المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 قطب نما (زنگ تفریح شماره ی 76)
قطب نما (زنگ تفریح شماره ی 76)زنگ تفريح فيزيك
میدان مغناطیسی و ساخت قطبنمای ساده

قطب نما







اشاره

آن‌چه با عنوان «چكيده» در اول مسابقه‌ها و زنگ تفريح‌ها مشاهده مي‌كنيد صرفاً مخصوص معلمان، مربيان، كارشناسان محترم آموزشي و ساير علاقه‌مندان است.



چكيده
اهداف آموزشي
 اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي – دانش
    - «دانش امور جزوي» > «دانش اصطلاح‌ها»
    - «دانش امور جزوي» > «دانش واقعيت‌هاي مشخص»
    - «دانش امور كلي» > «دانش نظريه‌ها و ساخت»
 اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي - توانايي‌ها و مهارت‌هاي ذهني
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تفسير»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «برون‌يابي»
    - فهميدن» > «ترجمه» > «درون‌ياب»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تحليل» > «تحليل عناصر»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تحليل» > «تحليل اصول سازماني»
    -«فهميدن» > «ترجمه» > «تركيب» >«تولید یک اثر بی همتا» 
 نتايج مورد نظر 
    -  جهت یابی
    - میدان مغناطیسی زمین
    - لایه های مختلف زمین
    - تولید میدان مغناطیسی در زمین
    - ساخت قطب نما
 محتواي آموزشي (سرفصل‌هاي المپياد جهاني)
    - میدان مغناطیسی زمین
    - انحراف محوری زمین

اصلاً مهم نيست بر روي زمين در كجا قرار گرفته باشيد! مي‌توانيد قطب نما را در دست گرفته و عقربه به سمت شمال مغناطيسي كه 5/23 درجه با قطب شمال جغرافيايي زمين اختلاف دارد، نشانه مي‌رود. چقدر عجيب! تصور كنيد وسط اقيانوس هستيد و و هرجا را كه نگاه مي‌كنيد فقط آب است و هوا هم ابري است و نمي‌توانيد خورشيد را ببينيد. از كجا مي‌توانيد راه خود را پيدا كنيد؟ مگر اين‌كه قطب نما داشته باشيد. خيلي قبل از اين‌كه ماهواره‌هاي GPS و فناوري ناوش (مساحي) اختراع بشوند، قطب نما راه ساده‌اي براي مسافران بود تا راه خود را پيدا كنند.

ولي چگونه اين كار امكان‌پذير است؟ و چرا براي پيدا كردن ميدان‌هاي مغناطيسي كوچك مناسب است. قطب نما ابزار بسيار ساده‌ايست. قطب نماي مغناطيسي (كه با قطب نماي ژيروسكوپي فرق دارد) شامل يك آهنرباي كوچك و سبك است كه با يك مفصل نقطه‌اي در تعادل قرار مي‌گيرد. آهنربا عموماً يك پيكان است. يك انتهاي پيكان اغلب با «N» و رنگي براي شمال نشانه‌گذاري شده است. روي سطحي صاف قرار مي‌گيرد و همه‌ي اين يعني قطب نما.

دليل اين‌كه قطب نما كار مي‌كند جالب‌تر است! فرض كنيد زمين ميله‌ي آهنربايي بزرگي در درون خود دارد. انتهاي شمالي آن قطب شمال را نشان مي‌دهد. مي‌توانيد فرض كنيد كه ميله‌ي آهنربايي قطب شمالش قطب جنوب را نشان مي‌دهد (شكل2). اگر فكر مي‌كنيد در همه‌جا به همين شكل است مي‌بينيد كه «جاذبه‌ي قطب مخالف» قانون آهنرباها است كه سبب مي‌شود پيكان قطب نما به سمت جنوب ميله‌ي آهنربا نشانه رود. بنابراين نقاط آهنربا به سمت قطب شمال است.


شکل 2 - قطب مغناطیسی


برای این که خیلی دقیق باشیم، میله ی آهنربا نباید دقیقاً در امتداد محور چرخش زمین باشد. تقریباً در امتداد محور اریب شده است. این اریب «میل» یا زاویه ی انحراف مغناطیسی نام دارد و بهترین نقشه ها میزان انحراف مناطق مختلف است (میزان تغییرات بستگی به این دارد که کجای سیاره باشید).

میدان مغناطیسی زمین در روی سطح بسیار ضعیف است. بعد از همه ی این ها سیاره ی زمین تقریباً 80000 میال قطر دارد (حدود 12000 کیلومتر)، و بنابراین میدان مغناطیسی باید راه طولانی را برای این که بر روی قطب نمای شما اثر داشته باشد، طی کند. به همین دلیل است که قطب نما نیاز به آهنربایی با وزن بسیار کم و مفصل غیر اصطکاکی دارد. از طرف دیگر این میدان مغناطیسی آن قدر قوی نیست که سوزن را حتی تحت تأثیر خود قرار دهد.


شکل 3 - آناتومی زمین


میله ی آهنربایی در هسته ی زمین علت اصلی ایجاد میدان مغناطیسی زمین است ولی بدیهی است که این اتفاقی نیست که دقیقاً می افتد. بنابراین چه اتفاقی می افتد؟

هیچ کس دقیقاً نمی داند، ولی نظریه ای نسبتاً پذیرفته شده هست که تا حدودی پاسخگوی اثرات میدان زمین است. همان طور که دیدیدتصور بر این است که هسته ی زمین شامل مقدار زیادی آهن مذاب (قرمز) است. ولی در مرکز هسته فشار آن قدر بالاست که آهن ابرداغ بلور تشکیل داده و جامد می شوند. همرفت دلیل گرای تابش شده از هسته در امتداد چرخش زمین است؛ به همین دلیل آهن مایع به صورت چرخشی در لایه ی بالایی ظاهر می شود. دانشمندان بر این باورند که این نیروهای چرخشی در لایه آهن مایع نیروی مغناطیسی را حول محور چرخش سبب می شود.

به همین خاطر میدان مغناطیسی زمین ضعیف است و قطب نما چیزی جز آشکار سازی برای میدان مغناطیسی ضعیف توسط هر چیزی نیست. می‌توانیم با این اثر میدان مغناطیسی ضعیفی را که توسط سیم حامل جریان بوجود می آید، آشکار سازی و اندازه گیری کنیم.



برای خود قطب نما بسازید

اگر قطب نما ندارید می توانید یکی از آن ها را برای خود بسازید. شما باید از روش مردمان صدها سال پیش استفاده کنید. برای این کار نیاز به اقلام زیر دارید:

1.

سوزن یا هر قطعه استیل سیم مانند.

2.

چیزی که مانند چوب پنبه، تکه پلاستیک یا در قوطی های شیر که روی آب شناور بماند.

3.

یک بشقاب با قطر 23 تا 30 سانتی متر. که در آن آب تا ارتفاع 2.5 سانتی متر در آن قرار داشته باشد.

 

قدم اول آهنربایی کردن سوزن است. راحت ترین راه این است که آن را با یک آهنربای دیگر به آهنربا تبدیل کنیم. (10 تا 20 بار آهنربا را از نزدیک آن عبور دهید؛ شکل 4).


شکل 4 -  ساختن ساده ی آهنربا (1).

اگر در خانه آهنربا ندارید، دو منبع دیگر هم هست که می توانید از آن ها استفاده کنید: درباز کن قوطی کنسرو و یک آهنربای الکتریکی که می توانید برای خودتان بسازید.

قطعه شناور را در وسط بشقاب روی آب قرار دهید (شکل 5).

 

شکل 5 - ساختن آهنربا (2).



این شناور راهی است راحت برای به وجود آوردن یک مفصل بدون اصطکاک. سوزن را در مرکز شناور قرار دهید. به آرامی به سمت شمال جهت گیری می کند. حالا شما یک قطب نما دارید!


قطب نمای ژیروسکوپی

قطب نمای مغناطیسی شبیه بالا، در سفرها یا حرکت بخصوص برای دریانوردان مشکلات متعددی به همراه دارد. باید تراز شود و حرکت های آرامی را در چرخش صفحه ی اصلی قطب نما داشته باشد. به دلیل این کجی یا تمایل، بیشتر کشتی ها و هواپیما ها از قطب نماهای ژیروسکوپی استفاده می کنند.

یک ژیروسکوپ چرخشی اگر در یک قالب قرار گرفته و به سمت بالا بچرخد جهت آن حفظ شده و در حرکت یا چرخش هم به سمت همان نقطه ی شمالی جهت گیری می کند. در قطب نمای ژیروسکوپی این تمایل با قطب نمای مغناطیسی قابل مقایسه است.

در شروع سفر محور قطب نمای ژیروسکوپی با استفاده از قطب نمای مغناطیسی به عنوان مرجع به سمت شمال جهت گیری می کند. موترو داخل آن باعث چرخش اش می شود، بنابراین همچنان به سمت شمال باقی خواهد ماند و حتی با تکان ها و حرکت های شدید قایق ها دقیقاً حفظ می کند. قطب نمای ژیروسکوپی خطای نمونه ی مغناطیسی اش را تصحیح می کند.

1387/4/5لينک مستقيم

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1394/7/13
مـتـن : چرا قسمت رنگي قطب نما شمال را نشان مي دهد
پاسـخ : بالاخره بايد يک جهت رو به عنوان نماد انتخاب کنند که بدوني سمت ديگر قطب نما چه درجه اي رو نشون ميده. و اون بخش رنگي يکي از قطبهاي آهنرباست در واقع. به اين ترتيب متوجه ميشي کدام قطب، قطب مخالف زمين رو جذب کرده.

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1389/5/1
مـتـن : چرا یک قطب نما همیشه سمت شمال را نشان می دهد؟
پاسـخ : به دليل دو قطبي بودن ميدان مغناطيسي و جذب قطب مثبت و منفي. كتاب دوره‌ي درسي فيزيك در متن هم اشاره شده

فرستنده :
فائزه HyperLink HyperLink 1387/9/28
مـتـن : اینکه کاری ندارد خورشید همیشه سمت جنوب است پس آنطرف سوزن که با خورشید همسویی دارد طرف جنوب و سمت دیگر شمال است در شب هم میشه از ماه استفاه کرد.
پاسـخ :فائزه جان ممنون.
ما اينجا فقط راجع قطب نما گفتيم يعني راه‌هاي مختلف رو جهت يابي كه فقط محدود به مغناطيس يا آسمان نميشه. جهت يابي به روش ايرانيان هم مرسوم بود. يعني ستارگان!

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1387/4/17
مـتـن : اين كار مستلزم آن است كه شما شمال را تا حدودي بدانيد در كجا قرار دارد چون نمي توان گفت كه سر سوزن شمال است يا ته سوزن.
پاسـخ : نه! وقتي آهنرباي ديگه اي داري خيلي راحت متوجه مي‌شي كه كدوم سر سوزن Nو كدوم S! اين روش رو از قرون 18-17 به اين طرف استفاده مي كردند. اگر قرار بود حتي حدودي بدونند كه شمال كجاست مشكل با درصد خطايي حل بود!

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1152
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1152