راكت كهتوسط كه حرارت كار مى نمايد.‏ورود سوختتوربينمحفظة احتراقدمندهخروج هواى داغورود هواموتور جتشكل (2-15) انجن جت كهتوسط حرارت كار مى نمايد.‏انجن موتر سايكل يك انجن پترولى مى باشد كه يكى از انواعانجن هاى احتراقى است.‏ در اين انجن ابتدا پترول داخل سلندرمكيده مى شود كه به نام مرحلة مكش نيز مشهور است.‏37

سپس با بالا آمدن پستون،‏ پترول داخل سلندر فشرده شده،‏ درجةحرارت مواد سوختى بالا مى رود،‏ كه اين مرحله به نام مرحلة تراكمناميده مى شود.‏ با رسيدن پستون به آخرين نقطه بالاى سلندر،‏جرقة برقى توسط پلك زده شده و به اثر آن انفجار صورت مى گيرد،‏كه به اثر انفجار،‏ پستون به طرف پايين سلندر رانده مى شود.‏ هنگامرسيدن پستون به پايين ترين نقطة سلندر،‏ دريچة خروجى سلندرباز شده و پستون به طرف بالا حركت مى نمايد و تمام دود و گازسوخته از سلندر خارج مى شود.‏ چون ميخانيكيت كار اين ماشين هادر چهار مرحلة زمانى صورت مى گيرد،‏ بنا براين،‏ اين نوع ماشين هارا به نام ماشين هاى چهار زمانه ياد مى نمايند.‏1- مرحلة مكش2- مرحلة فشرده شدن3- مرحلة آتش گرفتن4- مرحلة خروج دودشكل (2-16) مراحل انجن هاى چهار زمانه38

خلاصة فصل دومدر اثر افزايش نوسانات و برخورد يك ذره به ذرة بعدى،‏ حرارت در جسم هدايتمى شود.‏تغيير موقعيت ذرات گرم با ذرات سرد در مايع ها و گازها به اثرحرارت را طريقة جريان‏(كانويكشن)‏ مى نامند.‏انتقال حرارت از يك منبع حرارت به يك جسم بر اثر تابش را به نام طريقة تشعشعمى نامند.‏ حرارت به طريقة تشعشع از خلاء نيز مى تواند عبور نمايد.‏از انتقال حرارت براى ايجاد درجة حرارت مناسب و حفظ حرارت مواد مورد ضرورت دريك محيط استفاده به عمل مى آيد.‏انتقال حرارت از يك منبع حرارت به محيط يا جسم ديگر،‏ به نام تبادل حرارت يادمى شود.‏حفظ درجة حرارت يك محيط به اثر عايق ساختن درست محيط،‏ به نام تحفظ حرارتياد مى شود.‏ظرفى كه در آن از انتقال حرارت به هر سه طريقه جلوگيرى كرده بتواند،‏ به نام ترموزياد مى شود.‏هر وسيله اى كه انرژى حرارتى را به انرژى ميخانيكى تبديل نمايد،‏ به نام انجن حرارتىياد مى شود.‏39

سؤال هاى فصل دوم1- مى دانيد كه ماده به سه حالت وجود دارد،‏ اجسام در كدام حالت ها حرارت را بهتر بهطريقة هدايت انتقال داده مى توانند؟ چرا؟‎2‎‏-كدام مواد حرارت را به طريقة جريان ‏(كانويكشن)‏ انتقال مى دهند؟3- آيا انتقال حرارت به شكل تشعشع از خلاء عبوركرده مى تواند؟ مثال بياوريد.‏4- چند مورد استفاده از حرارت را نام بگيريد.‏5- براى جلوگيرى از تلف شدن گرمى خانة تان از راه كلكين در زمستان چه بايد بكنيد؟6- چرا چاينك پر از آب جوش را با پارچه مى پيچانند؟به دور جواب صحيح دايره بكشيد.‏7- كدام اجسام به طريقة هدايت هادى خوب حرارت مى باشند؟الف)‏ فلزات ب)‏ مايعاتج)‏ گازات د)‏ در همه موارد8- انرژى حرارتى آفتاب به كدام طريقه به زمين مى رسد؟الف)‏ به طريقة هدايت ب)‏ به طريقة جريانج)‏ به طريقة تشعشع د)‏ به هر سه طريقهخانه هاى خالى سؤالات را پر نماييد.‏9- فلزات چون ذرات آن ........................... است،‏ مى توانند به صورت بهتر ........................ را به............................ انتقال دهند.‏10- ترموز ............................... است كه از .......................... حرارت جلوگيرى مى نمايد.‏11- هر وسيله اى كه انرژى (...............) را به انرژى (.............) تبديل نمايد،‏ انجن حرارتىناميده مى شود.‏40

فصل سومجريان وصل استجريان قطع استساحة مقناطيسصن صنف پنجم شما مقناطيس(آهنربا)،‏ خواصدرمقناطيس،‏ انواع مقناطيس و استعمال مقناطيس را بهصورت مختصر آموختيد.‏ فكر مي كنيد اهميت مقناطيسموارد استفاده از آن در ساحه هاي تخنيكي و صنعتيوچه حدي خواهد بود؟بهشكل (3-1) توجه نماييد.‏ آيا در شكل يكي از مواردبهاستفادة آهنرباي برقي را ديده مي توانيد؟آيا مى دانيد ساحة مقناطيسي چيست و خطوط آنچگونه رسم مي شود؟آهنرباي برقي ر اچگونه مي سازند و با چه روش هايىآن را تقويت مي كنند؟ شما در اين فصل مي توانيد بهسؤالهاي بالا جواب بدهيد و با مطالب مربوط به آنآشنا شويد.‏شكل (3-1) موارد استفاده از آهنرباى برقى41

ساحةمقناطيسيشما در صنف پنجم مطالعهنموديد؛ مقناطيس دارايقطب هاى شمال و جنوبمي باشد و بايد بدانيم كهموقعيت اين قطب ها درآهنرباها مربوط به شكلآهنربا مي باشد.‏ شكل(3-2)شكل (3-2) انواع آهنربا هافعاليتمواد مورد ضرورت:‏ دو آهنرباي ميله اي- قطب هاي مختلف النوع دو آهنربا را با هم نزديك بسازيد.‏ چه اتفاقي مي افتد؟- قطب هاي همنوع را با هم نزديك كنيد،‏ ببينيد چه واقع مي شود؟- نتيجة مشاهدات گروپي خود را به هم صنفي هايي تان ارائه نماييد.‏NSاگر تجربه را درست انجام داده باشيد.‏ مشاهدهخواهيد نمود كه قطب هاي هم نوع دو آهنربا،‏همديگر را دفع و قطب هاي مختلف النوعهمديگر را جذب مي نمايند.‏ با استفاده از اينخاصيت در معلوم نمودن قطب هاي آهنربا ازآن استفاده مي كنند.‏از سوي ديگر،‏ هرگاه يك ميلة مقناطيسيبه طور آزاد آويزان شود،‏ قطب شمال آهنرباهميشه بطرف شمال زمين قرار مي گيرد.‏بنابراين در عمل ديده مي شود كه زمين ماننديك آهنربا عمل مي نمايد.‏ شكل (3-3).شمال زمينشكل (3-3) قرار گرفتن قطب شمال آهنربا به طرف شمال زمين42

اكنون با استفاده از يك آهنربا و يك قطب نما فعاليت ذيل را انجاممي دهيم:‏فعاليتآهنربا را به قطب نما نزديك مي سازيم.‏مشاهده مي كنيم كه هنگام نزديك شدن،‏ عقربة قطبنما منحرف مي شود.‏ اگر آهنربا را دوباره دور بسازيم؛عقربه دوباره بجاي اصلي خود بر مي گردد.‏ اين تجربهرا چند بار انجام دهيد،‏ و باهم روى مشاهدات تان بحثكنيد.‏عقربة مقناطيسىآهنرباشكل (3-4) ساحة مقناطيسى دراطرافاز تجربه نتيجه گرفته مي شود كه اگر در اطراف آهنربا قطب نمايا آهنرباي ديگر قرار گيرد؛ در آن ساحه بالاي آهنربا قوه واردمي شود.‏ اگر بجاي قطب نما در اطراف آهنربا براده هاي آهن رابريزيم؛ براده هاي آهن حالت خود را تغيير داده و به استقامت هايمعين تنظيم مي شوند.‏ مشاهده خواهيد كرد كه براده ها در ساحاتدو قطب مقناطيس بيشتر جذب مي شود.‏ هر چه فاصلة براده هايآهن از آهنربا دورتر شود،‏ حالت شان كمتر تغيير مي نمايد وساحه ها مغشوش و پراكنده تر مي شود.‏ساحه مقناطيسى آن فضاى اطراف آهنربا است كه درآن،‏ قوهمقناطسى عمل مى كند.‏فكر كنيد1- آيا مي توان از يك توتة آهنرباي ميله يى به حيث يك قطب نما استفاده كرد؟اگر مي توانيم چطور؟2- اگر دو آهنربا داشته باشيد،‏ چطور ميتوانيد قطب هاي هم نوع و مختلف النوع را در آن ها مشخص كنيد؟3- چگونه با دانستن جهت شمال زمين،‏ قطب هاي يك آهنرباي ميله يى را مشخص مي كنيد.‏43

معلومات اضافيسازي فلزات از زبالهها،‏بايد بدانيد كه ازآهنرباها جهت جدا برقي و وسايلساختن جرثقيل آهنربايي،‏ در موتورهاياستفاده صورتديگر و در تخنيك به پيمانة وسيعتوليد ديدآهنربا در مي گيرد،‏ شكل (3-5) مورد استفادةابزار جنراتور جريان ايانبرق را نشان مى دهد،‏ كه به اينمستقيم(داينمو)‏ نيز مى گويند.‏ملاحظه مى شود كه اگر حلقةفلزى در ساحة مقناطيسىحركت كند،‏ جريان برق بهوجود مى آيد ‏(برق متناوب).‏به شكل (3-5) نگاه كنيد كهاهميت آهنربا در توليد برق رانشان مى دهد.‏خطوط ساحة مقناطيسى.شكل (3-5) مورد استفادة آهنربا در توليد برقشكل (3-6)فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ آهنرباي ميله يى،‏ برادة آهن،‏ يكصفحة شيشه يي يا كاغذ كارتن و يك نمك پاش.‏1- در هر گروپ آهنربا را در جاي هموار قرار داده و روي آن صفحةشيشه اي و يا كاغذ كارتن را بگذاريد.‏2- توسط نمك پاش براده هاي آهن را به طور بسيار نازك روي كاغذو يا صفحة شيشه يى بپاشيد.‏3- چند ضربه آهسته به صفحة شيشه يى و يا كاغذ بزنيد و مشاهدهنماييد كه چه تغييري در براده ها به وجود مي آيد.‏ هر گروپ مشاهداتخود را به صنف گزارش بدهد.‏44

اگر فعاليت به طور منظم اجراء شده باشد،‏ متوجه خواهيد شد كهبه اثر تأثير آهنربا،‏ براده هاي آهن به شكل خطوط منظم مي گردد،‏اين خطوط،‏ را به نام خطوط ساحة مقناطيسي مي نامند.‏ تراكم اينخطوط نشان دهندة شدت ساحة مقناطيسي مي باشد.‏ در نزديكيقطب هاي مقناطيسي،‏ اين خطوط متراكم تر بوده و شدت ساحةمقناطيسي،‏ بيشتر است.‏شكل (3-7)خطوط ساحةمقناطيسىفعاليتآيا مي توانيد آهنرباي مصنوعي بسازيد؟مواد مورد ضرورت:‏ ميخ فولادي و يا آهني و يك آهنربايميله يى.‏مطابق شكل،‏ آهنربا را چند بار روي ميخ فولادي طوري بكشيدكهاز راست به چپ بوده و سمت كشيدن و يا حركت آهنربا روي ميخيكسان باشد.‏ بعداً‏ بررسي نماييد كه ميخ فولادي داراي خاصيتآهنربايي شده است و يا نه؟كش لكل (3-8) شكل (3-8)فكر كنيدآيا نوع ديگر آهنرباي مصنوعي را مي شناسيد؟45

آهنرباي برقيدر صنف پنجم انواع آهنربا ‏(طبيعي و مصنوعي)‏ را دانستيد،‏آهنرباي برقي از جملة آهنرباي مصنوعي مي باشد.‏ شكل مقابلموارد استفاده از آهنرباي برقي را نشان ميدهد.‏شكل (3-9) آهن رباى برقىشكل (3-10)فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ 20 تا 30 سانتي مترسيم مسي پوش دار و يا لاك دار،‏ يك ميخ آهني و يافولادي و يك بطري راديو.‏سيم را به دور ميخ فولادي به طور منظم پيچانيدهو دو سر سيم را به دو طرف بطري وصل نماييد و بهاين سؤالات جواب بگوييد:‏1- آيا ميخ فولادي داراي خاصيت مقناطيسي شدهاست؟‎2‎‏-اگر جريان برق قطع شود بازهم ميخ داراي خاصيتآهنربايي است؟نتيجة مشاهدات خود را به صنف گزارش بدهيد.‏سيم داراي پوش لاكياگر فعاليت را درست انجام داده باشيد،‏ حتماً‏ مشاهده نموده ايد كه ميخ فولادي بحيثهسته در داخل كوايل،‏ خاصيت آهنربايي را به خود گرفته است،‏ پس مي توان ادعا نمودكه:‏ هرگاه از بين يك كوايل كه داراي هسته است،‏ جريان برق عبور نمايد،‏ آن كوايل باهسته به آهنربا تبديل مي شود.‏يك آهنرباي خوب از نگاه قدرت،‏ ارتباط مستقيم به عوامل ذيل دارد:‏1- شدت جريان برق در يك سيم پيچ.‏2- بيشتر شدن تعداد حلقه ها.‏3- نوعيت هسته.‏46

خلاصة فصل سومساحه مقناطيسى آن فضاى اطراف آهنربا است كه در آن قوه مقناطسى عمل مىكند.‏هرگاه در اطراف آهنربا براده هاى آهن را بريزيم به شكل خطوط،‏ منظم مى شود كه اينخطوط را به نام خطوط ساحة مقناطيسى مينامند.‏هرگاه از بين يك كوايل كه داراى هستة آهنى است،‏ جريان برق عبور نمايد آن كوايلهسته دار به آهنربا تبديل مى شود.‏47

سؤال هاى فصل سوم1- چند مورد را ذكر كنيد كه از آهنربا استفاده مى شود.‏2- آيا آهنربا تمام فلزات را جذب مى نمايد ؟ چرا؟ دلايل خود را بنويسيد.‏3- تراكم خطوط مقناطيسى در اطراف مقناطيس چه را نشان مى دهد؟4- آيا قدرت آهنرباى برقى بسته گى به جريان برق دارد؟5- اگر در اطراف ................... قطب نمايى قرار گيرد بالاى قطب نما ........................ واردمى شود.‏به دور جواب صحيح دايره بكشيد6- شدت ساحه در كدام حصة ميلة مقناطيسى كم است.‏الف:‏ قطب شمال ميلهب:‏ قطب جنوب ميلهج:‏ وسط ميلهد:‏ قطب هاى شمال و جنوب ميله7- هر گاه از بين يك كوايل كه دارى هسته است،‏ جريان برق عبور نمايد:‏الف:‏ تنها كوايل به آهنربا تبديل ميشود.‏ب:‏ فقط هسته داراى خاصيت مقناطيسى ميشود.‏ج:‏ ميخ يا هستة فولادى به آهنرباى دايمى تبديل ميشود.‏د:‏ كوايل با هسته به آهنربا تبديل ميشود.‏48

فصل چهارمبرق ساكنبياد بياوريد كه شما در صنف پنجم معلوماتى دربارة برق ساكنبه دست آورده بوديد.‏ حالا به اين سؤال جواب بدهيد كه گاهيمتوجه صداي ترق و ترق و جرقه ها يي در لباس هاي پشمي هنگامپوشيدن يا شانه كردن موهاي تان شده ايد؟چه فكر مي كنيد عامل اين حادثه چه است؟آيا موضوعاتي همچون چارج برقي،‏ الكتروسكوپ،‏ ساحة برقي،‏نقش الكترونها در برقى ساختن اجسام و رعد و برق در جو رامي دانيد؟در اين فصل با اين موضوعات آشنا مي شويد و به سؤالات فوقجواب داده خواهدشد.‏49

چارج برقيدر صنف پنجم معلومات مختصر دربارة برق ساكن و ساختمان اتوم ودر كيمياى صنف هفتم هم دربارة اتوم معلومات لازم حاصل نموديد.‏چه فكر مي كنيد؟ در اين باره چقدر مي دانيد؟ چارجهاي برقي چهمي باشند؟ براي درك بهتر بياييد فعاليت ذيل را انجام دهيم.‏شكل (4-1)فعاليتمواد مورد ضرورت:‏ يك شانة موي ، تكه هاي كوچك كاغذ وپارچة پشمي.‏طرز العمل:‏ 1- ابتدا شانه را به پارچة هاي كاغذ نزديك نموده ومشاهده نماييد كه چه تأثيري بالاي آن ها وارد مي نمايد.‏2- اين بار شانه را با تكة پشمي خوب مالش بدهيد و سپسآن را به پارچة هاي كاغذ نزديك نماييد.‏ چه چيزى را مشاهدهمى كنيد؟ چرا چنين اتفاق مى افتد؟مشاهده نموديد كه شانه بعد از مالش با پارچة پشمي،‏ پارچه هايكاغذ را جذب مي نمايد.‏ شما مي دانيد كه اجسام از اتوم ها (Atom)تشكيل گرديده و هر اتوم از هسته كه در مركز اتوم قرار دارد والكترونها كه درمدارها يي بدور هسته مي چرخند ساخته شده است.‏در هستة اتوم ذراتي به نام پروتون (P) كه داراي چارج مثبت استو در مدار اتوم ذراتي به نام الكترون(‏e‏)‏ كه داراي چارج منفي استوجود دارند.‏در حالت عادي تعداد پروتون ها و الكترون هاي اتوم با هم مساويمي باشد كه در اين حالت اتوم ها خنثي بوده و داراي چارج برقينمي باشند.‏ هرگاه به اثر تماس يا مالش،‏ يك الكترون از اتوم دراجسام كم و يا زياد شود،‏ درآن جسم مقداري برق ساكن بوجودمي آيد.‏ يعني اگر موازنه بين تعداد پروتون ها و الكترون هاي اتوم50

بر هم بخورد،‏ اتوم هاي اجسام داراي چارج برقي مي شوند و گفتهمي شود كه جسم چارجدار شده است.‏اجسامى كه چارجدار مي گردند،‏ برخي ذرات كوچك و سبك راجذب مي نمايند.‏چارج كردن يك جسم:‏ براي درك بهتر مفهوم چارج كردن يكجسم فعاليت ذيل را انجام ميدهيم:‏فعاليتمواد مورد ضرورت:‏ ميلة شيشه يي و پارچة ابريشمي،‏ يا ميلة مصاله يى يا پلاستيكى و پارچة پشمي و توته هايكاغذ.‏طرز العمل:‏ ميلة شيشه يي و پارچة ابريشمي را با هم مالش بدهيد.‏ اگر ميلة شيشه يي و پارچة ابريشمي نباشد،‏ميلة پلاستيكى و پارچة پشمي را با هم مالش بدهيد و به ذرات كاغذ نزديك نماييد و مشاهدات خود را به صنفگزارش بدهيد.‏بعد از اجراي فعاليت متوجه خواهيد شد كه ميلة شيشه يى و پارچةابريشمي هر دو چارج دار شده و ذرات كاغذ را جذب مي نمايند.‏نتيجه گرفته مي شود كه هرگاه دو جسم با هم مالش داده شود،‏يك تعداد الكترون از يك جسم به جسم ديگر انتقال نموده واجسام چارجدار مي شوند.‏51

فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ ميلة شيشه يي،‏ پارچة ابريشمي و الكترومتر ‏(آله اي كه وجود چارج را نشانمى دهد)‏ ويا الكتروسكوپ.‏طرز العمل:‏ ميلة شيشه يي را به پارچة ابريشمي مالش داده و بعداً‏ به الكترومتر نزديك نماييد.‏دفعة ديگر پارچة ابريشمي راآهسته به الكترومتر نزديك كنيد و در هر دفعه متوجه عكس العمل عقربةالكترومتر بوده و نتيجه را يادداشت نماييد و بعد از آن در صنف گزارش بدهيد.‏شكل (4-2) الكترومترمتوجه خواهيد شد كه با نزديك كردن ميلة شيشه يي و پارچةابريشمي به كلاهك الكترومتر،‏ الكترومتر در مقابل هر يك عكسالعمل نشان مى دهد.‏ بنا بر اين نتيجه مي گيريم كه هرگاه دو جسمبا هم مالش داده شود ، هر دو جسم ، چارجدار مى گردند.‏فكر كنيد1- ميلة شيشه يي و پارچة ابريشمي به اثر كدام عامل چارج دار گرديد؟2- اگر به جاي ميلة شيشه يي و پارچة ابريشمي از ميلة پلاستيكى و پارچة پشمي استفاده نماييد؛ نتيجهچه خواهد بود؟دو نوع چارج:‏ در درس قبلي مطالعه كرديد كه هرگاه دو جسم بههمديگر مالش داده شوند،‏ هر دو چارجدار مي شوند كه مي تواننداشياي ديگر را به خود جذب نمايند.‏52

فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ دو ميلة پلاستيكى،‏ يك ميلة شيشه يي ، پارچة ابريشمي،‏ پارچة پشمي،‏ تار وپايه با قاعده.‏اول هردوميلة پلاستيكى را با پارچة پشمى مالش بدهيد تا چارجدار گردند و بعد يكي از ميله ها را آويزان و ميلةديگر آن را به اولي مطابق شكل ‏(الف)‏ نزديك ساخته ونتيجه را يادداشت نماييد.‏ اكنون ميلة شيشه يى را باپارچة ابريشمي مالش دهيد تا چارجدار گردد و آن را به ميلة پلاستيكى مطابق شكل ‏(ب)‏ نزديك سازيد و آنچهواقع مي شود يادداشت نماييد و به صنف گزارش بدهيد.‏ميله هاى پلاستيكىميلة شيشه يىچارج شده‏(الف)‏شكل (4-3) آزمايش دونوع چارج با ميلة پلاستيكى و شيشه ئىمتوجه خواهيد شد كه دو ميلة پلاستيكى بخاطر داشتن چارج هايهمنوع همديگر را دفع مي نمايند و ميله هاي پلاستيكى و شيشه يىبه سبب داشتن چارج هاي مختلف النوع همديگر را جذب مي نمايند.‏اين دفع و جذب بسته گى به نوع چارج جسم وذره دارد.‏ در صورتىكه مقدار چارجها تغيير نه كند،‏ هر قدر فاصله كم تر باشد،‏ قوةبرقى زياد بوده وهر قدر فاصله بين جسم و ذره زياد باشد،قوةبرقىكم مى باشداجسامي كه به اثر عواملى،‏ الكترون از دست مي دهند تعدادپروتون هاي آن ها زياد تر از الكترون گرديده و داراي چارج مثبتمي گردند.‏ آن اجسامي كه الكترون مي گيرند،‏ تعداد الكترون هانسبت به پروتون ها زياد گرديده و داراي چارج منفي مي گردند.‏چارج از طريق تماسميلة پلاستيكىچارجدار‏(ب)‏ ميلة شيشه يى وپلاستيكى چارج شدهدر درس قبلي مطالعه نموديم كه دو جسم به اثر مالش با همديگرچارجدار مي شوند.‏آيا ميتوان به اثر تماس،‏ دو جسم فلزي را چارجدار نمود؟براي دريافت پاسخ به اين سؤال،‏ فعاليت ذيل را انجام مي دهيم:‏53

فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ ميلة پلاستيكى ، پارچة پشمى ‏،يك كرة فلزى كوچك با پاية عايق والكتروسكوپ.‏طرز العمل:‏ 1- كرة فلزى كوچك را با دست لمس كرده وبهكلاهك الكتروسكوپ نزديك كنيد ‏،مشاهدات خود را يادداشتكنيد .2- ميلة پلاستيكى را با پارچه مالش دهيد تا چارج دار شود.‏3- ميلة پلاستيكى را بر روى كرة فلزى بكشيد .4- كرةفلزى را به كلاهك الكتروسكوپ نزديك كردهوعكس العمل الكتروسكوپ را مشاهده كنيد.‏ آياورقه هاى فلزى الكتروسكوپ تغيير ميكند؟ چرا ؟ميلة پلاستيكىكرة فلزىشكل (4-4) چارج دار شدن يك جسم به طريقة تماسدر عمل مشاهده نموديد كه دو جسم فلزي مي توانند به اثر تماسچارجدار گردند،‏ در صورتي كه تعداد چارجها بين اين دو جسممتفاوت باشد.‏فكر كنيد1- چرا زير تانكرهاي مخصوص حمل مواد سوخت زنجير آويزان مي كنند؟2- برقدار شدن اجسام فلزي را به اثر تماس بيان نماييد.‏شكل (4-5) ) الكتروسكوپ)‏الكتروسكوپالكتروسكوپ آلة حساسى است كه توسطآن موجوديت مقدار كم برق سا كن را دريك جسم معلوم كرده ميتوانيم .ساختمان الكتروسكوپ:‏ ساده ترينالكتروسكوپ در شكل(‏‎4-5‎‏)‏ نشان دادهشده است كه ازيك ميلة برنجى كه داراى كلا هك مى باشد و ازدو ورق فلزى كهدر سر ديگرميله قرار دارد تشكيل گرديدهكلاهكميلة برنجىورقه هاى فلزىپنجرة شيشه يى54

و اين ميله با دو ورق فلزى در بين يك چوكات فلزى كه پنجرةشيشه يى دارد،‏ قرار گرفته و بدنة چوكات با زمين وصل است.‏آيا طريق كار كردن الكتروسكوپ را ميدانيد؟به فعاليت ذيل توجه نماييد:‏فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ ميلة پلاستيكى،‏ پارچة پشمى،سيم مسى ‏،تسمة رابرى والكتروسكوپ.‏طرز العمل:‏ 1- ميلة پلاستيكى را با پارچة پشمى مالش بدهيد تا چارجدار شود.‏2- الكتروسكوپ را با دست زدن به كلاهك آ ن بى چارج سازيد .3- ميلة پلاستيكى را به كلاهك الكتروسكوپ تماس دهيدو مشا هده نماييد كه چه واقع مى شود؟4- با تسمة رابرى،‏ كلاهك الكتروسكوپ را با زمين ‏(نل آب ‏،كلكين فلزى)‏ وصل نماييد و نتيجه را يادداشتنماييد.‏5- بعداً‏ با سيم مسى كلاهك را با زمين وصل نماييد و نتيجه را دوباره يادداشت كنيد.‏6- پارچة پشمى رابا كلاهك الكتروسكوپ نزديك ساخته واين بار نيز نتيجه رايادداشت نماييد و در اخير،هرگروپملاحظات خود را به صنف گزارش بدهند.‏اين فعاليت نشان مى دهد كه به اثر نزديك شدن هرنوع چارج بهالكتروسكوپ ورقه ها ى الكتروسكوپ از همديگر دور مى شود ‏،زيراهردو ورق داراى يك نوع چارج مى گردد،‏ دورشدن ورق ها محض نشانمى دهد كه جسم داراى چارج برقى مى باشد.‏ الكتروسكوپ صرفبا وصل كردن كلاهك به زمين توسط سيم مسى و يا دست زدن بهكلاهك آن بدون چارج مى گردد ولى توسط تسمة رابرى بدون چارجنمى گردد.‏ از فعاليت انجام شده مى توان به نتيجه رسيد كه بعضىاجسام جريان برق را از خود عبور مى دهند و بعضى اجسام ديگرجريان برق را عبور نمى دهد.آن اجسامى كه جريان برق را عبورمى دهند؛ به نام اجسام هادى برق ياد مى شوند.‏ مثلاً‏ فلزات،‏محلول خاك نمكدار ، تيزاب در آب و بدن انسان،‏ هادى هاىخوبى مى باشند.‏آن اجسامى كه جريان برق را از خود عبور نمى دهند به نام اجسامعايق برق ناميده مى شوند ‏،مانند شيشه،‏ كهربا،‏ رابر،‏ ابريشم،‏ تيل،‏پلاستيك و امثال آن.‏55

فكر كنيد1- به جاى دو ورق همجنس فلزى در الكتروسكوب،‏ اگردو ورق فلزى نا همجنس گذاشته شود،‏ الكتروسكوپفعاليت خواهد كرد ياخير؟ چرا؟‎2‎‏-در مرحلة چهارم فعاليت اين درس زمانى كه كلاهك الكتروسكوب را با تسمة رابرى به زمين وصل نموديد،‏ چرابى چارج نگرديد؟3- چرا ورقه هاى فلزى الكتروسكوب هنگام چارج دار شدن ازهم دور مى گردند؟4- عايق و هادى برق به كدام مواد گفته مى شود؟ با مثال واضح سازيد.‏آزمايش چارجدر درس قبلى ساختمان الكتروسكوپ را مورد مطالعه قرار داديم و دانستيم كه درحالتعادى ورقه هاى فلزى الكتروسكوپ به هم نزديك بوده،‏ هرگاه جسم چارجدار را بهكلاهك الكتروسكوپ نزديك بسازيم،‏ باعث دورشدن ورقه هاى فلزى الكتروسكوپمى گردد،‏ فرقى ندارد كه جسم داراى چه نوع چارجى باشد.‏سؤالى كه به نظر مى آيد،‏ اين است كه آيا توسط الكتروسكوپ نوعيت چارج برقى يكجسم را مى توانيم مشخص نماييم يانه؟به فعاليت ذيل توجه نماييد:‏فعاليتسامان و موادمورد ضرورت:‏ ميلة شيشه يى،‏ پارچة ابريشمى،‏ ميلة پلا ستيكى،‏ پارچة پشمى و الكتروسكوپ.‏طرز العمل:‏ 1- ميلة شيشه يى را به پا رچة ابريشمى مالش داده بعد از مالش دادن ، يكى از آن هارا به الكتروسكوپ تماس بدهيد . دراين وقت ديده مى شود كه ورقه هاى فلزى الكتروسكوپ از هم دورمى گردند،‏ گفته مى توانيم كه ورقه هاى الكتروسكوپ داراى چارج هم نوع گرديده است.‏2- بار ديگر ميلة شيشه يى را چارجدار ساخته آهسته به كلاهك نزديكبسا زيد و مشاهده نماييد كه چه واقعمى شود؟3- بعد از آن ميلة پلاستيكى را ابتداتوسط پارچة پشمى مالش داده،‏ بسيارآهسته به كلاهك نزديك بسازيد و‏(الف)‏‏(ب)‏‏(ج)‏متوجه ورقه ها باشيد.‏شكل (4-6) طريقة آزمايش چارجدقت كنيدكه ميلة پلاستيكى به كلاهكالكتروسكوپ تماس ننمايد،مشا هدات خود را يادداشت كنيد.‏– 4 بعد از انجام اين تجربه بگوييد كه ميلة پلاستيكى داراى كدام نوع چارج مى باشد؟+ ++ +- -56

اگر تجربه را درست انجام داده باشيد؛ هنگامى كه ميلة شيشه يى دومى را نزديكبه كلاهك نموديد،‏ باعث انحراف بيشتر ورقه هاى الكتروسكوپ گرديد،‏ نشان مىدهد كه جسم داراى چارج هم نوع الكتروسكوپ مى باشد و هنگامى كه ميلةپلاستيكى را آهسته به كلاهك نزديك نموديد،‏ باعث نزديك شدن ورقه هاىفلزى الكتروسكوپ گرديد،‏ كه نشان مى دهد جسم داراى چارج مختلف النوعبا الكتروسكوپ مى باشد.‏ به اين اساس از روى نوع چارج الكتروسكوپ مى توانيمنوعيت چارج هاى اجسام را بدانيم.‏فكر كنيداگر چارج الكتروسكوب مثبت باشد،‏ هر گاه به الكتروسكوپ،‏ جسمى داراى چارج مثبت نزديك ساخته شود،‏ورقه هاى فلزى چه عكس العملى از خود نشان مى دهند؟ساحة برقىچنانكه در مبحث مقنا طيس مطالعه نموديد ؛ درجايى كه آهنربا وجود دارد،‏ ساحة اطرافآن را به نام ساحة مقناطيسى ياد مى كنند.‏همين طور در اطراف جسم چارجدار نيز ساحة برقى وجود دارد.‏مفهوم ساحة برقى:‏ آيا مفهوم ساحة برقى را مى دانيد ؟جهت درك بهتر اين مفهوم فعاليت ذيل را انجام مى دهيم:‏فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ پوقانه،‏ ميلة پلاستيكى،‏ پارچة پشمى،‏ ميلة شيشه يى،‏ پارچة ابريشم وتار.‏طرزالعمل:‏ 1- پوقانة باد شده را از يك تار به صورت آزاد در يك جا آويزان نماييد.‏2- ميلة پلاستيكى را با پارچة پشمىمالش داده و بعداً‏ به پوقانه نزديكبسازيدونتيجه رايادداشت نماييد.‏ميلة پلاستيكىميلة شيشه يى3- ميلة شيشه يى را با پارچة ابريشمى مالش داده و به پوقانه نزديك بسازيدوعكس العمل پوقانه را ياد داشت نماييدشكل (4-7) تأثير قوه هاى اجسام چارجدار بالاى همديگر.‏ونتيجه را به صنف گزارش بدهيد .57

→F→Fاگر فعاليت را درست انجام داده باشيد،‏ متوجه خواهيد شد كه به اثرنزديك شدن ميلة پلاستيكى،‏ پوقانه دور گرديده وبا نزديك شدنميلة شيشه يى به پوقانه،‏ هردو باهم ديگر نزديك مى شوند .نتيجه نشان مى دهد كه اگر يك ذرة با چارج مثبت را به يك جسمچارجدار نزديك نماييم،‏ اين ذره به اثر قوة جسم چارجدار،‏ دور يانزديك مى شود . اين قوه اى كه با لاى ذره وارد مى گردد ، به نامقوة برقى و ساحه اى كه در آن اين قوه اثر مى گذارد،‏ به نام ساحةبرقى ياد مى شود.‏آن ساحه اى كه يك جسم چارج دار بالا ى ذرة چارج دار مثبتقوه وارد مى كند،‏ بنام ساحةبرقى ياد مى شود ‏.شكل (4-8)شكل (4-8) تأثير يك جسم چارجدار بالاى يك ذرة چارجدار امتحانىدر ساحة برقىفكر كنيد1- هنگام اجراى فعاليت،‏ چرا با نزديك شدن ميلة پلاستيكى،‏ پوقانه دور گرديد؟2- چرا پوقانه به ميلة شيشه يى نزديك گرديد؟3- چگونه مى توانيد ساحة برقى را در اطراف يك جسم چارجدار آشكار كنيد؟القاى برقىقبلاً‏ مطالعه نموديم كه به اثر مالش دو جسم با هم ديگر،‏ برق ساكنايجاد مى شود،‏ آيا با قرار گرفتن يك جسم بى چارج نزديك جسمچارجدار،‏ جسم مى تواند چارجدار شود ؟به فعاليت ذيل توجه نموده و آن را به دقت انجا م بدهيد:‏فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ دو كرة فلزى محكم شده در پايه هاى عايق و ميلة پلاستيكى چارج شده .طرزالعمل:‏ 1- دو كرة فلزى را باهم در تماس قرار بدهيد.‏– 2 بعد از آن ميلة پلاستيكى چارجدار را مطابق شكل به يكى از كره ها نزديك بسازيد و دقت كنيد كه باهمتماس پيدا نكنند.‏– 3 كره ها را از هم ديگر جدا نماييد.‏4- به كره ها دست نزنيد و توسط الكتروسكوب معلومنماييدكه هردو كره چارجدار شده است يا نه؟ مشاهداتخود را بنويسيد.‏شكل (4-9) چارج القائى58

الكتروسكوپ نشان خواهد داد كه هر دو جسم چارجدار شده است.‏نتيجه اين كه،‏ هرگاه جسم هادى چارجدار را به جسم هادى بدون چارج نزديكبسازيم،‏ قوة دافعة جسم چارجدار،‏ باعث دور ساختن چارج هاى هم نوع در هادى‏(ازمحل نزديك بخودش)‏ مى گردد.‏ اگربتوانيم اين جسم را نظر به چارج آن به دوقسمت جدا نماييم درنتيجه دو جسم داراى چارج هاى مختلف به وجود مى آيد كهاين طريقة چارجدار شدن را بنام القاى برقى مى نامند.‏فكر كنيداگر بجاى ميلة پلاستيكى از ميلة شيشه يى استفاده شود كه داراى چارج مثبت باشد چه واقع خواهدشد؟نقش الكترون ها در برقى ساختن اجسامچگونه مى توانيم علت برقى شدن يك جسم را به وسيلة مالش يادر اثر القا توضيح كنيم؟به فعاليت ذيل توجه نموده و آن را به دقت انجام بدهيد:‏آزمايش كنيدآيا تا اكنون وقتى خواسته ايد لباس تان را از تن بيرون آوريد،‏ صداى جرقه را در آن لحظه از لباس تان شنيده ايد؟آيا در تاريكى شب نيز چنين جرقه هاى روشن را هنگام كشيدن لباس تان ديده ايد؟ چه چيز سبب توليد صداىجرقه ميشود؟ اين صدا ناشى از جهيدن چارج هاى الكتريكى به هوا بوده و اين چارج ها بين لباس و سرتان درهوا به وجود مى آيد.‏ در لحظه كشيدن لباسها از بالاى سر،‏ شايد موهاى سرتان نيز راست بايستد.‏ مى دانيد چرا؟چون هر يك از موهاي سر شما چارج برقى هم نوع دارند و همديگر را دفع ميكنند.‏عمليه ها را به تنهايى در خانه انجام دهيد و نتايج مشاهدات خود را ورز آينده با همصنفى هاى تان مباحثهكنيد.‏از نتيجة اين فعاليت مى توانيد علت برقى شدن يك جسم را بهوسيلة مالش يا در اثر القا توضيح نماييد .مى دانيد كه مالش بين دو جسم به حيث يك عامل،‏ باعث چارجدارشدن آن دوجسم مى گردد،‏ كه در نتيجه جسمى كه الكترونميدهد،‏ داراى چارج مثبت و ديگرى كه الكترون مى گيرد داراىچارج منفى مى گردد.‏59

چنانچه آموختيم،‏ چارج هاى هم نوع ، هم ديگررا دفع وچارج هاى مختلف النوعهمديگر را جذب مى نما يند.‏ به اساس اين فرضيه مى توانيم چگونه گى چارجدارشدنيك جسم را به طور القايى تشريح نماييم،‏ چنانكه در كره ها تجربه نموديم،‏ نزديكشدن يك چارج برقى در يك ساحه،‏ باعث دفع چارجهاى هم نوع گرديده و با جداكردن كره ها،‏ دونوع چارج القايى به دو كره به وجود مى آيد.‏فكر كنيد1- بر اساس كدام دليل اجسام در اثر القا داراى چارج برقى مى شوند ؟2- چرا درحالت عادى اجسام داراى چارج برقى نمى باشند ؟3- هرگاه در يك اتوم تعداد پروتون ها نسبت به الكترون ها زيادتر شود آن اتوم داراى كدام نوع چارج مى شود؟برق در جو ) رعد و برق در هوا (آيا مى دانيد رعد و برق چطور بوجود مى آيد؟ آيا فكرمى كنيد كه رعد و برق خطرناك است؟در زمانه هاى قديم رعد و برق در هوا باعث ايجاد ترس و هراسمردم مى گرديد،‏ بعدًا عالمى به نام فرانكلن،‏ ثابت ساخت كه رعد وبرق محصول برق ساكن است كه درهوا ايجاد مى شود و به اثر حركتكتله هاى عظيم ابر در آسمان،‏ ابر چارجدار گرديده و درنتيجة تخليةچارج ها بين ابر و زمين و يا ابر و ابر صورت مى گيرد كه اين تخليهرا به نام رعد و برق ‏(الماسك)‏ ياد مى كنند.‏ شكل (4-10)اين الماسك هنگام تخليه مى تواند خطرناك باشد هرگاه بامنابع مواد سوختى و يا تعمير ها بر خورد نمايد،‏ آتش سوزىبه بار مى آورد.‏ جهت محافظت تعميرها از خطرات الماسك،‏ميلة بلند فلزى،‏ بلندتر از تعميردر قسمت بالاى تعميرنصبمى شود و اين ميله به نحوى با زمين اتصال داردكه الماسك را بهزمين هدايت مى نمايد.‏ شكل (4-11)شكل (4-10) تخلية برق ساكنابر با ابر و ابر با زمين به صورترعدوبرقفكر كنيد1- چند نوع رعد وبرق را در جو مى شناسيد.‏2- آيا علت رعد وبرق در جو را مى دانيد ؟3- چطورخانه هاى خود را از خطرات الماسك نجات بدهيم؟شكل(‏‎4-11‎‏)‏ ميلة فلزى محافظاز الماسك60

خلاصة فصل چهارمكم وزياد بودن الكترون نسبت به پروتون،‏ در اتوم ها ى يك جسم سبب مى شود كهجسم داراى چارج برقى شود.‏زمانى كه دو جسم،‏ با هم ديگر مالش داده شوند،‏ توازن تعداد الكترون و پروتون دراتوم هاى جسم بر هم خورده و جسم چارج دار مى شود.‏اجسام به اثر مالش و يا عواملى ديگر داراى دونوع چارج برقى مختلف مثبت ومنفىمى گردند.‏الكتروسكوپ آلة حساسى است كه موجوديت مقدار كم برق ساكن را در اجسام معلومكرده ميتواند.‏معلوم نمودن هم نوع ويا مختلف النوع بودن چارج هاى اجسام را بنام آزمايش چارجياد مى نمايند .چارج دار شدن يك جسم هادى بدون چارج،‏ هنگام نزديك شدن به يك جسم چارجداررا بنام القاى برقى ياد مى كنند.‏اجسام در اثر مالش و يا القا به سبب دادن و يا گرفتن الكترون ها و خاصيت دافعوىچارج ها برقدار ميگردند.‏تخلية برق ساكن در ابرها ‏(به صورت ابر با ابر و يا ابر با زمين)‏ را رعد وبرق مى نامند.‏61

سؤال هاى فصل چهارم1- آيا اجسا م در حالت عادى داراى چارج برقى مى باشند ؟2- چه وقت يك جسم،‏ چارج دار مى شود؟ معلومات خود را بنويسيد.‏3- چارج هاى برقى به ............ نوع مى باشند.‏4- اجسامى كه الكترون مى دهند داراى چارج:‏الف)‏ مثبت مى گردند.‏ب)‏ منفى مى گردند.‏ج)‏ خنثى مى گردند.‏د)‏ هيچ كدام5- جسم چارج دار دريك ................. برقى،‏ بالاى ذرةچارج دار ................. وارد مى نمايد.‏6- درنتيجة تخلية چارج ها بين ................... و يا ................، الماسك و يا ................... به وجودمى آيد .7- چارج دارشدن جسم به طريقة القا را تشريح نماييد.‏8- در بارة حادثة رعد وبرق معلومات خود را بنويسيد.‏62

فصل پنجمقوهما از قبل با كلمة قوه آشنا هستيم و دربارة قوه مطالب مختلفىرا مانند:‏ اثر هاى گوناگون قوه،‏ واحد قوه و چگونه گى اندازه گيرىقوه آموختيم.‏با وسيلة اندازه گيرى قوه كه به آن نيوتن سنج يا قوه سنج ميگويند،‏آشنا شديم و نيز فهميديم كه قوه يك كميت وكتورى است كه درآن مقدار و جهت هر دو بسيار مهم هستند.‏مى دانيم كه يك كيلوگرام بوره را هر وقت با يك كيلوگرام بورة ديگرجمع كنيم دو كيلوگرام بوره خواهد شد.‏ ولى اگر يك نيوتن قوه را بايك نيوتن قوة ديگر جمع كنيم،‏ حاصل آن چند خواهد شد؟براى پاسخ دادن به سؤال بالا عجله نكنيد.‏ زيرا جواب فعلى شمابعد از آموختن اين فصل ممكن است به نظر تان خنده دار برسد!‏پرسش هاى ديگرى نيز وجود دارد كه ما مى خواهيم در اين فصلبه آن پاسخ دهيم؛ مانند:‏- چرا وقتى با پاى تان به ديوار ضربه مى زنيد،‏ احساس دردميكنيد؟- وقتى كتلة جسمى را با ترازو اندازه گيرى مى كنيد،‏ مى گوييديك كيلوگرام است و وقتى وزن آن را با قوه سنج اندازه گيرىمى كنيم مى گوييم ده نيوتن است.‏ به نظر شما چه فرقى بين كتلهو وزن وجود دارد؟63

قوه كميت وكتورى استبراى يادآورى مطالبى كه دربارة قوه آموختيد؛ فعاليت زير را انجامدهيد:‏فعاليتالف-‏ در گروپ هايتان مشوره نموده،‏ جملات زير را با كلمات مناسب تكميل كنيد.‏قوه يك كميت ................... است.‏در يك كميت وكتورى .................. و ................ هر دو،‏ مهم است.‏قوه را با يك ................. نشان مى دهيم كه .................. آن نشان دهندة مقدار قوه و ................. آن نشان دهندةجهت قوه است.‏ب-‏ قوه هاى زير را توسط رسم در كتابچه هايتان نشان دهيد.‏قوة 10N در جهت شمالقوة 14N در جهت جنوب غربىقوة 20N در جهت شرقفهميديم كه قوه يك كميت وكتورى است.‏ هر كميت وكتورى داراىاندازه و جهت مى باشد.‏ اما آيا فكر مى كنيد كه در اثرات قوه فقطمقدار و جهت قوه دخالت دارد؟فعاليت زير را انجام دهيد تا درك بهترى از اين موضوع به دستآوريد.‏فعاليتكتابتان را مطابق شكل بالاى ميز گذاشته و با انگشت تان به نقاط مختلف آن قوه وارد كنيد.‏ سعى كنيد كهقوه ها همه به يك اندازه و به صورت افقى و به سمت راست باشد.‏آيا همة اين قوه ها تأثير يكسانى بر روى كتاب مى گذارند؟به نظر شما چه عامل ديگرى در تأثير قوه بر روى كتاب نقش دارد؟شكل (5-1) اثر قوه بهنقطه اى كه قوه در آن واردمى شود،‏ بسته گى دارد.‏64

عامل ديگرى كه نقش بسيار مهمى در چگونه گى اثر قوه به روى اجسام دارد،‏ نقطه اىاست كه قوه به آن وارد مى شود.‏ چنانچه شما در فعاليت قبل مشاهده كرديد؛ حركتكتاب،‏ به جايى كه قوه به آن وارد مى شود؛ بسته گى دارد.‏ اگر قوه به گوشه هاى كتابوارد شود؛ كتاب ممكن است بچرخد و اگر به مركز كتاب وارد شود؛ كتاب بدون چرخشبه حركت خواهد آمد.‏چگونه قوه ها را با هم جمع كرده مى توانيم؟براى درك بهتر اين موضوع ابتدا فعاليت زير را انجام مى دهيم.‏فعاليتحسن و زهره به يك جعبه،‏ مطابق شكل هاى زير قوه وارد مى كنند.‏با توجه به هر شكل بگوييد:‏اگر تنها قوة حسن عمل كند چه اثرى خواهد گذاشت؟اگر تنها قوة زهره عمل كند چه اثرى خواهد گذاشت؟اثر قوه هاى حسن و زهره با هم چه مى باشد؟آيا مى توانيد در هر شكل،‏ قوه يى را پيدا كنيد كه به تنهايى مانند هر دو قوة حسن و زهره اثر كند؟‏(الف)‏شكل (5-2) دو قوةوارد بر يك جسم بهصورت وكتورى باهمجمع مى شوند.‏‏(ب)‏65

قوه ها نيز مانند ديگر كميت ها مى توانند با همديگر جمع شوند.‏ ولىبا توجه به اينكه قوه يك كميت وكتورى است؛ مانند ديگر كميت هابه صورت ساده با هم جمع نمى شوند.‏به نتايج فعاليت توجه كنيد.‏ در شكل ‏(الف)‏ دو قوه در يك جهتوارد شده است و همان طور كه شما فهميديد،‏ اين دو قوه به همديگركمك مى كنند و باعث مى شوند كه صندوق به راحتى كش شود.‏به طور مثال اگر قوة حسن برابر با 100 و قوة زهره برابر با 50باشد،‏ هر دوى آنها با هم مانند يك قوة 150 عمل مى كنند.‏ درشكل ‏(ب)‏ دو قوه در جهت هاي مخالف همديگر وارد مى شوند،‏اگر قوه ها مساوى باشند اثر همديگر را خنثى مى كنند و بنابراينصندوق به هيچ طرفى حركت نخواهد كرد.‏ ولى اگر در اين حالتمانند بالا قوة حسن 100 و قوة زهره 50 باشد؛ 50از قوة a براى خنثى كردن قوة b به مصرف مى رسد و فقط 50آن براى كش كردن صندوق به كار مى رود.‏بنابراين اگر دو قوة a و b را در شكل ‏(الف)‏ با يك قوة 150 نيوتنىدر همان جهت تعويض كنيم؛ اين قوه همان تأثير را خواهد داشت.‏به همين ترتيب اگر در شكل ‏(ب)،‏ قوه هاى a و b را برداشته و درعوض،‏ يك قوة 50 نيوتنى را در جهت قوة a قرار دهيم باز تأثيرىمانند همان دو قوه خواهد داشت.‏ به اين قوه كه اثرى همانند دو قوةقبلى دارد،‏ حاصل جمع آن دو قوه يا محصلة آن دو قوه مى گويند.‏در صورتى كه دو قوه همجهت باشد،‏ اندازة محصلة آنها با جمعمعمولى آنها برابر است و جهت قوة محصله نيز هم جهت با آنها است.‏اگر جهت دو قوه مخالف باشد،‏ براى به دست آوردن قوة محصله،‏مقدار قوة كوچكتر را از قوة بزرگتر كم مى كنيم.‏ جهت قوة محصلهنيز همان جهت قوة بزرگتر خواهد بود.‏در مواقعى كه قوه ها مانند شكل ‏(ج)،‏ با همديگر زاوية خاصى رابسازند،‏ روش زير را براى يافتن محصله به كار مى بريم:‏- نخست براى نمايش هريك از قوه ها يك وكتور رسم مى كنيم.‏→→ →→→→→→→66

الفبجشكل (5-3) نمايش محصلةدو قوهاين وكتورها بايد چنان رسم شوند كه نقطة شروع مشترك داشتهباشند و طول وكتورها متناسب به اندازة قوه ها باشد؛ مانند شكل‏(الف).‏- سپس از قسمت آخر هر وكتوريك قطعه خط موازى و مساوى باوكتور ديگر رسم مى كنيم؛ مانند شكل ‏(ب).‏- از محل شروع مشترك دو وكتور اولى،‏ قطر متوازى الاضلاع رارسم كرده جهت آن را به طرف محل تقاطع خطوط نقطه چين قرارمى دهيم؛ مانند شكل ‏(ج).‏اين وكتورى كه در آخر رسم شد؛ وكتور محصلة دو وكتور a و bمى باشد.‏ اگر وكتورها را در اندازه هاى مناسبى رسم كرده باشيد؛مقدار وكتور محصله را نيز مى توانيد توسط اندازه گيرى با خط كشبه دست آوريد.‏تمرين:‏ قوة a به اندازة 15 به سمت شرق و قوة b به اندازة20N به سمت شمال عمل مى كند.‏ هر 5 قوه را توسط طوليك سانتى متر نشان داده،‏ محصلة اين دو وكتور را رسم كنيد واندازة وكتور محصله را به كمك خط كش به دست آوريد.‏تجزية قوهپيش از اين در بارة جمع وكتوري يا محصلة دو قوه صحبت به عملآمد.‏ اما لازم است بدانيم كه يك قوه،‏ هم مي تواند به قوه ها و ياوكتورهاي متعدد تجزيه شود.‏67

فعاليتشخصى يك جسم را روى ترازوى مسطح مطابق شكل قرار داده،‏ عدد ترازو را مى خواند.‏ بعد به كمك يك تارجسم را روى ترازو كش مى كند و به عقربه نگاه مى كند.‏به نظر شما آيا ترازو وزن جسم را كمتر نشان مى دهد؟آيا قوه اى كه شما از طريق تار وارد كرده ايد،‏ در عددى كه ترازو نشان مى دهد؛ تأثيرى داشته است؟FF 1F 2شكل (5-4) نمايش تجزيه قوهF باعث1همان طورى كه در اين فعاليت متوجه شديد؛ بخشى از قوة واردةF به تار،‏ يعنى، سبب حركت جسم شده است.‏كاهش وزن جسم و بخش ديگرى از اين قوة وارد يعنى F2اين مطلب را مى توان توسط شكل بالا توضيح داد.‏مومنت قوهبعضي اوقات،‏ براي چرخاندن اجسام،‏ قوه را به كار مي بريم.‏ در اثر اين قوه ممكن استاجسام بچرخند و يا دوران نمايند.‏ اثر چرخشي يك قوه به نام مومنت قوه ياد مي شود.‏مومنت قوه به بزرگي قوه،‏ جهت قوه و نقطة اثر قوة وارده بر جسم بسته گي دارد.‏68

فعاليتدروازة صنفتان را باز كنيد،‏ با قرار دادن انگشت دستتان به نقاط مختلف دروازه ‏(الف،‏ ب و ج)‏ كوشش كنيددروازه را بازتر كنيد.‏ توجه كنيد انگشت شما در كجا قرار مي گيرد كه دروازه راحت تر باز مي شود،‏ چرا؟چرا براي بازكردن پيچ هاي كه با دست باز نمي شود از رنچى كه دستة آن دراز است استفاده ميشود؟شكل (5-5) نقطه اى كه قوهبه آن وارد مى شود نقشمهمى در اندازة مومنت قوهدارد.‏شكل (5-6) دو رنچ بادهانه هاى يكسان ودسته هاى مختلفطوري كه ديده شد هر قدر فاصله دورتر انتخاب شود،‏ تطبيق مقدار قوةكم اثر بيشتر وارد مى كند يعني به راحتي دروازه باز مي شود.‏يك پيچ به واسطة انگشتان دست باز نمي شود.‏ براي باز كردن آنمطابق شكل از رنچى كه دستة آن دراز است استفاده مي شود.‏ هرگاهقوه اى كه به رنچ وارد مي شود،‏ بزرگتر شود و محل اثر قوه از پيچ دورترانتخاب شود،‏ پيچ به آساني و زودتر باز مي شود.‏ به عبارة ديگر هر چهقوه بزرگتر و نقطة اثر آن دورتر باشد اثر چرخش قوه بيشتر است.‏بزرگي مومنت قوه به دو چيز بسته گي دارد:‏1- بزرگي قوه،‏ يعني قوة بزرگتر مومنت بزرگتر را به وجود مي آورد.‏2- فاصلة نقطه اى كه قوه به آن وارد مي شود تا نقطة اتكا.‏جهت چرخش به جهت قوه بسته گي دارد.‏ نقطه اى كه جسم حولآن مي چرخد.‏ نقطة اتكا ناميده مي شود.‏مومنت قوه،‏ معياري براي اثر چرخش يك قوه به دور يك نقطةمعين است.‏فاصلة عمودى قوه با نقطة اتكا × قوه = مومنت قوه69

سؤال:‏عوامل مؤثر در مومنت قوه را نام بگيريد.‏قوه هاى عمل و عكس العملدر زنده گي روزمره هنگامي كه به زمين افتاده باشيد و يا دستتانمحكم به ديوار برخورد كرده باشد،‏ دست تان ضربه ديده و دردمي گيرد.‏علت آن اينست كه وقتي شما به ديوار ويا زمين برخورد مي كنيد،‏برعكس ديوار و يا سطح زمين نيز به شما قوه وارد مي كند.‏قوه وقتي به وجود مي آيد كه دو جسم به يكديگر اثر متقابل كنند.‏پس وقتي دو جسم وجود دارد،‏ دو قوه نيز وجود دارد.‏ اگر يك جسمبه تنهايى وجود داشته باشد،‏ نه ميتواند قوه وارد كند و نه قوه برآن وارد شود.‏فعاليتآيا ديوار ساكن صنف شما مي تواند شما را كش يا تيله كند؟يك ريسمان را به يك ديوارى كه يك ميخ محكم به آن زده شده است،‏ بسته و آن راكش كنيد.‏ين ديد،‏ كنيد،‏ چرا سيسمان ريسمانقوه وارد مي حال بگوييد با وجودى كه شمانك ين كنيد.‏ ديد.‏بيانايحركت نمي كند.‏ نتيجه را به هم صنفانتان شكل (5-7)70

در فعاليت ديديد كه وقتي شما به ريسمان قوه وارد مي كنيد ‏(كش مي كنيد)،‏ ريسمان نيزبا عين اندازه در جهت مخالف قوه وارد مي كند و شما را به طرف خود كش مي كند.‏ اينقوه سبب مي شود كه ريسمان حركت نكند،‏ قوه ها هميشه در دو جهت مخالف وجود دارندكه هر يك از قوه ها بالاي همديگر عمل مي كنند.‏ قوه اي كه شما به كسي و يا چيزي واردمي كنيد ‏(قوة عمل)‏ و قوه اى كه كسي يا چيزي به همان اندازه در جهت مخالف به شماوارد مي كند،‏ قوة عكس العمل گفته مي شود.‏اين قوه ها توسط نيوتن كشف و چنين بيان شده است:‏براي هر عمل يك عكس العمل مساوي و مخالف الجهت وجود دارد.‏قوة جاذبهوقتي شما يك جسمي را از دستتان رها كنيد،‏ به كدام طرف مي افتد؟در كتاب ساينس صنف ششم با قوه اى كه اجسام را به سمت پايين مي كشاند آشنا شديد.‏آيا نام اين قوه را به ياد داريد؟قوه اى كه اجسام را به طرف خود مي كشاند قوة جاذبة زمين گفته مي شود.‏ اين قوه بههمه اجسامي كه در اطراف زمين هستند وارد مي شود و آن ها را به سمت مركز زمينمي كشاند.‏فعاليتمطابق شكل مقابل اگر سيب ها از نقاط الف،‏ ب و ج رها شوند.‏به نظر شما به كدام طرف حركت خواهند كرد؟ آيا در شكل سمت هاىحركت صحيح ترسيم شده آند؟در گروپ هايتان با هم گفتگو كنيد و نتيجه را به صنف گزارش دهيد.‏شكل (5-8) سيب در اطراف زمينالفجب71

طوري كه شما در فعاليت متوجه شديد هرگاه شما نسبت به زمين در موقعيت الف قرار داشتهباشيد و سيب را رها كنيد،‏ به طرف زمين سقوط مي كند.‏ به همين ترتيب اگر در نقاط ب وج قرار داشته باشيد،‏ وقتي سيب را رها كنيد باز هم به طرف زمين حركت مي كند ولى درهر حالت جهت قوه به طرف مركز زمين است،‏ اين قوه عبارت از قوة جاذبه زمين است كهبر بدن ما و هر شي كه در اطراف زمين باشد اثر مي كند و آن را به طرف خود مي كشاند.‏جهت قوة جاذبة زمين هميشه به طرف مركز زمين مي باشد.‏قوة جاذبه،‏ اجسام را روي زمين نگه مي دارد،‏ چنانچه اشيايي را كه بالا پرتاب مي كنيمدوباره به زمين باز مي گرداند.‏قوة جاذبه نه تنها بين زمين و اجسام وجود دارد بلكه قوة جاذبه،‏ مهتاب را در مدارش بهدور زمين نگه مى دارد و قوة جاذبة آفتاب،‏ سيارات را در مدارشان نگه مي دارد.‏قوة جاذبه به مقداركتلة اجسام و فاصله بين آنها بسته گي دارد،‏ يعني هر قدر كتلة اجسامبزرگتر باشد،‏ اثر قوة جاذبه بيشتر است و برعكس هرقدر فاصله بين اجسام بيشتر باشد،‏قوة جاذبه بين آنها كمتر است.‏فكر كنيدقوه جاذبه چيست؟ و چه مي كند؟ تشريح كنيد.‏وزن و كتلههمة ما اين تجربه را داريم كه هنگام خريدن مواد مورد ضرورت مانند بوره،‏ برنج،‏ ميوهوغيره،‏ بايد مقدار آن را تعيين كنيم،‏ مثلاً‏ وقتي سيب مي خريم بايد اندازه يا مقدار آن رامشخص بسازيم كه به چي مقدار خريداري كنيم كه معمولاً‏ مقدار آنرا با ترازوهاي دوپله ييويا ترازويى كه در شكل (5-9) مشاهده مى كنيد،‏ اندازه مي گيرند.‏72شكل (5-9) ترازوهاى كه توسط آنها مقدار مواد را اندازه مى كنند.‏

فعاليتدر شكل زير ترازو با وزنه هاي مختلف را مي بينيد.‏در هر گروپ يك طرز العمل تهيه كنيد كه در آن طرز استفاده از ترازو توضيح داده شده باشد.‏شكل (5-10) ترازو با وزنه هاىمختلفمقدار موادى كه شما آن را توسط ترازوى دو پله يى اندازه مي گيريد،‏ در حقيقت كتلةهمان جسم گفته مي شود.‏ كتلة يك جسم ‏(سيب)‏ به تعداد ذره هاى سازندة آن جسم واندازة بزرگى هر ذره بسته گى دارد.‏ براي تعيين مقدار مواد يا كتلة يك جسم از واحدهاىكيلوگرام و گرام استفاده مي كنيم،‏ يعني واحد كتله kg و gr مي باشد.‏ اكثر اوقات مردم بهطور غلط از كيلوگرام و گرام به عنوان واحدهاى وزن استفاده مي كنند مثلاً‏ گفته مي شودكه وزن يك تربوز 5kg است.‏ در حالي كه اين عدد مقدار كتلة آن را نشان ميدهد و وزنآن همان تأثير قوة جاذبة زمين بالاى آن مى باشد.‏وزن با واحد نيوتن اندازه گيرى مي شود و عبارت از مقدار قوة جاذبة زمين بالاى اجساماست.‏ مثلاً:‏ اگر كتلة جسمى 1kg باشد،‏ زمين بر آن قوه اى برابربا 9 8N وارد مى كند كهمساوى با وزن جسم است.‏ بهتر است بدانيم كه قوه اى را كه زمين بالاى كتلة 1kg وارد1kg f نشان مىمى كند،‏ يعنى همان 9 8N را يك كيلوگرام قوه نيز مى گويند و آن را به73

دهند.‏ به همين دليل وقتى در گفتگوهاى روز مره مردم مى گويند،‏وزن يك جسم پانزده كيلوگرام است،‏ در حقيقت منظورشان پانزدهكيلوگرام قوه است كه تقريباً‏ برابر با 150N است.‏براي آساني كار در محاسبه،‏ وزن يك جسم به كتلة 1kg را 10Nقبول مى كنيم.‏ طور مثال اگر كتلة شما 45kg باشد،‏ وزن شما درسطح زمين تقريباً‏ 450N است.‏ يعنى:‏45 × 10 = 450Nوزن و كتله با هم ارتباط مستقيم ذيل را دارند.‏10× كتلة جسم=‏ وزن جسمw=m.gآيا گفته مي توانيد كه وزنيك جسم چطور تغيير مي كند؟وزن جسم به اندازة فاصلة آن جسم از مركززمين بسته گي دارد،‏ هر قدر از مركز زميندور شده برود،‏ وزن آن كمتر مى شود.‏طور مثال:‏ اگر يك فضانورد به فضايدور از سطح زمين سفر كند،‏ ممكناست به جايي برسد كه ديگر به آنقوة جاذبه اثر نكند يعني در حالت بي وزني قراربگيرد.‏ در چنين حالتي فضانورد كتلة اولي خود را دارد و ذرات سازندة وجودآن پا بر جاست،‏ يعنى كتلة آن نه كم شده و نه زياد،‏ بلكه ثابت مي باشد،‏اما وقتي كه جسم از زمين دور مي شود وزن كم وكمتر مي گردد و تا جاييمى رسد كه در فضاي دور در حالت بي وزني قرار مي گيرد،‏ پس وزن اجسامبسته گي به فاصلة آن ها از زمين دارد يعني به هر اندازه اى كه اجسام ازسطح زمين دور شده بروند،‏ وزن آن ها كم مي شود.‏شكل(‏‎5-11‎‏)‏ يك جسم 3 كيلوگرامى،‏ 30 نيوتن وزن دارد.‏3Kgفكر كنيدوزن و كتله از هم چه فرق دارند؟ دراين مورد آنچه آموختيد به زبان خودتان تشريح كنيد.‏74

خلاصة فصل پنجمقوه به اشكال مختلف وجود دارد.‏هرگاه به يك جسم قوه وارد شود باعث حركت،‏ تغيير مسير حركت ويا باعث تغيير شكلآن جسم مي شود.‏قوه يك كميت وكتوري است كه هم مقدار و هم جهت دارد.‏ دو قوه به صورت وكتورىبا هم جمع مى شوند وحاصل جمع آنها قوة سومى است كه محصلة آنها گفته مى شود.‏يك قوه مى تواند به دو قوه تجزيه شود و مانند دو قوة مجزا عمل نمايد.‏قوة جاذبة زمين،‏ قوه اي است كه:‏الف - اشيا را روي زمين نگه مي دارد.‏ب - اشيا را كه به طرف بالا پرتاب مي كنيم به زمين باز مي گرداند.‏ج-‏ مهتاب را در مدارش به دور زمين حركت مي دهد.‏وزن:‏ اثر قوة جاذبة زمين بالاى اشيا،‏ وزن ناميده مى شود.‏ چون وزن يك نوع قوه است،‏پس با نيوتن اندازه مي شود.‏وزن اجسام به اندازة فاصلة آنها از مركز زمين بسته گي دارد.‏وقتي به يك جسم قوه وارد مي شود،‏ جسم نيز بالاي آن قوه وارد مي كندكه قوه هايعمل و عكس العمل گفته مي شوند،‏ اين قوه ها هميشه با هم مساوي ولي جهت هاىشان مخالف است.‏اثر چرخش يا دوران يك قوه به نام مومنت قوه ناميده مي شود.‏هر قدر قوه بزرگتر شود مومنت قوة بزرگتر به وجود مي آيد.‏جهت دوران يك قوه به جهت قوة وارده بسته گي دارد.‏نقطه اى كه قوه به حول آن دوران مي كند نقطة اتكا ناميده مي شود.‏75

سؤال هاى فصل پنجم1- چند موردي از كاربرد قوه را در ورزش هاي روزانة تان پيدا كنيد و چگونه گي اعمال قوهرا در اين موارد توضيح دهيد.‏2- فكر كنيد كه در دنيا قوة جاذبه وجود ندارد،‏ زنده گي را در دنياي بدون قوة جاذبه شرحدهيد.‏3- قوة جاذبه بسته گي به .................... و .......................... دارد .............................. اثر قوة جاذبهبيشتر است.‏4- براي بازكردن پيچى كه بسيار محكم شده است،‏ از كدام يك از رنچ هايى كه در شكلنشان داده شده است،‏ استفاده مي كنيد؟ ‏(رنچ ها دهانه هاى مساوى دارند)‏ علت انتخاب تانرا توضيح بدهيد.‏5- وزن يك جسم به كتلة 10 كيلوگرام ‏(در روي زمين)‏ چقدر است؟6- اثر چرخشي يا مومنت يك قوه به كدام عوامل بسته گي دارد؟7- هرگاه يك جسم به جسمى ديگر قوه وارد كند،‏ آيا جسم دوم به همان اندازه و در همانجهت به جسم اولى قوه وارد مى كند؟ توضيح دهيد.‏8- كدام يك از كميت هاي زير وكتوري است؟الف)‏ انرژي ب)‏ حرارت ج)‏ كتله د)‏ قوه9- در شكل هاى زير حاصل جمع دو قوه را رسم كرده و طول آن را با خط كش اندازهبگيريد.‏10- وكتور F داده شده است،‏ دو وكتور عمود برهمديگر را به قسمي رسم كنيد كه اين قوةF محصلة آن ها باشد.‏76

فصل ششمماشين هاى سادهآيا تا به حال به نقش وسايل مختلفى كه در اجراى كارهاىروزمره از آن ها استفا ده مى كنيم،‏ فكر كرده ايد؟براى آسان كردن اجراى كارهاى زير از چه وسايل استفادهمى نماييد؟:‏ تبديل تاير موتر،‏ بازوبسته نمودن پيچ،‏ بريدنكندة درخت،‏ پيمودن يك فاصله در وقت كم.‏هر وسيله اى كه انجام كارها را براى ما آسان نمايد به نامماشين ياد مى شود.‏ ماشين به دو نوع مى باشد:‏ ساده ومركب.‏ بايسكل يك ماشين مركب است كه از چندين پرزه‏(ماشين ساده)‏ ساخته شده است.‏ شكل (6-1) ماشين ها بهصورت هاى گوناگون در انجام كارها به ما كمك مى كنند.‏مثلاً‏ : در تغيير جهت قوه،‏ افزايش مقدار قوه و افزايشسرعت انجام كار.‏ماشين ساده چيست؟ آيا انواع ماشين هاى ساده مثل رافعه،‏چرخ،‏ سطح مايل را مى دانيد؟ در اين فصل اين موضوعات رامورد مطالعه قرار مى دهيم.‏شكل(‏‎6-1‎‏)‏ بايسكل يك ماشيناست.‏77

ماشين ساده چيست؟به شكل (6-2) نگاه كنيد كه هر قسمت شكل نشان دهندة حصةيك ماشين است.‏ هر حصه از اشكال مختلف ماشين هاى سادهمانند رافعه،‏ چرخ ويا اكسل ساخته شده است.‏ماشين مركب،‏ تركيبى از ماشين هاى ساده است.‏ پس مى توانگفت:‏ گروپى از ماشين ها كه اساس ساخت ماشين هاى ديگر راتشكيل مى دهند،‏ ماشين هاى ساده ناميده مى شوند.‏شكل (6-2) حصه هاى مختلف چندين ماشينانواع ماشين هاى سادهدر درس گذشته دانستيد كه ماشين ها جهت آسان ساختن كار،‏مورد استفاده قرار مى گيرد.‏ در شكل (6-3) انواع ماشين هاى سادهرا مشاهده مى نما ييدكه عبارت اند از:‏ رافعه،‏ چرخ و اكسل،‏ چرخ و78

سطح مايل.‏ با وجود اختلاف در اشكال،‏ همة آن ها داراى نقاط قوةعامل،‏ قوة مقاوم و نقطة اتكا و همچنين بازوهاى قوة عامل و قوةمقاوم مى باشند كه هر يك را مورد مطالعه قرار مى دهيم.‏سطح مايلرافعهاتكاچرخاكسلفانهپيچچرخهاهاىشكل (6-3) انواع ماشينساده79

رافعهرافعه ميلة سختى است كه آزادانه به دور نقطة ثابتى به نام نقطةاتكا و يا محور مى چرخد.‏به شكل(‏‎6-4‎‏)‏ نگاه كنيد.‏ اين شكل،‏ يك رافعه است كه نقاط قوةعامل و قوة مقاوم و نقطة اتكا و بازوهاى قوه هاى عامل و قوة مقاومدر آن مشخص گرديده است.‏ R قوة مقاوم.‏ بازوى قوة مقاوم.‏ Lبازوى قوة عامل.‏ F قوة عامل.‏ B نقطة اثر قوة مقاوم.‏ C نقطة اتكا وA نقطة اثر قوة عامل مى باشد.‏′نقطة اتكاRF′ LB C Aجهت درك بهتر رافعه فعاليت زير را انجام مى دهيم:‏شكل(‏‎6-4‎‏)‏ نقاط اتكا،‏بازوها و قوه ها در رافعهفعاليتسنگ بزرگى را توسط ميلة فلزى از جايش بلند نموده و بعد از بلند كردن دربارة طريقة بلندكردن و همچنيندربارة محل نقاط اتكا،‏ بازو ها و قوه ها در ميله بحث و گفتگو نماييد و نتيجه را به صنف گزارش بدهيد.‏80

جهت درك بهتر توازن قوه ها در رافعه فعاليت ذيل را انجاممى دهيم.‏فعاليتسامان و مواد مورد ضرورت:‏ دو وزنة 20 گرامه،‏ دو وزنة 40 گرامه،‏ يك ميلهF.L′ Rطرزالعمل:‏1– ميله را در نقطة اتكا مطابق شكل قرار داده و وزنه هاى(20 و‎40‎گرامه)‏ را در دو انجام ميله بگذاريد.‏2- ميله را طورى جا به جا نماييد كه در حالت توازن قرار بگيرد.‏3- فاصله هاى قوة عامل و قوة مقاوم را توسط خط كش پيدا نماييد.‏– 4 نتيجة اندازه گيرى ها را در خانه هاى جدول ذيل برسانيد.‏شكل (6-5) رافعه– 5 بعد از اين مرحله وزنه هاى (40 گرامه)‏ را مطابق مرحلة قبلى تجربه نموده و به جدول برسانيد.‏ بعد از مشاورهبا هم نتيجه را گزارش بدهيد.‏بازوى قوة عامل Lقوة عامل F20 گرام40 گرامبازوى قوة مقاومقوة مقاوم R40 گرام‎40‎گراماگر فعاليت را درست انجام داده باشيد،‏ صرف نظر از وزن ميله نتايجذيل را خواهيدگرفت:‏1– هنگام توازن قوه ها در رافعه اگر يكى از قوه ها كم ترباشد،‏ بههمان تناسب بايد بازوى آن قوه درازتر باشد.‏2- نسبت بازوهاى قوة عامل و قوة مقاوم مساوى به نسبت قوةمقاوم و قوة عامل مى باشند.‏R Lيعنى:‏ = F3- هرگاه قوة عامل و قوة مقاوم هر يك به بازوهاىخودشان ضرب شود،‏ حاصل ضرب شان با هممساوى است شكل ) ). يعنى:‏ F.L=R.′′′6-5F′شكل ‏(‏‎6-6‎‏)رافعه در حالت توازن81

4- تغيير مكان نقطة اثر قوة عامل و نقطة اثر قوة مقاوم در رافعه،‏ بسته گى به بازوهاى قوه هادارد.‏رافعه از نگاه نقاط تأثير قوه هاى عامل و مقاوم و موقعيت نقطة اتكا به سه دستة ذيل تقسيمشده است:‏- دسته اى كه در آن ها نقطة اتكا در بين قوة عامل و قوة مقاوم قرار دارد مثل:‏ اندر چو،‏ پلاسو غيره.‏ شكل (6-7- الف)‏- دسته اى كه در آنها قوة مقاوم دربين قوة عامل و نقطة اتكا قرار دارد مثل:‏ خستهشكن،كراچى و غيره.‏ شكل (6-7- ب)‏- دسته اى كه در آن ها قوة عامل در بين نقطة اتكا و قوة مقاوم قرار دارد مثل:‏ آتش گير،‏ وغيره.‏ شكل(‏‎6-7‎‏-‏ ج)‏L′‏(الف)‏ ‏(ب)‏ ‏(ج)‏شكل (6-7) انواع رافعه ها82

فعاليت– 1 شكل (6-8) را مشاهده نموده و به سؤالات جواب بگوييد.‏شكل (6-8) رافعهالف–‏ شكل كدام نوع رافعه را نشان مى دهد؟ب-‏ از معلومات داده شده،‏ بازوى قوة عامل را پيدا نموده،‏ به جدول برسانيد.‏R/F L/ ′؟؟ ؟بازوى قوة عامل L قوة عامل Fبازوى قوةمقاومقوة مقاوم R50 گرام25 گرام20 سانتى متر′فايدة ميخانيكى ماشين هاآيا مى توانيد ماشينى را نام ببريد كه به شما هر روز كمك مى نمايد ؟به چه طريقه يى ماشين ها مى توانند در برابر قوة مقاوم مقدار قوةوارده را كم و يا زياد سازند؟در فعاليت رافعه متوجه شده باشيد كه يك جسم را با استفاده ازجبل مى توانيم آسان تر به اندازة دلخواه بيجا نماييم،‏ يعنى اگر آنرا به همان اندازه بخواهيم با دست بيجا نماييم،‏ قوة زياد مصرفمى گردد.‏ از اين جا نتيجه مى شود كه ماشين كار را نه كم و نهزياد مى سازد،‏ بلكه انجام كار را آسانتر مى سازد.‏ همين آسانتر شدنانجام كارها توسط يك ماشين را به نام فايدة ميخانيكى ماشين يادمى كنند كه آن را به M.A نمايش مى دهند.‏ فايدة ميخانيكى دررافعه از رابطة ذيل حساب مى شود:‏بازوى قوة عامل L قوة مقاوم R = = MA = فايدة ميخانيكى رافعهبازوى قوة مقاوم ′ قوة عامل F83

توجه : اين فايدة ميخانيكى به نام فايدة ميخانيكى آيديال يا خيالىياد مى شود زيرا وزن ميله در نظر گرفته نشده است.‏ در تمامفعاليت ها فايدة ميخانيكى آيديال مد نظر است.‏چرخيكى از انواع ماشين هاى ساده چرخ مى باشد،چرخ عبارت از يكقرص مدور فلزى و يا چوبى است كه بدور يك محور ثابت آزادانهحركت ميكند.‏آيا متوجه شده ايدكه بسيارى از پرزه جات ماشين ها به شكل چرخاست؟ چرخ چه وظايفى را انجام مى دهد؟ چطور كارها را آسانمى سازد؟ فايدة ميخا نيكى چرخ چند است؟ چرخ چند نوع مى باشد؟اين ها سؤالاتى اند كه جواب ها يشان را در اين درس بايد دانست.‏جهت شناخت بهتر چرخ،‏ فعاليت ذيل را انجام مى دهيم:‏چرخ متحركشكل(‏‎6-9‎‏)‏ چرخ آزاد25gفعاليتسامان و مواد مورد ضرورت : دو وزنة 25 گرامه يك وزنة 50گرامه،‏ يك چرخ،‏ يك ريسمان و قوه سنج.‏طرزالعمل:‏1- مطابق شكل چرخ را به جاى ثابت بسته نموده و وزنة 25گرامه در يك طرف طناب و‎50‎ گرامه را در طرف ديگرطنابآويزان نماييد.‏ بعداً‏ تجربه را با دو وزنة 25 گرامه در يك طرفو‎50‎ گرامه در طرف ديگر تكرار نماييد.‏– 2 قطر و شعاع چرخ را اندازه نماييد.‏ آنچه را مشاهده مى نماييددر صنف گزارش بدهيد.‏شكل(‏‎6-10‎‏)‏ چرخ ثابت 50gاگر فعاليت را درست انجام داده باشيد نتيجه هاى ذيل را به دستمى آوريد:‏1– چون اين چرخ به يك جاى ثابت قرار دارد و از جايش تغييرموقعيت نمى دهد از اين رو به نام چرخ ثابت ياد مى شود.‏2- چون قوة عامل برخلاف قوة مقاوم عمل مى كند از اين رو اين84

چرخ براى تغيير جهت قوه به كار برده مى شود.‏– 3 چرخ زمانى در حالت توازن قرار مى گيرد كه قوه هاى عامل ومقاوم با هم مساوى باشند.‏- 4 فايدة ميخانيكى چرخ ثابت مساوى به يك مى باشد،‏ زيرا بازوهاىقوة عامل و قوة مقاوم ‏(شعاع چرخ)‏ با هم مساوى اند.‏ يعنى:‏′ = L → و يا = 1 L ′R قوة مقاوم L Rو چون = است پس:‏ = 1 = فايدة ميخانيكى چرخ ثابتF قوة عامل ′ FFشكل(‏‎6-11‎‏)‏ چرخ هاى ثابت– 5 در چرخ ثابت،‏ تغيير مكان نقطة اثر قوة عامل مساوى به تغييرمكان نقطة اثر قوة مقاوم مى باشد،‏ يعنى طول ريسمان در سمتقوة مقاوم همان قدركم مى شود كه هنگام حركت در سمت قوةعامل افزايش مى يابد.‏ شكل (6-11)آيا نوع ديگرى از چرخ را مى شناسيد؟85

فعاليت ذيل را انجام مى دهيم:‏فعاليتمواد مورد ضرورت:‏ سه وزنة 50 گرامه،‏ دو چرخ،‏ ريسمان،‏ پايه و ميلهطرزالعمل:‏ مطابق شكل،‏ ريسمان را از چرخها عبور دهيد.‏ بعداز آن در نقاط A و B دو وزنة 50 گرامه را بگذاريد.‏ مشاهدهنماييد كه در حالت تعادل قرار مى گيرد يا نه؟ بعد از آن درنقطه اى كه سبك است وزنة‎50‎ گرامة ديگر را قرار دهيد وببينيدكه قوة عامل و قوة مقاوم با هم مساوى اند يا نه؟ نتيجهرا به صنف گزارش بدهيد.‏شكل(‏‎6-13‎‏)‏ چرخ آزاداگر فعاليت را درست انجام داده باشيد نتيجه هاى ذيل را به دستآورده ايد:‏‎1‎‏–چرخ با وزنه يكجا آزادانه بالاى ريسمان حركت مى نمايد،‏ از اينرو به نام چرخ آزاد ياد مى شود.‏ شكل (6-12)2- هر چرخ آزاد براى تغيير جهت قوه به كار رفته و كار را دوچند آسان مى سازد.‏- 3 اگر وزن چرخ و ريسمان،‏ بسياركم باشد و اصطكاك محوربا چرخ ناچيز شود،‏ قوة عامل و قوة مقاوم زمانى در توازن قرارمى گيرند،‏ كه قوة مقاوم دوچند قوة عامل باشد.‏قوة مقاوم R= 2 = فايدة ميخانيكى چرخ آزاد ‏(متحرك)‏قوة عامل Fگاهى مى توان از چند چرخ ثابت و متحرك استفاده كرده و يك چرخ مركب به وجودآوردكه به نام سيستم چرخ ها ياد مى شود.‏86

شكل (6-14) سيستم چرخ ها ‏(دو چرخ آزاد)‏چرخ ها به اشكال مختلف تركيب شده مى توانند.‏ شكل (6-14)= 2 n فايدة ميخانيكى سيستم چرخ ها يا چرخهاي مركبn، تعدادچرخ هاى آزاد مى باشد.‏سؤال:‏ اگر در يك سيستم چرخ ها،‏ تعداد چرخ هاى آزاد،‏ سه عددباشد،‏ فايدة ميخانيكى اين سيستم را حساب كنيد؟سطح مايلآيا سطح مايل مى تواند كار را آسان كند؟ فايدة ميخانيكى سطحمايل چند است؟ به شكل (6-15) توجه نماييد.‏شكل (6-15) سطح مايلجهت درك بهتر سطح مايل فعاليت ذيل را انجام مى دهيم.‏فعاليتمواد مورد ضرورت : يك قوه سنج،‏ يك موترك،‏ يك وزنه و يك تختة يك مترى به حيث سطح مايل.‏طرزالعمل:‏– 1 وزنه و موترك را وزن نماييد.‏ ‏(قوة مقاوم)‏– 2 وزنه و موترك را يكجا روى سطح مايل قرار دهيد و با قوه سنج موترك را مطا بق شكل (6-16) به طرفشكل (6-16)87

بالا بكشيد.‏ دقت كنيد،‏ هنگام كشيدن،‏ قوه سنج موازى با سطح مايل باشد.‏ تجربه را چندين بار با نشيب هاىمختلف سطح انجام داده و در هر بار فايدة ميخانيكى سطح را محاسبه نموده و نتيجه را درجدول برسانيد.‏– 3 طول d و ارتفاع h سطح مايل را اندازه گيرى نموده و هر بار در جدول بنويسيد.‏مجموعة وزن بار و موتركعدد قوه سنجفايدة ميخانيكى سطحd/hR/FFRارتفاع سطحمايل(‏h‏)‏طول سطح مايل (d)20 سانتی متر 1 متر30 سانتى متر 1 متر40 سانتى متر 1 متربعد از اجراى فعاليت به سؤالات زير جواب بدهيد.‏– 1 اگر نشيب ‏(ميل)‏ سطح مايل زياد باشد،‏ فايدة ميخانيكى سطح كم مى شود يا زياد؟– 2 با افزايش ارتفاع سطح مايل از سطح ميز فايدة ميخانيكى كم مى شود يا زياد؟– 3 قيمت هاى عددى نسبت قوة مقاوم بر قوة عامل،‏ عدد ثابت قوه سنج و نسبت طول سطح بر ارتفاع آن را درجدول با هم مقايسه كنيد.‏ به چه نتيجه اى مى رسيد؟اگر فعاليت را به طور درست انجام داده باشيد،‏ نتايج ذيل را براىجواب به سؤالات فوق به دست خواهيد آورد:‏1– هرگاه نشيب سطح مايل زياد شود فايدة ميخانيكى كممى شود.‏2– هرگاه طول سطح مايل ثابت باشد،‏ فايدة ميخانيكى آن سطحما يل كه داراى ارتفاع بيشتر مى باشد كمتر است.‏3– اگر اصطكاك سطح با موترك بسيار كم باشد حاصل تقسيمقوة مقاوم R بر عددى كه قوه سنج نشان مى دهد ‏(قوة عاملF‏)‏ درهر بار مساوى است به حاصل تقسيم طول سطح مايل بر ارتفاعسطح مايل.‏ كه اين نسبت ها عبارت از فايدة ميخانيكى سطح مايلمى باشد.‏ يعنى:‏طول سطح مايل در هر دفعه وزن بار و موترك ‏(قوة مقاوم)‏ = = فايدة ميخانيكى سطح مايلارتفاع سطح مايل در هر دفعه عدد قوه سنج ‏(قوة عامل)‏⋅=F =ويا88

خلاصة فصل ششمهر وسيله اى كه كار را آسان سازد ماشين گفته مى شود .مقدار آسان شدن كار توسط ماشين را فايدة ميخانيكى مى نامند و آن را چنينمى نويسند:‏R قوة مقاوم = A .M ويا = فايدة ميخانيكىF قوة عامل′ماشين هاى ساده عبارت از چرخ،‏ رافعه و سطح مايل مى باشد.‏ميلة سخت چوبى و يا فلزى كه به دور يك محور بچرخد،‏ به نام رافعه ياد مى شود.‏ درهر رافعه رابطة L=R. .F برقرار است.‏هر سطحى كه با سطح افق زاويه را بسازد به نام سطح مايل ياد مى شود و سطح مايلنوعى از ماشين ساده است.‏چرخ عبارت از يك قرص مدور فلزى و يا چوبى است كه بدور يك محور ثابت آزادانهحركت ميكند.‏چرخ ها به دو روش بسته مى شوند ثابت و متحرك.‏89

سؤال هاى فصل ششم1– ماشين چيست چند مثال بياوريد؟2- در شكل مقابل،‏ M.A و F را محاسبه كنيد.‏ در صورتى كه= 20 ′ و = 20 باشند.‏3– چند نوع ماشين ساده را مى شناسيد نام ببريد.‏4– يك رافعه را ترسيم نموده،‏ نقاط قوة عامل،‏ قوة مقاوم و نقطة اتكا،‏ بازوها و قوه هاى عاملو مقاوم را در آن نشان بدهيد.‏5– چند نوع چرخ را مى شناسيد،‏ نام ببريد.‏6– در شكل مقابل بازوى قوة عامل رافعه را پيدا نماييد،‏ در صورتى كه قوة عامل مساوى‎30‎كيلوگرام،‏ قوة مقاوم مساوى به‎20‎كيلوگرام باشد و بازوى قوة مقاوم مساوى به25 سانتى متر باشد.‏7– هر سطحى كه با افق يك زاويه بسازد به نام ..................... ياد مى شود.‏8– ميلة سختى كه به دور.....................‏ بچرخد رافعه گفته مى شود.‏9– فايدة ميخانيكى سطح مايل را محاسبه نماييد در حالى كه طول سطح مايل 3 متر وارتفاع آن يك متر مى باشد.‏10– جسمى كه 800 وزن دارد توسط ‎4‎چرخ آزاد بلند مى گردد.‏ قوه اى را كه براىبلند كردن جسم مذكور لازم است حساب كنيد.‏90