الاکلنگ خودکار

هم‌نشینی با علم > یک تجربه > الاکلنگ خودکار

تاریخ انتشار: ۲۵ دی ۱۳۹۹

problem

این آزمایش را تکرار کنید تا ببینید چطور شمع‌ها خود به خود بالا و پایین می‌روند.

دست به کار شوید!

۱

این وسایل را آماده کنید:

  • دو لیوان مشابه و با ارتفاع یکسان
  • یک سوزن
  • دو شمع کوتاه با طول مساوی
  • فندک یا کبریت
  • نوار چسب
  • سینی فلزی یا ورقه‌ی آلومینیم

۲

دو شمع کوتاه را با نوار چسب به هم وصل کنید طوری که فتیله‌ی آن‌ها بیرون باشد. می‌توانید آزمایش را با یک شمع بلند هم انجام بدهید.

۳

سوزن را از بین دو شمع رد کنید. اگر از شمع بلند استفاده می‌کنید سوزن را گرم کنید و از وسط شمع رد کنید.

۴

حالا دو سر سوزن را روی لبه‌ی دو لیوان‌ بگذارید طوری که شمع بین دو لیوان معلق باشد. برای احتیاط لیوان‌ها را روی ورقه‌ی آلومینیومی یا روی سینی‌ای فلزی بگذارید.

۵

شمع‌ها را روشن کنید.

کمی صبر کنید. چه می‌بینید؟ به پارافین‌های چکیده روی میز توجه کنید.
چه می‌شود که شمع ها تاب می‌خورند؟

یک بار دو سر شمع را هم‌زمان روشن کنید. این بار چه می‌شود؟

در ابتدای آزمایش طول یکی از شمع‌ها را کوتاه کنید و بعد روشن‌شان کنید. آیا باز هم این الاکلنگ تاب می‌خورد؟ کمی صبر کنید و تماشا کنید.

توجه: مراقب اشک‌های شمع‌ها باشید، وقتی می‌چکند خیلی داغ هستند و شاید به سطحی که آزمایش را روی آن انجام می‌دهید ‌آسیب بزنند. حتماً سطحی نسوز زیر لیوان‌ها و شمع‌ها بگذارید.

چطور اتفاق افتاد؟

یک بار دیگر به آنچه دیدیم دقت کنیم. اول یکی از دو شمع را روشن کردیم و بعد شمع دیگر را. تا مدتی شمع‌ها در تعادل بودند و بعد کم‌کم شمعی که زودتر روشن کرده بودیم، بالا رفت و شمعِ سر دیگر پایین آمد و شروع به چکیدن کرد، بعد از مدتی این شمع بالا رفت و سر دیگر پایین آمد و باز این اتفاق تکرار شد. حالا ببینیم در هر کدام از این مراحل چه اتفاقی افتاد.

وقتی شمع می‌سوزد پارافین شمع با واکنشی شیمیایی به گاز تبدیل می‌شود. پارافین ترکیبی است که از نفت به دست می‌آید و در خود کربن دارد. وقتی شمع می‌سوزد کربن موجود در پارافین با اکسیژن هوا ترکیب می‌شود و به صورت گاز کربن دی‌اکسید به هوا می‌رود. در این واکنش آب هم تولید می‌شود که به شکل بخار آب به هوا می‌رود. هم‌چنین بخشی از پارافین با گرم شدن مایع می‌شود و می‌چکد.

 

در لحظه‌ی ابتدایی آزمایش وزن دو شمع و طول آنها در دو طرف سوزن با هم برابر است. شمع‌ها به‌تدریج می‌سوزند و بخشی از جرم خود را به صورت گاز یا چکیدن پارافین مایع از دست می‌دهند. آن شمع که زودتر روشن شده بود زودتر جرم از دست می‌دهد و سبک‌تر می‌شود و در نتیجه وزن شمع طرف دیگر از آن بیشتر خواهد بود. نیروی وزن، طرف سنگین‌تر را پایین می‌آورد و تعادل به هم می‌خورد.

از طرفی چون هوای گرم بالا می‌رود، شعله همیشه رو به بالاست. درنتیجه شعله‌ی شمعی که پایین قرار دارد و کج شده است، به شمع می‌خورد و آن را بیشتر آب می‌کند و شمع بیشتر چکه می‌کند. در اثر چکه کردن، شمع جرم از دست می‌دهد و سبک می‌شود. این بار وزن سر دیگر بیشتر است و نیروی وزن آن را به پایین می‌کشد. باز این سر چکه می‌کند و این اتفاق تا تمام شدن شمع‌های دو سر، ادامه دارد.

اگر دو شمع را هم‌زمان روشن کنید، همزمان به یک اندازه جرم از دست می‌دهند و هیچ‌کدام زودتر پایین نمی‌روند مگر اینکه ضربه‌ی کوچکی به یکی از دو طرف آن بزنید تا تعادل به هم بخورد. وقتی از ابتدا یک سر شمع را کوتاه می‌کنید، آن سر دیگر که بلندتر است سنگین‌تر است و از ابتدا که روشن شد پایین می‌ماند تا اینکه به تدریج بسوزد و وزن از دست بدهد و سبک شود. آن وقت وزن طرف دیگر بیشتر خواهد بود و پایین می‌آید.

جالب است بدانید…

در این آزمایش با شمع‌ها الاکلنگی ساختیم که خود به خود کار می‌کند. البته این شمع‌ها فقط شبیه الاکلنگ هستند و روش کار آنها به کل با الاکلنگ‌هایی که در پارکها دیده‌ایم متفاوت است. خوب است اینجا کمی از روش کارکرد آن‌ الاکلنگ‌ها هم بگوییم. الاکلنگ‌ها‌ نمونه‌های از ماشین‌های ساده‌اند. ماشین‌های ساده وسایلی‌اند که برای ساده کردن کارها می‌سازیم. با الاکلنگ می‌توانید یک آدم هم‌وزن خود را بلند کنید و یک متر بالا ببرید، کاری که همین‌طوری و بدون کمک الاکلنگ شاید غیرممکن باشد.

الاکلنگ میله‌‌ای است که روی پایه‌ای تکیه‌ دارد و با قرار دادن دو جسم در دوطرف آن، بالا و پایین می‌رود. معمولاً این پایه را تکیه‌گاه می‌نامند. وقتی کسی در یک طرف الاکلنگ می‌نشیند زمین با نیروی وزن آن را پایین می‌کشد. هر طرف که وزن بیشتر باشد آن طرف پایین‌تر می‌آید. کسی که پایین‌تر است پای خود را به زمین می‌زند و با این ضربه به بالا می‌رود و فردی که در طرف دیگر است پایین می‌آید و باز به زمین ضربه می‌زند و بالا می‌رود. شاید تجربه دارید در الاکلنگ‌سواری اگر یکی از دو نفر سنگین‌تر باشند کار سخت می‌شود و آن طرف سنگین‌تر همیشه پایین می‌ماند و فرد سنگین‌تر باید ضربه‌ی محکم‌تری بزند تا بالا برود.

 

اگر وزن دو نفر در دو طرف الاکلنگ باهم برابر باشد می‌توانید کاری کنید که الاکلنگ باز هم بالا و پایین برود. برای این کار کافی است کمی روی میله جابه جا شوید و به طرف تکیه‌گاه بروید. در واقع دو چیز در بالا و پایین رفتن الاکلنگ مهم است: اینکه نیرویی که به دو سر میله وارد می‌شود چقدر است و دیگر اینکه محلی که به‌ آن نیرو وارد می‌شود در چه فاصله‌ای از تکیه‌گاه قرار دارد. اگر کسی که وزن بیشتری از شما دارد نزدیک‌تر به تکیه‌گاه بنشیند شما می‌توانید سر دیگر الاکلنگ بنشینید و او را بالا ببرید.

وقتی با کمک میله‌ای سنگی بزرگ را از زمین بلند می‌کنید باز اتفاقی مشابه با الاکلنگ می‌افتد. سعی می‌کنید میله را روی سنگی کوچک تکیه بدهید. طرف کوتاه‌تر میله را زیر سنگ می‌گذارید و طرف بلندتر میله را با دستتان فشار می‌دهید. به این ترتیب با نیرویی کمتر از وزن سنگ می‌توانید سنگ بزرگی را بلند کنید، کافی است میله را طوری روی تکیه‌گاه بگذارید که در طرفی که شما نیرو وارد می‌کنید طول میله بیشتر باشد. به این میله اهرم نیز می‌گویند.