آزمایش نوسان حلقههای فلزی در میدان مغناطیسی
6 آبان 1398کمی دربارهی مخابرات فرانوری
6 آبان 1398ارائه دهنده: مهیار عباسی (ورودی ۹۷ کارشناسی فیزیک)
اسلینکی فنری با ویژگیهای جالب و متفاوت از سایر فنرهایی است که معمولاً دیدهایم. بهخاطر همین ویژگیها است که آن را میتوان در اسباببازیفروشیها پیدا کرد. این فنر در حالت کشیده از قانون هوک پیروی میکند و ثابت فنر کوچکی دارد؛ پس با نیرویی اندک، به میزان زیادی کشیده میشود. اما بر خلاف فنرهای دیگر، هنگام فشردهکردن آن، حلقههایش بدون صرف نیرو بهطور کامل به هم میچسبند.
نحوهی سقوط این فنر در حالت کشیدهشده، بسیار جالب است. اگر یک وزنه با جرم دلخواه به یک سر آن آویزان کرده و سر دیگر را با دست نگه داشته و سپس رها کنیم، مشاهده میشود که وزنه تا زمانی که تمام حلقههای بالایی روی هم انباشته شوند و به وزنه برسند، کاملاً در هوا معلق میماند. پدیدهای که با شهود و تجربیات دیگرمان اصلاً همخوانی ندارد.
تعبیرها و مدلهای مختلفی برای این رفتار اسلینکی موجود است. یک توضیح ساده برای این اتفاق، پخششدن موجی در راستای طول فنر، از لحظهی رهاشدن آن است، که حلقهها را یکی پس از دیگری از تغییرات کشش فنر خبردار میکند؛ پس لازم است مدت زمانی سپری شود تا وزنهی معلق متوجه این تغییر کشش شده، و پس از آن به همراه فنر سقوط کند. ویژگی عجیب اسلینکی این است که این زمان، همواره برابر مدت زمانی است که حلقههای بالایی نیاز دارند تا کل طول کشیده شدهی فنر را طی کنند. این مقیاس زمانی فقط به جرم و ثابت فنری کل اسلینکی وابسته و به صورت زیر است:
(t ~ √(m/k
که k ثابت فنر و m جرم فنر است.
در مقالهی زیر می توانید مدل خوبی را برای این پدیده ببینید:
Modeling a falling slinky – R. C Cross and M. S Wheatland
ویدیوی زیر شیوهی انجام آزمایش و پدیدهای که رخ میدهد را با کمک کندکردن زمانِ پخش، نشان میدهد.