[فعالیت ۵-۶] [فیزیک] [دهم]
قایق پوت-پوت، نوعی قایق اسباب بازی است که اساس کار آن مانند ماشینهای برونسوز است. در مورد این قایقهای اسباببازی تحقیق کرده و سعی کنید آن را بسازید.
پاسخ تشریحی و گام به گام [فعالیت ۵-۶] [فیزیک] [دهم]
قایق پوت-پوت (Pop-Pop Boat) یک اسباببازی بسیار هوشمندانه است که با استفاده از یک موتور حرارتی بسیار ساده کار میکند. این موتور یک نمونه از **ماشینهای برونسوز** است، زیرا منبع گرما (شمع) در خارج از موتور قرار دارد.
**اجزای اصلی قایق:**
1. **بدنه قایق:** معمولاً از فلز یا پلاستیک ساخته میشود.
2. **موتور (دیگ بخار):** یک محفظه کوچک و مهر و موم شده از فلز (معمولاً مس یا آلومینیوم) که میتواند یک لوله مسی پیچخورده یا یک دیافراگم نازک و انعطافپذیر باشد.
3. **لولههای خروجی:** دو لوله نازک که از دیگ بخار به زیر آب در عقب قایق امتداد دارند.
4. **منبع گرما:** معمولاً یک شمع کوچک.
**نحوه کارکرد (چرخه پوت-پوت):**
1. **آمادهسازی:** ابتدا باید از طریق یکی از لولهها، دیگ بخار را با آب پر کرد.
2. **مرحله ۱: گرمایش و انبساط**
* شمع زیر دیگ بخار قرار داده میشود و آن را گرم میکند.
* آب داخل دیگ بخار به سرعت به **بخار** تبدیل میشود.
* این تبدیل فاز با **انبساط شدید** همراه است. فشار بخار، آب باقیمانده را با شدت از هر دو لوله به بیرون **پرتاب میکند**.
* طبق **قانون سوم نیوتون (عمل و عکسالعمل)**، این عملِ پرتاب آب به عقب، نیرویی به قایق به سمت **جلو** وارد میکند.
3. **مرحله ۲: سرمایش و انقباض**
* با خارج شدن آب و بخار داغ، فشار داخل دیگ بخار به شدت **افت میکند** و یک **خلاء نسبی** ایجاد میشود.
* فشار آب بیرون قایق، از این خلاء قویتر است و آب سرد را دوباره به داخل لولهها و دیگ بخار **میمَکد**.
4. **تکرار چرخه:**
* آب سرد ورودی با دیواره داغ دیگ بخار برخورد کرده و دوباره به سرعت به بخار تبدیل میشود و چرخه از مرحله ۱ تکرار میگردد.
این چرخه سریع (چند بار در ثانیه) صدای مشخصه **"پات-پات" یا "پوپ-پوپ"** را ایجاد میکند و قایق را به جلو میراند. جالب اینجاست که با وجود مکش آب به داخل، نیروی پیشرانه خالص به سمت جلو است، زیرا نیروی پرتاب آب به بیرون (مرحله ۱) بسیار متمرکزتر و قویتر از نیروی مکش آب به داخل (مرحله ۲) است.
