پرسش ۲-۴ فصل چهارم فیزیک یازدهم
تندی سنج دوچرخههای مسابقهای شامل یک آهنربای کوچک و یک پیچه است. آهنربا به یکی از پرههای چرخ جلو و پیچه به دو شاخ فرمان متصل است (شکل روبهرو). دو سر پیچه با سیمهای رسانا به نمایشگر تندیسنج (که در واقع نوعی رایانهٔ کوچک است) وصل شده است. به نظر شما تندیسنج دوچرخه چگونه کار میکند؟ این موضوع را در گروه خود به گفتوگو بگذارید و نتیجه را به کلاس درس ارائه دهید.
پاسخ تشریحی و گام به گام پرسش ۲-۴ فصل چهارم فیزیک یازدهم
سلام! این دستگاه یک مثال عالی و کاربردی از **قانون القای الکترومغناطیسی فارادی** در زندگی روزمره است. بیا با هم ببینیم چطور کار میکنه.
**اساس کار: قانون فارادی**
قانون فارادی میگه: هر وقت **شار مغناطیسی** عبوری از یک حلقه یا پیچه (سیمپیچ) **تغییر کند**، یک ولتاژ (و در نتیجه یک جریان) در آن پیچه **القا میشود**.
**مراحل کار تندیسنج:**
1. **ایجاد تغییر در شار مغناطیسی:**
* یک **آهنربای دائمی** کوچک به یکی از پرههای چرخ وصل شده.
* یک **پیچه (سیمپیچ)** روی دوشاخ دوچرخه، نزدیک مسیر حرکت آهنربا، ثابت شده.
* با هر بار **چرخیدن چرخ**، آهنربا از نزدیکی دهانه پیچه عبور میکنه.
* وقتی آهنربا به پیچه نزدیک میشه، شار مغناطیسی عبوری از پیچه **افزایش** پیدا میکنه. وقتی از آن دور میشه، شار مغناطیسی **کاهش** پیدا میکنه. این **تغییر سریع شار**، همان کلید اصلی کار دستگاه است.
2. **القا شدن جریان الکتریکی:**
* طبق قانون فارادی، این تغییر شار مغناطیسی باعث القای یک **نیروی محرکه الکتریکی (ولتاژ)** و در نتیجه یک **پالس جریان الکتریکی** کوچک در پیچه میشه.
* پس با هر بار رد شدن آهنربا، یک پالس الکتریکی در سیمهای متصل به نمایشگر ایجاد میشه.
3. **پردازش اطلاعات توسط رایانه (نمایشگر):**
* رایانه کوچکِ تندیسنج، این پالسهای الکتریکی را **میشمارد**.
* با اندازهگیری **تعداد پالسها در یک واحد زمان** (مثلاً در یک ثانیه)، دستگاه **فرکانس یا بسامد (f)** چرخش چرخ را محاسبه میکنه.
4. **محاسبه تندی:**
* قبل از استفاده، ما **محیط چرخ (C)** را به دستگاه معرفی میکنیم (مثلاً با وارد کردن قطر چرخ).
* تندی خطی دوچرخه ($$v$$) از رابطه ساده زیر به دست میاد:
$$ v = (\text{تعداد دور در ثانیه}) \times (\text{محیط یک دور}) $$
$$ v = f \times C $$
* دستگاه این محاسبه را انجام داده و نتیجه را به صورت تندی (مثلاً بر حسب کیلومتر بر ساعت) روی صفحه نمایش نشان میدهد.
