تبیان

مقدمه:

آیا تا به حال با استفاده از قطب نما مسیریابی کرده اید؟ این ابزار می تواند برای جهت یابی در جنگل ها و سایر مناطق به هنگام کمپینگ مورد استفاده قرار بگیرد. قطب نماها بر پایه ی میدان مغناطیسی زمین کار می  کنند. در این فعالیت علمی شما یک قطب نما در خانه خواهید ساخت. فکر می کنید این قطب نمای خانگی چگونه کار خواهد کرد؟ فعالیت زیر را انجام دهید تا پاسخ این سوال را بیابید.

پیش زمینه:

هزاران سال است که مردم خاصیت مغناطیس را می شناسند. مغناطیس دلیل جاذبه یا دافعه میان دو آهنربا است. از این مفهوم استفاده های فراوانی می شود. برای مثال، یک جسم به دلیل کشیده شدن توسط نیروی مغناطیسی بالاتر سطح زمین شناور می ماند.

مفهوم مغناطیس در جهت یابی به ما کمک فراوانی می  کند. از آنجا که کره ی زمین دارای یک میدان مغناطیسی است، می توان با استفاده از یک قطعه ی کوچک دارای خاصیت مغناطیسی مانند سوزن که جهتی خاص یعنی شمال یا جنوب را نشان می دهد قطب نما ساخت.

با وجود اینکه پدیده ی مغناطیس چند هزار سال است که شناخته شده است، اولین قطب   نمای مغناطیسی به منظور جهت یابی بسیار دیرتر از آن زمان یعنی حدود هزار سال پیش ساخته شد (بین سال   های 1000 تا 1100 پس از میلاد). در این فعالیت علمی شما یک قطب نمای ساده خواهید ساخت. با این کار می توانید کمی از سختی کار افرادی که برای اولین بار قصد ساخت این وسیله را داشتند درک کنید! 

مواد و وسایل مورد نیاز

سوزن خیاطی فلزی

یک آهنربا (می توانید از آهنرباهای معمولی که روی یخچال می زنید استفاده کنید. همچنین می   توانید آهنرباهای قوی تری تهیه کنید. رایج ترین نوع آهنربا از جنس نئودیمیوم است که می توانید آن را خریداری کنید. استفاده از آهنرباهای بهتر سبب گرفتن نتایج دقیق تر می شود.)

انبردست

چوب پنبه

قیچی برای بریدن چوب پنبه 

یک فنجان، لیوان یا کاسه با سر پهن  آب

آماده سازی: 

در هنگام کار با آهنربا بسیار مراقب باشید، به خصوص اگر قصد دارید از آهنربای قوی در این آزمایش استفاده کنید. آهنربا را دور از آهنرباهای دیگر و دستگاه   های الکترونیکی از جمله کامپیوتر، تلفن همراه و تلویزیون نگه دارید.

برای استفاده از قیچی به منظور بریدن چوب پنبه و همین طور کار با سوزن حتماً باید یک بزرگتر در کنارتان باشد. 

روش کار:

آهنربا را حداقل پنج مرتبه روی سوزن خیاطی بکشید. (اگر در این فعالیت از آهنرباهای ضعیف استفاده می   کنید، لازم است حداقل ده بار این کار را انجام دهید.) دقت داشته باشید که جهت کشیده شدن آهنربا به سوزن در تمام این دفعات باید یکسان باشد. با این کار سوزن خاصیت مغناطیسی پیدا می   کند.

حال حدود یک  چهارم اینچ از انتهای چوب پنبه ببرید تا بدین ترتیب یک تکه ی دیسکی شکل با ارتفاع یک چهارم اینچ از آن داشته باشید.

تکه ی بریده شده ی چوب پنبه را روی یک سطح صاف قرار دهید. سپس با انبردست سوزن را از پهلو داخل آن فرو کنید و از سمت دیگر خارج کنید. سوزن باید طوری داخل دیسک چوب   پنبه قرار بگیرد که از هر دو طرف مقداری یکسان از آن بیرون باشد. 

به ارتفاع حداقل یک اینچ آب داخل یک لیوان یا کاسه با سر پهن بریزید.

دیسک چوب پنبه (همراه با سوزن) را روی سطح آب داخل کاسه یا لیوان قرار دهید. سعی کنید دیسک را در مرکز آب شناور و آن را از لبه   ی ظرف دور کنید. برای سوزن چه اتفاقی می   افتد؟ پس از توقف، سوزن در چه جهتی قرار می   گیرد؟

آیا قطب نمای خانگی شما درست کار می کند؟ استفاده از آن چه محدودیت هایی دارد؟

آزمایش های تکمیلی:

جهت شمال در موقعیت خود را شناسایی کنید. آیا سوزن قطب  نمای خانگی تان این جهت را نشان می دهد؟ (برای تعیین جهت شمال می توانید از یک قطب نمای دائمی، یک اطلس و یا نقشه ی گوشی های هوشمند تلفن استفاده کنید.)

یک آهنربا را به قطب  نمای خانگی تان نزدیک کنید. با نزدیک شدن آهنربا چه اتفاقی برای سوزن قطب نما می افتد؟ آهنربا تا چه فاصله  ای باید به سوزن نزدیک شود تا بتواند بر روی آن اثر بگذارد؟

اگر چند آهنربا با قدرت های متفاوت در اختیار دارید، سعی کنید چند قطب نما با استفاده از این آهنرباها برای مغناطیسه کردن سوزن بسازید. تفاوت این قطب نماها در عملکرد چیست؟

روش های دیگری نیز برای ساخت قطب نما با هزینه ی کم در منزل یا بیرون از منزل وجود دارد. برای مثال می توانید به جای چوب پنبه از یک برگ کوچک استفاده کنید و همراه با سوزن آن را روی آب قرار دهید. قطب  نمای ساخته شده از برگ چه تفاوتی با قطب نمای ساخته شده از چوب پنبه دارد؟ چه روش   های دیگری برای ساخت قطب نما به ذهنتان می رسد؟ 

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا سوزن قطب نمای خانگی تان در جهت قطب شمال و جنوب زمین قرار می گیرد؟  با کشیدن سوزن و آهنربا به هم، خاصیت مغناطیسی در سوزن ایجاد می شود و سوزن به یک آهنربای موقت ضعیف تبدیل می شود. از آنجا که آهنرباها با یکدیگر برهم کنش دارند (هم را جذب یا دفع می کنند)، سوزن با خاصیت مغناطیسی می تواند با میدان مغناطیسی زمین وارد برهم کنش شود. اگر چه میدان مغناطیسی زمین نسبتاً ضعیف است، واضح است که بر سوزن تأثیر می گذارد، زیرا سوزن داخل چوب پنبه شناور روی آب در حالت عادی می تواند آزادانه به هر سمتی بچرخد. زمانی که سوزن در جای خود متوقف می شود، قاعدتاً باید در امتداد میدان مغناطیسی زمین و موازی با محور شمال به جنوب قرار گرفته باشد. بدین ترتیب یک سر سوزن قطب شمال و سر دیگر قطب جنوب را نشان می دهد.  هر سر سوزن باید همواره یکی از قطب ها (شمال یا جنوب) را نشان دهد.

 می توانید آزمایش های بیشتری انجام دهید تا متوجه شوید به چه ترتیب همواره یک سر خاص از سوزن به سمت یک قطب مشخص (شمال یا جنوب) قرار می گیرد. 

منبع:    Make a Homemade Compass

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی

هدف کلی:
آشنایی با اعداد تصادفی، افزودن عکس و زمان

سرفصل های تئوری:
1. آشنایی با کنترل های Timer PictureBox, وRandom
2. قواعد نام گذاری
3. پروژه ی تام و جری  - بخش دوم

همانطور که در جلسه ی قبل دیدیم با استفاده از خصوصیت top و left براحتی توانستیم برچسب را با حرکت ماوس تغییر دهیم. و همچنین با ریختن مقادیر ماوس درون این برچسب ها، مکان ماوس در هر لحظه را روی label ها نمایش دادیم. در این جلسه می خواهیم این بازی را تکمیل کنیم.

افزودن عکس:

ابتدا می خواهیم عکس شخصیت های بازی را به برنامه اضافه کنیم، در صورتی که بخواهیم از تصویری جهت نمایش بر روی برچسب ها استفاده کنیم، کمی مشکل است زیرا کنترل برچسب برای این کارتعریف نشده است بنابراین باید ازکنترلی استفاده کنیم که مخصوص نمایش تصویر می باشد این کنترلpictureBox  نام  دارد.

کنترل PictureBox
از جعبه ابزار دو کنترلPictureBox  را بر روی فرم بکشید حال عکس های مورد نظر (تام و جری) با رفتن به خصوصیت Image آنها انتخاب کنید همچنین با انتخاب  پنجره خصوصیت  PictureBox خصوصیت sizemod آن را به StretchImage  تغییر دهید تا اندازه ی خود را با عکس درون خود انطباق دهند: (می توانید label های جلسه ی قبل را با کلیک روی آنها و زدن دکمه ی delete از کیبورد، حذف نمایید)

سپس به بخش کد نویسی بروید و دو خط داخل MouseMove را پاک کرده و دستورات زیر را جایگزین و برنامه را اجرا کنید و ماوس را تکان دهید.

private void Form1_MouseMove(object sender, MouseEventArgs e)
{
pictureBox1.Left= e.X;
pictureBox1.Top = e.Y;
}

قواعد نام گذاری:
یکی از چیزهایی که رعایت آن برنامه نویسی را خیلی راحت می کند نام َگذاری درست متغیرهاست، برای مثال در محیط ویندوز فرم، معمولا نام هر کنترل با حروف اختصاری که جنس متغیر را نشان می دهد شروع می شود و در ادامه عبارتی قرار می گیرد که توصیف کننده ی کاربرد کنترلر باشد، برای تمرین کردن این قواعد، در بخش properties مربوط به عکس Tom بروید، و مقدار خصوصیت name را برابر pb_Tom قرار دهید که به معنای این است که این کنترلر از جنس PictureBox است و حاوی عکس Tom، عکس جری را هم به همین صورت درست کنید، بعد از این کار درون تابع Form1_MouseMove را مشاهده کنید، خواهید دید که نام عکس ها در این تابع نیز به روز رسانی (update) شده است، این یکی از هنرهای یک محیط مجتمع مانند ویژوال است.

ادامه ی بازی:
حال می خواهیم مکان جری را به صورت رندوم تغییر دهیم، یعنی وقتی ماوس را حرکت می دهیم pb_Jeri  طوری تغییر کند که در محدود Form به صورت رندوم باشد، برای آشنایی با توابع رندم درسی شارپ ابتدا اعداد رندم را توضیح  می دهیم و سپس روش تولید اعدادتصادفی درسی شارپ را بررسی کنیم.

اعداد تصادفی:
اعداد تصادفی (random) به اعدادی می گوییم که دنباله ای از قبل مشخص شده نداشته باشند و با داشتن چندتای آنها نتوان عدد بعدی را حدس زد، تولید عدد تصادفی به صورت کلی با هدف غیر قابل پیش بینی کردن قسمت های مختلف برنامه است.
در زبان سی شارپ کلاسی وجود دارد به نام Random که ما می توانیم با تعریف یک شی از متدهای داخل آن استفاده کنیم این کلاس متدی به نام Next دارد که برای دریافت عدد تصادفی است. برای ایجاد عدد تصادفی  لازم است  ابتدا  از کلاس Random در سی شارپ یک آبجکت بسازیم. بنابر این با ایجاد آبجکت رندوم به صورت زیر در همان mousemove  کد مورد نظر را بنویسید:

نکته: با استفاده از مقادیر this.Height و this.Width  مقدار تولید اعداد تصادفی را در بازه ی صفر تا اندازه طول و عرض فرم تنظیم کرده ایم.(با استفاده از this می توانیم به خصوصیات فرم دسترسی داشته باشیم)
با اجرای برنامه به یک مشکلی برخواهید خورد، زمانی است که ماوس را تکان می دهیم، pb_Tom با حرکت ماوس تغییر می کند اما همزمان pb_Jeri نیز با هر تغییر ماوس یک عدد تصادفی تولید می کند و تغییر مکان می دهد و این طوری گربه هرگز موفق به گرفتن موش نخواهد شد؟
برای حل این مشکل می توانیم از زمان استفاده کنیم و تنها در زمان های مشخصی مکان موش را تغییر دهیم.

کنترل timer:
کنترل timer فراخوانی یک پردازش را در یک زمان مشخص و یا پس از گذشت یک زمان مشخص امکان پذیر می سازد. کلاس timer در فضایی(namespace) با نام system.timer قرار دارد و دارای خاصیتی به نام Interval برای تعیین وقفه زمانی (بازه زمانی بین دو پردازش متوالی بر حسب میلی ثانیه) است. مقدار دادن خاصیت Interval در پنجره خصوصیات timer  و یا از طریق کد قابل انجام است.
خصوصیت Enable تایمر در حالت پیش فرض False است که با True کردن آن، کنترل timer فعال می شود و در صورتی که  بخواهیم دستوری طبق زمان مورد نظر تغییر کند کافی است کد مورد نظر خود را در رویداد timer یعنی در متد timer1_Tick بنویسیم. حال سعی کنید یک timer به فرم اضافه کنید و هر سه ثانیه یک بار دستور رندوم را فقط برای pb_Jeri اجرا کنید بنابراین کد نوشته شده در mouseMove را پاک کرده و آن را در متد timer1_Tick قرار می دهیم:

  private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)
        {
            Random r = new Random();
            pb_Jeri.Top = r.Next(this.Height);
            pb_Jeri.Left = r.Next(this.Width);
        }

 با اجرای برنامه مورد نظر می بینید که با حرکت ماوس گربه حرکت می کند و موش هر 3 ثانیه یکبار به یک جای مشخص می رود. برای اینکه برنامه شما زیباتر شود می توانید موارد زیر را نیز به برنامه خود اضافه نمایید:
-   4 عکس از تام و جری (درچهار جهت) پیدا و انتخاب کنید و برحسب تغییر جهت  x و y  حرکت ماوس عکس آنها را تغییر دهید.
-  گربه با حرکت سریع خود وقتی به محدوده تعیین شده مختصات موش رسید به امتیازی دست پیدا کند (می توانید امتیازها را روی یک label نمایش دهید)

-  سعی کنید قسمت هایی با استفاده از PictureBox درست کنید که با رسیدن موش به آن قسمت خاصیت کنترل آن Invisible شود و پس از مدتی دوباره نمایش داده شود و در صفحه ظاهر شود. (لانه ی موش را شبیه سازی کنید)
-  سعی کنید که موش به سمت نزدیک ترین سوراخ  تعیین شده در صفحه حرکت کند.
-  سعی کنید با استفاده ازPictureBox موانعی برای گربه ایجاد کنید که موش توانایی رد شدن از آن را داشته باشد اما گربه توانایی آن را نداشته باشد و با عبور از روی آن به نقطه اولیه بازگردانده شود.

آموزش برنامه نویسی# C، جلسه اول
آموزش برنامه نویسی# C، جلسه دوم
آموزش برنامه نویسی# C، جلسه سوم
آموزش برنامه نویسی# C، جلسه چهارم
آموزش برنامه نویسی# C، جلسه پنجم
آموزش برنامه نویسی# C، جلسه ششم
آموزش برنامه نویسی# C، جلسه هفتم
آموزش برنامه نویسی# C، جلسه هشتم  

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه، محسن نصرتی 

تنظیم: نسرین صادقی

هدف کلی:
آشنایی بیشتر با رویدادها

سرفصل های تئوری:
1. رویدادهای ماوس
2. آشنایی با کنترل label
3. پروژه ی تام و جری - بخش اول

پروژه(2) تام و جری:
می خواهیم چیزی شبیه بازی تام و جری درست کنیم، در این بازی قرار است یک موش داشته باشیم که در هر زمان به صورت تصادفی در مکانی از صفحه ظاهر می شود و گربه به دنبال او می دود! برای این کار لازم است دو label روی فرم قرار دهیم که بر روی فرم حرکت نمایند به طوری که با حرکت ماوس یک Label به دنبالLabel  دیگری که مکانش به صورت تصادفی (random) تغییر می کند نزدیک شود. این برنامه ما را با کنترلها و خصوصیات آنها آشنا می کند. البته حرکت یکی از این Label ها در مکانهای ویژه ای که از قبل تعریف شده، به صورت ناگهانی تغییر می کند  و به مکان رندم انتقال می یابد، این مکانها همان شبیه سازی لانه ها یا سوراخ های موش می باشد که موش زمان فرار از آن استفاده می کند.

مرحله اول:
یک پروژه جدید از نوع ویندوزی همانند پروژه جلسات قبل ایجاد کنید و نام پروژه راTomAndJeri  قرار دهید. با انتخاب فرم و رفتن به خصوصیات فرم در قسمت Image background و کلیک بر روی دکمه مورد نظر، تصویر پس زمینه َای برای بازی خود انتخاب کنید.(این تصویر را می توانید از روی وب پیدا کرده یا درصورتی که  آن راقبلا ذخیره کرده اید  به فولدرتصویر خود بروید وانتخاب کنید)
حالا دو کنترلlabel را از منو ابزار با ماوس بر روی صفحه کشیده و رها کنید کنترل label نیز همانند کنترل textbox  که در پروژه ماشین حساب مشاهده کردید دارای خاصیت text می باشد  که در صورت مقدار دادن آن، مقدار رشته بر روی آن قرار می گیرد حال متن label اول را tome و دومی را Jeri مقدار دهید.

 مشاهده می کنید که روی label ها بر روی فرم مقدار Tom و Jeri ثبت می شود. ما می توانیم این خصوصیات را به صورت کد نویسی نیز به صورت زیرنیز  تغییر دهیم.

برچسب ( Label) چیست؟ Label ها عموما برای ارائه متن برای کاربر رائه می شود فقط برای خواندن می باشند و کاربر نمی تواند مقدر خاصیت text آن را تغییر دهد ولی ما می توانیم در داخل کد یا با استفاده از پنجره properties آن را تغییر دهیم. بعد از مقدار دادن Label ها، ما با توجه به صورت مسئله باید بتوانیم آنها را به مکانهای مشخصی حرکت دهیم بنابر این باید بدانید اندازه و مکان یک کنترل را چگونه می توان تغییرداد.
اندازه و مکان
اندازه و مکان یک کنترل بوسیله خاصیت left, wright, top & bottom همراه با خصوصیت size و location تعیین می شود. کد تمامی این خاصیت ها یک مقدار عددی از نوع صحیح می گیرد حال سعی کنید با مقدار دادن این خصوصیات مکان برچسب ها را تغییر دهید.
در این پروژه سعی می کنیم ابتدا با رویدادهای حرکت )کلیک، دوبار کلیک و...( ماوس بر روی فرم آشنا شویم و سپس برنامه را دنبال کنیم.
 بنابر این  بر روی فرم کلیک کرده و پس از انتخاب جدول خصوصیات فرم بر روی tab زرد رنگ event بروید و با کلیک بر روی رویدادهای فرم به دنبال رویداد mousemove بگردید.

با دو بار کلیک متد آن ایجاد می شود و به بخش کد نویسی آن هدایت خواهید شد؛ کد زیر را در آن بنویسید:

private void Form1_MouseMove(object sender, MouseEventArgs e)
{
            label1.Text = "x=" + e.X;
     label2.Text = "y=" + e.Y;           
}

 برنامه را کامپایل می کنیم. با حرکت ماوس مشاهده می کنید مختصات صفحه بر روی دو کنترل label  مشاهده می شود. می بینید که با تغییر ماوس رویداد متد mousemove فرم فعال و مقدار مکان ماوس که بر روی فرم قرار دارد در کنترل label ها نمایان می شود.

 رویدادهای ماوس چیست؟
مدیریت رویدادهای ماوس (نظیر کلیک کردن، فشار دادن و حرکت) زمانی تولید می شود که ماوس با یکی از کنترلها تعامل داشته باشد. هر متد مدیریت رویداد ماوس باید یک object و یک شی MouseEventArgs  به عنوان آرگومان داشته باشد. رویداد کلیک که قبلاً از آن استفاده کردیم از نماینده EventHandler و آرگومان های رویداد EventArgs استفاده می کرد.
کلاس MouseEventArgs حاوی اطلاعاتی درباره رویداد ماوس می باشد نظیر مختصات (x, y) اشاره َگر ماوس، دکمه فشار داده شده ماوس، تعداد کلیک ها و درجه چرخش چرخ ماوس. البته مختصات X  و Y  شی MouseEventArgs نیست. بلکه کنترلی هستند که باعث به وجود آمدن رویداد شده است.
حال سعی کنید این بار با تغییر حرکت ماوس label ها را به حرکت در بیاورید، برای این کار کد قبلی در اتفاق mouse move  را به صورت زیر تغییر بدهید:

private void Form1_MouseMove (object sender, MouseEventArgs e)
{
      label1.Left= e.X;
      label1.Top = e.Y;
}

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: محسن نصرتی

 تنظیم: نسرین صادقی

هر مقاله بیان یک داستان است. پس داستان خود را بدانید! بدانید چرا دیگران باید به این داستان علاقمند شوند: آیا موضوع روز دنیاست؟ آیا به نتایج عجیب و غیرمنتظره‌ای دست یافته‌اید؟ آیا توصیف جدیدی از یک واقعیت و یا پدیده را بیان می‌کنید؟
این داستان لزوماً آنچه که شما انجام داده‌اید نیست! بلکه شامل دلایل مهم و جذاب بودن داستان، ارایه و عرضه ایده‌های نو، افق‌ها و نگرش‌های جدید نیز می‌شود.

در نوشتن مقاله سعی کنید بالا به پایین (Top-Down) بنویسید همانطور که بیشتر انسان‌ها اینگونه می‌اندیشند. ابتدا ایده کلی را مطرح کنید و سپس وارد جزییات شوید. حتی هنگام نوشتن جزییات تلاش کنید به صورت بالا به پایین بنویسید.
از نوشتن پاراگراف‌های یک جمله‌ای به پرهیزید. از اختلاط زمان‌های افعال در نوشتن اجتناب کنید. به عنوان مثال یک جمله زمان گذشته و جمله بعدی زمان آینده باشد. جملات نوشته شده در هر پاراگراف ترتیب و ترکیب منطقی داشته و مرتبط با موضوع اصلی باش. همچنین ارتباط معناداری با پاراگراف‌های قبل و بعد خود داشته باشد.

خود را در جایگاه خواننده مقاله بگذارید و مقاله را برای خواننده بنویسید نه برای خودتان! تلاش کنید مختصر و مفید بنویسید و برای درست، دقیق، کامل و مختصر نوشتن وقت بگذارید. وقت خواننده را با نوشتن جملات غیرمرتبط تلف نکنید و او را خسته نکنید!
خسته نکنید!
با نوشتن جملاتی خواننده را در مراحل مختلف داستان همراهی کنید تا بداند در کجای داستان قرار دارد و سردرگم نشود. به عنوان مثال: … Let us next develop a model for همچنین تلاش کنید از نوشتن جملات طولانی و چند خطی اجتناب کنید. با شکستن جملات طولانی، آنان را در قالب جملات کوتاه بازنویسی کنید.

پشت سرهم متن بنویسید و سعی کنید از شکل‌ها، نمودارها و جداول برای توضیح استفاده کنید. در بسیاری از موارد یک شکل می‌تواند از نوشتن چندین پاراگراف، مطلبی را به مراتب بهتر به خواننده انتقال دهد. توجه کنید که تعداد زیاد شکل و نمودار نیز می‌تواند موجب سردرگمی خواننده شود. پس از شکل‌هایی که حاوی نکات مهم هستند، در نوشتن داستان خود استفاده کنید.
هیچ کس قادر نیست ذهن شما را بخواند و به اندازه شما از فعالیت انجام شده اطلاع ندارد. پس توجه کنید آیا اطلاعات کافی در اختیار خواننده قرار داده‌اید تا بتواند مطالب شما را بفهمد؟ آیا همه عبارات/ مفاهیم جدید به درستی تعریف شده‌اند؟

هیچ کس به اندازه شما به موضوع داستان شما علاقمند نیست! بنابراین باید به خواننده بگویید که چرا او نیز باید به این موضوع علاقمند شود و با اشتیاق، داستان را تا به آخر بخواند. دقت کنید خواننده را با نوشتن صفحات پر از فرمول‌های ریاضی، مطالب غیرضروری و یا تکراری خسته نکنید. بعضی از مطالب مانند اثبات‌های طولانی و یا نکات تکمیلی را می‌توانید در قسمت ضمیمه بگنجانید.

در قسمت بیان نتایج، با دقت فرض‌های استفاده شده را توضیح دهید. توجه کنید تا مطالب و اطلاعات کافی برای انجام مجدد آزمایشات واقعی و یا شبیه سازی‌های کامپیوتری در اختیار خواننده قرار گرفته باشد. ویژگی‌های آماری نظیر بازه اطمینان (Confidence interval) و … باید ذکر شده باشد. نتایج به دست آمده را نه غیرواقعی بزرگ جلوه دهید و نه غیرواقعی کوچک بشمارید. نشان دهید که آیا این نتایج در حالت‌های خاص و یا محدودی به دست خواهد آمد و یا در حالت‌های کلی‌تر نیز اعتبار دارند.
بیاندیشید چه افرادی در زمینه فعالیت پژوهشی شما از بهترین نویسندگان هستند. تلاش کنید با مطالعه و بررسی سبک نوشتن مقالات این افراد، هنر نوشتن مقاله را در خود تقویت کنید. نوشتن به زبانی ساده و قابل فهم کمک می‌کند که مقالات شما در مجلات معتبر چاپ شود.

پس از نوشتن مقاله، حتما وقتی را برای مرور و اصلاح مقاله در نظر بگیرید. مقاله را در اختیار اساتید، دوستان و یا افرادی که تجربه خوبی در نوشتن مقاله دارند، قرار دهید و از دیدگاه آنان مطلع شوید. تلاش کنید نکات مطرح شده توسط آنان را در نسخه نهایی پیش از ارسال بگنجانید.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تنظیم: نسرین صادقی

هدف کلی:

نوشتن ماشین حساب ساده

سرفصل های تئوری:
1. تبدیل نوع متغیرها
2. ادامه نوشتن ماشین حساب
3. عملگرها
4. توضیحات

رشته ها و تبدیل نوع:
قبل از ادامه دادن پروژه ی ماشین حساب لازم است اطلاعاتی در مورد تبدیل انواع داده در سی شارپ به دست آوریم. اگر بخواهیم یک عدد را در یک متغیر نگهداری کنیم می توان کدی مانند زیر نوشت:

حال نظر شما درباره ی عبارت زیر چیست؟

این عبارت خطاست (همان طور که مشاهده می کنید ویژوال با کشیدن خط قرمز زیر آن سعی دارد ما را متوجه اشتباه بودن این عبارت بکند)، چرا که نمی توان یک رشته را داخل یک عدد قرار داد، برای مواقعی که نیاز داریم یکی از انواع داده را به دیگری تبدیل کنیم، بایست از عملیات تبدیل نوع (casting) استفاده کنیم، این کار را به شیوه های گوناگونی برای انواع مختلف تبدیلات می توان انجام داد، یکی از آنها استفاده از توابع کلاس Convert است:

در این حالت مقدار رشته ی درون Textbox تبدیل به یک عدد صحیح 32 بیتی شده و در number قرار داده می شود. حال اگر بخواهیم برژس این کار را انجام بدهیم و یک عدد را در رشته بریزیم می توانیم مانند زیر عمل کنیم:

مرحله دوم پروژ ماشین حساب:
بعد از گرفتن عدد ورودی کاربر (که در جلسه ی قبل یاد گرفتیم) لازم است برنامه عدد ورودی را با توجه به زدن دکمه های + / - و * وکلید مساوی تغییر و نتیجه را نمایش دهد. ما برای ادامه کار لازم است دو متغیر برای گرفتن عدد اول و دوم مربوط به محاسبه مورد نظر از نوع صحیح و یک متغیر برای تشخیص کلید های جمع * و- و / و % تعریف کنیم.

یک متغیر را می توانیم در داخل یک متد درون کلاس و همچنین بیرون یک متد و بالای کلاس فرم تعریف کنیم. اگر با طول عمر متغیرها آشنایی داشته باشید، می دانید که وقتی متغیری را داخل یک بلاک تعریف می کنیم، عمر متغیر تنها در زمانی که ما داخل آن بلاک قرار داریم می باشد و اگر از آن متد یا بلاک بیرون برویم آن متغیر دیگر مفهومی برای توابع ندارد بنابر این برای اینکه متغیر ما داخل همه متدهای رویداد کلیک کلید های * + - و/ شناخته شده و قابل استفاده باشد لازم است متغیری سراسری تعریف کنیم که با رفتن در متدهای مختلف مقدار آن محفوظ باشد بنابر این متغیر را بالای کلاس فرم به صورت زیر تعریف می کنیم:

تا این قسمت از برنامه ما می توانستیم یک عدد را داخل TextBox وارد کنیم بنابراین لازم است که مقدار متغیر داخل TextBox را که از نوع رشته است به نوع Int تبدیل کنیم اما چه زمانی ما باید این کار را انجام دهیم؟
می توان گفت زمانی که یکی از کلید های عملگر را انتخاب می کنیم، زیرا متغیر اول ما تمام شده و می خواهیم با انتخاب یکی از عملگرهای + و * و  ? و % و / این عمل را بر روی متغیر دوم ما که پس از فشردن یکی از این کلید ها وارد خواهد شد انجام دهیم.
بنابراین در هر کدام از این کلیدها کافیست که مقدار داخلTextBox1 را پس از تبدیل به نوع int  داخل متغیر اول  قرار دهیم و سپس مقدار TextBox را خالی نمائی  ('''=TextBox.Text)تا آماده وارد شدن متغیر دوم شویم.
تذکر: با زدن یکی از این عملگرها باید متغیری که برای عملگر تعریف کردیم را مقدار دهی نمائیم تا بتوانیم تشخیص دهیم کاربر چه عملگری را وارد کرده است بنابراین با دادن مقدار قرار دادی ( کلید + مقدار 1 و کلید  - مقدار 2 و.... به ترتیب مقدار دهیم)
 حالا کافیست که در متد رویداد کلیک کلید مساوی مقدار TextBox1 را بگیریم و پس از تبدیل به نوع int داخل متغیر دوم قرار دهیم و شرط های زیر را بنویسیم. این شرطها با توجه به عملگرهایی است که شما برای این دو متغیر تعریف کردید بنابراین پس از اعمال این دو متغیر باید نتیجه را داخل TextBox1 قرار دهیم. 

شما می توانید کلید ها را رنگ آمیزی کرده و صفحه فرم را  رنگی کنید و اعمال مثل جذر یا log، sin، cos و ... اضافه و ماشین حساب خود را روز به روز پیشرفته تر کنید. 

عملگرها:
همان طور که در مثال هم مشاهده کردید، زبان سی شارپ هم مانند سایر زبان های برنامه نویسی دارای عملگرهای مختلفی است که لیستی از آنها را در زیر مشاهده می کنید:

توضیحات:
نکته ی دیگری که در هر زبان برنامه نویسی وجود دارد و به خواناتر شدن کد برای برنامه نویسان کمک می کند توضیحات است، معمولا در برنامه نویسی کنار اسم متغیرهای مهم و یا توابع اینکه قرار است چه استفاده ای از آنها بشود را به صورت توضیح (comment) قرار می دهند، کامنت ها توسط کامپایلر اجرا نمی شوند و صرفا برای کمک به برنامه نویس ها هستند. توضیحات در برنامه #C به سه صورت استفاده می شوند:
1- نسخه xml

///  <remarks> XML comment describing a class </remarks> 

یک توضیح xml با سه خط کج(///) همراه می باشد و معمولا جهت برچسب های xml استفاده می شود.
2- نسخه یک خطی  for a single line//
3- نسخه چند خطی            /* for one or more lines  */
مثال:

 بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: محسن نصرتی

تنظیم: نسرین صادقی

مقدمه:

آخرین باری که با دقت به سایه های اطراف خود دقت کردید چه زمانی بوده است؟ بیشتر افراد به سایه ها و نحوه ی تغییر شکل آنها اهمیت زیادی نمی دهند. دلیل این رفتار آن است که مردم معتقدند این سایه ها اهمیت چندانی ندارند. اما حرکت سایه ها در نور خورشید نشان از پدیده ای بسیار مهم دارد، پدیده ای پیچیده که درک آن توسط انسان ها هزاران سال به طول انجامید: اینکه زمین حرکت چرخشی به دور خود و به دور خورشید دارد.

پیش زمینه:

هر روز صبح زمین می چرخد و در موقعیتی قرار می گیرد که محل سکونت شما رو به خورشید قرار بگیرد. با چرخش زمین مشاهده می کنید که خورشید از افق شرقی بالا می آید. با ادامه ی این چرخش و گذر روز به نظر می رسد که خورشید در پهنه ی آسمان حرکت می کند. زمانی که کره ی زمین در موقعیتی قرار می گیرد که محل سکونت شما دور از خورشید باشد، غروب خورشید را در افق غربی خود می بینید. از جایی که شما هستید، یعنی در سطح زمین، به نظر می رسد که خورشید در آسمان حرکت می کند. اما این حرکت در واقع حاصل از چرخش زمین است و ما تنها حرکتی ظاهری از خورشید در آسمان می بینیم. با حرکت ظاهری خورشید در آسمان، سایه ها نیز تغییر شکل می دهند.

حرکت ظاهری خورشید به مقدار تقریباً یک درجه در روز نتیجه ای از حرکت زمین است ولی دلیلی بر آن نیست. حرکت ظاهری خورشید را می توان با نظریه ی زمین مرکزی که توسط بطلمیوس عنوان گردید تفسیر کرد. طبق این نظریه که چندین قرن مورد قبول عامه بود زمین ساکن فرض گردیده و خورشید به دور آن می گردد. در ابتدای قرن شانزده کوپرنیک نظریه ی خود را ارائه داد. طبق این نظریه خورشید مرکز منظومه شمسی است و تمام سیاره ها در مدار دایره ای حول آن در چرخش اند. یکی از نتایج نظریه کوپرنیکی یا خورشید مرکزی این است که ستاره های نزدیکتر وقتی که از زمین در حال چرخش مشاهده می شوند یک جابه جایی پارلاکس نشان می دهند. از حرکت ظاهری خورشید برای تعریف سال استفاده می شود.

مواد و وسایل مورد نیاز:

یک روز آفتابی (برای گرفتن نتایج خیلی خوب، بهتر است صبح زود یا نزدیک غروب این فعالیت را انجام دهید.)
حیاط، زمین بازی یا هر فضای باز مناسب دیگر
یک ساعت مچی یا ساعت رومیزی
گچ رنگی حداقل در چهار رنگ متفاوت (اگر قصد کشیدن طرح سایه روی پیاده رو را دارید.)
 مداد شمعی یا مداد رنگی حداقل در چهار رنگ متفاوت (اگر قصد دارید طرح سایه ها را روی کاغذ بکشید.)
یک برگه کاغذ بزرگ
حداقل چهار عدد سنگ کوچک یا دیگر اشیاء سنگین تا بتوانند کاغذ را روی زمین نگه دارند.
یک سایه ساز (وسیله ای با شکل جالب، مثلاً یک بطری، کامیون اسباب بازی یا دیگر وسایل بازی).

روش کار:

جسمی با شکل جالب به عنوان سایه ساز خود انتخاب کنید، مانند یک بطری، کامیون اسباب بازی یا هر اسباب بازی جالب دیگر.

به خارج از منزل بروید و محلی را پیدا کنید که در آن قادر به دیدن سایه ی خود باشید. کاغذ بزرگ را روی زمین بگذارید. روی لبه های این کاغذ سنگ بگذارید تا در اثر وزش باد یا عوامل دیگر از جای خود تکان نخورد.

جسم سایه ساز خود را در وسط این کاغذ بگذارید. به نظر شما چرا باید سایه ساز در وسط کاغذ قرار بگیرد؟

با استفاده از مداد یا گچ طرح سایه ی سایه ساز در آن لحظه را روی کاغذ رسم کنید. آیا سایه ی جسم به اندازه ی خود جسم است؟ آیا شکل سایه با شکل جسم یکسان است؟ به نظرتان با حرکت و تغییر مکان خورشید (یا به بیان دقیق تر با تغییر مکان ما نسبت به خورشید) شکل، اندازه و جهت سایه چه تغییری خواهد کرد؟

 بیست دقیقه منتظر بمانید. سپس شکل سایه را مجدداً روی کاغذ با مداد یا گچ رنگ دیگر رسم کنید. سایه حرکت کرده است؟ شکل و اندازه ی آن چه تغییری کرده است؟

 به همین ترتیب در فواصل بیست دقیقه ای طرح سایه را دنبال کنید تا متوجه حرکت آن شوید. سایه چگونه تغییر کرده است؟ به نظر شما دلیل این مشاهدات چیست؟

آزمایش های تکمیلی:

برای ادامه ی کار و انجام آزمایش های بیشتر با سایه، این تغییرات را در روند کار خود اعمال کنید: طرح سایه را هر ده دقیقه، سی دقیقه، یک ساعت یا دو ساعت یک بار رسم کنید. فضای بین این طرح ها چه تفاوتی با هم دارد؟

این فعالیت را در زمان های مختلف از روز انجام دهید. الگوی سایه ها در صبح، ظهر و اواخر روز به چه شکل است؟ آیا متوجه الگوی خاصی بین این طرح سایه ها می شوید؟

مشاهده و نتیجه گیری:

در تمام طول روز سایه ها در حال کوچک و بزرگ شدن و تغییر شکل هستند. احتمالاً متوجه این مسئله شده اید که نتایج انجام این فعالیت در ظهر چندان جالب نیست. در ظهر که خورشید در بالای آسمان قرار دارد، سایه ی اجسام درست مانند یک گودال آب کوچک در پایین پای آنهاست. صبح زود و قبل از غروب سایه ها با سرعتی بیشتر از آنچه انتظار دارید تغییر اندازه و شکل می دهند. در زمان طلوع و غروب آفتاب، از آنجا که ارتفاع خورشید در آسمان کم است اجسام سایه هایی بسیار طولانی تر از زمان ظهر دارند.

اگر دوست دارید می توانید این فعالیت را به صورت بازی با دوستان یا اعضای خانواده ی خود انجام دهید. ابتدا طرح سایه ی یک جسم بلند مانند تیر برق را روی زمین علامت گذاری کنید. سپس از هم بازی های خود بخواهید حدس خود از جایی که سایه ی تیر برق قرار خواهد گرفت را با رنگ های مختلف علامت بزنند. پانزده دقیقه صبر کنید و نتایج را بررسی کنید. حدس کدام یک از اعضای تیم به واقعیت نزدیک تر است؟
سایه ها در جهت یابی نیز مورد استفاده قرار می گیرند. برای مثال در شمال امریکا سایه ها در حدود ظهر به سمت شمال قرار می-گیرند زیرا در این زمان خورشید به جنوب نزدیک است. در نتیجه اگر در شمال امریکا در حدود ظهر امکان بررسی یک سایه را داشته باشید، می توانید محل تقریبی شمال را تشخیص دهید.

منبع: Rad Shadow Sketch

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم:نیلوفر یاقوتی

هدف کلی:
نوشتن ماشین حساب ساده

سرفصل های تئوری:
1. انواع متغیرها
2. بخش اول نوشتن پروژه ماشین حساب

ماشین حساب:
برای نزدیک شدن به برنامه ماشین حساب ابتدا 10 کلید برای ارقام و کلیدهایی برای عملیات ها به صورت زیر بر روی فرم بکشید و پس از چیدن کلیدها به صورت شکل ظاهری ماشین حساب و تغییر خاصیت Text آن با نوشتن اعداد صفر تا نه برای هر کدام از کنترهای کلید، فرمی مانند زیر درست کنید:

همچنین لازم است امکانی در این ماشین حساب ایجاد کنیم که بتواند نتایج محاسبات را به کاربر نمایش دهد، برای این کار یک textbox روی صفحه قرار دهید. کنترل TextBox برای پروژه ما نقش همان LCD  ماشین حساب را  بازی می کند.

با زدن دکمه Run و کلیک بر روی دکمه ها در حال حاضر هیچ اتفاقی برای ما روی نمی دهد زیرا برای کلیک دکمه ها چیزی تعریف نشده است و یا به اصطلاح هنوز آنها جانی از خود نداند و برای جان بخشیدن به این کلیدها لازم است مدیریت رویداد را برای آنها انجام بدهیم که در ادامه توضیح خواهیم داد.

ایجاد رویداد کلیک دکمه
روی یکی از کلیدها با ماوس دوباره کلیک کرده و به بخش کد نویسی آن بروید. ابتدا لازم است بدانیم هنگامی که چه خاصیتی از Text Box ما تغییر کند مقداری (نتایج محاسبات یا عدد کلیک شده) داخل آن قرار می گیرد. برای فهمیدن این موضوع جدول خصوصیات  TextBox را می َآوریم و در خاصیت Text آن یک متن کوچک تایپ می کنیم، به محض تایپ کردن و کلیک بر روی فرم می بینیم متن مورد نظر ما در داخل جعبه TextBox  قرار گرفت.

بنابراین متوجه می شویم با تغییرخاصیت Text آن می توانیم داخل TextBox را تغییر دهیم. اکنون لازم است تعیین کنیم برنامه ما چه کاری لازم است انجام دهد. برنامه ما باید با زدن کلید یک یا دو و ... مقدار آن کلید که از یک تا 9 می باشد داخل جعبه  TextBox قرار دهد.
 چون می خواهیم با کلیک بر روی دکمه کاری را انجام دهیم، بنابر این لازم است مانند مثال جلسه  قبل رویداد کلیک هر دکمه را فعال کنیم و در داخل آن کد مربوطه را بنویسیم. با دو بار کلیک ماوس بر روی دکمه عدد یک به قسمت کدنویسی آن بروید و کد زیر را برای آن بنویسید:

حال مجددا برنامه را اجرا می کنیم. با زدن دکمه یک می بینیم که مقدار داخل  TextBox  برابر یک قرار می گیرد.

انواع متغیرها:
در سی شارپ هم مانند سی انواع داده ای برای ذخیره ی اعداد و نیز رشته ها وجود دارد، برای مثال textBox1.text متغیری از جنس رشته می گیرد. همچنین انواع اولیه ای مانند اعداد صحیح، اعشاری و ... در این زبان مانند زبان سی به صورت زیر وجود دارند:

زبان سی شارپ دارای امکانات پیشرفته تری مانند امکان کار با رشته ها بدون نیاز به درگیر شدن با جزئیات پیاده سازی آنها هست، مثلا لازم نیست از ابتدا طول رشته را بدانیم، یا اینکه می توانیم برخی عملگرها را در کار با رشته ها نیز مورد استفاده قرار دهیم، مثال زیر را ببینید:

در نتیجه کار با رشته در این زبان خیلی ساده خواهد بود.

ادامه کار ماشین حساب:
در حال حاضر وقتی برنامه را اجرا می کنیم اگر بخواهیم مقدار 11 را بزنیم مقدار داخل textbox تغییری نمی کند زیرا با زدن دکمه مقدار قبلی آن با مقدار Text خاصیت TextBox جمع نمی شود. حال برای اینکه مقدار قبلی با مقدار یک در textbox کنار هم قرار بگیرد و نمایش داده شود دستور زیر را در متد کلیک یک می نویسیم:

private void button1_Click(object sender,EventArgs e)
        {
            textBox1.Text = "1"+textBox1.Text;
        }

برنامه را اجرا کنید، خواهید دید که با زدن کلید یک به صورت متوالی مقدار داخل TextBox دارای یک های متعدد می گردد.
بنابراین سعی کنید برای دیگر کلید ها نیز این کد را با تغییر " 1"  به شماره کلید مورد نظر در متد رویداد کلیک آن بنویسید و برنامه را اجرا کنید. می بینیم کد برنامه ما با زدن دکمه ها در داخل textbox  نمایان می شوند یعنی ما می توانیم عدد مورد نظر را با کلیک کردن دکمه های ماشین حساب روی textbox  بنویسیم.
همچنین برای پاک کردن متن نوشته شده، داخل تابع مربوط به کلیک شدن روی دکمه C کدی مانند زیر را قرار دهید:

تا اینجای کار ما بخشی از امکانات لازم برای نوشتن یک ماشین حساب شامل ورود اعداد مورد نظر با کلیک کردن روی دکمه ها را پیاده سازی کردیم، و این کار را در جلسه چهارم تکمیل خواهیم کرد.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: محسن نصرتی

تنظیم: نسرین صادقی

مقدمه:

آیا تا به حال توانسته اید با دمیدن بر در یک بطری صدایی دلپذیر تولید کنید؟

فکر می کنید این صدا چگونه با دمیدن هوا تولید می شود؟

بطری در واقع یک ستون هوای با انتهای بسته است. کلارینت مثالی از آلات موسیقی است که مشابه با این بطری کار می کنند. در این فعالیت علمی، شما با استفاده از بطری بررسی خواهید کرد که چگونه طول یک ستون هوای انتها بسته بر صدای تولید شده توسط آن تأثیر می گذارد.

پیش زمینه:

برخی از آلات موسیقی با ارتعاش رشته ها تولید صدا می کنند و برخی دیگر توسط ستون های هوا. در این فعالیت علمی شما با نمونه ای ساده از ابزار موسیقی دارای ستون هوا کار خواهید کرد: یک بطری با سر نازک که بخشی از آن پر از آب است، این بطری ها به عنوان ستون های هوای انتها بسته عمل می کنند که اساساً لوله هایی با یک انتهای باز و یک انتهای بسته (یا پوشیده شده) هستند.

آلات موسیقی چگونه تولید صدا می کنند؟ همه صداها توسط ارتعاشاتی که در هوا جابه جا می شوند به وجود می آیند. به طور دقیق، این ارتعاشات سبب ایجاد الگویی از فشار هوا می شود که به صورت موج حرکت می کند و در اثر آن هوا دچار افزایش فشار و سپس کاهش فشار می شود. این نشان می دهد که چگونه صوت یک موج است. نوع صدایی که می شنویم وابسته به فرکانس موج صوتی، یعنی سرعت افزایش فشار هوا و به دنبالش کاهش فشار آن است. صداهای بالاتر فرکانس بیشتری دارند.

مواد و وسایل مورد نیاز:

سه بطری سر باریک یکسان (از جنس شیشه یا پلاستیک)
ماژیک دائمی
خط کش
آب

آماده سازی:

هر سه بطری در ابتدا باید تمیز و خالی از آب باشند.

 سعی کنید با دمیدن بر این بطری ها صدا تولید کنید. برای این کار بطری را طوری نگه دارید که عمود بر صورتتان باشد. لب پایین خود را در تماس با لبه ی بطری قرار دهید و لب بالای خود را غنچه کنید و به آرامی روی در بطری بدمید. اگر زاویه و دمش باد مناسب باشد، صدایی از بطری خواهید شنید. صدای تولید شده چگونه است؟ اگر نمی توانید با دمیدن روی در این بطری ها صدا تولید کنید، از بطری های دیگری برای انجام آزمایش استفاده کنید.

روش کار:

ارتفاع یکی از بطری ها را اندازه بگیرید. با خط کش و ماژیک دائمی علامتی کوچک درست در وسط بطری (نصف ارتفاع آن) بزنید. سپس تا این نقطه در بطری آب بریزید.

 روی بطری دوم ارتفاع سه چهارم را علامت بزنید و تا این نقطه داخل بطری آب بریزید.

 بطری سوم را خالی بگذارید.

مانند قبل روی در بطری خالی بدمید.

مطمئن شوید که می توانید با دمیدن صدایی مشخص و واضح تولید کنید. حال روی در بطری اول که تا نیمه پر از آب است بدمید. صدای تولید شده توسط این بطری چه تفاوتی با صدای تولید شده از بطری خالی دارد؟ فرکانس این صدا از صدای بطری خالی بالاتر است یا پایین تر؟

 سپس روی در بطری دوم که سه چهارم آن پر از آب است بدمید. ممکن است تولید صدا با این بطری کمی سخت باشد و نیاز به تلاش بیشتر داشته باشد. صدای تولید شده توسط این بطری چه تفاوتی با صدای تولید شده از دو بطری دیگر دارد؟

 به طور کلی، صداهای تولید شده از این سه بطری چگونه هستند؟ به نظر شما چرا نتایج این گونه است؟

آزمایش های تکمیلی:

اگر دسترسی به پیانو، ارگ یا هر ساز موسیقی دیگر دارید می توانید نت های تولید شده توسط بطری ها را با نت های سازهای واقعی مقایسه کنید. همچنین می توانید به تدریج یک بطری را با آب پر کنید و تغییر صدای تولید شده توسط بطری با پر شدن آن را بررسی کنید، سپس این صداها را با صدای سازهای واقعی مقایسه کنید. آیا می توانید رابطه ای میان سه نت تولید شده توسط بطری ها در این آزمایش بیابید؟

  

این فعالیت را تکرار کنید و این بار از بطری هایی در شکل ها و اندازه های مختلف استفاده کنید. آیا شکل و اندازه ی بطری تأثیری بر صدای تولید شده توسط آن دارد؟ ارتفاع و میزان پر بودن بطری از آب چگونه بر صدای تولید شده موثر است؟

اگر به بطری های شیشه ای با سر باریک دسترسی دارید، سعی کنید به جای دمیدن روی در آنها به آرامی با یک وسیله چوبی (در پایین خطی که آب تا آنجا پر شده است) ضربه بزنید. صدای تولید شده از بطری در این حالت با تغییر ارتفاع آب چگونه عوض می شود؟ آیا می توانید دلیل این مشاهدات را توضیح دهید؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا صدای تولید شده توسط بطری خالی دارای پایین ترین فرکانس است؟ آیا بطری پر شده از آب تا سه چهارم ارتفاع صدایی با بالاترین فرکانس در این بین را تولید می کند؟
در حین نواختن یک ساز موسیقی دارای ستون هوای انتها بسته مانند بطری ها در این فعالیت علمی، صدای تولید شده وابسته به ارتفاع ستون هوا است. به بیان دیگر صدای تولیدی به این بستگی دارد که چه میزان آب در بطری ریخته شده است و چه قدر از بطری خالی است. زیرا نوع صدای تولید شده که به گوش ما می رسد به فرکانس موجی که در هوای بطری ایجاد می شود مرتبط است. هر چه ستون هوا کوتاه تر باشد (یعنی ارتفاع قسمت خالی در بطری کمتر باشد) فرکانس تولید شده بیشتر است و در نتیجه صدایی که می شنویم بالاتر است. به همین دلیل بطری خالی موج صوتی با فرکانس کمتر از سایر بطری ها و بطری تقریباً پر (سه چهارم) موج صوتی با فرکانس بیشتر از همه تولید می کنند.

در واقع، چون ارتفاع ستون هوا در بطری نیمه پر نصف ارتفاع ستون هوا در بطری خالی است، فرکانس موج تولید شده توسط بطری نیمه پر دو برابر فرکانس تولید شده توسط بطری خالی است. به طور مشابه، بطری که سه چهارم پر شده است موجی با فرکانس دو برابر موج تولیدی بطری نیمه پر ایجاد می کند. زمانی که یک موج صوتی فرکانسی دو برابر موج صوتی دیگر داشته باشد، یک اوکتاو از آن فاصله می گیرد. (برای مثال نت C میانی در پیانو فرکانس ۲۶۲ هرتز دارد، در حالی که فرکانس C یک اکتاو بالاتر ۵۲۴ هرتز است) این به آن معناست که صدای تولید شده توسط بطری نیمه پر یک اکتاو بالاتر از صدای بطری خالی است و همچنین صدای بطری سه چهارم پر یک اکتاو و بالاتر از صدای بطری نیمه پر است.

منبع: Sonorous Science

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان، تنظیم: نیلوفر یاقوتی

هدف کلی:
معرفی و استفاده از رویدادها در سی شارپ

سرفصل های تئوری:
- شروع کار با ویژوال استدیو
- رویدادها

شروع کار با Visual Studio
این جلسه می خواهیم ابتدا کد جلسه قبل را این بار با کمک ویژوال ایجاد کنیم، سپس به معرفی انواع متغیر و استفاده از آنها در قالب انجام یک عملیات ساده ریاضی بپردازیم.
برای ساخت یک پروژه سی شارپ در ویژوال استدیو ابتدا محیط نرم افزار را از مسیر زیر انتخاب و اجرا نمایید:

Start -> all program -> visual studio

در این حالت پنجره برنامه مطابق زیر را مشاهده خواهید کرد:

سپس از منوی file گزینه nwe و سپس Project را انتخاب نمایید.

و پس از انتخاب زبان # c با انتخاب پروژه ی Windows Form Application و نوشتن یک نام برای آن، تایید کنید تا پروژه شما ایجاد شود.

بعد از ایجاد پروژه برای اینكه ببینیم هر پروژه تحت ویندوز شامل چه فایل هایی است از منوی View گزینه Solution Explorer  را انتخاب كرده و به ساختار فایل های پروژه خود نگاهی بیاندازیم.

با دابل کلیک کردن بر روی هر فایل، می توانید متحویات آن را مشاهده نمایید، برای مثال فایل Program.cs را باز کنید، در این فایل همان تابع main که دفعه قبل خودمان نوشته بودیم را خواهید یافت، یا با دابل کلیک بر روی Form1.cs شمای گرافیکی فرم خود را مشاهده می کنید. عموما در برنامه های بزرگ متد () main در داخل یک فرم نخواهد بود. اما در داخل کلاسی خواهد بود که مسوول تمامی پردازش های Startup است که باید انجام شوند که در این جا کلاس Program است.

فرم چیست:

فرمهای ویندوز یک گرافیک یوزر اینترفیس را برای برنامه ما ایجاد می کنند. فرم عنصری است که در دسکتاپ  ما ظاهر می شود. وقتی شما یک برنامه ویندوز فرم ایجاد می کنید شما از کلاس Form که یکی از کلاس های اصلی موجود System.Windows.Forms است را ایجاد کرده اید.

اضافه کردن کنترلها:

کنترل َها اجزای تشکیل دهنده گرافیک در یک برنامه ویندوز فرم هستند که می توانید آنها را از طریق پنجره ی  ToolBox انتخاب و ایجاد کردن کنید. وقتی کاربر یک جزء یا کنترل را اتخاب می کند می تواند آن را به فرم اصلی بیفزاید. (برای انجام این عمل کافیست کنترل را ازToolBox  به فرم بکشید و روی فرم رها کنید)
ویرژوال استودیو دات نت کد این کنترل را  تولید و خصوصیات اصلی آن را به صورت پیش فرض تعیین می نماید و شما می توانید با رفتن به فایلForm1.Designer.cs  آن را مشاهده نمایید. البته خودمان هم می توانیم این کد ها را همانند مثال قبل بنویسیم ولی فعلا برای آشنایی و راحتی کار، بهتراین است که کنترل ها را با استفاده از ToolBox و پنجره Properties ایجاد و اصلاح کنیم. اکنون می خواهیم یک دکمه (button) به فرم اضافه کنیم و یک پیام برای کاربر نمایش دهیم. برای این کار از منوی view پنجره ی ToolBox را انتخاب کنید، در این نوار ابزار، شی buttom را پیدا کنید و آن را با ماوس انتخاب کرده و روی فرم خود بکشید.

حال اگر برنامه را اجرا کنید، دکمه را روی صفحه مشاهده خواهید کرد. با کلیک راست  به روی هر کنترل می توانیم با انتخاب گزینه Properties خصوصیات هر کنترل را که شامل نام و اندازه و مکان و رنگ و ... آن کنترل ها را مشاهده کنیم و تغییر دهیم، به این منو رفته و خاصیت text دکمه  را چک کنید، سپس از طریق solution explorer فایل Form1.Designer.cs را باز کرده و قسمت زیر را در آن پیدا کنید:

خصوصیات یک کنترل

گفتیم که برای تغییر خصوصیات یک کنترلر می توان از Properties استفاده نمود، برای مثال در اینجا text را به "نمایش پیغام" تغییر دهید. سپس مجدد به فایل Form1.Designer.cs بازگردید، خواهید دید که این ویژگی در آنجا نیز به روز رسانی شده است.

همانطورکه می بینید برای نوشتن برنامه فوق لازم است این کدها را داخل فایل اصلی برنامه نوشته شود اما شما با داشتن ادیتور visual studio به راحتی از نوشتن این کدها در امان هستید.

رویداد ها:
حال در فایل Form1.cs روی دکمه دابل کلیک کنید، برنامه شما به قسمتی مانند زیر خواهد برد:

هر دستوری که درون متد button1_Click نوشته شود با هر بار کلیک کردن کاربر روی دکمه، اجرا خواهد شد، برای شروع کدی مانند زیر را در این قسمت بنویسید و برنامه را اجرا نمایید:

وقتی برنامه را اجرا کنید، بعد از هر بار کلیک روی دکمه، پیغام را مشاهده خواهید کرد، تابع MessageBox.Show یک پیغام را در صفحه نمایش می دهد این تابع پارامترهای مختلفی را دریافت می کند، ما می توانیم با قراردادن متنی در داخل "" یک رشته متنی را به عنوان پیغام نمایش دهیم.

 به این اتفاق (کلیک شدن روی دکمه) یک رویداد (event) و به تابع button1_Click یک event handler گفته می َشود، برنامه های ویندوزی مبتنی بر رویدادها هستند و زمانی که کاربر با برنامه ویندوزی شما کار می کند، لازم است از یکی از رویدادهای  مثل پنجره، کلیک ماوس، حرکت دادن ماوس، کلیک روی یک دکمه یا تایپ در کار متن، انتخاب یک آیتم از یک منو و .... را استفاده نماید رویدادها متدهایی هستند که تعاملات ما را کنترل و وظایفی را که برای هر اتفاق پیش بینی کرده ایم را اجرا می کنند. همه کنترل ها دارای رویداد می باشند و با انتخاب پنجره خصوصیات هر کنترل و کلیک بر روی دکمه event (آیکن رعد و برق) می توانید لیست رویدادهای هر کنترل را همانند شکل مشاهده کنید. 

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: محسن نصرتی

تنظیم: نسرین صادقی

مقدمه:

آیا تا به حال در حین سقوط یک جسم به این فکر کرده اید که این جسم با چه سرعتی به سمت پایین حرکت می کند؟ (البته اگر جسمِ در حال افتادن شکننده باشد به این فکر نمی کنید و فقط سعی خواهید کرد از خوردن آن به زمین جلوگیری کنید!) همه ی ما می دانیم که جاذبه سبب سقوط اجسام به سمت پایین می شود. اما جاذبه چه تأثیری بر سرعت سقوط می گذارد؟ برای مثال آیا جسم پس از جدا شدن از دست شما سرعت بیشتری دارد یا دقیقاً قبل از برخورد به زمین؟ در این فعالیت علمی شما رابطه ی میان زمان و مسافت طی شده توسط یک جسم تحت شتاب ثابت گرانش را بررسی خواهید کرد.

پیش زمینه:

شما بر حسب تجربه می دانید که سرعت دادن به دوچرخه در حین دوچرخه سواری در یک مسیر شیب دار به سمت پایین کار آسانی است. جاذبه در این حالت به کمک شما می آید و با کشیدن دوچرخه به پایین کار شما را برای سرعت دادن به دوچرخه از طریق پدال زدن کم می کند. همچنین می دانید که هر چه مسافت روی این تپه بیشتر باشد می توانید با سرعت بیشتری حرکت کنید. هر چه مدت زمان طولانی تری تحت کشش جاذبه به سمت پایین باشید، سرعت حرکت دوچرخه بیشتر می شود. این را نیز می دانید که هر چه شیب تپه بیشتر باشد، سرعت شما نیز بیشتر خواهد بود. شیب دارترین تپه ای که بتوانید تصور کنید چندان شبیه تپه نیست، بلکه یک مسیر عمودی به سمت پایین است که در آن اجسام سقوط آزاد می کنند و کشش جاذبه نیز در آن بیشترین مقدار خواهد بود. بی شک علاقه ای به حرکت روی این سطح با دوچرخه ندارید!

در سقوط آزاد، جاذبه به طور مداوم به جسم شتاب وارد می کند (سرعت آن را افزایش می دهد) تا اینکه جسم به سرعت حد برسد. به طور خاص جاذبه سرعت جسم در حال سقوط را در هر ثانیه ۹.۸ متر بر ثانیه افزایش می دهد. (واحد سرعت متر بر ثانیه و واحد شتاب متر بر مجذور ثانیه است.) این شتاب چه تأثیری بر مسافتی که جسم با گذشت زمان طی می کند دارد؟ در این فعالیت علمی شما یک تیله را روی سطح شیب دار رها خواهید کرد تا این موضوع را بررسی کنید.

مواد و وسایل مورد نیاز:

یک لوله ی مقوایی بلند برای ساخت سطح شیب دار. طول این لوله باید حداقل دو و نیم فوت باشد.

یک کتاب نازک یا یک تکه چوب کوچک برای بالا نگه داشتن یک انتهای لوله ی مقوایی. ضخامت آن باید حدود نیم تا یک اینچ باشد.
قیچی برای بریدن لوله ی مقوایی
ماژیک دائمی

تیله ی بازی
زمان سنجی که ثانیه شمار داشته باشد. بسیاری از گوشی های تلفن همراه زمان سنجی با این ویژگی دارند.
خط کش (اختیاری)
یک همراه برای کمک (اختیاری)
 
 

آماده سازی:

یک لوله ی مقوایی بلند بردارید و آن را در یک خط مستقیم در امتداد طول ببرید. همین کار را در خطی مستقیم درست مقابل خط قبلی انجام دهید تا در نهایت دو نیم لوله ی همسان داشته باشید. از یکی از این دو قطعه به عنوان سطح شیب دار در آزمایش خود استفاده خواهید کرد.

 یکی از دو نیم لوله ای که بریدید را بردارید و زیر یک انتهای آن کتابی نازک یا تکه چوبی کوچک قرار دهید. (حداکثر با ضخامت یک اینچ که شیب آن زیاد نشود و سرعت تیله روی آن قابل اندازه گیری باشد.)

  با ماژیک دائمی خط شروع را در قسمت بالاتر سطح شیب دار حدود نیم اینچ از انتها علامت گذاری کنید. سطح شیب دار شما برای انجام آزمایش آماده است!
 
 

روش کار:

تایمر را روی یک ثانیه تنظیم کنید و تیله را روی خط شروع نگه دارید.

دقیقاً در لحظه ای که دکمه ی شروع تایمر را فشار می دهید، تیله را رها کنید. (دقت کنید که نباید آن را هل بدهید.) در همین حین آماده باشید تا با ماژیک مکان تیله روی سطح شیب دار پس از گذشت یک ثانیه را علامت بزنید. اگر همراه دارید، از او بخواهید علامت گذاری را انجام دهد. پس از گذشت یک ثانیه تیله چه مسافتی را طی می کند؟

 این کار را حداقل ۹ مرتبه ی دیگر انجام دهید. به این ترتیب در انتها باید ده علامت مختلف روی سطح شیب دار داشته باشید که محل تیله پس از گذشت یک ثانیه را نشان می دهند. آیا تیله در تمام این ده بار مسافت یکسانی را طی می کند؟

مراحل قبل را یک بار دیگر انجام دهید، اما این مرتبه محل تیله پس از گذشت دو ثانیه را علامت بزنید. این کار را نیز حداقل ده مرتبه انجام دهید تا ده علامت دیگر روی سطح شیب دار داشته باشید. مسافت طی شده توسط تیله در یک ثانیه چه تفاوتی با مسافت طی شده در دو ثانیه دارد؟ در واقع، علامت های مربوط به زمان یک ثانیه نسبت به علامت های مربوط به دو ثانیه چگونه هستند؟

اگر خط کش دارید، می توانید مسافت طی شده توسط تیله در هر مرتبه از خط شروع را اندازه بگیرید.

به طور کلی با افزایش زمان، مسافت طی شده توسط تیله روی سطح شیب دار چه تغییری می کند؟ این نتایج چه نکته ای را در مورد تأثیر جاذبه بر سرعت و شتاب تیله در حال حرکت روی سطح شیب دار بیان می کنند؟

آزمایش های تکمیلی:

با خط کش مسافت طی شده توسط تیله روی سطح شیب دار را اندازه بگیرید و با این اطلاعات مسافت متوسط طی شده در یک ثانیه و دو ثانیه را محاسبه کنید. (هر کدام از زمان ها به طور جداگانه) سپس نموداری از نتایج خود ترسیم کنید. مسافت متوسط طی شده را روی یک محور و زمان را روی محور دیگر قرار دهید. با توجه به این نمودار، با افزایش زمان مسافت طی شده توسط تیله چه تغییری می کند؟

این فعالیت را با استفاده از یک سطح شیب دار بلندتر حداقل با طول شش فوت انجام دهید. تیله را روی این سطح شیب دار رها کنید و مسافت طی شده توسط آن را در زمان های بیشتر اندازه بگیرید (یک ثانیه، دو ثانیه، سه ثانیه و ...) تا جایی که در زمان مد نظرتان تیله مسیر را به طور کامل طی کند. در هر بار مسافت طی شده توسط تیله را روی سطح شیب دار علامت بزنید. تأثیر جاذبه بر سرعت و شتاب تیله در این حالت چگونه است؟

این فعالیت را با توپ های مختلف مانند توپ لاستیکی، فلزی، پینگ پونگ و ... انجام دهید. جنس و نوع توپ چه تأثیری بر نحوه ی حرکت آن روی سطح شیب دار می گذارد؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا تیله با طی مسافت بیشتر افزایش سرعت پیدا می کند؟
سرعت یک جسم در حال سقوط آزاد با گذشت هر ثانیه 9.8 متر بر ثانیه افزایش می یابد. در نتیجه پس از یک ثانیه جسم با سرعت ۹.۸ متر بر ثانیه به سمت پایین حرکت می کند. پس از دو ثانیه سرعت جسم به ۱۹.۶ متر بر ثانیه می رسد و به همین ترتیب پس از سه ثانیه به ۲۹.۴ متر بر ثانیه.

اگرچه این فعالیت در شرایط سقوط آزاد انجام نشده است، (حضور سطح شیب دار سبب ایجاد اصطکاک و کاهش سرعت تیله می-شود.) در اینجا نیز مفهوم به همین شکل است و جاذبه به طور پیوسته سبب افزایش سرعت تیله در حرکت به سمت پایین می-شود. این موضوع را می توان با مقایسه ی فاصله ی بین خط شروع تا علامت های زمان یک ثانیه و فاصله ی بین علامت های زمان یک ثانیه تا دو ثانیه متوجه شد. در واقع، فاصله ی میان علامت های زمان یک ثانیه و دو ثانیه بزرگتر از فاصله ی میان خط شروع و علامت های زمان یک ثانیه است، که نشان می دهد در زمان طولانی تر سرعت تیله افزایش پیدا کرده است. بسته به شرایط دقیق سطح شیب دار، فاصله ی میان علامت های زمان یک ثانیه و دو ثانیه باید چیزی در حدود یک و نیم تا دو و نیم برابر فاصله ی بین خط شروع و علامت های زمان یک ثانیه باشند.

منبع: Speedy Science

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان،تنظیم نیلوفر یاقوتی

مقدمه:

ساخت هواپیماهای کاغذی تفریحی سرگرم کننده و جالب است. بسیاری از طرح ها به صورت هواپیمای مینیاتوری ساخته شده از کاغذ تا شده همراه با بال، تثبیت کننده و حتی گاهی برآافزا (flap) هستند. این سازه ها طوری به نظر می رسند که انگار آماده ی پرواز و اوج گرفتن هستند. با این حال طرح هایی نیز وجود دارند که بسیار عجیب به نظر می رسند و ممکن است تصور کنید این نوع هواپیماها هیچ وقت قادر به پرواز نخواهند بود. (مانند طرحی که در این فعالیت علمی پیاده خواهید کرد.) فعالیت زیر را انجام دهید تا بررسی کنید این طرح ها عملی هستند یا خیر.

پیش زمینه:

اگر چه طرح های بسیار زیادی برای ساخت هواپیمای کاغذی وجود دارد، تقریباً همه ی آنها ساختاری صاف و بال گون دارند که مانند هواپیماهای قدیمی سبب ایجاد نیروی لیفت (lift) به منظور نگه داشتن هواپیما در هوا می شود.

هواپیمایی که در این فعالیت علمی می سازید، (که یادآور طرح Phillip Swift در رقابت بین المللی هواپیماهای کاغذی امریکا در سال ۱۹۶۷ است) نیروی لیفت خود را به جای بال از دو حلقه می گیرد. بال های معمولی هواپیما نوک بال دارند که تولید گردابه می کند و نیروی مقاوم یا درگ را افزایش می دهد. (که برای ماندن جسم در هوا چندان مناسب نیست.) حلقه های ایجاد کننده ی لیفت در این طرح نوک بال ندارند و در نتیجه مقاومت کمتری ایجاد می کنند. همچنین شکل ساده ای که این هواپیما دارد سبب می شود بتوان آن را دقیق پرتاب کرد.

مواد و وسایل مورد نیاز:

 قیچی
 خط کش
 مداد یا خودکار (اختیاری، برای علامت زدن اندازه ها و بریدن کاغذ)
 کاغذ یادداشت ضخیم سه در پنج اینچ (یا کاغذ پوشه یا هر کاغذ ضخیم دیگر)
 کاغذ پرینتر یا هر کاغذ سفت دیگر
 نوار چسب شفاف

 نی پلاستیکی سفت (که هیچ قسمتی از آن قابلیت خم شدن نداشته باشد.)
 متر اندازه گیری (یا یک نخ بلند)
 یک فضای باز در داخل یا خارج خانه که بتوانید در آن هواپیمای خود را پرتاب کنید و فاصله ای که طی می کند را اندازه بگیرید. در داخل خانه یک راهروی طولانی یا اتاق بزرگ مناسب است. اگر می خواهید فعالیت را بیرون از خانه انجام دهید، زمانی این کار را بکنید که باد زیادی نوزد.

آماده سازی:

با استفاده از خط کش (و مداد یا خودکار) فواصل یک اینچی را در طول قسمت کوتاه کاغذ یادداشت خود اندازه بگیرید.

حال از این علامت ها کاغذ یادداشت را در جهت طولی ببرید تا سه نوار با ابعاد پنج در یک اینچ داشته باشید. (اگر از کاغذ سفت استفاده می کنید، ابتدا با خط کش طرح این سه نوار پنج در یک اینچ را روی کاغذ رسم کنید.)

یک تکه نوار چسب در یک انتهای کوتاه یکی از این سه نوار قرار دهید. سپس نوار را به صورت حلقه ی کامل درآورید و دو انتها را به هم بچسبانید.

دو نوار دیگر را طوری به هم بچسبانید که انتهای آنها کمی روی هم قرار بگیرد و نواری طولانی حاصل شود.

مانند قبل به یک انتهای این نوار بلند یک تکه نوار چسب بزنید. سپس نوار را به صورت حلقه ی کامل درآورید و دو انتها را به هم بچسبانید.

روی یک سر نی یک تکه چسب بزنید. سپس با این چسب نی را از این ناحیه در داخل حلقه ی بزرگتر قرار دهید.

چسباندن حلقه دوم به نی کمی دشوارتر است. قسمتی از حلقه دوم که به نی می چسبد باید دقیقاً مطابق با قسمتی از حلقه اول باشد که به سر دیگر نی چسبیده است. در این حالت با دقت به کمک چسب انتهای نی را به حلقه کوچک تر بپسبانید. آیا این سازه شبیه هیچ هواپیمایی که تا به حال دیده باشید است؟ به نظرتان این سازه قدرت پرواز دارد؟

با برگه دیگری که دارید هواپیمای کاغذی مورد علاقه تان را با هر طرحی که دوست دارید بسازید. می توانید برای گرفتن ایده های مختلف در این مورد در اینترنت جستجو کنید.

روش کار:

حال زمان پرواز هواپیما فرارسیده است! هواپیمای دو حلقه ای خود را از وسط بگیرید، به طوری که حلقه ی کوچک در جلو باشد. آن را مانند یک نیزه پرتاب کنید. (ممکن است برای یادگیری روش صحیح پرتاب نیاز به تمرین داشته باشید.) هواپیما در هوا چگونه عمل می کند؟

یک خط شروع برای پرتاب دو هواپیما از آنجا تعیین کنید.

هواپیمای دو حلقه ای را از خط شروع پرتاب کنید و مسافتی که هواپیما از خط شروع تا زمین خوردن طی می کند را اندازه بگیرید. چه مسافتی طی شده است؟

این کار را حداقل دو مرتبه دیگر تکرار کنید. مسافت متوسط طی شده توسط هواپیما چقدر است؟ فکر می کنید کدام هواپیما مسافت بیشتری طی می کند؟

 حال هواپیمای دوم را چند بار برای تمرین پرتاب کنید. هواپیما در هوا چگونه پرواز می کند؟

 اکنون در خط شروع بایستید و هواپیمای دوم را پرتاب کنید. مسافتی که هواپیما از خط شروع تا زمین خوردن طی می کند را اندازه بگیرید. چه مسافتی طی شده است؟
 این کار را حداقل دو مرتبه ی دیگر تکرار کنید. متوسط مسافت طی شده توسط هواپیمای دوم چقدر است؟
کدام هواپیما بیشتر در هوا باقی می ماند؟ آیا الگوی پرواز آنها یکسان است؟ آیا لازم است دو هواپیما را به گونه های مختلف پرتاب کنید؟

آزمایش های تکمیلی:

سعی کنید با اضافه کردن اجزای دیگر به هواپیماها، دینامیک آنها را تغییر دهید. یک گیره ی کاغذ در پایین حلقه ی کوچک قرار دهید. با این اضافه بار هواپیما چگونه پرواز می کند؟ اگر همین بار را به هواپیمای دوم متصل کنید چه اتفاقی می افتد؟

یک هواپیمای حلقه ای بسیار طولانی با دو نی بسازید. آیا این هواپیما مسافت طولانی تری نسبت به هواپیمای دو حلقه ای طی می کند؟ برای ساخت این هواپیما در انتهای یک نی شکاف کوچکی ایجاد کنید و سر نی دیگر را داخل آن فرو کنید. سپس این قسمت را چسب بزنید.

می توانید به جای دو حلقه از چهار حلقه در هواپیما استفاده کنید  به طوری که دو حلقه ی کوچک در یک انتها درست کنار هم و دو حلقه ی بزرگ در انتهای دیگر قرار بگیرند. این حلقه های اضافی چه تأثیری در نحوه ی پرواز هواپیما دارند؟

مشاهده و نتیجه گیری:

در تمام اجسامی که پرواز می کنند چند اصل یکسان است. جاذبه آنها را به سمت پایین می کشد اما در همین حین هوا کمک می-کند که پایین نروند. اگر یک کاغذ را در ارتفاع رها کنید، مستقیم به زمین نمی رسد و به این طرف و آن طرف می رود. کاغذ برای رسیدن به زمین باید هوا را کنار بزند. با هر حرکت برگه مقداری از این هوا کنار می رود و کاغذ می تواند پایین تر بیاید.

از آنجا که کاغذ صاف برای پایین آمدن باید هوای زیادی را کنار بزند، سرعت فرودش آهسته است. حال اگر همان کاغذ را مچاله کنید و به صورت یک توپ دربیاورید، خواهید دید که مستقیم و با سرعت به زمین می رسد. در این حالت وزن کاغذ تغییری نکرده است، اما هوا می تواند به آرامی از دور توپ حرکت کند و کنار برود تا توپ به آسانی به زمین بخورد.

برای اینکه یک جسم در هوا باقی بماند، باید تعادلی میان جاذبه که آن را به سمت پایین می کشد و نیروی لیفت تولید شده در نتیجه ی حرکت در هوا ایجاد شود. طرح مناسب باید این نیروها را موازنه کند تا جسم به جلو حرکت کند و توسط کشش گرانش شتاب بگیرد. اما چه طرحی خوب است و چه طرحی مناسب نیست؟ برای درک این موضوع باید نتایج آزمایش های خود را به طور دقیق یادداشت کنید. تغییراتی که در ساختار هواپیمای کاغذی خود ایجاد می کنید را به یاد داشته باشید و اگر به طرحی مناسب برای ساخت هواپیما دست یافتید، آن را به دوستان خود نیز یاد بدهید.

منبع: Flying Hoopster

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان، تنظیم: نیلوفر یاقوتی

 نحوه ثبت نام:

ابتدا به سامانه ثبت نام الکترونیکی ستاد در سایت بخش دانش آموزی جشنواره جوان خوارزمی وارد شده و اطلاعات خواسته شده را به طور دقیق تکمیل نمایید.
پس از تکمیل اطلاعات، از فرم های مشخصات طراح و مشخصات طرح پرینت گرفته و مشخصات طراح را به تایید واحد آموزشی محل تحصیل رسانده و فرم ها را همراه با گزارش طرح و سایر مدارک و مستندات به پژوهش سرای منطقه یا دبیرخانه جشنواره جوان خوارزمی منطقه ارائه فرمائید.
ثبت نام قطعی، پس از تحویل مدارک به دبیرخانه جشنواره جوان خوارزمی منطقه صورت می گیرد.
ثبت نام در بخش دانش آموزی هجدهمین جشنواره جوان خوارزمی رایگان است.
نکته دیگر اینکه نیازی به تکمیل فرم دستی نیست.
-  سوالات خود را از پژوهش سرای منطقه یا دبیرخانه جشنواره استان بپرسید یا به شماره کانال خبرنامه خوارزمی تلگرامی ارسال فرمایید.

انتخاب دبیران جشنواره جوان خوارزمی 23 استان کشور

 با توجه به شیوه نامه هجدهمین جشنواره جوان خوارزمی، به شماره 204/2637 مورخ 1395/01/15 و معرفی افراد توسط اداره کل آموزش و پرورش استان، با ارائه سوابق علمی و اجرایی لازم، به ستاد جشنواره، دبیران جشنواره 23 استان کشور به شرح زیر، توسط ستاد جشنواره منصوب و ابلاغ آنها صادر گردید:
1- آذربایجان شرقی: آقای ناصر ممی پور
2- البرز: آقای عیسی زبیدی
3- ایلام: آقای عبدالعباس شیرخانی
4- چهارمحال و بختیاری: آقای سیدفرود  حجازی
5- خراسان جنوبی: آقای محمد آزادی مود
6- خراسان رضوی: آقای علی رضا ذهبی
7- زنجان: آقای جعفر زنجانی
8- سمنان: خانم اکرم رجب بیگی
9-  شهرستان های تهران: آقای علی قربانی
10- فارس: آقای ذوالفقار شهریاری
11- قزوین: آقای ثابت رستمی
12- کردستان: آقای اکبر منجمی کردستانی
13-  کرمان: آقای حمزه اسفندیار پور
14- کرمانشاه: آقای علی مرادی
15-  کهگیلویه و بویراحمد: آقای محمدتقی اسد پور جهان آباد
16- گلستان: آقای سید قاسم حسینی
17- گیلان: آقای غلامرضا نوروزپور
18- لرستان: آقای مهدی جهانیان
19- مازندران: آقای عبدالله آزادی
20- مرکزی: آقای ابوالفضل مشهدی
21- هرمزگان: خانم بی بی نسیم حسینی
22- همدان: آقای رضا هاشمی
23- یزد: آقای مهدی مستقل چی
اسامی دبیران جشنواره سایر استان ها پس از معرفی توسط اداره کل آموزش و پرورش استان و بررسی و تایید ستاد جشنواره اعلام خواهد شد.

داوری طرح ها:

فرم های پنجگانه داوری، همانند فرم های سال قبل می باشد. با این تفاوت که عنوان «معماری» از فرم داوری «هنر» حذف می شود.

 فرم های پنجگانه داوری:

1- طرح های کاربردی علوم فنی و مهندسی و پزشکی
2- طرح های کاربردی علوم انسانی
3- طرح های  بنیادی برای همه گروه های داوری
4- زبان و ادبیات فارسی و خارجی
5- هنر

حداقل نمره در هر مرحله برای راهیابی به مرحله  بالاتر، نمره 170 از 200 و دارا بودن خلاقیت و نوآوری و قابل دفاع بودن طرح توسط داوران آن مرحله در حضور داوران مرحله بالاتر است.
خبرنامه خوارزمی: پایگاه اطلاع رسانی جشنواره جوان خوارزمی - 09109017668

https://telegram.me/young_kharazmi

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان

تنظیم: نسرین صادقی

توپ های گلوتنی!

مقدمه:

خوراکی هایی مانند بیسکوییت، نان ذرت، کلوچه، شیرینی و پای را تصور کنید. نقطه ی مشترک این خوراکی ها داشتن ماده ای به نام گلوتن است. در این فعالیت علمی شما بررسی خواهید کرد که چرا برخی غذاها که همگی حاوی آرد گندم هستند چنین سطوح متفاوتی از نرمی و سفتی بر اساس گلوتن داخل خود دارند.

پیش زمینه:

نان، شیرینی، پاستا، کیک، کلوچه، بیسکوییت، پیتزا و ... . تمام این غذاها در چه چیز مشترک هستند؟ به طور سنتی تمام آنها از آرد گندم درست شده اند، پودری ریز تولید شده از خرد کردن دانه های گندم که قسمت خوراکی آن است. گندم متعلق به خانواده ی علف هاست که این خانواده شامل حدود هزار گونه می شود. به احتمال زیاد اولین بار گندم حدود ده تا دوازده هزار سال پیش در خاورمیانه کشت شده است. امروزه گندم سومین غله ی مهم جهان به شمار می آید. (ذرت در رتبه ی اول و برنج در رتبه ی دوم قرار دارند.)

اما چرا از آرد گندم در غذاهای بسیاری استفاده می شود؟ هنگامی که آب با اکثر آردهای دیگر مانند آرد ذرت یا آرد برنج مخلوط می شود خمیر به وجود می آید. اما اگر آرد گندم را با آب مخلوط کنید، حاصل ماده ای هم با خاصیت پلاستیک (با قابلیت تغییر شکل) و هم با خاصیت الاستیک (با قابلیت برگشت به شکل اولیه ی خود) است. گلوتن ترکیبی از پروتئین ها در داخل دانه ی گندم است که این ویژگی های ارزشمند را ممکن می سازد. به دلیل داشتن این ویژگی ها خمیر گندم می تواند گاز را در خود به دام بیندازد (مانند کربن دی اکسید تولید شده توسط مخمر) و منبسط شود، که این پدیده سبب می شود نان و سایر محصولات پخته شده سبک و ترد شوند.

مواد و وسایل مورد نیاز:

 دو یا سه آرد گندم مختلف از جمله آرد نان گندم، آرد گلوتن، آرد کیک، آرد شیرینی یا آرد چند منظوره (از هر نوع آرد به مقدار کمی بیشتر از یک فنجان نیاز خواهید داشت.)
 یک کاسه ی جدا برای مخلوط کردن هر آرد به طور جداگانه
 فنجان برای اندازه گیری با علامت های نصف و یک چهارم فنجان
 آب
 کاغذ یادداشت چسب دار و مداد یا خودکار (اختیاری)
 چنگال
 تخته برش یا هر سطح کار مناسب دیگر
 ساعت رومیزی، ساعت مچی یا زمان سنج (تایمر)
 صافی با سوراخ های کوچک

آماده سازی:

مقدار یک فنجان از هر نوع از آردها را در کاسه ی مخصوص به خودش بریزید. دقت کنید که کاسه ها با هم اشتباه نشوند. برای جلوگیری از اشتباه می توانید با کاغذ یادداشت آنها را علامت گذاری کنید. انواع مختلف آرد چه ویژگی های ظاهری دارند؟

روش کار:

یکی از کاسه ها را برای شروع کار انتخاب کنید و به آرامی نصف تا سه چهارم فنجان آب را در حالی که محتویات کاسه را با چنگال هم می زنید به آن اضافه کنید. ممکن است در ابتدا هم زدن دشوار به نظر بیاید، اما رفته رفته مخلوط به صورت یک توپ درمی آید. با گذشت زمان چه تغییری در ویژگی های ظاهری آرد رخ می دهد؟

یک قاشق از آردی که با آن کار می کنید روی سطح کارتان و روی دست های خود بپاشید تا هم سطح کار و هم دست هایتان کمی آرد روی خود داشته باشند. توپ آردی که در کاسه تشکیل شده است را روی سطح کار خود قرار دهید و آن را با دست حدود پنج تا هفت دقیقه ورز دهید تا نرم و الاستیک شود. (اگر با روش ورز دادن آشنا نیستید به این صورت است: ابتدا با کف دست روی توپ خمیر فشار وارد کنید و سپس با نوک انگشتان آن را مجدداً بالا بکشید و بچرخانید. این مراحل را باید چندین بار به همین ترتیب تکرار کنید.) با ورز دادن خمیر چه تغییراتی مشاهده می کنید؟ آیا با گذشت زمان به راحتی یک توپ از خمیر تشکیل می شود؟

این مراحل (اضافه کردن آب به آرد و ورز دادن خمیر) را در مورد تمام آردهایی که دارید به طور جداگانه انجام دهید. دقت داشته باشید که تمام آردها را باید مدت زمانی مساوی ورز دهید. در پایان ورز دادن، باید یک توپ خمیری نرم و الاستیک از هر کدام از آردها داشته باشید. (دقت کنید که برخی از انواع آرد توپ خمیری بهتری نسبت به انواع دیگر تشکیل می دهند.)

توپ های خمیری را به کاسه های خود برگردانید و اجازه دهید به مدت ده دقیقه در کاسه بی حرکت باقی بمانند.

حال زمان آن فرارسیده است که ببینیم چه مقدار گلوتن در هر کدام از این توپ های خمیری وجود دارد. صافی را در سینک طوری قرار دهید که شیر آب به آن برسد. یکی از توپ های خمیری را داخل سینک ببرید و آن را روی دست خود و روی صافی نگه دارید. در همین حین آب سرد را از شیر روی خمیر بریزید. به آرامی خمیر را در دستان خود فشار دهید و از هم باز کنید. آب بخش های محلول در آب مانند کربوهیدرات ها را با خود می شوید، اما پروتئین نامحلول یا همان گلوتن باقی می ماند. بخش محلول در آب مانند یک مایع شیری به نظر می رسد که از خمیر جدا می شود. آنقدر آب روی توپ خمیری بریزید تا مایع شیری خارج شونده از آن بسیار کم شود. حال بافت خمیر و شکل ظاهری آن به چه صورت است؟ باقی مانده ی خمیر در دستانتان را داخل کاسه ی مربوط به خود قرار دهید تا با خمیرهای دیگر اشتباه نشود.

صافی را بشویید و مرحله ی قبل را روی توپ های خمیری دیگر نیز انجام دهید. در پایان کار باید در هر کاسه یک توپ گلوتن داشته باشید. (دقت داشته باشید که بسته به نوع آردی که استفاده می کنید، حجم باقی مانده از توپ خمیری پس از شستن متفاوت است.)

اندازه ی توپ های گلوتن را با هم مقایسه کنید. کدام نوع آرد کوچک ترین توپ گلوتن را تشکیل می دهد؟ کدام آرد توپ گلوتن بزرگ تری دارد؟ آیا این نتایج بر اساس اینکه در هر نوع غذا چه آردی مصرف شود و در هر آرد چه میزان گلوتن وجود دارد منطقی به نظر می رسد؟

آزمایش های تکمیلی:

می توانید فعالیت را ادامه دهید و توپ های گلوتن را در دمای ۴۵۰ درجه فارنهایت به مدت پانزده تا سی دقیقه در فر بپزید. این توپ های گلوتن پس از پخت چه ظاهر و طعمی دارند؟

 این فعالیت را با استفاده از انواع بیشتری از آرد گندم انجام دهید و با خط کش قطر توپ های گلوتن در انتهای کار را اندازه بگیرید. چه آردهایی توپ های گلوتن بزرگتری به وجود می آورند (توپ هایی با بیشترین قطر) و کدام آردها توپ های گلوتن کوچک تری حاصل می کنند؟ تفاوت میان ابعاد این توپ ها چه اندازه است؟

 می توانید تأثیر ورز دادن بر ابعاد توپ گلوتن تشکیل شده را بررسی کنید. برای این کار، یک نوع آرد انتخاب کنید و سه توپ خمیر هم اندازه از آن با میزان های مختلف ورز دادن تهیه کنید: ۱. بدون ورز ۲. پنج دقیقه ورز ۳. ده دقیقه ورز. توپ های خمیر را زیر آب بگیرید و ابعاد و وزن توپ های گلوتن را بررسی کنید. میزان ورز دادن چه تأثیری بر ابعاد توپ های گلوتن دارد؟

 یک نوع آرد انتخاب کنید و با آن خمیرهایی با افزودنی های متفاوت از جمله نمک، شکر یا روغن تهیه کنید. این افزودنی ها چه تأثیری بر گلوتن ایجاد شده دارند؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا توپ های گلوتن تشکیل شده از آرد نان یا آرد گلوتن بزرگتر از همه هستند، درحالی که توپ های گلوتن مربوط به آرد کیک و آرد شیرینی از همه کوچکتر هستند؟ آیا آرد چند منظوره توپ های گلوتن با ابعاد متوسط ایجاد می کند؟
به طور معمول، آرد نان و آرد گلوتن میزان نسبتاً بالایی گلوتن (حدود دوازده تا چهارده درصد) دارند، درحالی که آرد کیک و آرد شیرینی کمترین مقدار گلوتن (حدود هفت تا ده درصد) را دارند. آردهای چند منظوره نیز دارای مقدار متوسطی گلوتن (نه تا یازده درصد) هستند. هر چه گلوتن یک آرد بیشتر باشد، توپ گلوتن حاصل از آن بزرگتر خواهد بود. آردهای گندم سخت از جمله انواع مخصوص نان دارای گلوتن زیادی هستند و برای پخت چیزهایی که نیاز به چقرمگی و استحکام دارند مانند نان و برخی شیرینی ها مناسب هستند. آردهای گندم نرم از جمله آرد کیک و شیرینی گلوتن کمی دارند و برای پخت مواد غذایی نیازمند نرم بودن مانند پنکیک و کلوچه مناسب ترند.

چرا ورز دادن برای اندازه گیری میزان گوتن در آرد مهم است؟ وقتی خمیر ورز داده می شود، مولکول های زنجیر مانندی که گلوتن را تشکیل می دهند (گلوتنین و گلیادین) از انتها به هم متصل می شوند و زنجیرهایی بسیار بلند و فنری به وجود می آورند. این اتفاق سبب تشکیل شبکه ای در هم پیچیده از گلوتن می شود و به خمیر خاصیت ارتجاعی می بخشد، زیرا با کشیده شدن ماده این ساختار فنری علاقه به بازگشت به شکل اولیه ی خود دارد.

منبع: Great Globs of Gluten

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی

تشخیص رنگ ها و اثر استروپ

مقدمه:

آیا تا به حال سعی کرده اید به طور همزمان با یک دست به سر خود ضربه های آهسته بزنید و با دست دیگر شکم خود را مالش دهید؟ این فعالیت علمی چیزی شبیه به این کار است و می تواند دیدی درست از نحوه ی کار مغزتان به شما بدهد. چالش این فعالیت گفتن اسم رنگ هاست. به نظر کار ساده ای است، نه؟ اما تصور کنید که اسم رنگ ها جلوی چشمانتان باشند و مجبور باشید رنگ نوشته را تشخیص دهید. این فعالیتی سرگرم کننده است که می توانید با اعضای خانواده یا دوستان در اوقات فراغت خود انجام دهید.

پیش زمینه:

این فعالیت تلاشی است برای فهم فرآیندهای فکری که شامل توجه، ادراک، خواندن و نام گذاری هستند. این فرآیندها چگونه در مغز اتفاق می افتند؟ در این آزمایش سعی داریم پدیده ای به نام اثر استروپ که اولین بار در سال ۱۹۳۵ در یک مقاله ی روان شناسی تجربی معروف توسط John Ridley Stroop توصیف شد را مورد بررسی قرار دهیم.

  اثر استروپ از کلمات چاپ شده در رنگ های مختلف (مانند قرمز، سبز یا آبی) استفاده می کند و نشان می دهد که زمانی که این کلمات چاپ شده خود اسم رنگ ها باشند، می تواند بر سرعت فرد در گفتن اسم رنگی که مشاهده می کند تأثیر بگذارد. برای مثال، اگر کلمه ی قرمز با رنگ زرد چاپ شده باشد، زمان متفاوتی برای فرد لازم است تا اسم رنگ یعنی زرد را بگوید، در مقایسه با حالتی که کلمه ی قرمز با رنگ قرمز چاپ شده باشد. تفاوت دقیق میان زمان گفتن اسم رنگ ها در این حالت چقدر است؟ فعالیت علمی زیر را با دوستان خود انجام دهید تا پاسخ این سوال را بیابید.

مواد و وسایل مورد نیاز:

ده کاغذ یادداشت در ابعاد سه در پنج اینچ (می توانید به جای آن از کارت های کمتر با ابعاد بزرگتر یا کارت های بیشتر با ابعاد کوچکتر استفاده کنید.)
قیچی
خط کش (اختیاری)
 ماژیک رنگی در پنچ رنگ مختلف (این پنج رنگ باید کاملاً با هم متفاوت باشند، مانند سبز، قهوه ای، آبی، قرمز و زرد)
تایمر یا کرنومتر
حداقل سه داوطلب برای انجام آزمایش

آماده سازی:

یک کاغذ یادداشت را به صورت عمودی نگه دارید و آن را دو بار ببرید تا سه تکه کاغذ کوچکتر هر کدام در ابعاد ۳ در ۱.۶ اینچ حاصل شود. این کار را با همه ی ده کاغذ یادداشت انجام دهید تا در نهایت سی کارت کوچک داشته باشید.

 روی پانزده عدد از این کارت ها با ماژیک رنگی نام رنگ ماژیک را بنویسید. برای مثال، می توانید با ماژیک سبز کلمه ی سبز را روی یکی از کارت ها بنویسید. از هر کدام از این پنج رنگ سه کارت تهیه کنید. (به این ترتیب برای مثال از رنگ سبز سه کارت با کلمه ی سبز روی آن ها، از رنگ قهوه ای سه کارت با کلمه ی قهوه ای روی آن ها و ... خواهید داشت.)

 روی پانزده کارت باقی مانده از سی کارت، از همان ماژیک ها استفاده کنید اما این بار اسم رنگی را روی کارت بنویسید که مطابق با رنگ جوهر ماژیک نباشد. برای مثال با ماژیک سبز کلمه ی آبی را روی یکی از این کارت ها بنویسید. این بار نیز از هر کدام از پنج ماژیک برای نوشتن روی سه کارت استفاده کنید.

دو دسته ی پانزده تایی کارت را به طور جداگانه نگه دارید.

روش کار:

داوطلب اول خود را آماده کنید و روش کار را برای او توضیح دهید. بگویید که دسته ای کارت به او داده می شود و روی هر کارت کلمه ای با جوهر رنگی نوشته شده است. او وظیفه دارد رنگ جوهر نوشته را در کمترین زمان و بدون اشتباه بگوید.

 هنگامی که هر دوی شما آماده بودید، یکی از دو دسته ی پانزده تایی کارت را به داوطلب بدهید و زمان لازم برای گفتن رنگ تمام کارت ها را اندازه بگیرید. چه زمانی طول می کشد تا داوطلب بتواند رنگ جوهر نوشته ی تمام پانزده کارت را به درستی بگوید؟

 در مرحله ی بعد به همین داوطلب دسته ی پانزده تایی دوم کارت ها را بدهید و مجدداً زمان را اندازه بگیرید. چه مدت طول می-کشد تا داوطلب بتواند به درستی جوهر نوشته ی تمام پانزده کارت دسته را بگوید؟

 همین دو مرحله را با داوطلبان دیگری که دارید تکرار کنید. برای هر کدام از آنها، دسته ی پانزده تایی که کار را با آن شروع می کنید تعویض کنید.

 به طور کلی، داوطلبان برای گفتن اسم رنگ های کدام دسته از کارت ها به زمان بیشتری نیاز دارند، دسته ای که در آن اسم و رنگ جوهر یکسان هستند یا دسته ای که در آن رنگ نوشته با اسم رنگ متفاوت است؟ به نظر شما چرا نتایج این گونه است؟

آزمایش های تکمیلی:

می توانید این فعالیت را یک مرتبه ی دیگر انجام دهید اما این بار دو دسته کارت یکی با اسم رنگ هایی مطابق با رنگ جوهر و دیگری با اسم رنگ هایی که همگی با جوهر سیاه نوشته شده اند را بررسی کنید. آیا می توانید تفاوتی در میزان راحتی افراد در خواندن اسم رنگ ها بر اساس اینکه جوهر نوشته همرنگ اسم رنگ باشد یا نه حس کنید؟

 فعالیت علمی بالا را یک بار دیگر انجام دهید و این مرتبه کارت ها را برعکس (پایین به بالا) به افراد نشان دهید. آیا در این حالت نیز اثر استروپ را در افراد مشاهده می کنید؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا داوطلبان در گفتن اسم رنگ هایی که در آن جوهر با کلمه ی نوشته شده یکسان است در مقایسه با حالتی که جوهر و اسم رنگ یکسان نیست بهتر و سریع تر عمل می کنند؟
اثر استروپ نشان می دهد زمانی که یک اسم رنگ با جوهری به همان رنگ چاپ شود، افراد می توانند نام آن را بسیار سریع تر از زمانی بگویند که اسم رنگ و جوهری که کلمه با آن چاپ شده است یکسان نیست. (برای مثال، زمانی که با جوهر آبی کلمه ی آبی را روی کاغذ بنویسید، فرد می تواند بسیار سریع تر اسم رنگ را در مقایسه با حالتی بگوید که با جوهر آبی کلمه ی سبز نوشته شده باشد.) با انجام این فعالیت علمی نیز باید به همین نتیجه رسیده باشید. به عنوان مثال، ممکن است مشاهده کرده باشید که حدود سیزده تا هفده ثانیه برای انجام دسته ی کارت ها با رنگ جوهر مطابق با کلمه و حدود بیست تا بیست و پنج ثانیه برای انجام دسته ی کارت ها با رنگ جوهر متفاوت با کلمه برای داوطلبان زمان لازم است.

یک توضیح برای اثر استروپ تداخل است. از اولین سال های مدرسه، خواندن جزو اعمالی است که افراد روزانه آن را انجام می دهند. ما آنقدر در خواندن تبحر پیدا می کنیم که به صورت خودکار کلمات را می خوانیم. زمانی که از ما خواسته می شود اسم رنگ جوهر کلمه را به جای خود کلمه بگوییم، این توانایی خواندن خودکار کلمات با کاری که قصد داریم انجام دهیم (گفتن اسم رنگ جوهر کلمه) تداخل پیدا می کند. این اثر تداخلی به دانشمندان امکان آن را می دهد که نحوه ی کار مغز را بررسی کنند.

منبع:  Seeing Science

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی

چرا کف حمام سرد و حوله گرم است؟

مقدمه:

ما انسان ها با داشتن حس لامسه می توانیم تفاوت بین سرما و گرما را حس کنیم. اما آیا حسی که نسبت به یک درجه حرارت خاص داریم در تمام شرایط یکسان است؟ آیا دقت کرده اید که در حمام زمانی که با پای برهنه روی کاشی حمام قدم می گذارید حس سرمای زیادی می کنید، اما حوله ای که در همان شرایط دمایی در حمام آویزان است بسیار گرم تر حس می شود؟ این تفاوت از کجا ناشی می شود؟ فعالیت سرگرم کننده ی زیر را انجام دهید تا پاسخ این سوال را بیابید!

پیش زمینه:

ابتدا باید در مورد مبحث انرژی صحبت کنیم. گرما یکی از اشکال انرژی است. هنگامی که جسمی گرما می گیرد، انرژی جنبشی مولکول های این جسم افزایش پیدا می کند و مولکول ها سریع تر حرکت می کنند. دما معیاری از سرعت متوسط مولکول های ماده است.
پس از انرژی باید کمی در مورد حس لامسه توضیح دهیم. مغز شما همیشه در حال فرستادن پیام هایی به دستان شماست. مثلاً: «هی دست ها! دستگیره ی در را بگیرید و در را باز کنید!» دست ها نیز می توانند به مغز پیام بفرستند. سلول های حسی در دستان شما سیگنال هایی به مغزتان می فرستند تا بتوانند بفهمند دست شما در حال لمس چه چیزی است. اما همانطور که در این فعالیت علمی خواهید آموخت، سیستم لامسه ی ما نمی تواند با دقت یک دماسنج دمای اجسام را اندازه بگیرد.

مواد و وسایل مورد نیاز:

حمام با کف کاشی
جاحوله ای فلزی
حوله
لیوان آب خالی
کاغذ و مداد
نوار دماسنج کریستال مایع مخصوص آکواریوم (می توانید آن را از مغازه های آکواریوم فروشی خریداری کنید.)

آماده سازی:

اطمینان حاصل کنید که حوله و لیوان آب ده دقیقه قبل از شروع کار در حمامی قرار داشته باشند که قصد انجام آزمایش را در آن دارید.

 یک لیست از مواردی که آزمایش خواهید کرد روی کاغذ تهیه کنید: کاشی، جاحوله ای، حوله و لیوان. روبه روی هر کدام از این موارد فضای کافی برای نوشتن دو مطلب خالی بگذارید: اول حسی که با لمس کردن آن دارید و دوم دمای حقیقی آن.

روش کار:

کف دست خود را روی حوله قرار دهید. چه حسی دارید؟ حوله گرم است یا سرد؟

روی کاغذ روبه روی کلمه ی حوله بنویسید که چه حسی از لمس آن داشتید.

حال کف دست خود را روی سطح لیوان بگذارید. لیوان را گرم حس می کنید یا سرد؟

این بار نیز روی کاغذ روبه روی کلمه ی لیوان بنویسید که چه حسی از لمس آن داشتید.

 

همین مراحل را در مورد جاحوله ای فلزی و کاشی انجام دهید. با لمس آنها حس گرما دارید یا سرما؟ نتایج را روی کاغذ یادداشت کنید. آیا درک تفاوت بین دمای اجسامی که آنها را لمس کردید برایتان ساده بود؟ چند دقیقه صبر کنید و سپس نوار دماسنج را روی سطح حوله قرار دهید. دماسنج چه دمایی را برای حوله نشان می دهد؟

دمایی که دماسنج برای حوله نشان می دهد روی کاغذ روبه روی کلمه ی حوله یادداشت کنید.

سپس دماسنج را به ترتیب روی لیوان، جاحوله ای فلزی و کاشی بگذارید و دمای آنها را اندازه بگیرید. دمای این سطوح یکسان است یا متفاوت؟ دمای واقعی این اجسام در مقایسه با حسی که با لمس آنها داشتید چگونه است؟
 

آزمایش تکمیلی:

سه لیوان شیشه ای بلند آماده کنید. یکی را با آب داغ (نه خیلی داغ) پر کنید. در لیوان دوم آب یخ و در لیوان سوم نیز آب دمای اتاق بریزید. با یک دست لیوان حاوی آب یخ را طوری بگیرید که کف دستتان به طور کامل با لیوان در تماس باشد. حال با دست دیگر به همین شکل لیوان حاوی آب داغ را بگیرید.
 
هر دو دست را به مدت یک دقیقه در همین حالت نگه دارید. سپس دستانتان را از دو لیوان جدا کنید و به سرعت لیوان حاوی آب با دمای اتاق را با دو دست بگیرید. چه حسی به دمای این لیوان دارید؟

مشاهده و نتیجه گیری:

اشیای داخل حمام از جمله حوله، لیوان، جاحوله ای و کاشی باید درجه حرارتی یکسان داشته باشند، اما درجه حرارتی که با لمس این اشیا از دستتان حس می کنید ممکن است بسیار متفاوت باشد. این مسئله مربوط به حرکت حرارت یا انرژی است. هنگامی که دو جسم در دماهای مختلف باشند، حرارت از جسم گرم تر به جسم سردتر جریان پیدا می کند.

 احتمالاً جاحوله ای فلزی به نظرتان سردتر از بقیه ی اجسام بوده است، زیرا فلز رسانای خوبی برای گرماست. به این معنا که می تواند به سرعت گرما را از دست شما بگیرد و به دست شما حس سرما بدهد. در مقابل حوله که از جنس پنبه است رسانای ضعیف گرماست و حرارت دست شما را نمی گیرد، به همین دلیل آن را گرم تر حس می کنید. لیوان شیشه ای و کاشی احتمالاً چیزی در این بین بوده اند. درک ما از دما از طریق مقایسه است. زمانی که جسمی را لمس می کنیم که دمایی متفاوت با دستمان دارد، جریان گرمای وارد شده به دست یا خارج شده از آن را به عنوان تفاوت حرارتی می بینیم. زمانی که گرما از دست ما خارج می شود، دمای دست کاهش می یابد و سنسورهای دست به مغز پیام می دهند که پوست در تماس با یک جسم سردتر است.
از آنجا که تعیین درجه حرارت با استفاده از حس لامسه فرآیندی مقایسه ای است، برای اندازه گیری دمای دقیق هر جسم نیاز به دماسنج داریم.

اگر آزمایش تکمیلی ذکر شده در بالا را انجام دهید، خواهید دید که دو دست شما می توانند اطلاعات متناقضی در مورد دمای یک جسم به شما بدهند. دستی که در تماس با لیوان حاوی آب یخ بود این حس را به شما داد که لیوان حاوی آب با دمای اتاق داغ است. دست دیگرتان که لیوان آب داغ را گرفته بود این حس را به شما داد که لیوان سوم سرد است. این در حالی است که در انتها هر دو دست شما یک لیوان را گرفته بودند!

این حس های اشتباه نشان می دهند که دستان ما قادر به درک مستقیم درجه حرارت لیوان نیستند. سنسورهای حرارت در پوست دست تغییر درجه حرارت ناشی از جریان گرما (یا انرژی) به درون دست یا بیرون از آن را حس می کنند. زمانی که لیوان سرد را در دست می گیرید، دست شما سرد می شود. سپس زمانی که این دست سرد در تماس با لیوان حاوی آب با دمای اتاق قرار می-گیرد، گرما از لیوان به سمت دست شما جریان پیدا می کند تا دمای آن را افزایش دهد. حرارت دست شما افزایش می یابد، در نتیجه دست حس می کند که لیوان گرم است. زمانی که لیوان گرم را در دست می گیرید، دست شما گرم می شود. در ادامه با لمس لیوان با دمای معمولی، گرما از دست شما به لیوان جریان پیدا می کند تا دست شما خنک شود. دست شما در این فرآیند حرارت از دست می دهد و در نتیجه حس می کند که لیوان سرد است. 

عصب هایی در دست شما وجود دارند که می توانند تعیین کنند یک جسم گرم تر از دمای بدن است یا سردتر. اما آنها به سرعت با شرایط وفق پیدا می کنند و از جسم حس عادی و نه گرم یا سرد پیدا می کنیم. زمانی که دستان خود را به لیوان با دمای معمولی می چسبانید، هر کدام از دست ها حسی متفاوت از آنچه قبل داشت دریافت می کند. از آنجا که هر کدام از دست هایتان در مرحله ی قبل لیوانی با دمای متفاوت را گرفته بود، تغییراتی که در مرحله ی بعد احساس می کند متفاوت است، در حالی که هر دو دست در تماس با یک لیوان هستند.

منبع: Scientific American

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی

آب یخ
یک فنجان کره
یک قابلمه ی کوچک
یک کاسه ی بزرگ برای هم زدن
چنگال
فنجان و قاشق برای اندازه گیری
سه فنجان آرد
یک قاشق چای خوری نمک
مخلوط کن یا دو چاقوی استیل
خط کش
پوشش پلاستیکی (سلفون)
تایمر، ساعت یا کرنومتر
یخچال
اجاق گاز و فر
تخته ی برش بزرگ و محکم
وردنه
دو تابه ی آلومینیومی کوچک مخصوص پای به شکل زیر (هر کدام با قطر ۹ اینچ)
دستکش آشپزخانه و دستگیره ی آشپزخانه
حداقل سه داوطلب برای تست مزه ی کراست ها در انتها

آماده سازی:

دستان خود را خوب بشویید و مطمئن شوید که تمام تجهیزات و وسایل پخت و پز تمیز هستند و مواد اولیه ی کار آماده و در دسترس اند.

یک کاسه را پر از قطعات مکعبی یخ کنید و سپس به آن آب اضافه کنید تا کاسه پر شود. بدین ترتیب آب یخ شما آماده است. با ذوب شدن این یخ ها قطعات جدید یخ را به کاسه اضافه کنید.

 درست قبل از شروع کار نصف فنجان کره را روی گاز با حرارت کم در یک قابلمه ذوب کنید. تا زمان استفاده از کره آن را به صورت ذوب شده و گرم نگه دارید. در هنگام کار با اجاق گاز و فر و وسایل داغ حتماً باید یک بزرگتر در کنارتان باشد.

روش کار:

مقدار یک و یک سوم فنجان آرد را داخل یک کاسه ی بزرگ بریزید. نصف قاشق چای خوری نمک به آن اضافه کنید و مخلوط را با چنگال به طور کامل هم بزنید.

نصف فنجان کره ی سرد شده در یخچال را به مخلوط داخل کاسه اضافه کنید و با مخلوط کن محتویات کاسه را خوب هم بزنید. اگر به مخلوط کن دسترسی ندارید با دو چاقوی استیل این کار را انجام دهید. هم زدن مخلوط را تا ده دقیقه ادامه دهید. حاصل باید تکه های کوچک (در اندازه ی نخود یا کوچکتر) از آرد با پوشش چربی باشد. مخلوط کردن کره ی سرد با آرد چه میزان دشوار است؟

 هنگامی که مخلوط آرد به حالت مناسب رسید، سه قاشق غذاخوری آب یخ به کاسه اضافه کنید. سپس با چنگال آب را خوب با محتویات کاسه هم بزنید. آب چگونه با محتویات کاسه مخلوط می شود؟

زمانی که آب به طور کامل با محتویات کاسه مخلوط شد، به سرعت خمیر را به صورت یک توپ درآورید و آن را با دست-هایتان به صورت یک دیسک مسطح با وسعت چهار اینچ درآورید. خمیر چقدر راحت به شکل توپ درمی آید؟

خمیر را با سلفون بپوشانید و به مدت بیست دقیقه آن را در یخچال قرار دهید. در همین حین درجه ی فر را روی ۴۲۵ فارنهایت تنظیم کنید تا فر داغ شود.

در حالی که اولین خمیری که آماده کرده اید در یخچال است، خمیر دوم را آماده کنید اما این بار از کره ی ذوب شده ی گرمی که آماده کردید استفاده کنید. این بار نیز یک و نیم فنجان آرد و نصف قاشق چای خوری نمک را با هم مخلوط کنید و سپس نصف فنجان کره ی ذوب شده را به مخلوط اضافه کنید. مخلوط کردن کره ی ذوب شده چه میزان دشوار است؟

پس از مخلوط شدن کامل کره با محتویات کاسه، سه قاشق غذاخوری آب یخ به کاسه اضافه کنید و مانند قبل خمیر را به صورت یک توپ دربیاورید و آن را به دیسکی با عرض چهار اینچ تبدیل کنید. مخلوط کردن آب و تبدیل خمیر به توپ چقدر آسان است؟

این دیسک خمیر را نیز با سلفون بپوشانید و آن را به مدت بیست دقیقه در یخچال قرار دهید.

پس از آماده شدن اولین خمیر، روی وردنه و تخته کمی آرد بپاشید. با وردنه خمیر را از وسط به بیرون در تمام جهات صاف کنید تا دایره ای به قطر حدودی دوازده اینچ تشکیل شود. ایجاد این دایره چقدر آسان یا سخت است؟

خمیر را در تابه ی مخصوص پای با قطر ۹ اینچ قرار دهید. برای این کار می توانید تابه را به صورت برعکس روی خمیر صاف شده قرار دهید. سپس با یک دست تابه را در همان حالت نگه دارید و با دست دیگر تخته ای که خمیر روی آن قرار دارد را بلند کنید و آن را برگردانید. به این ترتیب خمیر به شکلی صاف در تابه قرار می گیرد.

به آرامی خمیر را به سمت کف و دیواره های تابه فشار دهید. اگر خمیر اضافه ای از تابه بیرون زده است آن را با چاقو ببرید. روی سطح خمیر در کف و دیواره ها با چنگال چند شکاف ایجاد کنید.

حال خمیر را در فر به مدت پانزده تا هیجده دقیقه در دمای ۴۲۵ فارنهایت بپزید.

در حالی که خمیر اول داخل فر در حال پختن است، خمیر دوم را پس از بیست دقیقه از یخچال بیرون بیاورید و آن را آماده کنید. تمام مراحل آماده سازی مانند مراحل مربوط به خمیر اول است. استفاده از وردنه و صاف کردن این خمیر سخت است یا آسان؟

خمیر دوم آماده در تابه ی مخصوص را نیز به مدت پانزده تا هیجده دقیقه در دمای ۴۲۵ فارنهایت داخل فر بپزید.

- پس از پخت هر کدام از کراست ها با استفاده از دستکش مخصوص آشپزخانه آنها را از فر خارج کنید. هر دو کراست را در جایی مناسب قرار دهید تا سرد شوند. رنگ کراست ها باید طلایی- قهوه ای باشد. ظاهر دو کراست در مقایسه با هم چگونه است؟ شباهت و تفاوت آنها با هم چیست؟

- پس از سرد شدن کراست ها، از داوطلبان خود بخواهید ظاهر کراست ها را بررسی و طعم آنها را امتحان کنند. کدام کراست تردتر است؟ کدام کراست نرم تر است؟ (نرمی به این معنا که جویدن آن چه مقدار آسان است یا اینکه در هنگام جویدن چقدر نرم است)
به نظرتان نوع کره ی استفاده شده در خمیر (ذوب شده یا سرد) چه تأثیری بر حاصل کار گذاشته است؟

آزمایش های تکمیلی:

همین مراحل را مجدداً انجام دهید با این تفاوت که این بار مرحله ی گذاشتن خمیرها در یخچال را حذف کنید. آیا سرد کردن خمیر برای پخت کراست خوب لازم است؟

اگر به میکروسکوپ دسترسی دارید، کراست ها را به طور دقیق تر بررسی کنید. دو کراست پخته شده چه تفاوتی از نزدیک با هم دارند؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا کراست درست شده با کره ی سرد تردتر و سخت تر از کراست درست شده با کره ی ذوب شده و گرم است؟

در هنگام مخلوط کردن کره در خمیر کراست، احتمالاً متوجه شده اید که مخلوط کردن کره ی سرد (که جامد است و شکستن آن به قطعات ریزتر کاری سخت است) بسیار دشوارتر از مخلوط کردن کره ی ذوب شده است (که حالت مایع دارد و راحت تر با آرد و نمک و آب یخ ترکیب می شود.). در هنگام استفاده از وردنه نیز مشاهده کردید که سختی کار به همین شکل است. به طور کلی، کره ی ذوب شده آسان تر ذرات آرد را از هم جدا می کند و آنها را پوشش می دهد، که نتیجه کراستی نرم تر در مقایسه با حالتی است که از کره ی سرد استفاده کنید.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی

مقدمه:

چه میزان با لوبیا آشنایی دارید؟ انواع مختلفی از لوبیاها ماده ی اولیه ی غذاهای فراوانی در سراسر جهان هستند. لوبیا را می توان خشک کرد و برای سال ها نگه داشت. سپس این لوبیا با خیس شدن در آب به حالت اولیه ی خود بازمی گردد. در این فعالیت علمی شما بررسی خواهید کرد که چگونه دمای آب استفاده شده برای خیس کردن لوبیا پس از خشک شدن می تواند بر سرعت برگشت لوبیا به حالت اول کمک کند.

پیش زمینه:

لوبیاها در اشکال، اندازه ها و رنگ های متفاوتی وجود دارند و هزاران سال است که توسط افراد در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرند. انواع لوبیا منبع مناسبی برای پروتئین، کربوهیدرات و فیبر هستند. تحقیقات نشان می دهد که لوبیا به همراه سایر مواد غذایی کم چرب و کم شکر (از جمله سبزیجات و غلات) باید قسمت بزرگی از وعده های روزانه ی ما را تشکیل دهد.

علاوه بر دارا بودن ارزش غذایی بالا، لوبیاها برای خشک کردن و نگهداری طولانی مدت بسیار مناسب هستند. اگر لوبیاهای خشک شده را به مدت چند ساعت (یا کمتر) در آب خیس کنیم، لوبیاها نرم و آماده ی پخت می شوند. این فرآیند آب رسانی مجدد در طبیعت نیز رخ می دهد. لوبیا نوعی دانه است که می تواند در معرض آب جوانه بزند. اگر لوبیاها را خشک نگه داریم، برای مدت طولانی زنده (قادر به رشد) باقی می مانند. این ویژگی سبب می شود این ماده بتواند در دوره های طولانی خشکسالی در شرایط طبیعی جان سالم به در ببرد و همین ویژگی به ما اجازه می دهد که بتوانیم لوبیا را برای مدت طولانی به منظور پخت و پز نگه داریم. لوبیا با خیس خوردن در آب دچار افزایش حجم می شود. در این فعالیت علمی شما بررسی خواهید کرد که خیس کردن لوبیا در آب داغ و آب سرد چه تأثیری بر سرعت جذب آب توسط آنها دارد.

مواد و وسایل مورد نیاز:

تکه های مکعبی یخ
کاسه
آب سرد
آب گرم
یک فنجان لوبیای خشک شده (می توانید به جای آن از نخود، لپه، عدس یا سایر حبوبات که نیاز به زمان طولانی برای خیس خوردن ندارند استفاده کنید.)
دو لیوان پلاستیکی شفاف یک بار مصرف در اندازه ی حداقل دوازده اونس
فنجان برای اندازه گیری
ماژیک دائمی
تایمر یا ساعت
خط کش (اختیاری)

آماده سازی:

 داخل کاسه تا نصف یخ بریزید، سپس آن را با آب سرد پر کنید. این کاسه ی آب یخ شما خواهد بود.

 داخل هر دو لیوان پلاستیکی را تا نیمه پر از لوبیای خشک شده کنید. لیوان ها را به آرامی تکان دهید تا سطح لوبیا در آنها صاف شود.

 حال با ماژیک دائمی روی لیوان ها خطی در محل قرار گرفتن لوبیا (لایه ی بالایی) بکشید. بهتر است لیوان ها را روی لبه ی میز بگذارید تا بتوانید مستقیم و از روبه رو به بالای لوبیاها نگاه کنید. سپس خط مربوط به بالای لوبیاها را رسم کنید تا محل خط دقیق باشد. به نظر شما با اضافه شدن آب به لیوان ها ارتفاع لوبیاها چه تغییری می کند؟

روش کار:

در همین حین یکی از لیوان های پلاستیکی را با آب یخ پر کنید (آب یخ را از کاسه ی حاوی یخ و آبی که آماده کرده بودید بریزید و مراقب باشید هیچ تکه ی یخی از کاسه داخل لیوان نیفتد). لیوان دوم را نیز با آب بسیار گرم پر کنید. مقدار آب هر دو لیوان باید دقیقاً یکسان و تا سر لیوان باشد.

 تایمر را روشن کنید یا زمان را روی کاغذ یادداشت کنید. سپس به مدت ۴۵ دقیقه هر ده دقیقه یک بار لیوان ها را چک کنید. زمانی که آنها را چک می کنید، موقعیت لوبیاها را روی هر لیوان با ماژیک علامت بزنید. زمان را کنار هر خط روی لیوان یادداشت کنید. موقعیت لوبیاها داخل هر لیوان با گذشت زمان چه تغییری می کند؟

 پس از گذشت ۴۵ دقیقه (یا بیشتر) ارتفاع لوبیاها در کدام لیوان بالاتر است؟ مشاهدات شما چه چیزی در مورد تأثیر آب سرد و گرم بر سرعت جذب آب توسط لوبیاها بیان می کند؟

 پس از انجام این فعالیت می توانید لوبیاها را دور بریزید یا در پخت غذایی مانند آش از آنها استفاده کنید.

آزمایش های تکمیلی:

روش دیگر برای بررسی نتایج در این فعالیت، وزن کردن لوبیاها روی ترازوی آشپزخانه است. برای این کار می توانید لوبیاها را در چند لیوان با آب داغ و چند لیوان با آب یخ در زمان های مختلف (سی دقیقه یا یک ساعت) خیس کنید و پس از خارج کردن آنها از آب هر کدام را وزن کنید. جرم لوبیاها با گذشت زمان چه تغییری می کند؟ آیا زمانی وجود دارد که پس از آن جرم لوبیاها تقریباً ثابت باقی بماند؟

این فعالیت علمی را با انواع حبوبات خشک (حبوبات شامل لوبیا، عدس، نخود و ... هستند) انجام دهید. آیا سرعت جذب آب برخی حبوبات بیشتر از بقیه است؟ این مشاهدات چه چیزی در مورد زمان مورد نیاز به منظور آماده شدن حبوبات برای پخت و پز بیان می کند؟
 

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا در این فعالیت مشاهده کردید که لوبیاهای داخل لیوان حاوی آب داغ ارتفاع بیشتری نسبت به لوبیاهای داخل لیوان حاوی آب یخ دارند؟
هنگامی که لوبیاهای خشک داخل آب قرار می گیرند، با جذب آب دچار افزایش حجم می شوند. لوبیاها آب داغ را سریع تر از آب سرد به خود جذب می کنند. به همین دلیل لوبیاهای داخل لیوان آب داغ در این فعالیت علمی بسیار سریع تر از لوبیاهای داخل آب سرد خیس می شوند و افزایش حجم پیدا می کنند.
برای مثال تنها پس از گذشت ده دقیقه از خیس خوردن لوبیاها، احتمالاً مشاهده کرده اید که ارتفاع لوبیاهای داخل لیوان آب داغ حدوداً نیم اینچ بیشتر از ارتفاع لوبیاهای داخل آب سرد است. همچنین این تفاوت در ادامه ی فعالیت تقریباً ثابت باقی می ماند. این فعالیت در مورد لوبیا، نخود و عدس نتایج خوبی را حاصل می کند زیرا این حبوبات به خیس شدن بسیار زیاد قبل از پختن نیاز ندارند. چنانچه حبوبات دیگر را در این آزمایش بررسی کنید، خواهید دید که سرعت جذب آنها بسیار کم تر است.

منبع: Soupy Science

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان، تنظیم: نیلوفر یاقوتی

آیا تا به حال با خمیر بازی چیزهای مختلف و رنگارنگ ساخته اید؟ شما می توانید یک تکه خمیر را له کنید یا کش دهید و آن را به اشکال مختلف دربیاورید. تغییر دادن شکل خمیر بر حجم آن چه تأثیری می گذارد؟ در این فعالیت علمی شما بررسی خواهید کرد که چگونه شکل هندسی خمیر بر ابعاد آن (طول، عرض و ارتفاع) تأثیر می گذارد. همچنین بررسی خواهید کرد که این تغییرات چگونه با حجم خمیر در ارتباط است.

پیش زمینه:

هندسه علم بررسی نحوه ی استفاده از ریاضی به منظور توصیف و بررسی نقاط، خطوط و اشکال مختلف است. منشور مستطیلی یک شکل هندسی سه بعدی بسیار ساده است، مانند کتاب یا یک جعبه. این منشور ساده شش وجه دارد. اگر تمام این شش وجه هم اندازه و مربع باشند (مانند یک تاس) جسم مکعب نام دارد. مساحت و حجم مکعب ها و منشور مستطیلی با فرمول هندسی مشابه قابل محاسبه است.

فرمول های ریاضی اشکال هندسی را توصیف می کنند و روشی به منظور محاسبه ی ویژگی های مختلف یک جسم از جمله مساحت و حجم هستند. حجم یک ویژگی مخصوص به شکل های سه بعدی است زیرا این اشکال در سه جهت مختلف طول، عرض و ارتفاع فضا را اشغال می کنند. در این فعالیت علمی شما با استفاده از خمیر بازی (یا خمیر خانگی) یک مدل از منشور مستطیلی خواهید ساخت و با تغییر یک بعد آن (ارتفاع) اثر این تغییر بر دو بعد دیگر و حجم کلی جسم را بررسی خواهید کرد.

مواد و وسایل مورد نیاز:

خمیر بازی (می توانید خودتان در خانه خمیر را با استفاده از آرد ساده، نمک، آب و مواد اولیه ی اختیاری دیگر درست کنید. برای اطلاعات بیشتر به قسمت آماده سازی مراجعه کنید. افزودنی های اختیاری شامل روغن گیاهی، چسب و آب لیمو هستند.)
 ماژیک دائمی
 خط کش
 یک میز کار
 یک سطح صاف مانند کتاب
 یک تکه کاغذ و خودکار یا مداد

آماده سازی:

اگر قصد درست کردن خمیر خانگی دارید، دو فنجان آرد ساده، یک فنجان نمک و یک فنجان آب را با هم مخلوط کنید. افزودنی های اختیاری شامل یک قاشق غذاخوری روغن گیاهی برای ورز دادن آسان تر، یک قاشق غذاخوری چسب کاغذ دیواری برای الاستیک شدن بیشتر مخلوط و یا یک قاشق غذاخوری آب لیمو برای سفت تر شدن خمیر نهایی هستند.

روش کار:

یک تکه خمیر تقریباً به اندازه ی مشت خود بردارید و آن را به شکل مکعبی با اضلاع برابر و مربعی شکل درآورید.

 با استفاده از ماژیک دائمی سه بعد مکعب را به ترتیب با حروف W (مشخصه ی عرض، Width)، L (مشخصه ی طول، Length) و H (مشخصه ی ارتفاع، Height) علامت گذاری کنید. در هر دو طرف این حروف دو خط تیره ی کوچک بکشید تا جهت بعد مربوط به آن ضلع مشخص باشد.

 مکعب خمیری علامت گذاری شده ی خود را روی میز طوری بگذارید که ضلع با علامت ارتفاع (H) به سمت بالا و پایین باشد (دو خط تیره به صورت عمودی قرار بگیرند). با خط کش سه بعد مکعب که علامت گذاری کرده اید (طول، عرض و ارتفاع) را اندازه بگیرید. ابعاد مکعب چه اندازه است؟ این اعداد را روی کاغذ یادداشت کنید.

 حال شما آماده ی تغییر شکل خمیر از طریق فشرده کردن آن هستید. یک سطح صاف مانند کتاب در بالای مکعب خمیری قرار دهید. حال آهسته مکعب خمیری را به پایین فشار دهید. در این حین با دست به اضلاع کناری مکعب ضربه های آهسته بزنید تا مکعب کج نشود. زمانی که احساس کردید شکل مکعب در حال تغییر است، فشرده کردن را متوقف کنید. ظاهر خمیر چگونه است؟

مجدداً با خط کش سه بعد مکعب که علامت گذاری کرده بودید را اندازه بگیرید. اعداد جدید را روی کاغذ یادداشت کنید.

 بار دیگر خمیر را به سمت پایین فشار دهید و سعی کنید خمیر کج نشود. زمانی که شکل خمیر به طور واضح تغییر کرد فشرده کردن را متوقف کنید. ظاهر خمیر چگونه است؟

با خط کش یک بار دیگر سه بعد علامت گذاری شده ی مکعب را اندازه بگیرید و اعداد را روی کاغذ یادداشت کنید.

برای هر اندازه گیری ابعاد، طول، عرض و ارتفاع مکعب را در هم ضرب کنید تا حجم آن با واحد سانتی متر مکعب به دست بیاید. پس از هر بار فشرده کردن حجم مکعب چقدر است؟

 به طور کلی با کاهش مقدار یک بعد چه اتفاقی برای مکعب رخ می دهد، دو بعد دیگر افزایش پیدا می کنند یا کاهش؟ آیا تغییر در ابعاد مکعب تأثیری در حجم آن می گذارد یا حجم در تمام این مراحل ثابت است؟

آزمایش های تکمیلی:

در این فعالیت علمی شما در ابعاد مکعب (طول، عرض و ارتفاع) تغییر ایجاد کردید اما مقدار خمیر داخل مکعب تغییری نکرد. به نظر شما اگر مقدار خمیر عوض شود چه اتفاقی می افتد؟ آیا با این کار حجم مکعب عوض می شود؟ فعالیت بالا را یک مرتبه ی دیگر انجام دهید و این بار مقداری خمیر کم یا اضافه کنید و خمیر را به شکل مکعب درآورید، سپس ابعاد جسم را اندازه بگیرید.

می توانید از نتایجی که در این فعالیت علمی به دست آورده اید یک نمودار تهیه کنید. یک نمودار مناسب برای این فعالیت نمودار میله ای است. با بررسی نمودار میله ای که رسم می کنید، با تغییر شکل مکعب چه اتفاقی برای ابعاد و حجم آن رخ می دهد؟

مشاهده و نتیجه گیری:

با فشرده کردن مکعب خمیری آیا ارتفاع آن کاهش و عرض و طولش افزایش پیدا می کند و حجم آن ثابت می ماند؟

در این فعالیت علمی، به دلیل ثابت بودن مقدار خمیر استفاده شده (شما هیچ خمیری را کم یا اضافه نکردید) اندازه یا حجم خمیر ثابت باقی می ماند. از آنجا که فرمول ریاضی محاسبه ی حجم یک مکعب، طول ضرب در عرض ضرب در ارتفاع آن است و حجم مکعب ثابت است، با فشرده کردن خمیر ارتفاع مکعب کاهش می یابد، در حالی که طول و عرض آن بیشتر می شود. برای مثال، مکعب اولیه ممکن است طول، عرض و ارتفاعی برابر با چهار سانتی متر داشته باشد. با فشرده شدن این مکعب، طول آن به پنج، عرض آن به پنج و ارتفاعش به ۲.۶ تغییر می یابد. اگر چه با فشرده کردن شکل مکعب عوض می شود، حجم آن ثابت می-ماند. (هر کدام از این مکعب ها حجمی تقریباً برابر با ۶۵ سانتی متر مکعب دارند.)

منبع:  Shape Science

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی

تمیز کردن روغن

مقدمه:

آیا تا به حال در اخبار تصاویر مربوط به نشت نفت در اقیانوس ها را دیده اید؟ نشت نفت می تواند حیات وحش را نابود کند و به منابع آبی ارزشمند ما آسیب وارد کند. به همین دلیل تمیز کردن سریع و کامل مواد نفتی روغنی (که ممکن است از تانکرهای حمل و نقل دریایی و یا سکوهای حفاری نشت کنند) بسیار مهم است.

 اما این کار چندان آسان نیست و دانشمندان به دنبال مواد جدید و متفاوت برای کمک به بهتر انجام شدن این فرآیند هستند. در این فعالیت علمی شما می توانید جذب مواد مختلف (موادی به نام جاذب) را بررسی کنید تا نتیجه بگیرید کدام ماده برای جدا کردن مواد روغنی از آب مناسب تر است.

پیش زمینه:

نفت تنها به عنوان سوخت کاربرد ندارد. کفشی که به پا دارید را نگاه کنید. به احتمال زیاد برخی از قسمت های کفش شما از فرآورده های نفتی ساخته شده است. حال به پارچه لباسی که پوشیده اید یا فرش و پرده های منزل تان نگاه کنید.

اگر این مواد به طور کامل نخی و طبیعی نباشند، پس قسمتی از آنها تولید شده از فرآورده های نفتی است. بسیاری از میوه ها و سبزیجاتی که در آشپزخانه می بینید با کمک کودها و سموم مختلف رشد کرده اند که این کودها و سموم نیز محصولات حاصل از فرآورده های نفتی هستند.

در داروها، لوسیون ها، خمیردندان ها، شامپوها و چسب زخم ها نیز از فرآورده های نفتی استفاده می شود. فرآورده های نفتی همه جا هستند، حتی بیرون از خانه در لاستیک اتومبیل ها، جاده ها و سوخت اکثر وسایل نقلیه ی موتوری!

از آنجا که نفت و فرآورده های آن کاربردهای فراوانی دارد، مقادیر بسیار زیادی از آن در مسافت های طولانی به کارخانه های مختلف حمل می شود تا در آنجا تبدیل به محصولات مورد نیاز ما شود. روزانه میلیون ها بشکه نفت عمدتاً در تانکرها که هر کدام ظرفیت حمل بیش از دویست هزار تن را دارند جا به جا می شوند. گاهی این تانکرها دچار حادثه می شوند یا سکوهای حفاری دریایی آسیب می بینند و در نتیجه نشت نفت به اقیانوس اتفاق می افتد.

 یکی از راه هایی که مهندسین محیط زیست سعی دارند با آن این نشت های نفت را تمیز کنند استفاده از مواد جاذب است، یعنی موادی که قابلیت جذب مایعات را دارند. اسفنج یا دستمال کاغذی که در کارهای روزانه از آنها استفاده می کنید جاذب هستند. حال قصد داریم به طور علمی بررسی کنیم که کدام ماده جاذب برای جدا کردن مواد روغنی از آب مناسب تر است.

مواد و وسایل مورد نیاز:

روزنامه
کیسه زباله پلاستیکی بزرگ
ظرف اندازه گیری مایع با ظرفیت چهار فنجان (می توانید از ظرف اندازه گیری کوچک تر استفاده کنید و به همین نسبت مقدار مواد دیگر را نیز کاهش دهید. اما در این صورت نتیجه ای که مشاهده خواهید کرد به اندازه ی حالت عادی نیست.)
فنجان اندازه گیری (با ظرفیت یک فنجان)
سه ماده ی جاذب (یا بیشتر) برای بررسی، هر کدام به مقدار یک فنجان (برای مثال پنبه، خز، پوسته ی نارگیل و پر. اگر قصد بررسی پوسته ی نارگیل را دارید باید دستکش، عینک ایمنی، چکش و یک حوله یا کیسه ی کنفی بزرگ داشته باشید.)
قیچی
روغن گیاهی (حداقل سه فنجان)
آب
فیلتر قهوه ی قابل شستشو (باید به اندازه ای باشد که به راحتی در ظرف اندازه گیری با ظرفیت چهار فنجان جا بگیرد.)
کرنومتر، تایمر یا ساعتی که ثانیه شمار داشته باشد.
صابون مایع
ماشین حساب

آماده سازی:

روی سطح کارتان روزنامه پهن کنید تا تمیز کردن بعد از کار دشوار نباشد. همچنین کیسه زباله را باز کنید و آن را آماده کنار فنجان اندازه گیری مایع بگذارید.

 تمام مواد جاذب خود را آماده کنید. تکه های بزرگ را به تکه های کوچک به اندازه ی نوک انگشت شست بشکنید (یا ببرید) تا خوب ظرف اندازه گیری را پر کنند. به این ترتیب یک فنجان از هر ماده جاذب خواهید داشت.

اگر قصد آزمایش پوسته ی نارگیل را دارید، عینک ایمنی بزنید و دستکش بپوشید و نارگیل را با یک حوله بزرگ بپوشانید یا آن را در یک کیسه ی کنفی قرار دهید. سپس با چکش به آن ضربه بزنید. دقت داشته باشید که این کار را روی سطحی انجام دهید که بزرگترتان اجازه ی انجام این کار روی آن را داده است.

 پس از آماده کردن تمام مواد جاذب، نگاهی به آنها بیندازید. ظاهر این جاذب ها چه تفاوتی با هم دارد؟ به نظر شما این جاذب ها چقدر خوب مواد روغنی را جذب خواهند کرد؟

روش کار:

سه فنجان آب در ظرف بزرگ اندازه گیری بریزید. سپس به آرامی یک فنجان روغن گیاهی را به آن اضافه کنید. روغن و آب با هم مخلوط می شوند یا دو فاز جدا تشکیل می دهند؟

اگر حباب های زیادی بین دو لایه آب و روغن ایجاد شده است، چند دقیقه صبر کنید تا حباب ها از بین بروند. مقدار یک فنجان از یکی از مواد جاذب را روی یک فیلتر قهوه قرار دهید و آن را به آرامی داخل ظرف بزرگ حاوی آب و روغن فرو کنید و به مدت چند ثانیه آهسته فیلتر را تکان دهید تا ماده جاذب به طور کامل غوطه ور شود. ممکن است لازم باشد به آهستگی فیلتر را زیر سطح مایع ببرید تا مایع به راحتی به فیلتر برسد.

پس از غوطه ور شدن ماده جاذب در مایع، زمان را با کرنومتر یا تایمر شروع کنید یا زمان دقیق در آن لحظه را از روی ساعت بخوانید و در کاغذ یادداشت کنید. پس از سی ثانیه فیلتر را بلند کنید (همراه با ماده جاذب) و آن را به مدت چند ثانیه بالای سطح مخلوط آب و روغن نگه دارید تا قطرات آویزان از آن به پایین بیفتد. آیا به نظر می رسد ماده جاذب مایع زیادی را به خود جذب کرده است؟

محتویات داخل فیلتر قهوه را در کیسه زباله پلاستیکی بریزید.

طوری خم شوید که سرتان در مقابل ظرف اندازه گیری حاوی مایع قرار بگیرد و ارتفاع مخلوط آب و روغن را بخوانید. (دقت داشته باشید که مقدار مخلوط آب و روغن در ابتدای کار باید چهار فنجان باشد زیرا حاوی سه فنجان آب و یک فنجان روغن است.) اکنون مقدار آب و روغن داخل ظرف چقدر است؟

حال فقط مقدار آب داخل ظرف را بخوانید. برای این کار باید به فصل مشترک آب و روغن نگاه کنید. (دقت داشته باشید که در ابتدای کار این فصل مشترک باید مقدار سه فنجان را نشان می داد زیرا مقدار آب اولیه سه فنجان بوده است.) اکنون مقدار آب داخل ظرف چقدر است؟

با کم کردن مقدار آب از مقدار کل مایع داخل ظرف، حجم روغن موجود در ظرف به دست می آید. مقدار روغن باقی مانده در ظرف چقدر است؟

حال مقدار آب باقی مانده را بر مقدار روغن باقی مانده تقسیم کنید. نسبت آب باقی مانده به روغن باقی مانده چقدر است؟ بر اساس این نسبت فکر می کنید این ماده جاذب چه میزان در جدا کردن روغن از آب موثر بوده است؟

فیلتر قهوه و ظرف بزرگ را با آب و صابون بشویید.

 تمام مراحل بالا را برای هر کدام از مواد جاذب مورد نظرتان انجام دهید. به این ترتیب که ابتدا ظرف بزرگ اندازه گیری را با سه فنجان آب و یک فنجان روغن پر کنید. سپس مقدار یک فنجان ماده جاذب را به کمک فیلتر قهوه در مخلوط آب و روغن غوطه ور کنید. زمان غوطه ور ماندن مواد جاذب در مخلوط آب و روغن باید یکسان باشد. (دقت داشته باشید که پس از هر بار انجام آزمایش ظرف حاوی آب و روغن و فیلتر را با آب و صابون بشویید.) نسبت آب باقی مانده به روغن باقی مانده در مواد جاذب مختلفی که بررسی می کنید چقدر است؟

 هر چه نسبت آب باقی مانده به روغن باقی مانده بیشتر باشد، عملکرد ماده جاذب در جدا کردن روغن از آب بهتر است. بر اساس نتایجی که به دست آورده اید، کدام ماده جاذب به منظور جداسازی روغن از آب موثرتر است؟ کدام ماده ی جاذب تأثیر کمتری دارد؟

آزمایش های تکمیلی:

این فعالیت علمی این امکان را به شما می دهد که بر اساس حجم آب و روغن جذب شده بررسی کنید کدام ماده جاذب در جداسازی موثرتر است. روشی پیدا کنید که در آن بر اساس جرم آب و روغن جذب شده توسط مواد جاذب عملکرد آنها را بررسی کنید. کدام جاذب جرم بیشتری از روغن را جذب می کند؟

بررسی کنید که مواد جاذب مختلف در دوره های زمانی کوتاه تر یا بلندتر چگونه عمل می کنند. عملکرد کدام جاذب با زمان بهتر است؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا پنبه و پوست بهتر از پوسته ی نارگیل و پر روغن را جذب می کنند؟
در این فعالیت علمی شما توانایی مواد معمول مورد استفاده در منزل را در جذب روغن بررسی کردید. در ابتدای کار نسبت آب به روغن داخل ظرف ۳ به ۱ است، زیرا ظرف حاوی سه فنجان آب و یک فنجان روغن است (و سه تقسیم بر یک مساوی با سه است). در نتیجه مواد جاذبی که روغن بیشتر و آب کمتر جذب می کنند نسبتی بزرگتر از سه خواهند داشت.
 
در مقابل جاذب هایی که میزان روغن کمتری جذب می کنند نسبتی کوچک تر از سه دارند. اگر در این فعالیت علمی پنبه و پوست را آزمایش کرده باشید، احتمالاً مشاهده کرده اید که این مواد جاذب هایی نسبتاً خوب هستند و نسبت آب باقی مانده به روغن باقی مانده در آنها پنج یا بیشتر است. همچنین اگر پوسته نارگیل و پر را آزمایش کرده باشید، مشاهده کرده اید که این مواد جاذب های ضعیف تری با نسبت سه یا کمتر هستند. برای جذب انتخابی مواد روغنی در نشت های رخ داده در اقیانوس، ماده جاذب باید نسبتی بالا داشته باشد.

تمیز کردن:

اگر در جایی روغن ریخته اید آن را با آب گرم و صابون تمیز کنید. بیشتر زباله های مربوط به این آزمایش نیز قابل دور ریختن هستند (مانند روغن گیاهی، روزنامه، پوسته ی نارگیل، پوست، پر و ...).

منبع:  Sorbent Science

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان - تنظیم:نیلوفر یاقوتی