طرق تقوية المواد بالثني أو الطي

1999 أطفالنا والعلوم في المرحلة الابتدائية

KFAS

تقوية المواد بالثني أو الطي الفيزياء

تقاوم قطعة الكرتون الأفقية الانحناء عند دفع الجانبين المتقابلين معا في اتجاه أفقي، وما أن تبدأ بالانثناء، فانها سوف تنبعج للأعلى أو الأسفل..

وإذا طويت القطعة الكرتونية على هيئة زوايا قائمة على امتداد طولها فإن القطعة الناتجة لا يمكن ثنيها بعد ذلك بسهولة للأعلى أو الأسفل، مما يعني أنها قد زادت من صلابتها في جميع الجهات.

ويستخدم هذا المبدأ في كل الإنشاءات سواء كان المبنى أو التركيب مشيدا من الحديد الصلب أو الإسمنت أو الورق.. وباختبار التراكيب الورقية يستطيع الأطفال أن يكتشفوا كيف يمكن تقوية المواد بثنيها أو طيها.

وطرح المشاكل المتشعبة سيثير تفكير الأطفال حول طرق تقوية المواد، ولذلك يمكن الطلب إليهم استخدام الصمغ وورقة واحدة قياس (A4) لصنع جسر يمتد على مسافة مقدارها (2سم) بين قالبين من الخشب، يمكنه حمل ثقل كتلته 100 جرام، وستكون القواعد المتعددة من الخشب والطابوق دعامات جيدة.

 

ويمكن تنفيذ ذلك بقطع الورق إلى ثلاثة أشرطة طويلة، ولفها على شكل أنابيب أو طي الورق إلى ما يشبه الأكورديون.. وهناك نشاط مشابه، وهو الطلب إلى الأطفال استخدام ورقة (A4) أيضا وقطعة كرتونية مربعة لصنع أطول برج ممكن، بحيث يتحمل ثقل كتلته (1كجم).

وهناك عدة حلول تتضمن طي الورقة أو لفها، وإحداها هو لفها على شكل أسطواني، ثم تثبت القطعة الكرتونية في أعلاها ليتوزع عليها الثقل.

ويجب أن يدرك الأطفال أن فشل تراكيبهم سيوفر لهم معلومات جديدة فاذا لاحظ الأطفال مثلا مكان التواء التركيب أو انثنائه أو شده أو التوائه، فإنه يمكنهم محاولة طي الورقة لمقاومة تلك الحركة وكتاب المؤلف –  rebort john sey بعنوان  problem solving in school science يحوي أفكارا عديدة لبحث التراكيب الورقية بتوسع أكبر.

وبعد إتاحة الفرصة لابتكار طرق لتقوية الورق، يستطيع الأطفال تحليل وقياس التأثير المقارن للطرق المختلفة، ويمكن عمل ذلك بصنع جسور من الكرتون تمتد على فجوة عرضها 15 سم بين قالبي خشب من الإرتفاع نفسه، ويمكن أن تكون القطعة الكرتونية حوالي 4سمx20سم ثم تضاف الأثقال إلى كل تركيب حتى ينهار الجسر وتسجل النتائج في جدول كالموضح في شكل (11-7).

 

والأنابيب تمدنا بتراكيب أقوى من الأوراق المسطحة حيث انها تقاوم الليّ والثني في أي اتجاه، وضم الأنابيب بحزم سيوفر قوة أكبر، ويمكن إعطاء الأطفال (20) عودا من أعواد المصاص، ويطلب منهم تثبيتها معا بشريط لاصق لصنع جسر مسطح، ثم اختبار مدى تحمله للأثقال المختلفة حتى نقطة انهياره، ثم تقسم عشرون أنبوبة أخرى إلى حزمتين أو ثلاث تربط معا في حزمة واحدة برباط مطاطي، وتختبر بالطريقة ذاتها، وسيجد الأطفال أن لها قوة أكبر (شكل 11-8).

وعادة ما تصنع عواميد الدعامات بشكل أسطواني. ويستطيع الأطفال اختبار أشكال أنبوبية مختلفة، مربعة ودائرية ومثلثة، ومقاطع مستعرضة سداسية الأوجه، عن طريق وضع أثقال في أعلاها حتى تنهار، ويجب أن توضع الأثقال على مركز قطعة كرتونية مسندة في أعلى كل عمود لتوزيع الثقل عليه بالتساوي.

كما يجب أن يُصنع كل عمود من قطع كرتونية متساوية الحجم والسمك للتأكيد على ضبط التجربة.. وبنشاط مشابه يمكن دراسة القوة المقارنة للأقطار والأطوال المختلفة للعمود.. هذا النوع من النشاط سيساعد الأطفال على إدراك الحاجة لتغيير متغير واحد في التجربة المضبوطة.

وعلى سبيل المثال فإنه عند اختبار القوة المقارنة للأطوال المختلفة يجب الابقاء على قطر وشكل واحد لجميع العينات، وتستطيع مجموعات الأطفال تنفيذ تجارب مختلفة وتقديم تقرير عن نتائجهم لباقي الفصل.

 

الأنابيب شكل معروف من التراكيب التي تجمع بين كل من تقليل الوزن والقوة، وهي موجودة في العالم الطبيعي إلى جانب الأشياء الصناعية، فعظام اليد والساق الطويلة في الهيكل العظمي للإنسان مجوة لتكون خفيفة وقوية في الوقت نفسه، والأشجار والنباتات الاخرى تحوي العديد من الأنابيب في السيقان والأغصان التي لا تعمل على نقل الماء والغذاء فقط، بل إنها تمدها كذلك بالقوة، وأقراص النحل السداسية لها قوة حزم الأنابيب، وعندما تتراص تلك الأقراص السداسية تتضاعف قوتها.

وهناك العديد من الأمثلة على زيادة صلابة المواد في المدرسة والبيئة المحيطة، فمن الشائع رؤية العوارض الحديدية محنية على شكل زوايا قائمة، وإطارات الدراجات تستخدم طريقة الأنابيب لجعل الآلة خفيفة وقوية في الوقت نفسه، والكراسي البلاستيكية عادة ما تكون حوافها منحنية، والأسطل والعلب المنتظمة عادة ما تكون حوافها أكثر سمكا، وعلب العصير الكرتونية تستخدم نظام الثني والانحناءات في المادة لزيادة قوتها.. وتستخدم تقنية مشابهة في التنورة الطويلة عن طريق الحواشي الضيقة المطوية، أو جمع القماش أو طيه في طبقات.

وتعد دراسة الجسور طريقة مثالية لبحث توازن تأثير القوى المختلفة على الجسم، أو كيف أنه يجب أخذها بالإعتبار لتشييد بناء مستقر آمن.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]