جستجو بر اساس تاريخ مطلب
 مطالب پیشنهادی
  فیزیک ورزش‍های توپی
فیزیک ورزش‍های توپیمشاهده‌ي علمي
مفاهیم کلیدی: فیزیک، حرکت، گرانش، مقاومت هوا، زاویه‌ها
مشاهده علمی ۲۲۰
 
 
یک فعالیت علمی ورزشی از دوستداران علم:  توپی که شما پرتاب می‌کنید تا کجا می‌تواند برود؟
 
مقدمه:
آیا تا به حال در بازی فوتبال یک پاس بلند در طول زمین را دیده‌اید که در نهایت به گل زدن و برد تیم منتهی شود؟ آیا دیده‌اید که در بازی والیبال بازیکن توپی را تا مسافتی طولانی پرتاب می‌کند؟ و یا دروازه‌بان‌هایی که هنگام شروع مجدد بازی فوتبال توپ را به زمین حریف پرتاب می‌کنند؟ در همه‌ی این موارد بازیکن سعی دارد توپ را با دست یا پا تا جایی که ممکن است به دورتر پرتاب کند. قوانینی علمی در پشت این پرتاب‌ها وجود دارد. برخی اوقات تمام نتیجه به زاویه‌ی پرتاب بستگی دارد. زاویه‌ی پرتاب است که تعیین می‌کند ضربه تا چه مسافتی می‌تواند توپ را به جلو حمل کند. آیا شما می‌توانید یک توپ را به شکلی پرتاب کنید که تقریباً موازی با زمین باشد؟ یا توپ را در هوا پرتاب کنید تا مستقیم به بالا برود؟ ضربه‌ای میان این دو چطور؟ فعالیت علمی امروز را دنبال کنید تا اطلاعات جالبی درباره‌ی پرتاب بیاموزید!
 
 
پیش‌زمینه:
هنگامی که شیئی را پرتاب می‌کنید، خواه با دست و یا با پا، به این شی «پرتابه» می‌گویند. مطالعه‌ی نحوه‌ی حرکت پرتابه در هوا را نیز «حرکت پرتابی» می‌نامند. هنگامی که یک پرتابه را به هوا پرتاب می‌کنیم، یک سرعت اولیه (سرعت و جهت هنگام پرتاب) دارد. وقتی جسمی را به هوا پرتاب می‌کنیم، به آن نیروی گرانش وارد می‌شود. به همین دلیل به سمت زمین برمی‌گردد. همچنین به پرتابه نیروی مقاومت هوا وارد می‌شود. به همین دلیل به آرامی به زمین نزدیک می‌شود. 
 
 
اگر مقاومت هوا بسیار کم باشد، پرتابه به شکل یک سهمی حرکت می‌کند (سهمی یک منحنی ریاضیاتی است، می‌توانید با جستجو در اینترنت شکل سهمی را بینید). مسیری که توپ می‌پیماید، تعیین می‌کند که توپ قبل از برخورد با زمین چه مسافتی را طی خواهد کرد. 
 
تنظیم و دانستن زاویه‌ی پرتاب توپ و ثابت نگه داشتن سرعت اولیه‌ی پرتاب آن، یکی از راه‌هایی است که می‌توان مسافت پیموده شده قبل از برخورد با زمین را دریافت. در این فعالیت شما توپی را با تمام توان خود در زاویه‌های مختلف نسبت به زمین پرتاب می‌کنید. به نظر شما، توپ با چه زاویه‌ای بیشترین مسافت را طی می‌کند؟ 
 
 
 
مواد و وسایل لازم:
توپ ورزشی انتخابی خودتان (توپ تنیس، توپ والیبال، توپ فوتبال یا ...) 
محوطه‌ی باز و بزرگ برای پرتاب توپ
سه جسم مختلف برای علامت‌گذاری محل برخورد توپ با زمین (مانند سه شاخه چوب، سه عصا و یا سه تکه سنگ)
دستیار
 
آماده‌سازی:
مطمئن شوید که فضایی بزرگ و باز برای پرتاب در اختیار دارید و در این فضا افراد تردد نمی‌کنند و جسم دیگری وجود ندارد. 
کمی بدنتان را کش‌وقوس بدهید و آن را گرم کنید. قرار است در این فعالیت علمی جنب وجوش زیادی داشته باشید! 
نقطه‌ای را برای ایستادن خودتان و پرتاب توپ انتخاب کنید. این نقطه را علامت گذاری کنید تا محل پرتاب توپ دقیقاً معلوم باشد. 
جهتی را برای پرتاب توپتان انتخاب کنید. اگر باد می‌وزد، جهت پرتاب باید موافق با جهت وزش باد باشد. 
به نظر شما پرتاب با چه زاویه‌ای منجر به طی شدن مسافت بیشتری توسط توپ می‌شود؟ زاویه‌ی بسیار تند، قائم یا متوسط؟
 
 
 
روش کار: 
توپ خود را با بیشترین قدرتی که می‌توانید پرتاب کنید. پرتاب شما باید تقریباً موازی با زمین باشد. یعنی زاویه‌ی اولیه‌ی پرتاب بسیار کوچک باشد. اگر با اندازه‌گیری زاویه آشنایی دارید، سعی کنید پرتابی با زاویه‌ی ۱۵ درجه داشته باشید. به نظر شما این پرتاب، پرتاب خوبی است؟ آیا توپ مسافت زیادی را طی می‌کند؟
 
از دستیار خود بخواهید با وسیله‌ای مانند یک تکه سنگ یا گچ محل اصابت توپ با زمین را علامت گذاری کند. 
 
همین پرتاب را برای دو مرتبه‌ی دیگر با همین زاویه تکرار کنید. این دو بار هم توپ را با همان شدت قبلی پرتاب کنید تا سرعت اولیه‌ی پرتاب‌ها تقریباً یکی باشد. دستیارتان مجدداً نقاط فرود را علامت گذاری کند. به نظر شما چرا باید هر پرتاب را چندین بار تکرار کرد؟
 
حال پرتاب را با زاویه‌ی ۴۵ درجه تکرار کنید. زاویه‌ی 45 درجه یعنی تقریبا وسط زاویه‌ی بین بالای سرتان و زمین. دستیارتان باید با جسمی متفاوت محل فرود توپ را علامت بگذارد. این پرتاب را هم سه بار تکرار کنید و از حداکثر توان خود هنگام پرتاب بهره ببرید. میزان مسافت طی شده نسبت به حالت اول چه تغییری کرده است؟
 
حال پرتاب خود را با زاویه‌ی تقریباً قائم نسبت به زمین انجام دهید. توپ را مستقیم به هوا پرت نکنید، بلکه با زاویه‌ای نزدیک به قائم، مثلاً 75 درجه به سمت جلو پرتاب کنید. به نظر شما مسافت طی شده در این حالت چه تغییری می‌کند؟ پرتاب را چند بار تکرار کرده و با وسیله‌ای محل اصابت توپ با زمین را علامتگذاری کنید. 
 
حال نتایج آزمایش خود را با توجه به علامت‌ها تحلیل کنید. در کدام پرتاب‌ها، توپ بیشترین طول مسیر را طی کرده است؟ کدام پرتاب بهتر بود؟
 
اختیاری: آزمایش را با توپ‌های مختلف تکرار کنید. اندازه، وزن و شکل توپ چه تأثیری در مسافت طی شده‌ی آن دارد؟ کدام توپ بیشترین مسیر را می‌پیماید؟
 
اختیاری: آزمایش را تکرار کنید. این بار به جای پرتاب توپ با دست، از پا بهره برده و توپ را شوت کنید. آیا نتایج به دست آمده تغییر می‌کنند؟
 
 
مشاهده و نتیجه‌گیری:
در اغلب موارد شما مشاهده خواهید کرد که پرتاب 45 درجه‌ای بیشترین مسافت را پیموده است. هنگامی که توپ را با زاویه‌ای بسیار کوچک پرتاب می‌کنید، گرانش آن را به سمت زمین کشیده و در نهایت به سرعت به زمین می‌اندازد. این یعنی توپ قبل از پیمودن مسافت چندانی، سقوط می‌کند. هنگامی که توپ را با زاویه‌ی بزرگتری پرتاب می‌کنید، جهت سرعت اولیه بیشتر به سمت بالا خواهد بود، نه رو به جلو. به همین دلیل در حالت سوم هم توپ مسیر زیادی را طی نمی‌کند. 
 
بسته به اندازه‌ی توپ و میزان مقاومت هوایی که روی آن وارد می‌شود، ممکن است نتایج متفاوتی را مشاهده کنید. ممکن است توپی که مقاومت هوایی زیادی را تجربه می‌کند (مانند توپ ویفل، که یک توپ سوراخ‌دار و سبک است) دچار کاهش سرعت شده و نتواند مسیر طولانی را بپیماید. به همین دلیل شاید در پرتابی تحت زاویه‌ی بسته، بیشتر به جلو حرکت کند.
 
 

 منابع:

 

Scientific American

پرتاب چکش

می‌زنم زمین هوا میره؟

منجنیق

Science Buddies

Projectile Motion

1395/9/8لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 محتواي زنده مشاهده علمي

 فعاليت هاي علمي
 تماس با ما
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1731
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1731