قطب نما خانگی بسازید
آیا تا به حال با استفاده از قطب نما مسیریابی کرده اید؟ این ابزار می تواند برای جهت یابی در جنگل ها و سایر مناطق به هنگام کمپینگ مورد استفاده قرار بگیرد. قطب نماها بر پایه ی میدان مغناطیسی زمین کار می کنند. در این فعالیت علمی شما یک قطب نما در خانه خواهید ساخت. فکر می کنید این قطب نمای خانگی چگونه کار خواهد کرد؟ فعالیت زیر را انجام دهید تا پاسخ این سوال را بیابید.
پیش زمینه:
هزاران سال است که مردم خاصیت مغناطیس را می شناسند. مغناطیس دلیل جاذبه یا دافعه میان دو آهنربا است. از این مفهوم استفاده های فراوانی می شود. برای مثال، یک جسم به دلیل کشیده شدن توسط نیروی مغناطیسی بالاتر سطح زمین شناور می ماند.
مفهوم مغناطیس در جهت یابی به ما کمک فراوانی می کند. از آنجا که کره ی زمین دارای یک میدان مغناطیسی است، می توان با استفاده از یک قطعه ی کوچک دارای خاصیت مغناطیسی مانند سوزن که جهتی خاص یعنی شمال یا جنوب را نشان می دهد قطب نما ساخت.
با وجود اینکه پدیده ی مغناطیس چند هزار سال است که شناخته شده است، اولین قطب نمای مغناطیسی به منظور جهت یابی بسیار دیرتر از آن زمان یعنی حدود هزار سال پیش ساخته شد (بین سال های ۱۰۰۰ تا ۱۱۰۰ پس از میلاد). در این فعالیت علمی شما یک قطب نمای ساده خواهید ساخت. با این کار می توانید کمی از سختی کار افرادی که برای اولین بار قصد ساخت این وسیله را داشتند درک کنید!
مواد و وسایل مورد نیاز
سوزن خیاطی فلزی
یک آهنربا (می توانید از آهنرباهای معمولی که روی یخچال می زنید استفاده کنید. همچنین می توانید آهنرباهای قوی تری تهیه کنید. رایج ترین نوع آهنربا از جنس نئودیمیوم است که می توانید آن را خریداری کنید. استفاده از آهنرباهای بهتر سبب گرفتن نتایج دقیق تر می شود.)
انبردست
چوب پنبه
قیچی برای بریدن چوب پنبه
یک فنجان، لیوان یا کاسه با سر پهن آب
آماده سازی:
در هنگام کار با آهنربا بسیار مراقب باشید، به خصوص اگر قصد دارید از آهنربای قوی در این آزمایش استفاده کنید. آهنربا را دور از آهنرباهای دیگر و دستگاه های الکترونیکی از جمله کامپیوتر، تلفن همراه و تلویزیون نگه دارید.
برای استفاده از قیچی به منظور بریدن چوب پنبه و همین طور کار با سوزن حتماً باید یک بزرگتر در کنارتان باشد.
روش کار:
آهنربا را حداقل پنج مرتبه روی سوزن خیاطی بکشید. (اگر در این فعالیت از آهنرباهای ضعیف استفاده می کنید، لازم است حداقل ده بار این کار را انجام دهید.) دقت داشته باشید که جهت کشیده شدن آهنربا به سوزن در تمام این دفعات باید یکسان باشد. با این کار سوزن خاصیت مغناطیسی پیدا می کند.
حال حدود یک چهارم اینچ از انتهای چوب پنبه ببرید تا بدین ترتیب یک تکه ی دیسکی شکل با ارتفاع یک چهارم اینچ از آن داشته باشید.
تکه ی بریده شده ی چوب پنبه را روی یک سطح صاف قرار دهید. سپس با انبردست سوزن را از پهلو داخل آن فرو کنید و از سمت دیگر خارج کنید. سوزن باید طوری داخل دیسک چوب پنبه قرار بگیرد که از هر دو طرف مقداری یکسان از آن بیرون باشد.
به ارتفاع حداقل یک اینچ آب داخل یک لیوان یا کاسه با سر پهن بریزید.
دیسک چوب پنبه (همراه با سوزن) را روی سطح آب داخل کاسه یا لیوان قرار دهید. سعی کنید دیسک را در مرکز آب شناور و آن را از لبه ی ظرف دور کنید. برای سوزن چه اتفاقی می افتد؟ پس از توقف، سوزن در چه جهتی قرار می گیرد؟
آیا قطب نمای خانگی شما درست کار می کند؟ استفاده از آن چه محدودیت هایی دارد؟
آزمایش های تکمیلی:
جهت شمال در موقعیت خود را شناسایی کنید. آیا سوزن قطب نمای خانگی تان این جهت را نشان می دهد؟ (برای تعیین جهت شمال می توانید از یک قطب نمای دائمی، یک اطلس و یا نقشه ی گوشی های هوشمند تلفن استفاده کنید.)
یک آهنربا را به قطب نمای خانگی تان نزدیک کنید. با نزدیک شدن آهنربا چه اتفاقی برای سوزن قطب نما می افتد؟ آهنربا تا چه فاصله ای باید به سوزن نزدیک شود تا بتواند بر روی آن اثر بگذارد؟
اگر چند آهنربا با قدرت های متفاوت در اختیار دارید، سعی کنید چند قطب نما با استفاده از این آهنرباها برای مغناطیسه کردن سوزن بسازید. تفاوت این قطب نماها در عملکرد چیست؟
روش های دیگری نیز برای ساخت قطب نما با هزینه ی کم در منزل یا بیرون از منزل وجود دارد. برای مثال می توانید به جای چوب پنبه از یک برگ کوچک استفاده کنید و همراه با سوزن آن را روی آب قرار دهید. قطب نمای ساخته شده از برگ چه تفاوتی با قطب نمای ساخته شده از چوب پنبه دارد؟ چه روش های دیگری برای ساخت قطب نما به ذهنتان می رسد؟
مشاهده و نتیجه گیری:
آیا سوزن قطب نمای خانگی تان در جهت قطب شمال و جنوب زمین قرار می گیرد؟ با کشیدن سوزن و آهنربا به هم، خاصیت مغناطیسی در سوزن ایجاد می شود و سوزن به یک آهنربای موقت ضعیف تبدیل می شود. از آنجا که آهنرباها با یکدیگر برهم کنش دارند (هم را جذب یا دفع می کنند)، سوزن با خاصیت مغناطیسی می تواند با میدان مغناطیسی زمین وارد برهم کنش شود. اگر چه میدان مغناطیسی زمین نسبتاً ضعیف است، واضح است که بر سوزن تأثیر می گذارد، زیرا سوزن داخل چوب پنبه شناور روی آب در حالت عادی می تواند آزادانه به هر سمتی بچرخد. زمانی که سوزن در جای خود متوقف می شود، قاعدتاً باید در امتداد میدان مغناطیسی زمین و موازی با محور شمال به جنوب قرار گرفته باشد. بدین ترتیب یک سر سوزن قطب شمال و سر دیگر قطب جنوب را نشان می دهد. هر سر سوزن باید همواره یکی از قطب ها (شپمال یا جنوب) را نشان دهد.
می توانید آزمایش های بیشتری انجام دهید تا متوجه شوید به چه ترتیب همواره یک سر خاص از سوزن به سمت یک قطب مشخص (شمال یا جنوب) قرار می گیرد.
منبع: Make a Homemade Compass
