مفاهیم کلیدی:
گرانش/ اصطکاک/ لختی (قانون اول نیوتن)
مقدمه:
آیا تا به حال دیده‌اید یک شعبده باز سفره ای را به سرعت از روی میز بکشد به طوریکه تمامی اجسام سر جای خود باقی بمانند؟ این حقه اصلا جادو نیست! و در اصل علم است! و شما میتوانید با استفاده از همین قوانین (بدون شکستن هیچ ظرفی) سکه ای را به درون یک ظرف کوچک بیندازید.
یک سکه که بر روی کانتر آشپزخانه قرار دارد به تنهایی حرکتی ندارد مگر اینکه شما یا فرد دیگری آن را حرکت دهید. اگر به آرامی آن را هُل دهید سکه به کدام طرف حرکت می‌کند؟ اگر از ارتفاع چند سانتی آن را رها کنید چه اتفاقی می‌افتد؟ سکه مانند بسیاری از اجسام صلب عمل کرده و تا زمانی که به آن نیرویی وارد نشود بی حرکت باقی می‌ماند. اما آیا می‌توان شی را در حالی که ساکن است به جایی که می‌خواهید ببرید؟ مثل یک شعبده باز با انداختن یک سکه از نقطه تعادلش به درون یک ظرف کوچک- گرانش در این کار به شما کمک می‌کند.
پیش زمینه:
کلید حقه مشهور سفره یعنی سرعت، برای این فعالیت نیز بسیار حیاتی است. به کمک یک حرکت سریع و صاف، شما بر اصطکاکی که بین کاغذ و سکه وجود دارد، غلبه می‌کنید. حرکت سریع به گرانش این شانس را می دهد که بر لختی و اصطکاک غلبه کند.
لختی، توسط آیزاک نیوتن توضیح داده شد و امروزه به عنوان قانون اول حرکت نیوتن شناخته میشود. این قانون می‌گوید که یک شی در حال سکون، ساکن می‌ماند (و شی در حال حرکت در حرکت می ماند) تا زمانی که نیرویی دیگر به آن وارد شود، مانند گرانش- یا شما!
اقلام لازم:
- سکه
- بطری یا ظرف با دهانه ی کوچک (بزرگتر از سکه اما نه خیلی بزرگ)
- کاغذ یادداشت یا تکه کاغذ دیگری به ابعاد 7.5 در 12.5 سانتی‌متر
- قیچی
- چسب
- مداد یا خودکار
- آب (اختیاری)
آماده سازی:
- به آرامی کاغذ را در جهت طولی (عمودی بالا تا پایین) کاغذ به پهنای حدود 2 سانتی‌متر ببُرید.
- دو طرف کاغذ را بهم بچسبانید بطوریکه به شکل حلقه ای در بیاید که در بالای دهانه ی ظرف شما در تعادل قرار بگیرد.
- اگر مخزن شما به اندازه کافی سنگین نیست که به طور خودبه خود ثابت باقی بماند بخشی از آن را با آب پر کنید.
- حلقه کاغذی را بر روی دهانه ی ظرف طوری متعادل کنید که مرکز آن به سمت شما باشد.
- سکه را در بالاترین نقطه حلقه کاغذی و دقیقا در بالای دهانه ی ظرف قرار دهید.
روش:
- آیا میتوانید سکه را بدون استفاده دست به درون ظرف بیندازید؟
- مداد یا خودکار را به صورت افقی درون حلقه قرار دهید. به آرامی حلقه را بکشید. برای سکه چه اتفاقی می‌افتد؟
- دوباره حلقه و سکه را بر روی ظرف قرار دهید.
- اینبار حرکت سریع را امتحان کنید: مداد یا خودکار را درون حلقه قرار دهید و حلقه را سریع بکشید (مراقب نوک تیز مداد یا خودکار باشید). اینبار سکه کجا رفت؟ آیا نزدیک‌تر یا داخل ظرف افتاد؟
- اگر سکه درون ظرف نیافتاد ببینید چقدر نزدیک‌تر نسبت به زمانی که به آرامی کشیدید افتاده؟ و این حرکت را چند بار امتحان کنید.
- کمترین سرعتی که می توانید حلقه را بکشید و سکه را درون ظرف بیاندازید چقدر است؟
فراتر:
- چه اتفاقی می افتد زمانی که حلقه کاغذی کوچکتر یا بزرگتر استفاده می‌کنید؟
- سعی کنید این کار را با مدل حقه سفره شعبده بازان انجام دهید. یک صفحه کاغذ صاف را روی دهانه ظرف قرار داده و سکه را روی آن بگذارید. با سریع ترین حالتی که میتوانید کاغذ را بکشید. آیا سکه درون ظرف می افتد؟
مشاهدات و نتایج:
به نظر شما چرا زمانی که حلقه را سریع کشیدید با زمانی که به آرامی کشیدید نتیجه متفاوت بود؟
سکه به تنهایی حرکتی نمی‌کند و از قوانین فیزیک تبعیت می‌کند. زمانی که حلقه در حال سکون قرار دارد و یا به آرامی کشیده میشود، مدت بیشتری بر روی حلقه می‌ماند زیرا اصطکاک به ماندن بر روی کاغذ کمک می‌کند. سپس گرانش غلبه می‌کند و سکه می‌افتد. اما زمانی که سریع کشیده میشود اصطکاک فرصتی برای کشیدن سکه پیدا نمی‌کند. در عوض سکه ساکن می‌ماند و به دلیل نیروی گرانش، مستقیم به پایین می‌افتد.
منبع: Scientific American
