در خانه چاه جاذبه بسازيد!

سال ها پيش، مردم به غلط فکر مي کردند که خورشيد، ماه و تمامي سيارات به دور زمين مي گردند؛ اما امروز ما مي دانيم که تمامي سيارات و از جمله زمين در مداري بيضي شکل به دور خورشيد مي گردند. اين حقيقت بر اثر تلاش دانشمنداني مثل "کپرنيک" کشف شده است. کپرنيک به درستي خورشيد را در مرکز منظومه ي شمسي قرار داد و کپلر نيز 3 قانون علمي درباره ي اشکال و خصوصيات مدار سيارات را وضع کرد.
شما نيز اگر علاقه منديد، مي توانيد با ساخت يک وسيله ي علمي به نام "چاه جاذبه"، درباره ي شکل مدار سيارات تحقيق کنيد. چاه جاذبه نمونه اي عملي از منظومه شمسي ماست که خورشيد در مرکز آن قرار دارد و سيارات در اطراف آن مي گردند. شما براي ساخت آن به چند وسيله احتياج داريد که اصلي ترين آن يک کاسه ي بزرگ از جنس پلاستيک، چوب و يا فلز خواهد بود، زيرا بايد در ته کاسه سوراخي ايجاد کرد و در صورتي که جنس آن از چيني باشد، اين کار بسيار دشوار مي شود.
وسايل مورد نياز
- ورقه ي محکم پلاستيکي (اگر مشکلي باشد بهتر است، زيرا مثل فضاي خارج به نظر خواهد رسيد).
- کاسه ي بزرگ پلاستيکي، چوبي و يا فلزي (با قطر حداقل 30 سانتي متر)
- نوارچسب
- طناب از جنس محک (به طول 30 سانتي متر)
- يک مهره ي بزرگ
- چسب دو قلو
- تيله هاي کوچک
- قيچي
- کاغذ (اختياري)
طرز ساخت
1- ابتدا بايد سوراخي را در ته کاسه ايجاد کنيد.
2- يک سر طناب را گره بزنيد و سر ديگرش را وارد سوراخ مهره کنيد. مهره را به سمت انتهاي گره خورده حرکت دهيد و دقت کنيد که گره به اندازه ي کافي بزرگ باشد که از درون مهره خارج شود و مهره به آن گير کند.
3- کاسه را روي ورقه ي پلاستيکي، به صورت وارونه قرار دهيد و از آن به عنوان نمونه اي براي دايره اي بريدن ورقه پلاستيکي استفاده کنيد. البته اين دايره پلاستيکي بايد چند سانتي متر بزرگ تر از قطر کاسه بريده شود.
4- در اينجا بايد مرکز دايره ي پلاستيکي را پيدا کنيد. براي اين کار دايره ي پلاستيکي را از وسط تا کنيد و سپس مجدداً اين نيم دايره را از وسط تا کنيد تا شکلي مثلث مانند به دست آيد. رأس اين مثلث مرکز دايره خواهد بود که بايد سوراخ کوچکي در آن نقطه ايجاد کنيد. بزرگي اين سوراخ بايد به اندازه ي قطر طنابتان باشد. پس از سوراخ کردن مرکز ورقه ي پلاستيکي، انتهاي آزاد طناب را از داخل آن و همين طور از داخل سفينه ته کاسه عبور دهيد.
6- ورقه ي پلاستيکي را روي کاسه بکشيد و آن را با تکه هاي کوچک چسب در حالي که پلاستيک را محکم مي کشيد (به صورت پوسته ي طبل کامل کشيده باشد) به دور تا دور لبه ي کاسه بچسبانيد. دقت کنيد که يک تکه چسب را در نقطه اي مي چسبانيد، تکه بعدي چسب را بايد در نقطه ي مقابل آن بچسبانيد و اين کار را در مورد دور تا دور لبه ي کاسه، انجام دهيد.
7- چسب دوقلو را روي پلاستيک در اطراف سوراخ مرکز آن بماليد. همچنين قسمت زيرين مهره را نيز با چسب دوقلو کاملاً بپوشانيد. دقت کنيد که قبل از اين که مهره و پلاستيک را به هم نزديک کنيد بگذاريد چسب نسبتاً خشک شود. سپس طناب را بکشيد تا سطح چسب خورده ي مهره و چسب روي ورقه پلاستيکي با يکديگر تماس حاصل کنند. در اين حالت مهره ي محکم به پلاستيک خواهد چسبيد.
8- حالا طناب را با احتياط محکم بکشيد تا پلاستيک نيز به سمت درون کاشه کشيده شود و شکل قيف مانندي پيدا کند. مواظب باشيد که پلاستيک پاره نشود. آن وقت انتهاي آزاد طناب را در زير کاسه با چسب محکم کنيد.
9- اقدام اختياري، در اين جا براي کمک به اين که تيله هاي هنگام چرخش از لبه کاسه به بيرون پرتاب نشوند، مي توانيد به شکل دلخواه نوار کاغذيي را دور تا دور لبه کاسه با چسب بچسبانيد.

روش استفاده از چاه جاذبه
 

کاسه را روي يک سطح هموار و صاف قرار دهيد، سپس تيله کوچکي را در آن بيندازيد تا در اطراف چاه بچرخد. شکل چاه باعث خواهد شد که تيله به دور نقطه ي مرکزي بچرخد. سعي کنيد مدارهايي دايره اي به وجود آوريد و مسير حرکت تيله و چگونگي تغييرات سرعت آن را مشاهده کنيد.

چاه جاذبه چطور کار مي کند؟
 

انحناي چاه جاذبه، همانند سازي جاذبه اي خورشيد است. همان طور که شما مي توانيد ببينيد، کشش خورشيد (مهره) هنگامي که سياره (تيله) به آن نزديک تر است، قوي تر است. به مسيري که تيله طي مي کند توجه کنيد، اين مسير بيضي شکل است، گاهي تيله به خورشيد نزديک تر و گاهي از آن دورتر است.
سرعت تيله وقتي که به خورشيد نزديک تر است چطور تغيير مي کند؟ چرا اصلاً سرعت تغيير مي کند؟ سرعت يک مدار کوچک و با يک مدار بزرگ، کدام يک بيشتر است؟
دستگاه چاه جاذبه، به علت کشيدگي پلاستيک، تقليدي از نيروي جاذبه است. ميزان انحنا پلاستيک در نزديکي لبه هاي کاسه ملايم تر است؛ اما در ناحيه وسط اين انحنا بسيار تندتر است.
هنگامي که تيله در نزديکي لبه هاي کاسه دور مي زند سرعتش خيلي آهسته تر از هنگامي است که در نزديکي ناحيه ي وسط کاسه مي چرخد.
زماني که تيله در نزديکي ناحيه ي وسط کاسه دور مي زند، به اين دليل سرعت بيشتري پيدا مي کند که با نيروي بيشتري کشيده مي شود.
شما حتي مي توانيد قدرت کشش نيروي جاذبه را با محکم تر کشيدن طناب و ايجاد عمق بيشتري در چاه جاذبه، تغيير دهيد.
همان طوري که ملاحظه مي کنيد، دست يابي به يک مدار بيضي شکل بسيار راحت تر از دست يابي به يک مدار دايره اي است. حتي زماني که مدار دايره اي شکل به نظر مي رسد با بررسي دقيق آشکار مي شود که کاملاً دايره اي نيست و هنوز چيزي شبيه به يک مدار تخم مرغي شکل است.
همين مسئله در مورد مسير سيارات، ماه و اقمار ديگري در فضا نيز صدق مي کند.
دستگاه چاه جاذبه، نمايشگر هر 3 قانون کپلر (درباره ي حرکت سيارات) است.
اولين قانون عنوان مي کند که مدار يک سياره بيضي شکل است. دومين قانون به اين مسئله اشاره مي کند که اجسام گردنده هنگامي که به خورشيد نزديک تر هستند نسبت به زماني که از آن دورتر هستند، سرعت بيش تري دارند.
سومين قانون کپلر متذکر مي شود که هر چه يک سياره از خورشيد دورتر باشد، مدت زمان طولاني تري را براي کامل کردن يک دور چرخش خود به دور آن، لازم دارد.
چاه جاذبه طرح علمي بسيار جالبي است و چنان چه شما علاقه مند هستيد که آزمايش کامل تري را انجام دهيد، سعي کنيد چاه جاذبه اي بزرگ تري را با استفاده از وسيله ي بزرگ تري به وجود آوريد. شما مي توانيد از 2 يا چند مهره براي ايجاد منظومه شمسي يا بيشتر از يک خورشيد، استفاده کنيد.
منبع:ماهنامه ي علمي - فني دانشمند، شماره ي 558
/ع