(ویژه دبیرستان، مخصوص علاقهمندان به مهندسی عمران)
یکی از مهمترین چیزهایی که باید در طراحی یک سازه، مد نظر قرار گیرد پایداری آن در برابر نیروهایی است که به آن وارد میشود. یک مهندس متعهد همیشه به خاطر دارد که سازهای که طراحی کرده باید در برابر نیروهای مخرب ناخواستهای که به آن وارد میشود و خطرات فراوانی را ایجاد میکند مقاومت کند. مثالی از این خطرات احتمالی پایداری سازه در معرض بادهای موسمی است که در این فصل در بسیاری از نقاط کشورمان شاهد آن هستیم. یک باد شدید میتواند سازه را از کنارهها هل بدهد و نیروهایی را به سازه وارد کند و در بسیاری از موارد این بادها میتوانند سبب ویرانی سازهها و آسیب به مردمی شوند که در اطراف آنها قرار گرفتهاند.
با ایجاد و اصلاح سازهها میتوان در نواحی بادخیز، پناهگاهی برای محافظت از باد مناسب ساخت. شاید شما هم سازههایی مانند دیوار و پرچین را در کنار پارکها یا پارکهای ساحلی دیده باشید که مردم را از آسیب وزش بادها حفظ میکنند. یک بادشکن مانند یک سد عمل میکند و میتواند حتی در روزهای پرباد هم یک محافظ عالی باشد. اگر شما از زیرکی و هوش خود استفاده کنید میتوانید این پرچینها را توسعه داده و محافظهای خوبی را برای خانهها، مزارع و شاهراهها طراحی کنید. شاید هم بتوانید برای موارد زیر راه حل مناسبی بیابید:
· پشت بامها: پشت بامها یکی از مکانهای مهمی هستند که همیشه در معرض وزش باد قرار میگیرند. با انتخاب موادی مانند شن، تفال، یا موزاییکهای رسی میتوانید سازههایی برای غلبه و شکست بر آسیب باد طراحی کنیدکه مانند بادشکن عمل کند. اگر به پشت بامهایی که شیبدار هستند یا بالکن یک واحد آپارتمانی محسوب میشوند فکر کنید، حتما بیشتر به ارزش رفع این مشکل پی خواهید برد.
· سایبانها: چادرها و سایبانهایی که عموما در گلخانهها، حیاطها و پارکها به کار میروند نیز همیشه در معرض وزش باد قرار دارند. آیا میتوانید مدلها و آزمایشهایی را برای اصلاح آنها طراحی کنید؟ آیا میتوانید اصلاحهایی اعمال کنید تا برای بادهای کمشدت هم مفید باشد؟
· مناطق روستایی: اگر شما در یک منطقه روستایی یا در یک مزرعه کشاورزی زندگی میکنید، دیدهاید که باد میتواند یک مشکل بزرگ برای گاوها در چراگاهها در ماههای زمستانی باشد. مهندسان کشاورزی در صدد حل این مسئله برای چوپانان مناطق سردسیر و کوهستانی هستند. شما چه کمکی میتوانیدبه آنها بکنید؟
· ...
برای رفع هر یک از این مشکلات که تلاش کنید، علاوه بر این که در جامعهی خود نقش موثر و مفیدی ایفا کردهاید، میتوانید برندهی یکی از جشنوارههای بینالمللی مثل جشنواره خوارزمی باشید. اما چگونه؟ من در این مقاله سعی میکنم یک روش کلی به شما معرفی کنم، تا با تعمیم آن بتوانید مشکلات خاصی را که با آن مواجه هستید حل کنید.
بررسی پیشینه و ادبیات پژوهش
برای انجام این نوع پروژهها باید معنای مفاهیم زیر را به خوبی بشناسید. یک مشاور میتواند شما را در پیدا کردن مطالب مورد نیز در این زمینه در کتابخانه یا اینترنت یاری دهد.
1. باد
2. نیرو
3. بادشکن
4. سازه
5. پایداری
6. طراحی
7. مقیاس
سوالات طرح
در شروع پروژه با خود بیندیشید پس از اتمام پروژه به چه سئوالاتی باید بتوانید پاسخ دهید. من سازههایی مانند دیوار یا پرچین را برای شروع در نظر گرفتهام.
1. چگونه باد بر سازهای مانند دیوار یا پرچین اثر میگذارد؟
2. آیا تغییر طراحی دیوار یا پرچین میتواند بر افزایش پایداری سازه موثر باشد؟
3. آیا دیوارها و پرچینها را میتوان برای مقابله با شرایط محیطهای بادخیز به کار گرفت؟
کتابشناسی
این مقالهها، گزارش کاملی از این پروژه را به شما ارایه میدهند که متناسب با شرایط آب و هوایی امریکا است و با شرایط با بومی نشده، اما میتواند راهنمای خوبی برای شما باشد.
· http://www.sciencenewsforkids.org/articles/20060607/Feature1.asp
· http://kids.nationalgeographic.com/portal/site/Kids/
· http://www.iowabeefcenter.org/pdfs/bch/10200.pdf
مواد و تجهیزات لازم
1. یک دفترچه همراه با کاغذ رسم
روند آزمایش:
1. اولین قدم طراحی دیوار یا پرچین است. یک مداد و یک دفترچه همراه با کاغذ رسم را برای طراحی اولیه خود انتخاب کنید. طراحیها را در مقیاس یک صدم (یا هرچه مد نظر شما است) در کاغذ رسم کنید. ابتدا یک چارچوب برای کار در نظر بگیرید که در تمام مراحل اندازهی آن ثبات باشد. داخل آن را میتوانید به صورتهای مختلف پر کنید. مثلا میتوانید آن به صورت کاملا آجرچین شده، نردههای افقی، عمودی و ... در نظر بگیرید یا:
· از یک صفحهی تخت برای پر کردن چارچوب سازه (دیوار) استفاده کنید.
· به جای صقحهی تخت، موادی مشبک یا صفحههای توری به کار بگیرید.
· چند حفره در صفحهی تخت ایجاد کنید.
· تعداد، فاصله یا عرض تختهها را تغییر دهید.
· زاویهی تختهها را نسبت به هم تعییر دهید.
· یک شبکه خاص طراحی کنید.
· ...
2. برای این که طرح خود را بسازید به چه چیزهایی نیاز دارید؟ در این باره تصمیم بگیرید و مواد مناسبی را انتخاب کنید. برای شروع مقوای ماکتسازی یا فوم گزینهی مناسب و راحتی است. استفاده از چوبها نازک هم خوب است، به شرط این که برای بریدن آن به درد سر نیفتید.
3. قدم بعدی ساخت طرحهای شما با استفاده از موادی است که انتخاب کردهاید. اگر از فوم استفاده میکنید، ما چسب حرارتی را برای چسباندن قطعات پیشنهاد میکنیم. پس از تکمیل، برش و اتصال هر بخش آن را به چارچوب ثابت وصل کنید.
4. یک پنکه را در فاصله تقریبا 3 متری از سازهی خود قرار دهید. مکانی که آن را قرار دادهاید با یک علامت مشخص کنید. دقت کنید که شما به تنظیم شدت باد پنکه و فاصله سازه از پنکه به میزان دلخواه خود (1 تا 5 متر) نیاز دارید. این میزان تغییر به شدت باد پنکه و سایر متغیرهایی دارد که در این آزمایش مد نظر شماست. دقت کنید که به هیچ وجه فواصلی که تعیین کردهاید در مدت زمان آزمایش تغییر نکند. چون این مقدار جزو ثابتهای آزمایش شما است.
5. سازهای که طراحی کرده، ساختهاید را در محل علامتگذاری شده قرار دهید و پنکه را با بیشترین شدت روشن کنید.
6. این کار را برای تمام سازهها تکرار کنید. آنچه روی میدهد را در دفترچهی خود ثبت کنید. آیا سازه فرو میافتد (بله/خیر)؟ آیا سازه کج میشود (بله/خیر)؟ آیا سازه کاملا مقاوم است (بله/خیر)؟
7. کدام طراحیها بهتر در برابر باد عمل میکنند؟ شما باید سازهها را بر اساس عملکردشان طبقهبندی کنید و سپس خواهید توانست کاربردهای واقعی را برای هر یک از سازههای خود مشخص نمایید. آیا میتوانید از بین سازههایی که آزمودهاید یکی را به عنوان سازهی مناسب برای خانه، پارک یا مدرسه پیشنهاد کنید؟ کدام سازه گزینه بهتری برای حل مشکل شما است؟ ایا میتوانید به عنوان بادشکن از سازهی خود در مکانهای مختلف استفاده کنید؟ چه اصلاحات دیگری را پیشنهاد میکنید؟
من منتظر نتایج و ایدههای جالب شما هستم.
(سوم راهنمایی تا دوم دبیرستان)
دو سال پیش یکی از شاگردان خوب من به نام خانم حانیه سادات حسینی یزدی، یک وسیله خیلی جالب با وسایل در دسترس و نسبتا ارزان قیمت ساخت که در انجمن فیزیک همان سال در شهر بابل هم آن را به نمایش گذاشت. وسیلهای که او ساخته بود یک دستگاه آبیاری قطرهای گیاه بود که میتوانست همزمان دو گلدان را آبیاری کند. به پیشنهاد حانیه سادات، میتوانستیم از این وسیله برای زمانی که به مسافرتهای کوتاه مدت میرویم استفاده کنیم. البته با تغییر ابعاد مخزن میشود برای سفرهای طولانی مدت هم از این وسیله برای آبیاری گیاهان سود برد.
برای ساخت این وسیله فقط به یک مخزن جامایعی پلاستیکی به گنجایش تقریبا ده لیتر، دو بسته لوله سرم بهداشتی، یک سه راهی T و وسایل درزگیری نیاز دارید. پس از آمادهسازی وسایل:
1. نخست باید انتهای مخزن جامایعی ده لیتری را سوراخ کرده، سه راهی T را به آن متصل نمایید. دقت کنید که اطراف آن کاملا درزگیری شود تا آب از کنارهی آن نشت نکند.
2. سر لولههای سرم را در ابتدای هر یک از بخشهای خروجی قرار داده، آن را محکم کنید.
3. متناسب با نوع گیاه و نیاز آن به آب، پیچ سرمها را تنظیم کنید تا به تدریج آب از آن خارج شود. انتهای لولهی سرم را در گلدانها قرار دهید.
4. مخزن را در ارتفاع مناسب نسبت به گیاه قرار دهید و پر از آب کنید.
دستگاه آماده است. شما هم امتحان کنید. البته حتما میتوانید با تغییراتی در آن کارآیی آن را افزایش دهید. منتظر نتایج تلاشتان هستم.
(دوم راهنمایی تا اول دبیرستان)
شما فقط به وسایل زیر احتیاج دارید:
1) دو بطری پلاستیکی: یکی بزرگتر و دیگری کوچکتر 2) ورقههای آلومینیمی 3) چسب 4) چاقو یا کاتر
خوب حالا دست به کار شوید:
1. اول سر و ته بطری بزرگتر را با کاتر یا چاقو ببرید. برای راحتی کار پیشنهاد میکنم، اول کاتر را گرم کنید، بعد خیلی راحت میتوانید بطری را ببرید. سر و ته بطری را دور نیندازید و نگهدارید.
2. یک عایق خوب مثل پشم شیشه یا هر چیزی که به نظر شما مناسب است را انتخاب کنید. (حتمن میدانید که عایقها موادی هستند که در مقابل انتقال گرما مقاومت میکنند، این مبحث در کتاب فیزیک اول دبیرستان به خوبی توضیح داده شده است)
3. قسمت بیرونی بطری کوچکتر رآ کاملا با آلومینیوم بپوشانید، این بطری محفظه داخلی فلاسک شماست. (چرا این کار را باید انجام بدهید؟ به تابش فکر کنید)
4. اگر از پشم شیشه استفاده کردهاید یک لایه از آن را دور بطری کوچکتر بپوشانید و بطری کوچکتر را داخل بطری بزرگتر قرار بدهید. البته توجه کنید که هر نوع عایقی که خواستید میتوانید استفاده کنید اما باید سعی کنید بین دو بطری کاملا از عایق پر شود. مطمئن شوید که هیچگونه فضای خالی بین دو بطری وجود ندارد. (چه عایقهایی را پیشنهاد میکنید؟)
5. سر و ته بطری بزرگ را در حالی که با عایق پوشاندید، به سر جای اولش بچسبانید. باز هم دقت کنید که همه ی قسمتهای بین دو بطری کاملا پر از عایق شده باشد.
6. فلاسک شما آماده است. آن را پر از یک چای گرم یا نوشابه خنک کنید و برای من بنوسید فلاسکی که ساختهاید تا چه زمانی دما را بدون تغییر نگه میدارد.
منتظر نتایج جالب و ایدههای جدید شما هستم