آموزش فیزیک با دست خالی

چکیده
می‌دانیم فیزیک علمی است که تا اندازه بسیار زیادی براساس آزمایش پایه‌گذاری شده است و این از مزایای مهم این علم است. معمولاً ما بهترین روش تدریس را حالتی تصور می‌کنیم که دانش‌‌آموزان به همراه دبیر خود در آزمایشگاهی مجهز در حال آزمایش هستند. البته می‌دانیم که تجهیز آزمایشگاه بسیار هزینه‌بر است. اما بسیاری از آزمایش‌ها هست که چندان هزینه‌بر نیست ولی می‌توان در کلاس انجام داد و به عبارت دیگر آزمایشگاه را به کلاس برد.

اخیراً با کارهای چند معلم هندی آشنا شدم که آزمایش‌های فیزیک را با حداقل امکانات انجام داده و بسیاری از وسایل آزمایش‌ها را با اشیای دورریز ساخته و با خود به کلاس درس برده بودند. این کار به غیر از آنکه هیجان‌انگیز است، برای دانش‌آموزان بسیار راه‌گشاست و به آن‌ها می‌آموزد که بسیاری از مشکلات راه حلی ساده دارند. در این مقاله و انشاالله مقالات آینده به معرفی کارهای این گروه خواهم پرداخت و امیدوارم الگوی خوبی برای همکاران باشد. ما بسیاری از این فعالیت‌ها را سر کلاس درس با کمک دانش‌آموزان انجام داده و حتی نکاتی به آن‌ها افزوده‌ایم1.

 

1. ساخت موتور الکتریکی ساده و ارزان
شاید کسی باور نکند که می‌توان با کمک یک باتری بزرگ 5/1 ولتی، دو عدد سنجاق قفلی، یک آهن‌ربا و مقداری سیم روکش‌دار یک موتور الکتریکی ساخت. (شکل 1)

 

مطابق شکل (2) سیم روکش‌دار را چندین بار دور باتری بپیچید و یک سیم‌پیچ مسطح بسازید. این پیچه هسته اصلی موتور الکتریکی است. دو انتهای سیم را دور خود حلقه بپیچید تا سیم‌پیچ محکم شود.

 

با کاتر دو انتهای سیم را بخراشید تا بتوانید جریان الکتریکی را به سیم‌پیچ منتقل کنید (شکل 3). اگر سیم‌ روکش‌دار نازک باشد و نتوانید از آن به‌عنوان محور استفاده کنید می‌توانید از یک تکه مفتول به‌عنوان محور چرخش استفاده نمایید.

 

اکنون دو سنجاق قفلی را در دو انتهای باتری، و آهن‌ربا را نیز در وسط باتری قرار دهید و با کش لاستیکی آن‌ها را در جای خود محکم کنید. موتور الکتریکی آماده کار است (شکل 4). با قرار دادن سیم‌پیچ بین دو سنجاق قفلی فلزی موتور شروع به کار خواهد کرد (شکل 5). دبیر فیزیک می‌تواند در کنار تدریس بحث الکترومغناطیس برای دانش‌آموزان پایه یازدهم این وسیله را بسازد و آزمایش کند.

 

2. تلمبه بادکنک
بارها سر کلاس، در آموزش مفهوم فشار، به موضوع شیرهای یک‌طرفه پرداخته بودم ولی بیشتر به جنبه‌های تئوری آن نظر داشتم. اما آزمایش زیر در کنار کاربردی بودن آن، طرز کار شیر یک‌طرفه را توضیح می‌دهد. در شکل (6) برای ساخت یک تلمبه بادکنک  مواد مورد نیاز برای این کار مشخص شده است.

 

به‌وسیله قیچی در بطری را سوراخ کنید، سپس یک تکه پس از سوراخ کردن درب بطری، لاستیک بادکنک را روی در بطری قرار دهید و دور آن را چسب بزنید. آنچه تا اینجا گفتیم در شکل‌های 7، 8 و 9 و 10 نشان داده شده است. مکانیسم این قطعه دقیقاً شبیه مکانیسم یک شیر یک‌طرفه است، یعنی از یک طرف اجازه عبور هوا را می‌دهد ولی از طرف دیگر مانع عبور آن می‌شود. برای تأکید بیشتر می‌توان در کلاس و برای دانش‌آموزان ورودی و خروجی هوا (والو) چرخ دوچرخه یا ماشین را نمایش داد.

 

از بدنه بطری پلاستیکی می‌توانید به‌عنوان یک پیستون استفاده کنید، تنها باید در بدنه آن دو سوراخ ایجاد کنید تا بتوانید دو انگشت شست را روی آن بگذارید (شکل 11). اکنون تلمبه آماده است (شکل 12) و مشاهده می‌کنید که این تلمبه چگونه کار می‌کند. شکل‌های 13 و 14 هم نشان می‌دهد که تلمبه شما چطور می‌تواند یک بادکنک را باد کند.

 

3. رسم نمودار با خاصیت موئینگی(2)
به غیر از آزمایش‌های معمول در مورد خاصیت موئینگی که در کتاب درسی ذکر شده است ، آزمایش دیگری نیز وجود دارد که بسیار هیجان‌انگیز است. می‌دانیم هرچه ضخامت لوله موئین کمتر باشد ارتفاع مایع  در آن بیشتر است. بنابراین اگر تعداد زیادی لوله موئین را در مایعی در کنار هم قرار دهیم مایع با توجه به ضخامت لوله‌ها در ارتفاع‌های متفاوتی قرار خواهد گرفت. در این صورت اگر لوله‌ها را به ترتیب از قطر کم تا قطر زیاد کنار هم قرار دهیم نمایشی از ارتفاع‌های متفاوت بدست خواهیم آورد. اما چگونه می‌توان این همه لوله را در کنار یکدیگر قرار داد؟

 

در شکل 15 مواد مورد نیاز برای این آزمایش نشان داده شده است. دو شیشه را به هم می‌چسبانیم و در یک طرف محل تماس دو شیشه یک سیخ چوبی و یا یک قطعه ورق آلومینیوم لوله‌شده قرار می‌دهیم، سپس دور هر دو شیشه یک کش اسکناس می‌چسبانیم (شکل 16). در شکل 17وضعیت سطح مقطع دو شیشه نمایش داده شده است که به شکل یک مثلث است. رمز شکل زیبای ایجاد شده در شکل 18 نیز همین مثلث است. هنگام انجام آزمایش مراقب باشید که دستتان به شیشه برخورد نکند، زیرا چربی موجود در دست مانع از انجام درست آزمایش می‌شود.

 

4. ساخت و بررسی تارهای مرتعش
این آزمایش بسیار ساده و ارزان است، آن هم برای دانش‌آموزان پایه دوازدهم که به بررسی تارهای مرتعش و فرکانس‌های متفاوت صوتی می‌پردازند. پس ببینیم چگونه می‌توان با استفاده از چند نوار کاغذ و تعدادی چوب بستنی و دو کش اسکناس و دو چوب کبریت آزمایش به این مهمی را در کلاس درس انجام داد. مواد مورد نیاز در شکل 19 نشان داده شده است.

مطابق شکل 21 نوار کاغذ را بین دو چوب بستنی ساندویچ کرده و دو طرف چوب بستنی‌ها را با دو کش اسکناس محکم می‌بندیم.

اکنون نوبت چوب کبریت‌هاست که آن‌ها را بین دو چوب بستنی قرار دهیم این کار باعث می‌شود نیروی مؤثرتری بر نوار کاغذی وارد شود (شکل 21).

این وسیله برای ایجاد صوت آماده است. کافی است آن‌ را مقابل دهان خود بگیرید و در آن بدمید. توجه دارید که با تغییر طول نوار کاغذی و فاصله بین دو چوب کبریت می‌توان فرکانس‌های متفاوتی ایجاد کرد. این کار شباهت زیاد به صوت ایجاد شده توسط تارهای مرتعش دارد.


پی‌نوشت‌ها
1. علاقه‌مندان می‌توانند به سایت زیر مراجعـــه کنند.
http://www.arvindguptatoys.com/toys.html
2. این آزمایش در سایت مذکور وجود ندارد ولی در فضای مجازی می‌توان آن ‌را پیدا کرد.