مشروع انعدام القوة لمركزية وانفلات الخيط للصف الحادي عشر

صنع كرة دوبلر الطنانة
كانت فكرتنا تعتمد على ربط جرس يصدر نغمة ثابتة بخيط يحركه شخص يقف داخل دائرة بطريقة دائرية، بينما يقف شخص آخر خارج هذه الدائرة. ينبغي أن يسمع الشخص الواقف في مركز الدائرة نغماً منتظماً، بينما يسمع الشخص الواقف خارجها طبقة صوتية تعلو وتنخفض. تعلو كلما اقترب الجرس وتنخفض كلما ابتعد.
يقوم الولد بجعل الجرس يدور فوق رأسه. ويسمع صوتاً ثابتاً بدون تغيير في طبقة الصوت.
تسمع الفتاة صوتاً ذا طبقة صوتية منخفضة أكثر من التي يسمعها الولد حين تتحرك الكرة مبتعدة عنها.
حين تقترب الكرة، تسمع الفتاة صوتاً ذا طبقة صوتية أعلى.

حين تقترب الكرة، تسمع الفتاة صوتاً ذا طبقة صوتية أعلى.
تستطيع أن تشاهد وتسمع ذلك بنفسك. اضغط على أي من الصورتين لتشاهد التجربة حية.

كيف صنعناها
وجدنا جرساً كهربائياً صغيراً تشغله بطارية قوتها الدافعة 9 فولت. وللسلامة، وضعنا الجرس والبطارية داخل كرة تنس. كان القصد هو منع تلف الأجزاء فيما لو اصطدمت الكرة بشيء ما. ولو كان هذا الشيء شخصاً، فهذا الإجراء سيمنع حدوث إصابات. وعلى الرغم من ذلك، فإذا أردتم صنع واستعمال هذا الجهاز، فعليكم أن تتأكدوا من خلو المكان من أي أشخاص أثناء التلويح بالكرة.
الأدوات:
• جرس كهربائي (وقد استعملنا نوع RadioShack 273-060 )
• بطارية بقوة 9 فولت
• موصل لبطارية 9 فولت
• كرة تنس
• خيط
• ربطة مطاطية
• شريط لاصق أو أنبوب انكماش حراري

ماذا فعلنا
1. قمنا بشق ما يقارب 3/1 الكرة باستعمال سكين صغيرة. ومقابل الشق صنعنا ثقباً صغيراً ليمر من خلاله الخيط. أدخلنا نهاية الخيط عبر الثقب وسحبناها خارج الكرة من خلال الشق. تركنا ما يقارب 20 سنتيمتراً من الخيط خارج الكرة من ناحية الشق، و حوالي 5 أمتار من ناحية الثقب..
2. باستعمال أداة تعرية الأسلاك، قمنا بإزالة 2 سم من المادة العازلة في نهايات الأسلاك المتصلة بكل من الجرس ومشبك البطارية.
3. وضعنا 2سم من أنبوب الانكماش الحراري على كل من أسلاك مشبك البطارية، ثم قمنا بلف أسلاك الجرس ومشبك البطارية معاً، الأسلاك الحمراء معاً والسوداء معاً.
4. قمنا بتغطية مكان اتصال الأسلاك بالقصدير، وقصصنا الأسلاك الزائدة ووضعنا أنبوب الانكماش الحراري فوق أماكن الاتصال المغطاة بالقصدير، التي وضعناها بعد ذلك من مسافة آمنة فوق لهب موقد الغاز لينكمش الأنبوب.
تحذير وقائي: يجب أن يتم وضع القصدير وتعريض أنبوب الانكماش الحراري للحرارة تحت إشراف شخص راشد. من الممكن تخطي هذه الخطوات وهذا لن يؤثر في عمل الجهاز. المهم هو التأكد من أن الأسلاك متصلة ببعضها البعض جيداً. قم بتغطيتها بالشريط اللاصق لعزلها بدلاً من استخدام أنبوب الانكماش الحراري.
5. لخطوة التالية كانت ربط نهاية الخيط الظاهرة من شق الكرة مع الجرس. يجب أن تكون العقدة محكمة وآمنة. للجرس الذي استخدمناه امتدادان يحتويان على ثقبين مناسبين لربط الخيط بهما..
6. بعد ذلك قمنا بربط البطارية مع الجرس بإحكام باستخدام الأربطة المطاطية.

7. حسناً.. جميع القطع الآن متصلة ببعضها.
8. الخطوة التالية كانت وضع الجرس والبطارية داخل الكرة بحيث كان الطرف المتصل مع البطارية باتجاه شق الكرة، وذلك لنتمكن من توصيل وفك مشبك البطارية بسهولة.
9. ولأن الكرة تضعف صوت الجرس قمنا بعمل ثقب في الكرة باستخدام سكين. هذا الثقب يساعد في توضيح صوت الجرس. كما أدخلنا الأسلاك الزائدة داخل الكرة من خلال الشق.
10. هذه هي خطوات صنع الجهاز! وانطلقنا بعد ذلك إلى الحديقة العامة لتجربته. ضغطنا زر البطارية لنشغل الجرس، ثم قمنا بتدوير الكرة الطنانة. المصور الذي التقط هذه الصورة سمع نغمة عالية ومنخفضة بينما سمع الشخص الذي دوّر الكرة نغمة ثابتة. ولو انتبه راكبو الدراجات والعداؤون لسمعوا أثناء مرورهم أيضاً صوتاً يعلو و ينخفض.

كيف تعمل

عندما يصدر المذياع صوتاً، ينتشر هذا الصوت في جميع الاتجاهات على شكل أمواج صوتية. يكون الهواء حول هذه الموجات مضغوطاً (يشار إليه بالدوائر الزرقاء)، أما الهواء بينها فيكون ضغطه طبيعياً (مشار إليه بالمساحات البيضاء). تتحرك هذه الموجات بعيداً عن المذياع بسرعة الصوت، وهي تقارب 122 كيلومتراً في الساعة وهذه سرعة عالية

و نتيجة لهذه السرعة يبدو للفتاة أن الصوت يصلها في اللحظة نفسها التي تدير فيها المذياع. لكن الواقع أن هناك فترة قصيرة جداً من الثانية، تحتاج إليها الموجة الصوتية الأولى لتصل إلى أذن الفتاة

ولحظة وصول الموجة الصوتية الأولى، يتتابع وصول بقية الموجات

تصل الموجات الصوتية إلى أذن الفتاة بالتردد نفسه الذي خرجت منه من المذياع. لنفترض أن بوقاً يعزف نغمة أ فوق ج المتوسطة، و ترددها 440 هيرتز، أو 440 دورة في الثانية. هذا يعني أن 440 موجة صوتية تغادر المذياع في الثانية، وتصل إلى أذن الفتاة بعد فترة زمنية قصيرة بمعدل 440 موجة في الثانية. وهكذا تسمع الفتاة النغمة الموسيقية الصحيحة.
و لكن ماذا لو كانت الفتاة تتحرك باتجاه المذياع؟ بما أنها تقوم بتقليل المسافة بين المذياع وأذنها، فإن على كل موجة صوتية أن تقطع مسافة أقصر من الموجة التي تسبقها، وبهذا تصل إلى أذن الفتاة في وقت أبكر من ذلك الذي كانت ستصل فيه لو لم تتحرك الفتاة. النتيجة هي أن عدد الموجات التي ستصل إلى أذن الفتاة كل ثانية يزيد قليلاً عن 440 موجة، و بهذا تكون طبقة الصوت أعلى من تلك التي يصدرها المذياع. إذا تحركت الفتاة مبتعدة، فإن كل موجة ستحتاج إلى وقت أطول بقليل لتصل أذنها، و بهذا تكون طبقة الصوت أخفض بقليل
انقر لتعرف المزيد
ما علاقة هذا بتوسع الكون؟
________________________________________

التعمق في الموضوع
اكتشف المزيد حول
تأثير كرة" دوبلر".