طرق إيجاد الأطفال مركز الثقل للأجسام

1999 أطفالنا والعلوم في المرحلة الابتدائية

KFAS

مركز الثقل للأجسام الفيزياء

يتصرف الجسم وكأن كل وزنه مركّز في نقطة واحدة، وهو ما يطلق عليه مركز الثقل، وموقع هذه النقطة سيحدد سقوط الجسم أو عدمه، فإذا كان مركز الثقل عموديا على قاعدة الجسم، فإنه سيكون مستقرا، وما أن يصبح مركز الجسم عموديا خارج القاعدة، فإن الجسم سينقلب.

ويستطيع الأطفال اكتشاف ذلك بأنفسهم، ولتحقيق ذلك يحتاج الأطفال في البداية لإيجاد مركز ثقل الجسم، واستخدام مادة (2D) سيسهل العمل كثيرا.. وطريقة سريعة لإيجاد ذلك باتزان مسطرة أو قطعة كرتون على إصبع أو حافة القلم الرصاص، فنقطة الاتزان هي مركز الثقل.

 وطريقة أخرى أكثر دقة هي باستخدام الفادن (وهي أداة مؤلفة من خيط في طرفه قطعة رصاص تستخدم لاختبار استقامة الجدار)، لعمل ذلك يجب إمداد الأطفال بكمية كبيرة من البطاقات ذات الأشكال المنتظمة وغير المنتظمة.

ويقوم الأطفال بعمل ثلاث ثقوب في كل منها، في أي مكان بالقرب من حواف البطاقة، ثم يضعون مسمارا في أحد الثقوب، ويعلق عليه الفادن الذي يتكون من حبل وفلكه (واشر)، ثم يرسم موضع الحبل على قطعة الكرتون (شكل 10-2 أ)، وعمل ذلك للثلاث نقاط، وحيث تلتقي الخطوط تكون نقطة الاتزان (شكل 10-2 ب)، ويستطيع الأطفال التحقق أن تلك النقطة هي نقطة الاتزان.

ويمكن بحث تأثير تغيير كتلة البطاقة، فما أن يتم إيجاد مركز الجاذبية، حتى يتم تثبيت قطعة من الصلصال أو الواشر بشريط لاصق شفاف على البطاقة (شكل 10-2 ج).. هل يمكن للأطفال تقدير المكان الجديد لمركز الجاذبية؟ ثم يمكنهم بعد ذلك اختبار تنبؤاتهم.

 

هذه الفكرة يمكن تطبيقها على بضائع السفن أو الصابورة (ثقل الموازنة) وهو (ثقل يستخدم في سفينة أو منطاد حفظا لتوازنها)، وفي هذه الحالة يستخدم شكل السفينة لإيجاد مركز الثقل فيها. وباستخدام ألواح للإماله، تمال السفينة حتى تصبح غير مستقرة، ويجب أن يلاحظ الأطفال أين يكون مركز الثقل في حالة عدم الاستقرار، ومحاولة وضع قاعدة تفسر متى يصبح الجسم غير مستقر (شكل 10-3).

ويمكن وضع ثقل إما من فلكة أو قطعة من الصلصال في مواقع مختلفة على محيط السفينة، ثم إيجاد مركز الثقل الجديد، وبعد ذلك اختبار نقطة عدم الاستقرار.. ويستطيع الأطفال استخدام هذه الملاحظات لإعداد نصيحة يسدونها لربان السفينة عند تحميل القارب بالبضائع.

إن الاستقرار ضروري جدا عند تصميم القوارب، وسوء تصميمها سيؤدي لانقلابها، ويمكن توضيح أهمية رافدة القص، وهي (عارضة رئيسية أو قطعة فولاذية تمتد على طول قعر المركب) لهذا الاستقرار، بتحميل قوارب مصنوعة من أكواب بلاستيكية أو علب المارجرين.. فكوب البلاستيك الخالي سيطفو على جانبه، وإذا أضاف الأطفال أثقالا صغيرة للكوب فسيلاحظون أنه كلما أضيفت الأثقال يصبح الكوب معتدلا، وهذا هو تأثير عارضة القص على القارب، وسيكتشف الأطفال أيضا من هذا النشاط أن تحميل الكوب بطريقة غير متساوية، أو زيادة تحميله سيجعله أكثر عرضة للانقلاب.

ويمكن تطوير استكشاف متشعب بتزويد الأطفال بمستطيلات من خشب البلزا، ومساطر مدرجة، بحجم القلم الرصاص تركب عليها كشراع، ويطلب منهم إيجاد أكثر الطرق الممكنة لجعل قاربهم غير مستقر، وقد يحاولون إمالة الشراع، أو جعل القارب أضيق أو أقصر، أو تغيير موقع الشراع، وما أن ينتهوا من عمل ذلك، فيمكنهم فرض مجموعة من الفروض، مثل أن القوارب الضيقة غير مستقرة لأن القاعدة صغيرة، ثم يمكن اختبار ذلك.

 

ونشاط آخر لحل المشكلة من أجل إثارة المناقشة عن الاستقرار، يتم بإعطاء الأطفال قارب جاهز يكون ضيقا بما فيه الكفاية، بحيث إنه بالرغم من طفوه معتدلا، إلا أنه سينقلب بسهولة عند النفخ عليه (شكل 10-4أ).

يمكن الطلب من الأطفال تطوير التصميم، وسيساهم في ذلك توفير صور عن اليخوت الحقيقية، حيث يمكن للأطفال إضافة رافدة قص ثقيلة (شكل 10-4ب)، أو تغيير القارب الى طوف. ففي الحالة الأولى هم يعملون على خفض مركز الثقل.

وفي الحالة الثانية يزيدون من حجم القاعدة لزيادة الاستقرار، وقد يكتشفون خلال أنشطتهم أيضا، أنه إذا لم يكن الشراع مركزيا بما فيه الكفاية، فإن من المحتمل انقلاب القارب، حيث إن وزن الشراع يسبب ابتعاد نقطة مركز الثقل عن المركز.

وبتمايل القارب على الماء، فمن المحتمل أن يتحرك مركز الثقل إلى ما بعد القاعدة، مما يسبب عدم استقرار القارب.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]