מבוא

סלנקי Slinky הוא צעצוע וכלי שמשמש בהבנת עקרונות פיזיקליים, כמו גלים , תנועה בהתכווצות והתמתחות, סייסמולוגיה (חקר רעידות האדמה והתפשטות גלים).

 תופעת נפילת הסלנקי היא מפתיעה מאוד בהשוואה לנועת גופים באוויר, כאשר מותחים את הסלנקי בהחזקת החלק העליון בלבד והפלתו בתחום הגרבטציה, החלק העליון של הסלנקי נופל אך החלק התחתון לא זז ממקומו עד אשר כל הסלנקי מתכווץ. נפילת החלק העליון אינה נפילה חופשית אלא בתאוצה הגדולה יותר מתאוצת הנפילה החופשית.

איפיון נפילה והמעקב אחריה מצריך אמצעים וכלים מעבדיים באיכות טובה ובד"כ ללא מגע בכדי לאפשר לסלנקי לנוע בחופשיות. צוררת התמתחותו בגלל משקל טבעותיו בלבד מבדיל אותו איכשהו מקפיץ רגיל, ומדידת קבוע הסלנקי מצריכה אימות בכמה שיטות.

עקרונות פיזיקליים מרכזיים:

• אלסטיות
• חיבור קפיצים בטור ומדידת קבוע הסלנקי
• מקדם יאנג (Young's modulus)
• כוחות ותנועה

שאלות המחקר:

• מה התלות בין מרחק טבעות הסלינקי לבין גובה הטבעת מהקצה התחתון?
• מה מאפיין את השוני בפעולת הכוחות בנפילת הסלינקי בחלקים שונים ממנו?
• מה התלות בין תאוצת / מהירות הסלינקי בזמן בחלקים שונים ממנו?

מערך ומהלך המחקר:

הניסוי שלנו בנוי מסלינקי, מצלמה מהירה, שערים אופטיים עם טיימר, תוכנת TRACKER לניתוח הממצאים, שימוש בקפיצים ומשקולות.

• מדדנו את המרווחים בין הטבעות כתלו בגובה הטבעת מהקצה התחתון.
• מדדנו ואמתנו בכמה שיטות את קבוע הקפיץ האפקטיבי של הסלנקי ולכל טבעת בודדת.
• נפיל את הסלינקי שנמתח בהשפעת כוח הגרביטציה בלבד ונמדוד את המהירות של החלק העליון כתלות בזמן.
• בסוף אנו מעוניינים לראות האם ניתן להחליף את הסלינקי בקפיצים רגילים ונקבל אותה תפועה.

בתמונה רואים את התופעה בצילום עוקב לנפילת הסלנקי, חלק תחתון לא זז, חלק עליון נופל. אפשר לשים לב לגוף נוסף שנעזב באותו רגע ונופל בנפילה חופשית "ומאחר" את הנפילה של הסלנקי במידה רבה יחסית.

מטרות המחקר:

• אפיון השונה בין התנהגות הסלנקי לבין קפיץ רגיל.
• מציאת שיטה מתאימה לחישוב קבוע הסלנקי.
• אפיון השוני בנפילת קצוות הסלינקי ומציאת הגורמים המשפיעים לתופעה.
• למדוד את תאוצת / מהירות נפילת החלק העליון בסלינקי.

מקורות

• Kim, H., & Kim, K. (2010). Falling spring and falling catenary as cases of force propagation.arXiv preprint arXiv:1006.5629.
• Serna, J. D., & Joshi, A. (2011). Studying springs in series using a single spring.Physics Education, 46(1), 33.
• Heindl, R. A., & Mong, L. E. (1936). Young's Modulus of Elasticity, Strength, and Extensibility of Refractories in Tension. Res. Natl. Bur. Stand.(US), 17(3), 463-82.
• Gluck, P. (2010). A project on soft springs and the slinky.Physics Education, 45(2), 178.
• http://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html הסבר פשוט למקדם יאנג