بافت درماهیچۀ اسکلتی یاختههـای ماهیچـهای دراز و نازکانـد و در طـول در کنـار هـم قـرار گرفتـه اند. بافـت پیونـدی، یاختههای ٔ ماهیچـهای را بههـم متصـل میکنـد و دسـتجات ماهیچـهای بـزرگ و بزرگتری را میسـازد که مجموعه آنها ماهیچه را تشکیل میدهند. بافـت پیونـدی بیـن رشـتهها و روی ماهیچهها تا دو سـر آن ادامه مییابند و طناب سـفیدرنگی بـه نام زردپی ً به اسـتخوان متصل 1 )را میسـازند کـه معموال )تانـدون میشود. ٔ یاختههـا بـا هـم منقبـض میشـوند، وقتـی همـه ماهیچـه کوتاهتر و ضخیم میشـود و چـون زردپی آن به استخوان متصل است، باعث حرکت آن میشود )شکل .)۱۱ ً بهصورت جفت و عکس هم کار ماهیچههـا معموال میکننـد. وقتـی ماهیچـهای منقبض و کوتاه میشـود، اسـتخوانی را به یک سمت حرکت میدهد. این ماهیچه در حالت اسـتراحت نمیتواند اسـتخوان را به جای قبلی خـود برگردانـد. ایـن عمـل را باید یک یا چنـد ماهیچه در سمت دیگر استخوان انجام دهند. به همین دلیل بیشتر ماهیچههای اسـکلتی عمل متقابل دارند و جفت جفت کار میکنند )شکل ۱۲.) تشریح بال مرغ یک بال مرغ کامل و سـالم، تهیه و با کمک وسـایل تشـریح آن را بررسـی کنید و انواع ماهیچههای جفت جفت و مفصلها را در آن تشخیص دهید. فعالیت استخوان زردپی دستجات یاخته ای پوشش روی ماهیچه رگ خونی یاخته ماهیچهای شکل ۱۲ـ عملکرد ماهیچهها به صورت جفت سهسر سهسر دوسر دوسر زردپی ١ـ Tendon شکل ۱۱ـ ساختار ماهیچه اسکلتی 45
تحقیق و پژوهش ٔ گرفتگـی ماهیچه، کشـیدگی ماهیچه و درد ماهیچهای، اطالعاتـی را جمعآوری کنید و دربـاره به پرسشهای زیر پاسخ دهید: ــ چگونه میتوان از موارد فوق جلوگیری کرد؟ ــ در صورت بروز هر کدام از موارد چه باید بکنیم؟ دلتایی ذوزنقه سینهای شکمی چهارسر سهسر ِ ینی ُ ر س دوسر توأم ماهیچههای اسکلتی بدن بر اساس شکل، محل قرار گیری یا کاری که انجام میدهند، تقسیمبندی میشوند. مهمترین ماهیچههای بدن را در شکل زیر میبینید. آیا میدانید؟ دوسر 46
تنظیم هورمونی فصل ۶ ٔ توانایـی خـود و انشـعاباتی کـه در تمـام نقـاط بـدن دارد، تنهـا دسـتگاه دسـتگاه عصبـی بـا همـه ٔ بـدن نیسـت. بسـیاری از رفتارهـای بـدن بـه نـوع دیگـری از ارتبـاط و هماهنگی بین هماهنگکننـده ٔ دستگاه هورمونی است. بخشهای مختلف بدن نیاز دارند که ایجاد آن به عهده دستگاه هورمونی گروهی از غدد و یاختههایی که هورمون تولید میکنند، دستگاه هورمونی را تشکیل میدهند. هورمونها ترکیبات شـیمیاییاند که از دسـتگاه هورمونی ترشح، و وارد خون میشوند. هورمونها از طریق خون به اندام یا اندامهای هدف خود میرسند و فعالیت آنها را تنظیم )کم یا زیاد( میکنند. ٔ خاصی از یاختههای حساس به هورمون است. اندام هدف شامل مجموعه 47
اطالعات جمعآوری کنید ٔ محل دقیق هریک از غدد دستگاه هورمونی اطالعاتی را جمعآوری، و گزارش آن را در درباره کالس ارائه کنید. اعمال هورمون ها دسـتگاه هورمونـی اعمـال مختلفـی مانند رشـد، تولیـد مثل و مقابله با فشارهای روحی و جسمی را در بدنمان تنظیم میکند. تنظیم رشد بدن: به شکل 1 نگاه کنید. چرا بعضی افراد رشد غیرطبیعی دارند؟ چه عواملی در آن مؤثرند؟ هورمون رشـد یکی از هورمونهایی اسـت که در تنظیم رشـد 1 ترشح میشود ٔ هیپوفیز بدن ما دخالت دارد. این هورمون از غده )شکل ۲.) ِ ما میشود هورمون رشـد با تأثیر بر اسـتخوانها باعث رشد قد )شـکل ۳ .)ایـن هورمـون همچنیـن با تأثیر بر اسـتخوانها تولید یاختههای خونی را زیـاد میکند و جذب کلسیم را در استخوان افزایش میدهد. رشد قد تا حدود ۲۰ سالگی ادامه دارد. ترشح کم یا زیاد هورمون رشد در این دوران، باعث ایجاد ناهنجاریهایی مثل کوتاه قدی و بلندی غیرعادی قد میشود. شکل ۱ـ ناهنجاریهای رشدی شکل ۳ـ محل تأثیر هورمون رشد غضروف ٔ هیپوفیز و محل آن شکل ۲ـ غده ١ـ Hypophysis 48
حنجره تیروئید ٔ تیروئید نای شکل 4ـ غده هورمونهـای ایـن غـده در کودکی باعث رشـد بهتر اندامهـا بهویژه مغز و در بزرگسـالی باعث افزایش ٔ تیروئید، ید بهکار میرود که تیروئید، آن را از خون هوشیاری میشوند. در ساخته شدن هورمونهای غده جذب میکند؛ بنابراین مصرف غذاهای یددار مثل ماهی یا اسـتفاده از نمک یددار به جای نمک معمولی در کارکرد این غده مؤثر است. خسـتگی، خـواب آلودگی و کمبـود انرژی میتوانـد از عالئم کـم کاری تیروئید باشـد. همچنیـن خسـتگی، اختلال در خواب، کاهش وزن و عـرق کردن زیاد میتواند از نشـانههای پرکاری تیروئید باشد. آیا می دانید؟ پزشکان سفارش میکنند که برای پیشگیری از ناهنجاریهای تیروئیدی بیشتر از نمک یددار اسـتفاده کنیـد. یـد موجـود در نمک، ناپایدار اسـت و به مرور کاهـش مییابد. بررسـی کنید آیا نمک ٔ شـما یددار اسـت؟ برای جلوگیری از کاهش ید در نمک یددار چه روشهایی را باید موجود در خانه اجرا کرد؟ اطالعات جمع آوری کنید ٔ آنها تولید ٔ تیروئید در تنظیم فرایندهایی نقش دارند که نتیجه تنظیم سوخت و ساز: هورمونهای غده ٔ انرژی در یاختههای بدن اسـت. با این عمل، انرژی مورد نیاز یاختهها را در مواقع مختلف تأمین و ذخیره ٔ تیروئید در زیر حنجره قرار دارد )شکل ۴.) میکنند. غده 49
) 1 تنظیمقندخون: در سال گذشته با نوعی از بیماری قند )دیابت به نام بیماری قند بزرگسالی آشنا شدید. چاقی، عدم تحرک و خوردن بیـش از حـد کربوهیدرات و چربی، احتمال بروز این بیماری را بیشـتر میکند. نوع دیگری از بیماری قند، که بیماری قند جوانی یا وابسته به انسولین نامیده میشود به میزان ترشح هورمون انسولین مرتبط است. در این نوع بیماری قند، که بیشـتر ارثی اسـت، کاهش انسولین باعث ٔ افزایش قند خون و بروز نشـانۀ بیماری قند میشـود. همچنین با غده 2 )و نقشهای آن در دستگاه گوارش آشنایید. این لوزالمعده )پانکراس غده با دو نوع هورمون کاهنده )انسولین( و افزاینده قند )گلوکاگون( در تنظیم قند خون نیز نقش اساسی دارد )شکل ۵.) وقتی آبمیوهای را مینوشـیم، گلوکز آن جذب میشود و میزان قنـد خون بـدن را افزایش میدهـد. باال رفتن قند خـون، لوزالمعده را تحریـک میکنـد تـا هورمون انسـولین را بـه داخل خون ترشـح کند. انسـولین روی یاختههـای کبد اثر میگـذارد و آنها را به جذب گلوکز از خون وادار میکند. یاختههای کبد، گلوکز را برای استفاده در آینده به صورت گلیکوژن ذخیره میکنند. در مواقعی مانند گرسنگی، که قند خون پایین میآید، لوزالمعده هورمون افزاینده را وارد خون میکند تا با ٔ گلیکوژن قندخون را افزایش دهد. اثر بر یاختههای کبد و تجزیه ٔ لوزالمعده شکل ۵ـ غده شکل ۶ـ تنظیم قند خون قند خون طبیعی یاختههای ماهیچهای کاهش قند خون گرسنگی گلوکاگون شکسته شدن گلیکوژن به گلوکز انسولین ذخیره گلوکز به صورت گلیکوژن کبد لوزالمعده افزایش قند خون خوردن غذا 50 ١ـ Diabetes 2ـ Pancreas
مقابلـه بـا فشـارهای روحـی و جسـمی: تـا بـه حـال در چـه موقعیتهایی،فشار روحی و جسمی را تجربه کردهاید؟ در این مواقع در رنگ پوسـت، ضربان قلب و میزان عرق کردن شـما چه تغییراتی رخ میدهد؟ وقتی ما در وضعیت ویژهای مانند ترسـیدن، مرگ عزیزان، تصادف، ناراحت شدن از رفتار دیگران و... قرار میگیریم، تغییراتی در رفتار و بدن ما رخ میدهد که ابتدا شدت آن بیشتر است ولی بعد از مدتی از شدت آن ً فشارخون، ضربان قلب و تنفس زیاد میشود؛ رنگ کاسته میشود؛ مثال چهره تغییر میکند و گاهی با خشـم یا حتی گریه کردن همراه میشـود. ٔ عصبـی و هورمونی به در اینگونـه مـوارد نیـز دسـتگاههای تنظیم کننده کمک بدن میآیند؛ بهویژه بعضی هورمونها که از غدد فوق کلیه ترشح میشـوند. هورمونهـای این غده به روشهـای مختلف در این حالت به ً قندخون، فشـارخون و ضربان قلب را افزایش بدن کمک میکنند؛ مثال میدهند. چون باال رفتن این موارد در مدت طوالنی خطرناک است، پس از مدتی ترشح این هورمونها خود به خود کاهش مییابد. میزان طبیعی قند خون )قند ناشتا:FBS )۷۵ تا ۱۱0میلیگرم در هر دسیلیتر )۱۰۰ سانتیمتر مکعب( خون است. آیا میدانید؟ شکل ۷ـ غده فوق کلیه غده فوق کلیه ٔ پروتئینهای بدن و تبدیل آنها به ٔ فوق کلیه با تجزیه یکی از هورمونهای غده قند باعث افزایش قند خون میشود و یکی دیگر از آنها با جذب سدیم بیشتر به داخل خون فشارخون را باال میبرد تا نیاز بدن ما در حالت خاص تأمین شود. آیا میدانید؟ گفتوگوکنید قـرار گرفتـن طوالنی مدت در وضعیت فشـار روحی و ناراحتیهای عصبـی برای بدن خطرناک است؛ چرا؟ در این باره با اعضای گروه خود گفتوگو کنید. 51
تنظیم کلسـیم خون: میدانید که کلسـیم در اسـتحکام اسـتخوانها و دندانها نقش دارد. عالوهبر ً عملکرد صحیح اعصـاب و ماهیچههای بدن ما با ایـن کلسـیم نقشهـای دیگری نیـز در بدن دارد؛ مثلا وجود کلسیم امکانپذیر است؛ بنابراین میزان کلسیم خون باید تنظیم شود که این کار با کمک هورمونها انجام میشود. یکی از این هورمونها از غدههایی که در پشـت تیروئید قرار دارند )پاراتیروئید(، ترشـح میشـود. این هورمون با تأثیر بر کلیهها، روده و استخوانها باعث افزایش یون کلسیم در خون میشود )شکل ۸.) تنظیم تغییراتجنسـی)بلوغ(: دختر یا پسـر بودن انسـان از ابتدای تشـکیل جنین مشـخص شـده اسـت؛ ولی اگر به نوزاد پسـری، لباس دخترانه بپوشـانیم یا برعکس، شناسـایی جنسیت آنها دشوار خواهد ٔ بلـوغ، کـه بیـن کودکـی و نوجوانـی قـرار دارد، تغییراتـی در فـرد بـروز میکند که با وجـود آنها بـود. در دوره ٔ جنسی معروفاند تفاوتهای ظاهری دو جنس مشخصتر میشود. بروز این صفات، که به صفات ثانویه با دخالت هورمونهای جنسی مردانه و زنانه انجام میشود. این هورمونها را غدد جنسی از دورۀ بلوغ به بعد، تولید و به خون ترشح میکنند. این غدد، دوبیضه در مردان و دو تخمدان در زنان هستند )شکل ٩.) ٢ تولید و ١ نیز تولید میکننـد. بیضهها از بلوغ به بعد، گامت نر یا اسـپرم بیضههـا و تخمدانهـا گامـت تخمدانها، گامت ماده یا تخمک آزاد میکنند. ١ـ Gamete ٢ـ sperm شکل ۸ـ تنظیم کلسیم خون کلیه: افزایش بازجذب کلسیم از ادرار روده: افزایش جذب کلسیم استخوان: آزاد کردن کلسیم به درون خون ۱ ۲ ۳ ّ ه تیروئید غد )نمای پشتی( ههای ّ غد پاراتیروئید 52
تنظیمترشـحهورمون ها:مقدار ترشـح هورمونها بسـیار کم است؛ ولی همان مقدار هم باید به طور دقیق تنظیم شود؛ زیرا افزایش یا کاهش آن باعث ایجاد بیماری میشود. ٔ غذایی شـیرین، قند خـون افزایش مییابـد. لوزالمعده با همانگونـه کـه میدانیـد با خوردن یک ماده ترشـح انسـولین باعث کاهش قند خون میشـود. خونی که قند آن با انسـولین تنظیم شـده است با عبور از لوزالمعده بر آن تأثیر میگذارد و ترشح انسولین را کاهش میدهد؛ به همین صورت بسیاری از غدد، مقدار ٔ هورمون تولیدی خود را براساس تغییر ترکیب خون تنظیم میکنند که به آن خود تنظیمی میگویند. ٔ هیپوفیز نیز با ترشح بعضی از هورمونها در تنظیم فعالیت غدد دخالت دارد. این غده هم بهنوبه غده خود تحت نظارت مغز قرار دارد. بنابراین بعضی از کارها دربدن با هماهنگی هر دو دستگاه عصبی و هورمونی انجام میشود )شکل 10 .) شکل 10ـ تنظیم بعضی از غدد توسط غدۀ هیپوفیز شکل 9ـ غدد جنسی انسان. غدۀ هیپوفیز بخشی از مغز غدد جنسی تیروئید فوق کلیه تخمدان بیضه 53
ٔ تنظیم عصبی و هورمونی آموختهاید، جدول زیر را کامل کنید. با توجه به مطالبی که درباره نوع تنظیم سرعت ماهیت ماندگاری عصبی هورمونی فکرکنید 54
چه چیزی سبب میشود بعضی پوست تیره و بعضی پوست روشن داشته باشند؟ آیا میتوان گیاهی تولید کرد که در تاریکی، نورانی شـود؟ امروزه انسـان با زیسـت فناوری توانسته است پاسخ بعضی از این پرسشها را بهدست آورد و در تالش است تا با استفاده از آن، جانداران را تغییر دهد. الفبای زیست فناوری فصل ۷ هر فردی بی نظیر است جدولـی ماننـد جدول ۱ رسـم و مشـخص کنید، هر مورد در چـه تعدادی از دانشآمـوزان کالس دیده میشـود. میتوانید ویژگیهای دیگری را نیز در کالس بررسـی کنید. دانشآموزان کالس چه تفاوتها و چه شباهتهایی با یکدیگر دارند؟ 55
جدول ۱ـ بعضی ویژگیهای ظاهری چال روی گونه توانایی لوله کردن زبان رنگ چشم ٔ گوش به شـکل ۱ نـگاه کنیـد. نرمه شـما به کدام یک از دو حالتی اسـت که در این شکل میبینید؟ ٔ گـوش پیوسـته یـا آزاد بـودن نرمـه بهدلیـل وجـود عامـل مربـوط بـه ایـن صفـت در یاختههـای بـدن ماسـت. ٔ گـوش و پیوسـتگی یـا آزاد بـودن نرمـه همچنین صفاتی که در جدول ۱ دیدید، صفات ارثی نامیده میشـوند؛ زیرا عامل ٔ ایـن صفـات از والدیـن بـه ایجادکننـده فرزنـدان و بـه عبارتـی دیگر از نسـلی به نسـل دیگر منتقل میشـود. بهنظر شما ایـن عامـل چیسـت و در چـه بخشـی از یاخته قرار دارد؟ الف( سر انگشتان خود را به طور کامل با جوهر رنگ کنید؛ سپس روی کاغذ طوری فشار دهید تا نقش خطهای آن روی کاغذ بیفتد.آیا نقش ٔ انگشـتان شـما یکسـان اسـت؟ آیا اثر انگشت همکالسیهای این خطوط در همه شما یکسان است یا با هم فرق میکند؟ ب( اثر انگشـت اشـاره دوقلوهای همسان را تهیه کنید. آیا اثر انگشت یکسانی دارند؟ پ( اثر انگشت در زندگی اجتماعی چه کاربردی دارد؟ فعالیت شکل ۱ــ الف( نرمه آزاد ب( نرمه پیوسته الف( ب( 56
نگاهی دقیقبه هسته یاخته ٔ پیکـر میدانیـد کـه یاختـه، واحـد تشـکیلدهنده همه جانداران و هسـته یکی از بخشهای یاخته اسـت ٔ )شـکل ۲ .)دانشـمندان بـا آزمایشهـای فـراوان ٔ صفات، درون هسـته پـی بردهاند که عامل تعیینکننده یاخته قرار دارد؛ اما چه ماده ای در هسته وجود دارد؟ از علـوم هفتم بـه یاد دارید که یاختـه از پروتئینها، ٔ کربوهیدراتهـا و لیپیدهـا سـاخته شـده اسـت.ماده )1 ِ نـا )DNA دیگـری نیـز در یاختـه هسـت کـه بـه آن د ٔ یاخته قرار دارد. ِ نا درون هسته میگویند. د ِ نـا در واقـع دارای اطالعـات و دسـتورهایی بـرای د ٔ جانداران است. این تعیین و ایجاد صفات ارثی ما و همه اطالعات در واحدهایی بهنام ژن سـازماندهی شـدهاند. ِ نـا و همـان عامـل تعیینکننـدۀ صفـات ژن بخشـی از د اسـت کـه از یاختـه ای بـه یاخته دیگر و نسـلی به نسـل دیگـر منتقل میشـود )شـکل۳ .)ژنها شـکل، رنگ و بسـیاری دیگـر از صفـات جانـداران را تعییـن میکننـد. بیشتر صفات ارثی، مانند رنگ چشم بهدلیل وجود چند ژن است که با هم کار میکنند. شـکل ۲ـ هسـته یکـی از بخشهـای یاختـه است. آیا بخشهای دیگر آن را بهیاد دارید؟ ژن ِ نا و ژن. شکل ۳ـ د ِ نا است. ژن بخشی از د ِ نـا را مانند نردبانی بـا توجـه به اطالعات بهدسـت آمده د ِ نا وجود دارد. ضخامت ً دو متر د پیچخـورده نشـان میدهند. در هر یاخته تقریبـا ٔ یک تار مو اسـت. ِ نا که کنار هم قرار گرفتهاند به اندازه ۲۵۰۰۰رشـتۀ د آیا میدانید؟ ١ـ DNA: Deoxyribonucleic acid 57
بعضـی بیماریهـا مانند بیمـاری قند جوانی بهعلت نقص در ژنهاسـت. به این بیماریها، بیماریهای ارثی یا ژنی میگویند. پژوهشـگران در تالشاند تا با انتقال ژن سـالم به چنین ٔ موفقیت پژوهشگران بیمارانی آنها را درمان کنند. میتوانید با مراجعه به منابع معتبر، اطالعاتی درباره در ژن درمانی بهدست آورید. آیا می دانید؟ ١(فامتن( ِ نـا درون یاختـه، رشـتههایی به نـام کروموزوم د میسـازد )شـکل 4ـ الـف(. یاختههـای هـر جانـدار تعـداد ً یاختههـای بـدن مـا ۴۶ مشـخصی کرومـوزوم دارنـد؛ مثلا کروموزوم دارند )شکل 4ـ ب(. کروموزومهـا در یاختههـای در حـال تقسـیم و بـا اسـتفاده از شکل 4ـ الف( چند کروموزوم میکروسکوپ دیده میشوند. شکل 4ـ ب( از 46 کروموزوم، دو کروموزوم، جنسیاند که جنسیت انسان را تعیین میکنند. گفت وگوکنید الـف( جـدول مقابل، تعداد کروموزومهـا را در چند جانـدار نشـان میدهـد. بـا توجه بـه اطالعـات جدول ٔ درسـتی یا نادرسـتی این جملـه گفتوگو کنید: دربـاره ٔ پیکر جانداران بستگی دارد. تعداد کروموزومها به اندازه ب( دانشآمـوزی میگویـد از شـباهت دو نفـر میتوانیم به شـباهت ژنهای آنها پی ببریم. نظر شما در اینباره چیست؟ جاندار تعداد کروموزوم انسان ۴۶ مرغ وخروس ۷۸ پروانه ۳۸۰ برنج ۲۴ کروموزومهای جنسی در زن کروموزومهایجنسی در مرد ١ـ Chromosome 58
آیاژنتنها عامل تعیین کنندۀ صفات است؟ آزمایش کنید موادووسایل یـک عدد سـیبزمینی که حداقل چهار جوانه )چشـم( داشـته باشـد؛ چهار لیوان یک بار مصرف، خاک گلدان،کارد، کاغذ و مداد. روشاجرا الـف( تـه هر لیوان یک سـوراخ ریز ایجاد کنید؛ سـپس آنها را با خاک پـر، و شـمارهگذاری کنیـد. سـیبزمینی را به چهار بخش تقسـیم کنید به طوری کـه هر بخش یک جوانه داشته باشد. ب( هـر قطعـه را در یکـی از لیوانهـا مطابـق جـدول زیـر بکارید. توجه داشـته باشـید که خاک لیوانها مرطوب باشد. ۱ ٔ ۲ لیوانشماره ٔ ۳ لیوانشماره ٔ ۴ لیوانشمارهٔ لیوانشماره آن را در آفتاب بگذارید و ٔ کافی به آن آب به اندازه دهید. آن را در جای تاریک ٔ کافی بگذارید و به اندازه به آن آب دهید. آن را در آفتاب بگذارید. بعد از کاشت، دیگر به آن آب ندهید. ٔ همه بخش خوراکی قطعه سیب زمینی را بردارید. لیوان را در آفتاب بگذارید ٔ کافی به آن آب و به اندازه دهید. پ( پیشبینـی میکنیـد کـه از کـدام قطعه)هـا(، گیـاه سـیب زمینـی رشـد میکنـد و از کـدام قطعه)ها( رشد نمیکند؟ چه استداللی برای این پیشبینی دارید؟ ت( به مدت دو هفته هر روز لیوانها را مشـاهده کنید و مشـاهدات خود را در جدولی بنویسـید. ٔ آزمایش را در کالس گزارش کنید. آیا نتیجه آزمایش، پیشبینی شما را تأیید میکند؟ نتیجه 59
ِ محیطی اسـت. عوامل بعضـی تفاوتهـا، کـه بین افراد یـک نوع جاندار وجود دارد، به علت اثر عوامل محیطی، عواملی اند که در خارج از پیکر جانداران قرار دارند. مثالهایی از تأثیر عوامل محیطی بر وراثت را در شکل 5 میبینید. شکل 5ـ عوامل محیطی در شکلگیری جانداران نقش دارند. الف( ب( )۲( )۱( پ( در بسیاری از صفات، ژن تنها عامل تعیینکننده در شکلگیری جانداران نیست؛ بلکه عوامل محیطی ٔ قلبی در بعضی افراد بهعلت ژنهایی که دارند از دیگران بیشـتر اسـت. این ً خطر سـکته نیز مهماند؛ مثال ٔ سـالم داشـته باشـند و ورزشهای مناسـب انجـام دهند، میتواننـد همانند افـراد دیگر در افـراد اگـر تغذیه سالمت زندگی کنند. شما چه نمونههایی از تأثیر محیط بر صفات ارثی میشناسید؟ الف( رنگ این گلها در خاکهای متفاوت، فرق میکند. ٔ ۱فقط ٔ متفاوت داشـتهاند.غذای موش شـماره ب( این دو موش وراثت یکسـانی دارند؛ اما تغذیه یکی از ویتامینهای گروه B را ندارد. پ( بیشـتر موهای بدن این خرگوش، سـفید اسـت؛ اما اگر بخشی از موهای سفید را بتراشیم و ٔ یخ بپوشانیم، موهای جدید در این بخش به رنگ سیاه رشد میکنند. پوست آن را با کیسه 60
ایجاد صفات جدید در جانداران ٔ ژنها و نقش آنها بهدسـت دانشـمندان، دانـش فراوانـی درباره آوردهانـد. ایـن دانـش بـه آنها کمک کرده اسـت، بتوانند ژنهـا را از جانـداری بـه جانـدار دیگـر منتقل کننـد. درنتیجـه آنها توانسـتهاند، صفاتـی را در جانـداران تولیـد کننـد که بهطور طبیعـی در آنها وجود ندارند. باکتری، تولیدکنندۀ انسولین چنین جانداری است. تا قبل از ایجاد این نوع باکتری برای درمان افرادی که بیماری قند وابسته به انسـولین داشتند از انسولین بهدسـت آمده از لوزالمعده گاو استفاده میشـد. دانشـمندان، ژن مربـوط بـه تولیـد انسـولین را از انسـان ِ نای باکتری کردند. امروزه این نوع انسولین را برای استخراج و وارد د درمان بیماری قند وابسته به انسولین بهکار میبرند )شکل 6 .) امـروزه بعضـی پژوهشـگران تلاش میکننـد تـا با اسـتفاده از ژنهـا، محصوالت کشـاورزی بـا ویژگیهـای خاصی تولیـد کنند. برنج طالیی مثالی از این محصوالت است )شکل 7 .) ایـن نـوع برنـج دارای ماده ای اسـت که دربدن بـه ویتامین A تبدیـل میشـود.این مـاده به طور طبیعی در برنج وجـود ندارد؛ زیرا ٔ این ماده را ندارند. پژوهشگران برنجهای معمولی، ژن تولیدکننده این ژن را به برنجهای معمولی وارد، و برنج طالیی را تولید کردند. ً اندکـی غالت پخته شـده غـذای بسـیاری از مـردم در کشـورهای فقیـر معمـوال اسـت.در ایـن کشـورها بـه علت کمبود شـدید ویتامیـن A در غذا، سـاالنه صدها هزار کـودک در خطر نابینایی قرار میگیرند. برنج طالیی مادهای تولید میکند که در بدن به ویتامین Aتبدیل میشود. البته هنوز این نوع برنج در این کشورها تولید نشده است. آیا میدانید؟ ِ نا فـرض کنیـد دانـش، مهـارت و امکانـات مورد نیـاز را بـرای دسـتکاری د داریـد؛ یعنـی میتوانیـد صفات جانداران را به میل خود تغییر دهیـد.در این حالت چه کارهایی انجام میدادید؟ نظر و طرح خود را بنویسید و در آن هدف خود را نیز شرح دهید. فعالیت شکل 7 ـ الف( برنج معمولی، ب( برنج طالیی شکل 6ـ تولید انسولین انسانی در باکتری ۳ـ باکتریهایی که تولید میشوند، انسولین میسازند. ِ نـا کـه دارای ژن مربـوط بـه تولید ۱ـ قطعـهای از د انسولین است. ۲ـ این قطعه ِ نای را در د باکتری میگذارند. 61
ژنماهی در گوجه فرنگی! ٔ گوجه فرنگـی تولیـد کردند کـه دارای ژن سـالها پیـش گروهـی از پژوهشـگران، نوعـی بوتـه مربـوط بـه صفـت مقاومـت در برابر سـرما بود.ایـن ژن از نوعی ماهی آب سـرد بهدسـت آمده بود. گوجهفرنگیهایی که به این طریق تولید شده بودند، مقاومت بیشتری در برابر سرما داشتند. بهنظر شما چگونه ژن مربوط به مقاومت در برابر سرما، سبب ایجاد این ویژگی میشود؟ فکرکنید ِ پوست خرگوش، سبب سیاه شدن دیدید که سـرد کردن موهای آن میشود. در واقع سرما سبب تولید نوعی پروتئین میشـود کـه در ایجـاد رنـگ سـیاه در موهای ایـن خرگوش نقـش دارد. ژن مربـوط بـه ایـن پروتئیـن در خرگـوش وجود ٔ دارد. ژنهـا دارای اطالعـات و دسـتورالعملهایی بـرای تولید پروتئینها در یاختهاند )شـکل 8 .)پروتئینها در همه یاختههـا، بافتها و اندامهای بدن وجـود دارند. پروتئینها حتی برای ساخته شدن مواد دیگر بدن، ضروریاند. ِ نای ماهی جدا میکنند. ِ نای گیاه گوجهفرنگی میگذارند. ۱ـ ژن مربوط به مقاومت در برابر سرما را از د ۲ـ ژن را در د شکل 8 ـ ژنها دستورهایی برای ساختن پروتئینها دارند. اطالعات جمعآوری کنید بـا مراجعـه بـه منابـع معتبر دربـاره فایدههـا و ضررهـای احتمالـی تغییـر در ژنهای جانـداران، اطالعاتی جمعآوری کنید و در کالس ارائه دهید. 62
یاخته ها تقسیم می شوند ً میلیاردها یاخته ٔ جانوران از یک یاخته آغاز شده است )شکل 9 .)چگونه از یک یاخته، مثال زندگی همه بهوجود میآید؟ ِ نا قبل از اینکه یاخته تقسیم شود. شکل ۱۰ ـ د شکل 9ـزندگی ما از یک یاخته تخم آغاز شده است. میدانید که یاختهها تقسـیم میشـوند. نوعی تقسـیم یاخته ای در سراسر عمر انجام میگیرد که سبب ِ نا در ِ نا دو برابر میشود. د ٔ بدن میشود. قبل از این تقسـیم، مقدار د رشـد و بازسـازی بافتهای آسـیب دیده 1 ایـن حالـت بـه شـکل کالفی نخ مانند، درمیآید )شـکل 10 .)در این نوع تقسـیم که به آنتقسـیممیتوز ٔ یکسـان بهوجود میآید )شـکل ۱۱ .)آیا در تقسیم میتوز تعداد ِ مان(میگویند از یک یاخته، دو یاخته ِشـت )ر کروموزومها تغییر میکند؟ شـکل ۱۱ـ در تقسـیم میتوز از یک یاخته دو یاخته بهوجود میآید. بهطـور گروهـی بـا اسـتفاده از مـوادی ماننـد نخ، سـیم یا خمیر بـازی مدل سادهای از تقسیم میتوز بسازید. فعالیت ١ـ Mitosis ٔ تخم یاخته 63
تقسیم مشکل ساز ً تقسـیم میشـوند تا جـای یاختههای از انواعـی از یاختههـای بـدن مـا، مانند یاختههای پوسـت دائما بینرفتـه را بگیرنـد؛ امـا گاهی بدون اینکه به یاختههای بیشـتری در بدن نیازی باشـد، یاختهها بهسـرعت تقسیم میشوند و تودههای سرطانی تشکیل میدهند. عوامل محیطی متفاوتی در ایجاد سـرطان نقش دارند. خطر سـرطانزایی بعضی مواد، مانند کودهای شیمیایی که برای رشد محصوالت کشاورزی استفاده میشود و آالیندههای حاصل از سوختهای فسیلی مشخص شده است. شما چه عوامل سرطانزای دیگری میشناسید؟ ٔ سـالم در پیشـگیری از سـرطان مؤثر اسـت. در دو گروه بـا مراجعه به تغذیـه ٔ موارد زیر اطالعاتی جمعآوری کنید و در کالس ارائه دهید: منابع علمی معتبر درباره گروه الف( نوع تغذیهای که احتمال سرطان را افزایش میدهد. گروه ب( نوع تغذیهای که در پیشگیری از سرطان نقش دارد. فعالیت مـوادی کـه در سـیگار و تنباکو وجـود دارند، احتمـال ایجاد سـرطانهایی مانند ُ ـش را افزایـش میدهنـد. ایـن خطر فقط برای افراد سـیگاری نیسـت؛ بلکه شـامل سـرطان مـری و ش افرادی نیز میشود که در فضای آلوده به دود سیگار و تنباکو تنفس میکنند. آیا میدانید؟ گفتوگوکنید ٔ زیر ٔ جمله در سـال گذشـته با انواعی از سـوختهای غیرفسـیلی آشـنا شـدید. نظر خود را درباره بیان کنید: »سرمایهگذاری در تولید انرژیهای نو و تجدیدپذیر بهصرفهتر است«. 64
چه ویژگیای در جانداران هست که سبب میشود، جمعیت آنها زیاد شود؟ اگر افراد یک نوع جانور نتوانند تولیدمثل کنند، چه اتفاقی میافتد؟ جانداران متفاوتی که در اطراف شما وجود دارند، چگونه تکثیر میشوند؟ جاندارانبه روش های متفاوتی تولیدمثل می کنند. در جدول ۱ تعدادی از ویژگیهای جانداران آمده است. زیر هر ویژگی نقش آن را بنویسید. بهنظر شما چه تفاوت اساسی بین تولیدمثل و ویژگیهای دیگر جانداران وجود دارد؟ ویژگی تغذیه تنفس دفع تولیدمثل نقش تولید مثل در جانداران فصل ۸ جدول ۱) 65
وسـایلومـوادالزم: ظـرف شیشـهای، مخمـر نانوایی، شـکر، نمک، آب، قاشق چایخوری، میکروسکوپ، تیغه و تیغک. ٔ یک قاشق چایخوری پودر مخمر نانوایی را مخمر نانوایی، قارچی تکیاخته ای است. به اندازه به همراه مقدار اندکی شـکر و نمک در ظرف شیشـهای بریزید. حدود ۵۰ میلی لیتر آب ولرم به آن ً گرم قرار اضافه کنید تا آب با پودر مخمر مخلوط شود. روی ظرف را بپوشانید و آن را در جای نسبتا دهید. بعد از گذشت ده دقیقه آن را مشاهده و آنچه را میبینید، یادداشت کنید. قطرهای از این مخلوط را روی تیغه بگذارید و روی آن تیغک قرار دهید. نمونه را با میکروسکوپ مشاهده و شکل آنچه را میبینید، رسم کنید. فعالیت گفتوگوکنید شکل روبهرو، مراحل رشد و تکثیر باکتری را نشان میدهد. با توجه به این شکل و آزمایش مربوط به مخمر، تولیدمثل باکتری و مخمر را با هم مقایسه کنید. در بعضـی جانـداران یـک فرد به تنهایی تولیدمثل نمیکنـد. در این جانداران دو جنس نر و ماده وجود دارد. بـه ایـن نـوع تولیدمثل، تولید مثل جنسـی میگویند. اما تولیدمثلی که در باکتـری و مخمر دیدیم از نوع غیرجنسی است. بعضـی جانـداران فقـط تولیـد مثـل جنسـی و بعضی فقـط تولیدمثل غیرجنسـی دارند؛ در حالیکه بعضی جانداران هر دو نوع تولید مثل را دارند. آیا میدانید؟ روش های تولید مثل غیرجنسی تولیدمثل غیرجنسی در جانداران تکیاخته ای، نوع رایج و معمول تولیدمثل است. این نوع تولید مثل در جانداران پریاخته ای نیز وجود دارد، و در طبیعت به روشهای متفاوتی انجام میشود. در ادامه به این روشها میپردازیم. 66
اگر مواد مغذی کافی و دمای محیط مناسـب باشـد، باکتریها به سـرعت رشـد میکنند و هر ۲۰ دقیقه یک بار تقسیم میشوند. آیا میدانید؟ جوانـه زدن: در آزمایشـی کـه بـا مخمـر نانوایی انجـام دادید، دیدید که بخشـی از سـطح بعضی یاختهها برآمده است. به هر یک از ایـن برآمدگیهـا کـه بهتدریج بزرگ میشـوند، جوانه میگویند ٕ مخمر اسـت که ممکن اسـت به )شـکل ۲ .)هر جوانه، یک یاخته ٔ مادر متصل بماند یا از آن جدا شود. یاخته قطعه قطعـه شـدن: در فصـل قبـل دیدیـد از قطعـهای ِ سـیبزمینی که جوانه دارد، گیاه دیگری بهوجود میآید.این روش ً گیاه خزه انشـعابهایی تولید مثـل در طبیعـت نیز وجود دارد؛ مثل دارد که اگر جدا شـوند، هریک از آنها رشـد، و یک گیاه خزه ایجاد میکند )شکل ۳.) وسایل ومواد لزم: نان کپک زده، میکروسکوپ، تیغه و تیغک. قطـرهای آب روی تیغـه بگذاریـد. با اسـتفاده از چیزی مانند سـوزن یا خلل دنـدان، مقداری از کپـک را از روی نـان برداریـد و بهآرامـی بـا آب روی تیغه مخلـوط کنید. روی آن تیغـک بگذارید و با میکروسکوپ مشاهده کنید. شکل چیزی را که میبینید، رسم کنید. آزمایشـی طراحی کنید که نشـان دهد چه عوامل محیطی در رشـد کپک روی نان نقش مثبتی دارند؟ فعالیت شکل 1ـ باکتری درحال دونیم شدن شـکل 2ـ یاختههای مخمـر و جوانههای متصل به آنها ٔ دیگری شکل 3ـ از هر قطعۀ خزه، خزه رشد میکند. دونیـمشـدن: باکتریهـا بـه روش دونیـم شـدن، تولیدمثـل میکننـد. دیدیـد کـه یاختـه باکتـری از وسـط بـه دو نیمـه تقسـیم میشـود. در این حالت هر نیمه، یک یاخته کامل اسـت که بعد از رشد میتواند به همین روش تقسیم و زیاد شود )شکل ۱ .) 67
کپـک نـان نمونـهای از جاندارانـی اسـت کـه بـا تولیـد یاختههایـی به نامهـاگ زیاد میشـود.هاگها درهاگدان تشـکیل میشـوند. هـاگ یاخته کوچک، سـبک و مقاومی اسـت کـه همراه با هـوا و آب پخش میشـود.هاگ در صورتـی کـه در جـای مناسـب قرار گیرد، رشـد میکند و جانداری مانند والد خود بهوجود میآورد.کپـک روی میوههـا نیـز بـا همیـن روش زیاد میشود )شکل ۴ و ۵ .) گفتوگوکنید ً کپکهـا ابتدا به شـکل لکههـای کوچک روی نان یا میوه دیده میشـوند؛ اما با گذشـت معمـوال ٔ سـطح آنها را میپوشانند. چه استداللی برای این زمان این لکهها بزرگتر میشـوند و سـرانجام همه مشاهده دارید؟ سـالها پیش، الکسـاندر فلمینگ بهطور اتفاقی دریافت که کپک مادهای تولید میکند که باکتریهای بیماریزا را میکشد. چند سال بعد همکارانش توانستند این ماده را استخراج و اولین پادزیسـت را تولید کنند.این پادزیسـت، پنیسـیلین نام دارد و برای از بین بردن عفونتها بهکار ٔ نوبل را دریافت کردند. میرود. فلمینگ و همکارانش برای این کشف، جایزه آیا میدانید؟ شکل ۵ـ مراحل رشد کپک شکل ۴ـ میوه کپک زده هاگ زایی 68
شـکلهای زیر، تولیدمثل غیرجنسـی را در بعضی جانداران نشان میدهد. روش هر تولیدمثل را زیر هر شکل بنویسید. فعالیت الف( ..................................... ب( ..................................... پ( ..................................... بعضی گیاهان بخشهای ویژهای برای تولیدمثل غیرجنسی دارند که با آنها تکثیر میشوند. نمونهای از این بخشها را در گیاه شکل ۶ میبینید. به جوانههای روی لبه برگها توجه کنید. این جوانهها از برگ جدا میشوند و در خاک رشد میکنند. پرورشدهنـدگان گل و گیـاه، روشهـای متفاوتـی بـرای ازدیـاد )تکثیـر( گیاهان بهکار میبرند. با این کار، آنها میتوانند در مدتی کوتاه، تعداد فراوانی گل و گیاه تولید کنند. با مراجعه به مراکز پرورش گل و گیاه بهطور گروهی این روشها را از نزدیک مشـاهده، و گزارشـی دراین باره تهیه کنید و درکالس ارائه دهید. فعالیت شکل 6ـ جوانههای روی برگ؛ این جوانهها در واقع گیاهان کوچکیاند. 69
تولید مثل در جانوران دانستید وجود دو فرد نر و ماده در تولید مثل جنسی ضروری است. شکل ظاهری نر و ماده در بعضی ً شکل جانوران باهم متفاوت است؛ بهطوری که به آسانی از همدیگر تشخیص داده می شوند. اما معموال نوزادان این جانوران یکسان است )شکل ٧ .) شکل ۷ـ جوجهها شبیه به هم بهنظر میرسند ولی با افزایش سن، ظاهر خروسها و مرغها تفاوت پیدا میکند. شکل 8ـ ویژگیهای ظاهری طاووس و شیر نر را که در تصاویر میبینید،چه مینامند؟ تاج خروس، یال شیر و پرهای رنگارنگ طاووس نر، ویژگیهایی هستند که این جانوران را از مادههای آنها متفاوت میکند. چرا با افزایش سن، تفاوتهای ظاهری این جانوران آشکار میشود؟ 70
در بـدن جانـوران نـر و مـاده گامـتتولید میشـود. جانور ماده، گامت مـاده و جانور نر، گامـت نر تولید میکنـد. گامـت نـر با گامت ماده ترکیب میشـود و یاختۀ تخم بهوجود میآید. به ترکیب شـدن گامت نر و مـاده لقـاح میگویند. یاختۀ تخم، بارها تقسـیم، و درنهایت از رشـد و نمو یاختههـای حاصل از آن، جاندار کاملی تشکیل میشود )شکل 9 .) گفتوگوکنید بـا توجـه بـه اینکـه در لقـاح، گامتها از دو فـرد نر و ماده با هم ترکیب میشـوند، آیـا این یاختهها میتوانند حاصل تقسیم میتوز باشند؟ برای پاسخ خود دلیل بیاورید. تعـداد کروموزمهـای هـر گامـت، نصـف تعـداد کروموزمهـای یاختـهای اسـت کـه از آن بهوجـود آمـده ِ مان( تولیـد ١(کاسـت اسـت. گامتهـا بـا تقسـیم میوز ِ نا در تقسیم میوز نیز مانند میشوند )شکل 10 .)مقدار د تقسیم میتوز ابتدا دو برابر میشود. ٔ تخم شکل 9،کدام تقسیم انجام میشود: در یاخته میتوز یا میوز؟ اگر تقسیم میوز وجود نداشت، آیا تولید مثل جنسی امکان پذیر بود؟ مرغها و خروسها هرکدام در یاختههای بدن خود، ٧٨ کروموزوم دارند. گامتهای نر و ماده ٔ تخم آنها چند کروموزوم دارد؟ این جانوران هرکدام چند کروموزوم دارند؟ یاخته فعالیت شکل 10ـ تقسیم میوز ١ـ Meiosis شکل 9ـ یاختۀ تخم از ترکیب گامت نر و ماده ایجاد میشود. گامت ماده یاختۀ تخم گامت نر لقاح 71
اغلـب پرنـدگان آشـیانه میسـازند و از تخمهـا و زادهها )فرزندان( خود نگهداری میکنند. ً در آب انجـام رشـد تخمهـای قورباغههـا معمـوال میشـود و گاهـی تخمهـای آنها به گیاهـان درون آب می چسبند. 1ـ پرندهها برای مراقبت از تخمها و سپس زادههایشان چه کارهایی انجام میدهند؟ 2ـ بـه نظـر شـما،چرا در هـر بـار تولیدمثـل، تعـداد تخمهـای قورباغههـا بسـیار بیشـتر از تعداد تخمهای پرندههاست؟ فعالیت ِحم َ در انسان و بیشتر پستانداران بخشی از بدن مادر به رشد و نمو جنین اختصاص دارد. این بخش ر نامیده میشود. بند ناف با رگهای خونیای که دارد، بین جنین و دستگاه گردش خون مادر ارتباط ایجاد میکند )شکل 11.) تولید مثل درانسان دانسـتید که گامت نر در بیضه و گامت ماده در تخمدان تشـکیل میشـود. گامتهای نر بعد از بلوغ، ً تا کهنسالی ادامه دارد. بهطور پیوسته در بیضهها تولید میشوند. این عمل معموال ً در هر ماه گامتهـای مـاده در دوران جنینـی به تعداد مشـخصی تولید میشـوند. بعد از بلـوغ، معموال ٔ مناسب ً حدود سـن ۵۰ سالگی متوقف میشود. تغذیه یک گامت از تخمدان آزاد میشـود. این کار معموال و رعایت بهداشت برای سالمت بیضهها و تخمدانها ضروری است. 72
بعضی دوقلوها همسان یعنی همشکل و از یک جنساند. شکل زیر چگونگی ایجاد دوقلوهای همسان را نشان میدهد. با توجه به شکل، علت همسان بودن این دوقلوها را توضیح دهید. فعالیت شکل 11ـ جنین از طریق بند ناف مواد مغذی و اکسیژن را دریافت میکند. بند ناف ِ م َ ح ر یاختۀ تخم 73
ً در برخـی گلهـا فقط پرچم )گل نـر( و برخی فقط مادگی )گل ماده( دارند؛ مثال درخت خرما، گلهای نر روی یک نخل و گلهای ماده روی نخل دیگری قرار دارند. آیا میدانید؟ تعـدادی گل انتخـاب و کاسـبرگها و گلبرگهـای آنهـا را مشـخص کنیـد. چگونه آنها را تشخیص میدهید؟ پرچمهـا را جـدا و آنهـا را بـا ذرهبیـن مشـاهده کنیـد. دانههـای گرده را همـراه با قطـرهای آب با میکروسـکوپ مشـاهده کنید. شـکل دانههای گرده را رسـم کنید. دانههای گرده را از کدام قسمت ٔ گلهایی که دارید، یک رنگ و یک شکلاند؟ ٔ گرده پرچم برداشتید؟ آیا دانه با اسـتفاده از تیغ، مادگی را از طول برش دهید. این کار را با احتیاط انجام دهید. با اسـتفاده از ذرهبین قسمتهای متفاوت مادگی را مشاهده، و به ویژگیهای هر قسمت توجه کنید. آیا میتوانید تخمکها را در تخمدان ببینید؟ شکل اجزای مادگی را رسم کنید. فعالیت گامت ماده در تخمک و گامت نر در دانههای گـرده بهوجـود میآینـد. هنـگام گرده افشـانی، دانـه گـرده روی مادگی گل قـرار میگیرد. در این ٔ گرده تشـکیل میشـود که هنـگام لولهای از دانه گامـت نر را به سـمت گامـت ماده میبـرد. یاخته تخـم از ترکیـب ایـن دو گامـت تشـکیل میشـود )شکل13 .) شکل 13ـ رشد لوله گرده. لولۀ گرده، گامت نر را به گامت ماده میرساند. شکل 12ـ گل و اجزای آن مادگی کالله پرچم گامت نر گامت ماده تخمک لولۀ گرده دانۀ گرده بساک میله گلبرگ تخمک کاسبرگ خامه تخمدان تولید مثل در گیاهانگلدار ِ دانسـتید گیاهـان بـا روشهـای گوناگـون غیـر جنسـی تکثیـر میشـوند. گلانـدام تولیـد مثل ِ گیاهان گلدار است. شکل 12 اجزای گل را جنسـی نشـان میدهد.مادگی بخش ماده و پرچم بخش نر گل را تشـکیل میدهد. بیشـتر گلها دارای مادگی و پرچماند. 74
حشرههایی مانند زنبور در گردهافشانی نقـش مهمی دارند.گردههای گل به بدن حشـره میچسـبند. ٔ درنتیجه حشـره، گردهها را از گلی به گل دیگر میبرد. درباره ویژگیهایی که به گلها کمک میکند تا حشره به طرف آنها برود، گفتوگو کنید. فعالیت گفتوگوکنید ـ دو جمعیـت از یـک نـوع جانـدار در یک محیط زندگـی میکنند. یک جمعیـت حاصل تولید مثل غیرجنسـی و جمعیـت دیگـر حاصـل تولید مثل جنسـی این جاندار اسـت. اگر عوامـل محیطی )مانند دمـا، رطوبـت، غـذا یا تغییر در عوامل زنده محیط مانندگسـترش نوعی باکتری بیماری زا( تغییر کنند، پیشبینی میکنید افراد کدام جمعیت، بیشتر در خطر از بین رفتن قرار گیرند؛ چرا؟ ٔ دو نوع تولید مثل جنسی و غیرجنسی، مزایا و معایب هر کدام را توضیح دهید. ـ با مقایسه اطالعات جمعآوری کنید ٔ بهجـز حشـرهها، جانـوران دیگـری نیز به گرده افشـانی گلها کمـک میکنند، گزارشـی درباره چنین جانورانی تهیه کنید و در کالس ارائه دهید. گزارش را میتوانید به شکل تصویری ارائه دهید. تخمدان پس از رشد به میوه تبدیل میشود. تخمکها نیز رشد میکنند و به دانه تبدیل میشوند. شکل 14ـ گوجهفرنگی در واقع یک میوه است. 75
ٔ گسـترده از وسیلههای الکتریکی در زندگی امروزی، بسیار عادی است. المپ، تلویزیون، اسـتفاده 1 )و... . تنها تعداد ٔ کیفی )لپتاپ تلفن همراه، جاروبرقی، لباسشویی، اتو، رایانه، ماشین حساب، رایانه اندکی از وسایل الکتریکیاند که ما با آنها سروکار داریم. ٔ این وسـایل بر اسـاس قوانین الکتریسیته طراحی و سـاخته میشوند. در عصر حاضر شناخت همه اصول الکتریسـیته و به کارگیری آن برای ایمنی، رفاه و آسـایش انسـان اهمیت فراوان دارد. به همین منظور در این فصل با الکتریسیته و کاربردهای آن بیشتر آشنا میشویم. ٔ پشـمی یـا موهـای خشـک و تمیز سـر اگـر بادکنکـی را بـا پارچـه ٔ پشـمی خاصیت جدیدی پیدا میکنند مالش دهیم، بادکنک و پارچه و میتواننـد خردههـای کاغذ یا مو را بهطرف خود جذب کنند. حتی با همین روش میتوان بادکنک را به سـقف یا دیوار چسباند )شکل ۱ .) شکل ۱ـ ِ بادکنک دارای بار الکتریکی به دیوار میچسبد. الکتریسیته فصل ۹ ١ـ Laptop Computer 76
ٔ پشـمی دارای بار الکتریکی شـده اسـت؛ به عبارت دیگر وقتی جسـمی در این آزمایشها بادکنک یا پارچه دارای بار الکتریکی میشود، میتواند اجسام دیگر را جذب کند. ٔ باردار شدن اجسام خواندهاید، توضیح دهید چرا: ّ ه به آنچه درباره با توج ٔ تلویزیـون را تمیز میکنید، پرزهای پارچه به ٔ خشـک و تمیز پرزداری صفحه الـف( وقتـی با پارچه ٔ تلویزیون میچسبند. صفحه ٔ پالسـتیکی موهای خشک و ب( هنگامی که با شـانه تمیز را شانه میکنید، رشتههای مو به دنبال شانه کشیده میشوند. ٔ پالسـتیکی یـا بادکنـک را بـا موهای پ( وقتـی شـانه ٔ آب نزدیک خشـک سـر مالش دهید و بعد آن را به باریکه کنید، باریکه آب به طرف شانه یا بادکنک کشیده میشود. فعالیت آزمایش کنید هدف آزمایش: آشنایـی با انواع بارهای الکتریکی ٔ پشمی، نخ، مقداری خردههای کاغذ موادووسایل:دو بادکنک مشابه، پارچه روشاجرا ٔ آنهارا ببندید. ۱ــ بادکنکها را باد کنید و با نخ دهانه ٔ پشمی مالش دهید؛ سپس یک بار پارچه و بار دیگر بادکنک ۲ــ یکی از بادکنکها را با پارچه را به خردههای کاغذ نزدیک کنید. چه روی میدهد؟ ٔ پشمی مالش دهید و بعد آنها را به هم نزدیک کنید. چه اتفاقی ۳ــ هر دو بادکنک را با پارچه میافتد؟ ٔ پشمی را به بادکنک نزدیک کنید. چه اتفاقی میافتد؟ از این آزمایش چه نتیجهای ۴ــ پارچه میگیرید؟ آزمایـش بـاال و آزمایشهای مشـابه نشـان میدهد، وقتی دو جسـم بـا یکدیگر مالش داده میشـوند، ً هر دوی آنها دارای بار الکتریکی میشوند و بر یکدیگر نیرو وارد میکنند. نیروی الکتریکی بین دو معموال ً نیروی الکتریکی بین بادکنکها دافعه و نیروی بین جسـم باردار، گاهی جاذبه و گاهی دافعه اسـت؛ مثال 77
آزمایش کنید هدف آزمایش: اثر دوبار الکتریکی بر یکدیگر ٔ ٔ پالسـتیکی، پارچه ٔ شیشـه ای، دو میله ٔ ابریشـمی، دو میله ٔ فریزر یا پارچه موادووسـایل:کیسـه پشمی و نخ روشاجرا: ٔ شیشهای را با مالش ٔ ابریشـمی دو میله ٔ پالسـتیکی )فریزر( یا پارچه ۱ــ به کمک یک کیسـه باردار کنید. ٔ پالسـتیکی را باردار کنید و آزمایشهای زیر را انجام ٔ پشـمی، دو میله ۲ــ با اسـتفاده از پارچه دهید. از این آزمایشها چه نتیجهای میگیرید؟ پارچـه و بادکنـک جاذبه اسـت. بنابرایـن دو نوع بار الکتریکی وجـود دارد. بار الکتریکـیای که در بادکنک ٔ پشمی ایجاد شده است ایجاد شده است و بارهای مشابه آن از یک نوعاند و بار الکتریکیای که در پارچه و بارهای مشابه آن از نوعی دیگرند. این بارها را به ترتیب بار منفی )-( و بار مثبت )+( نامگذاری کردهاند. آزمایش باال و آزمایشهای مشابه نشان میدهد: ۱ـ دو جسـم، که دارای بارهای الکتریکی غیرهمناماند، وقتی به هم نزدیک شـوند، همدیگر را جذب میکنند. ۲ـ دو جسـم کـه دارای بارهـای الکتریکـی همنامانـد، وقتـی بـه هـم نزدیـک شـوند، همدیگـر را دفـع میکننـد. ً برای تشـخیص بـاردار بـودن یک جسـم و تعیین معمـوال )1 ٔ سـادهای بهنام برقنما )الکتروسـکوپ نوع بار آن از وسـیله اسـتفاده میکنیم )شـکل ۲ـ الـف(. برقنما از یـک صفحه یا گوی، یک میله و دو ورقه نازک فلزی تشکیل شده است. ٔ شیشـهای بـاردار را به هم الـف( دو میله نزدیک کنید. ٔ شیشـهای را به میله پالسـتیکی ب( میله نزدیک کنید. ٔ پالسـتیکی بـاردار را به پ( دو میلـه هم نزدیک کنید. شکل ۲ ـ الف( ب( ١ـ Electroscope 78
آزمایش کنید هدف آزمایش: تشخیص جسم باردار و نوع بار آن ٔ پالسـتیکی ٔ پشـمی، کیسـه ٔ شیشـهای، پارچه ٔ پالسـتیکی، میله مـوادووسـایل:برقنمـا ، میلـه )فریزر( روشاجرا ٔ پالسـتیکی، میلههای پالستیکی و شیشهای را ٔ پشـمی و کیسـه ٔ پارچه ۱ـ به ترتیب بهوسـیله باردار کنید. ٔ شیشـهای را به کالهک برقنما بدون بار نزدیک ٔ پالسـتیکی و بار دیگر میله ۲ـ یک بار میله و سپس دور کنید. چه مشاهده میکنید؟ ٔ پالسـتیکی بـاردار را با کالهـک برقنما ۳ـ میلـه ٔ بـاردار شیشـهای و تمـاس دهیـد و سـپس میلـه پالسـتیکی را بـه برقنمـا نزدیـک کنیـد. اکنـون چـه چیزی مشاهده میکنید؟ از این آزمایشها چه نتیجهای میگیرید؟ چگونه ٔ برقنما نشان داد، یک جسم باردار میتوان بهوسـیله است یا نه و نوع بار آن چیست؟ بارهای الکتریکی از کجامیآیند؟ ٔ اجسـام از ذرههای بسـیار کوچکی به نام اتم سـاخته شـدهاند. همانطور که در فصل ۴ خواندیم، همه هر اتم از هسته و الکترون ساخته شده است. هسته نیز از ذرههای ریزتری به نام پروتون و نوترون ساخته شـده اسـت. پروتون بار مثبت )+( و الکترون بار منفی )-( دارد و نوترون نیز بدون بار الکتریکی اسـت. در حالت عادی تعداد پروتونهای هر اتم با تعداد الکترونهای آن اتم برابر است. الف( ب( وقتی برقنما بدون بار است ورقههای آن به هم نزدیکاند و وقتی باردار میشود، ورقههای آن از هم دور میشوند )شکل ۲ـ ب(. ً خشک انجام شود. در هوای توجه کنید:آزمایشهای الکتریسیته باید در هوای خشک و با وسایل کامال مرطوب یا با وسایل خیس و مرطوب نمیتوان این آزمایشها را انجام داد. 79
ٔ شیشهای مالش میدهیم، ٔ پالسـتیکی را با میله وقتی کیسـه میلـه و کیسـه دارای بـار الکتریکـی میشـوند. بـا توجـه بـه شـکل توضیح دهید. َ نده میشود؟ ۱ـ الکترونها از کدام جسم ک ۲ـ آن جسم چه باری پیدا میکند؟ خود را بیازمایید گفتوگوکنید توضیح دهید چرا اتم در حالت عادی خنثی است؟ وقتـی دو جسـم را بـا یکدیگـر مالـش میدهیـم، تعـدادی ً وقتی الکترون از یک جسم به جسم دیگر منتقل میشود؛ مثال ٔ پالسـتیکی مالش میدهیم، تعدادی از ٔ پشـمی را با میله پارچه ٔ پالسـتیکی منتقل َ نده، و به میله ٔ پشـمی ک ٔ الکترونهای پارچه میشـوند )شـکل ۳ .)در نتیجـه تعـداد الکترونهـای پارچـه پشـمی از تعداد پروتونهای آن کمتر میشـود و توازن بارهای مثبت و منفی بر هم میخورد و بارهای مثبت بیشتر میشود. بنابراین بار الکتریکی خالص پارچه پشمی مثبت میشود. میله نیـز، کـه تعـدادی الکترون اضافـی دریافت کرده اسـت، تعداد الکترونهایش از پروتونهایش بیشتر میشود و بار الکتریکی خالص آن منفی خواهد شد. در اثـر مالـش دو جسـم با یکدیگر، پروتونها که نسـبت به الکترونها خیلی سـنگینترند و در هسـته بـا نیروی قوی تری َ نده نمیشـوند؛ بلکه فقط الکترونها به نگهداشـته شدهاند، ک َ نده شده و به جسم دیگر منتقل میشوند. راحتی ک ٔ ٔ پشمی با میله شکل ۳ ـ در مالش پارچه پالستیکی، هر دوی آنها دارای بار الکتریکی میشوند. 80
رساناونارسانا به کمک یک مدار الکتریکی سـاده میتوان مواد را براسـاس قابلیت عبور جریان الکتریکی آنها به دو دسته تقسیم کرد. به موادی مانند فلزات، مغز مداد، بدن انسان و آب )ناخالص( که بار الکتریکی میتواند به راحتی در آنها حرکت کند، رسانای الکتریکی میگوییم. عبور جریان الکتریکی در فلزات آسان است؛ ٔ آن دارنـد و میتواننـد آزادانه در فلز زیـرا تعـدادی از الکترونهـای اتم فلز وابسـتگی بسـیار کمی به هسـته حرکت کنند. به این الکترونها الکترونآزادمیگویند. در فلزات تعداد الکترونهای آزاد بسیار زیاد است. به موادی مانند شیشه، پالستیک، چوب خشک و... که الکترونهای آنها به هستههایشان وابستگی زیادی دارند و نمیتوانند در این اجسـام به سـادگی حرکت کنند، نارسـانایالکتریکی میگوییم. نارساناها نمیتوانند جریان الکتریکی را از خود عبور دهند. القای بارالکتریکی ٔ پشمی مالش میدهیم، تعدادی ً بررسـی شـد، وقتی میله ای پالسـتیکی را با پارچه ٔ همانطور که قبال از الکترونهـای پارچـه بـه میله منتقل میشـود. این انتقال در اثر مالش دو جسـم اتفاق میافتد. اگر میله دارای بار منفی را با جسـم خنثی تماس دهیم، تعدادی الکترون از میله وارد جسـم خنثی میشـود و جسم خنثـی نیـز دارای بـار منفی میشـود. ایـن روش ایجاد بار را ایجـاد بار به روشتماسمینامنـد. در اینجا با روش دیگری برای ایجاد بار الکتریکی در اجسام آشنا میشویم که به آن روش القا گویند. آزمایش کنید روشاجرا ٔ فلزی را مطابق شـکل )الف( در تماس ۱ـ دو کره با یکدیگر قرار دهید؛ سپس با دست آنها را لمس کنید تا مطمئن شوید که بار الکتریکی آنها صفر است. AB الف( هدف آزمایش: ایجاد بار الکتریکی به روش القا ٔ پشمی و برقنما ٔ پالستیکی، پارچه ٔ فلزی یکسان با پایههای نارسانا، میله موادووسایل:دو کره 81
ٔ پشـمی مالـش دهید و ٔ پالسـتیکی را بـا پارچه ۲ـ میلـه ٔ A نزدیک کنید. مانند شکل )ب ( آن را به کره ٔ B را ٔ کره ٔ پالسـتیکی، پایه ۳ـ بـدون حرکـت دادن میله ٔ A دور کنید )شکل پ(. بگیرید و آن را از کره ٔ پالستیکی را دور کنید )شکل ت(. ۴ـ میله ٔ پالسـتیکی باردار ۵ـ برقنمـا را به روش تماس با میله و هـر یـک از کرهها را به کالهـک آن نزدیک کنید. از این آزمایش چه نتیجهای میگیرید؟ ٔ B که از میله ٔ منفی نزدیکتر بود، دارای بار مثبت و کره ٔ A که به میله همانگونه که مشاهده شد، کره دورتر بود، دارای بار منفی شـده اسـت. به این روش که کرههای فلزی بدون تماس با میله، باردار شـدهاند ٔ A نزدیک کردیـد، الکترونهای آزاد روشالقـایبـارالکتریکـی گویند. وقتـی میله باردار منفی را بـه کره ٔ ممکن میروند. درنتیجه ٔ الکتریکی بار منفی میله قرار میگیرند و به دورترین فاصله ایـن کـره تحـت دافعه ٔ B دارای بار A کـه الکترون از دسـت داده و دچار کمبود الکترون شـده اسـت، دارای بار مثبت و کـره ٔ کـره منفی میشود. آذرخشوتخلیه الکتریکی منظرههای زیبایی را که هنگام رعد و برق در آسمان ایجاد میشوند. دیدهاید. در هر ثانیه دهها ً احتماال ٔ ٔ پالسـتیکی را با پارچه وقتی یک شـانه ً شـانه دارای بـار الکتریکـی پشـمی مالـش میدهیـم، معمـوال منفی میشود. اگر شانه را به خردههای بدون بار کاغذ نزدیک کنیـم، شـانه خردههـای کاغـذ را به طرف خود جـذب میکند. توضیح دهید چرا چنین اتفاقی رخ میدهد؟ فعالیت B A ب( پ( ت( B A B A 82
آذرخـش روی سـطح زمین زده میشـود. ابرها در طول مسـیر حرکـت خود به دالیل مختلـف مانند مالش با ابرهای دیگر، هوا، کوهها یا القای الکتریکی دارای بار الکتریکی میشوند. اگر دو ابر چنان به هم نزدیک ٔ بین بارهای ناهمنام، شـوند که قسـمتهای دارای بار ناهمنام نزدیک هم قرار گیرند به علت نیروی جاذبه ممکن است الکترونها از یک ابر به ابر دیگر بجهند که به آن تخلیۀ الکتریکی بین دو ابر گویند. این عمل ً بـا جرقههـای بـزرگ، تولید گرما و صدا همراه اسـت. تخلیۀ الکتریکی میتواند بین یـک ابر باردار و معمـوال زمین نیز اتفاق بیفتد. ابرهای باردار با حرکت در مجاورت سطح زمین در زمین بار القایی ایجاد میکنند. در ٔ الکتریکی بین ابرها و زمین وجود دارد و میتواند موجب آتشسـوزی شـود و به این حالت نیز امکان تخلیه ساختمانها، خطوط انتقال برق، انسانها و دامها خسارتهای جبرانناپذیر وارد کند. اختالف پتانسیل الکتریکی میدانیـم اختلاف دمـا بیـن دو جسـم سـبب انتقال انـرژی از یک جسـم به جسـم دیگر میشود. همچنین اختالف ارتفاع سطح آب بیـن دو ظـرف مرتبط، سـبب شـارش آب از یـک ظرف به ظرف دیگر میشـود. بهنظر شـما در الکتریسیته چه عاملی سبب شارش بارهای الکتریکی بین دو نقطه از یک مدار میشود؟ اطالعات جمعآوری کنید برای حفاظت از ساختمانهای بلند از خطر برخورد آذرخش از وسیلهای به نام برقگیر استفاده ٔ برقگیر و نقش آن در جلوگیری از آسـیب به سـاختمان، اطالعاتی را جمعآوری، و میکنند. درباره گزارش آن را در کالس ارائه کنید. شکل ۴ـ الف( آذرخش بین دو ابر ب( آذرخش بین ابر و زمین شکل ۵ ـ مدار الکتریکی ساده 83
آزمایش کنید هدف آزمایش: نقش باتری در یک مدار ساده موادووسایل:دو قطعه سیم نازک، باتری ۵/۱ ولتی، چسب نواری یا لنت روشاجرا ١ـ با استفاده از وسایل داده شده مداری تشکیل دهید و المپ را روشن کنید. ٢ـ یک قطعه سیم را حذف کنید و سپس با وسایل موجود مدار جدیدی تشکیل دهید و المپ را روشن کنید. ٔ نقش باتری، سیمهای رابط و المپ در مدار بحث کنید. ٣ـ در گروه خود درباره در یـک مـدار الکتریکـی سـاده، باتـری انـرژی الزم را برای روشـن شـدن المپ تأمین میکند )شـکل ۵)؛ بهعبـارت دیگـر در مـدار، انـرژی الکتریکی به المپ داده میشـود و به این وسـیله ایـن انرژی به نور و انـرژی گرمایـی تبدیل میشـود. اگـر باتری را از مدار حـذف کنیم، بالفاصله المپ خاموش میشـود. پس باتری نقش منبع انرژی را دارد؛ یعنی باتری سبب ایجاد جریان الکتریکی در مدار میشود و انرژی توسط سیمهای رابط از باتری به المپ میرسد. بـرای اینکـه در مـدار، حرکت و شـارش بارهای الکتریکی ادامـه پیدا کند، باید همـواره بین دو نقطه از مـدار، یـک مولـد ماننـد باتری، پیل و یا... قرار گیرد. نقش مولد ایجاد یک اختالف پتانسـیل یا ولتاژ بین دو نقطه از مدار است. همانطور که اختالف دما بین دو جسم عامل انتقال انرژی از یک جسم به جسم دیگر اسـت در الکتریسـیته نیز اگر بین دو نقطه از مدار اختالف پتانسـیل بهوجود آید و آن دو نقطه توسـط یک جسـم رسـانا مانند یک سیم به هم وصل شـوند، جریان الکتریکی بهوجود میآید. یکای اختالف پتانسیل ولـت )V )اسـت و اختلاف پتانسـیل بین دو نقطه توسط ولتسنج اندازهگیری میشود. ً وقتـی به دو سـر یک باتـری قلمی مثلا ولتسـنج وصـل میکنیـم و ولت سـنج عدد V ۵/۱ را نشـان میدهـد؛ یعنـی اختلاف پتانسـیل دو سـر ایـن باتـری V ۵/۱ اسـت )شکل ۶.) شکل ۶ ـ اندازهگیری اختالف پتانسیل دو سر باتری 84
باتریها بسـته به نوع کاربردشـان در ولتاژهای مختلفی سـاخته میشـوند. ولتاژ آیا میدانید؟ باتـری خودروهـای سـواری V ۱۲ ،باتـری تلفن همـراه V ۷/۳ ،باتری کامیون V ۲۴ و باتری سـمعک .است ۱/۴۵ V باتریها دارای دو سر )پایانه ( مثبت و منفیاند و اختلاف پتانسـیل باتـری مربـوط بـه اختلاف پتانسـیل این دو سـر است. شـکل ۷ انواع باتریها را نشان میدهد. انرژی لزم برای ایجاد اختلف پتانسـیل در دو سـر باتری از واکنشهای شـیمیایی بهدسـت میآید که در باتریای که شـما با کمک لیموترش و ورقههای نازک فلزی سـاختهاید، ً درون باتری رخ میدهد؛ مثل ٔ درون لیموترش واکنش شـیمیایی رخ میدهد. در این واکنشها بارهای منفی بین تیغههای فلزی و ماده در یک سر باتری جمع میشوند و سر دیگر باتری بار مثبت پیدا میکند. در نتیجه بین دو سر باتری اختلف پتانسیل ایجاد میشود. اطلعات جمعآوری کنید سـاختمان داخلی باتریها خیلی شـبیه باتریای اسـت که شما ساختهاید؛ یعنی در این مولدها دو فلز غیر هم جنس در یک مایع شیمیایی خاص )یا یک خمیر شیمیایی مرطوب( که الکترولیت نامیده ٔ آن را به صورت ٔ کارکرد باتریها اطلعاتی را جمعآوری کنید و نتیجه ٔ شیوه میشود، قرار دارند. درباره پردهنگار به کلس گزارش دهید. مدارالکتریکی و جریانالکتریکی یک مدار الکتریکی سـاده از یک باتری، یک لمپ )اتوی برقی، کتری برقی و...(، سـیم رابط و کلید قطع و وصل تشـکیل میشـود. وقتی کلید بسـته باشـد، مدار کامل اسـت و الکترونها با گرفتن انرژی از باتری در مدار حرکت میکنند. شکل ۷ ـ انواع باتریها 85
آیا میدانید؟ جهـت جریـان قـراردادی در یک مـدار در خلف جهت ٔ مثبت شـارش الکترونها در مدار اسـت وجهت آن از پایانه ٔ منفی آن است. باتری به پایانه ٔ بزرگی برخی از جریانهای الکتریکی را نشان میدهد. جدول زیر مرتبه برخی جریان های الکتریکی جریان)آمپر( جریان در برخی مدارهای الکترونیکی ۰۱/۰ جریان کشنده برای انسان ۱/۰ جریان گذرنده از لمپ رشته ای ۱۰۰ وات ۵/۰ مو خشک کن )۱۲۰۰وات ( ۵ حداکثر جریان برق خانگی ۲۵ جریان در آذرخش ۱۰۰۰ جریـان الکتریکـی در یـک مـدار را بـا آمپرسـنج اندازهگیری میکنند. برای این کار، آمپرسنج را همانند شـکل به صـورت متوالی در مدار قـرار میدهیم. یکای جریان الکتریکی آمپر )A )است. آمپرسنج لمپ باتری جهت جریان قراردادی جهت حرکت الکترونها ً باتری مقـدار انـرژیای کـه بارهای الکتریکی میگیرند به اختلف پتانسـیل باتری بسـتگی دارد؛ مثل ۵/۱ ولتـی، ۵/۱ ژول انـرژی بـه هـر واحد بار کـه از آن میگذرد، میدهد. اگر ولتاژ باتری ۱۲Vباشـد، هر ٔ ۱۲ ژول افزایش مییابد. بار الکتریکی، این انرژی را در عبور واحد بار که از آن میگذرد، انرژی آن به اندازه از اجـزای مختلـف مـدار مانند لمـپ به انرژیهای دیگر تبدیل میکند و بدینترتیب لمپ، روشـن و گرم ٔ مثبت پیل حرکت ٔ منفی پیل به طرف پایانه میشـود. وقتی کلید بسـته میشود، الکترونها در مدار از پایانه میکنند و این سبب ایجاد جریان الکتریکی در مدار میشود. مقدار جریان الکتریکی را که در مدار جاری است، شدت جریانالکتریکی مینامیم. 86
مقاومت الکتریکی ّ ه کردهاید؟ آیا تاکنون به حرکت دانشآموزان در حیاط مدرسه یا حرکت افراد در خیابان یا بازار شلوغ توج آیا برای شما پیش آمده است که عجله داشته باشید و مجبور شوید از مکانی پر رفت و آمد عبور کنید؟ در این گونه موارد وجود افراد دیگر سـبب کاهش سـرعت و انرژی شـما میشود و در مقابل حرکت کردن شما نوعی مقاومت وجود دارد که سرعت و انرژی شما را کاهش میدهد. در یک مدار الکتریکی نیز وقتی کلید را میبندیـم، باتـری یـا مولد به الکترونهای آزاد انـرژی میدهد تا در مدار حرکت کنند و جریان الکتریکی ٔ درون المپ، اتوی برقی، پلوپز، کتری برقی بهوجود آید. وقتی جریان الکتریکی از یک رسـانا مانند رشـته و... میگذرد، الکترونها با اتمهای رسـانا، که در حال نوسـاناند، برخورد میکنند و انرژی دریافت شـده ٔ درون ٔ درون المپ، رشته از مولد یا باتری را از دسـت میدهند. این موضوع سـبب گرم شـدن رسـانا )رشـته ً اتو و...( میشود. حرکت بارهای الکتریکی به نوعی مشابه حرکت شما در یک خیابان یا بازار شلوغ است. در واقـع الکترونهـا هنـگام حرکـت در رسـانا همیشـه بـا نوعـی مقاومـت روبـهرو هسـتند. اصطالحـا میگوییم: رسـانا دارای مقاومتالکتریکی اسـت. هر رسانای الکتریکی در برابر جریان الکتریکی از خود مقاومتی نشـان میدهد. مقاومت برخی از رساناها از رساناهای دیگر بیشتر است. مقاومت الکتریکی را با R نشـان میدهیم. یـکای مقاومت الکتریکی ُهم، دانشمند آلمانی اهم به افتخار جرج سیمون ا نامگـذاری شـده اسـت. مقاومـت الکتریکـی یـک رسـانا را با دسـتگاهی به نام اهمسـنج اندازهگیری میکنند )شکل 8.) آزمایـش نشـان میدهـد در یـک مـدار، هر چـه مقاومت الکتریکـی را بیشـتر کنیم، جریـان الکتریکی ٔ در مـدار کمتـر میشـود و هـر چه ولتاژ دو سـر مـدار را زیادتر کنیم، جریـان زیادتری از مقاومـت الکتریکی میگذرد. اهم در سال ۱۲۰۵ هجری شمسی رابطه بین ولتاژ، شدت جریان و مقاومت را کشف کرد.رابطه ساده صفحۀ بعد ارتباط بین ولتاژ، شدت جریان و مقاومت را نشان میدهد. ٔ ۳ ولتـی حـدود ۸ اهـم و مقاومـت یک المپ آیا میدانید؟ مقاومـت المـپ یـک چـراغ قـوه رشتهای ۱۰۰ واتی روشن حدود ۵۰۰ اهم است. شکل 8ـ اندازهگیری مقاومت المپ خاموش با اهم سنج 87
خود را بیازمایید وقتـی صـدای رادیـو را بلنـد میکنید یا روشـنایی تلویزیـون را تغییـر میدهید، آیا میدانید؟ مقدار جریان الکتریکی تغییر کرده است. این کار با تغییر مقاومت مدارها انجام میشود. _________________________ =شدت جریان)برحسب آمپر( ولتاژ)بر حسب ولت( مقاومت الکتریکی )برحسب اهم( در شـکل روبـهرو، آمپرسـنج عـدد ۰۵/۰ آمپر و ولتسـنج عـدد ۳ ولـت را نشـان میدهـد. مقاومت المپ چند اهم است؟ ٔ آن، سـیمهای رابط، ٔ چنـد باتـری ۵/۱ ولتی، المـپ ۳ ولتی و پایه بهوسـیله کلید و آمپرسنج؛ مدارهایی را تشکیل دهید و اثر جریان الکتریکی را بر نور المپ بررسی کنید. فعالیت در مـدار الکتریکـی مقاومـت را با » «، باتـری را با » «، کلید را با » «، سـیمهای رابط را با خط راسـت، آمپرسـنج را با » «، ولتسـنج را با » « و المپ را با » «نشـان میدهند. ٔ یـک مـدار سـاده، کـه آمپرسـنج و ولتسـنج برای بنابرایـن طرحـواره اندازه گیری در آن نصب شده است، مطابق شکل 9 است. اگـر کلیـد بسـته شـود، جریان در مدار برقرار میشـود و آمپرسـنج شـدت جریـان در مـدار و ولتسـنج اختالف پتانسـیل دو سـر مقاومت شکل 9 الکتریکی را اندازهگیری میکند. مثال: دو سر یک المپ رشتهای به ولتاژ ۲۲۰V وصل است. اگر مقاومت المپ ۴۸۴ اهم باشد، چند آمپر جریان الکتریکی از المپ میگذرد؟ ولتاژ )برحسب ولت( = شدت جریان )برحسب آمپر( = مقاومت الکتریکی پاسخ: آمپر ۴۵/۰ = ولت۲۲۰ )برحسب اهم( ُهم۴۸۴ ا + - ولتسنج آمپرسنج 88
ٔ آهنربا هسـتند. شـاید بیشتر به این سـبب که آهنربا از دور عمل بسـیاری از دانشآموزان شـیفته میکند. به کمک آهنربا میتوان میخی در نزدیکی آن را حتی وقتی یک تکه چوب بین آنها باشـد به حرکت در آورد؛ به همین ترتیب، یک چشمپزشک میتواند برادههای آهن را از چشم بیمار خارج کند. در این فصل خواهیم دید که فقط آهنربا نیسـت که در اطرافش خاصیت مغناطیسـی وجود دارد. سیم حامل جریان نیز در اطراف خود خاصیت مغناطیسی ایجاد میکند. مغناطیس فصل ۱۰ ٔ کاغذ روی میدانیم آهنرباها برخی مواد را جذب میکنند. ما از همین خاصیت برای چسباندن یک برگه ِ در یخچالها نیز آهنرباهایی وجود دارد که سـبب بسـته شدن آن ٔ یخچال اسـتفاده میکنیم. دور تا دور بدنه میشود. بسیاری از اسباب بازیهای الکتریکی با استفاده از خواص مغناطیسی طراحی و ساخته میشوند. بلندگوها، دینام دوچرخه، موتور ماشین لباسشویی و ... براساس ویژگیهای مغناطیسی کار میکنند. 89
با اسـتفاده از آهنربا و وسایل روبهرو، مواد را به دو دسته تقسیمبندی کنیـد. مـوادی را که جذب آهنرباها میشـوند مـواد مغناطیسـی و بقیـه را غیر مغناطیسـی بنامید. فعالیت قطب های آهنربا ٔ میخهای کوچک ٔ ابتدایـی دیدیـم، وقتـی آهنربـا را به ظرف گیرههـای کاغذی یا جعبـه در علـوم دوره نزدیـک میکنیـم، گیرههـا یـا میخهـا جذب آهنربا میشـوند و بیشـتر گیرهها یـا میخها به دو سـر آهنربا میچسـبند. ایـن قسـمتها را کـه خاصیـت مغناطیسـی )آهنربایی( قویتـری دارند، قطبهـای آهنربا نامیدیم. همچنین دیدیم که اگر یک آهنربای تیغهای را با نخی آویزان کنیم، طوری که به راحتی بتواند بچرخد، همواره یکی از قطبها به طرف شمال جغرافیایی و قطب دیگر به طرف جنوب جغرافیایی میایستد. قطبی را که به سـمت شـمال جغرافیایی میایستد، قطب شمال یا قطب N نامیدیم و قطبی را که به سـمت جنوب میایسـتد، قطب جنوب یا قطب S نام گذاری کردیم. قیچی، میخ، گیرهکاغذی، سکه، قوطی نوشابه، پوش برگ ، بطری، مداد و ... شکل 1) الف( همانند شکل با استفاده از خمیر بازی، مداد و آهنربای نعلی شکل قطب شمال و جنوب را پیدا کنید )شکل الف(. ب( بـه کمـک یونولیت و یک آهنربـای تیغهای کوچـک و ظـرف آب یـک قطبنمای سـاده بسـازید )شکل ب(. فعالیت شکل الف( شکل ب( 90
ٔ نخـی بیاویزیـد و سـپس آهنربـای تیغـهای را هماننـد شـکل بـه وسـیله ٔ خـود را برای قطبهـای آهنربـای دیگـری را بـه قطبهـای ایـن آهنربـا نزدیـک کنید. مشـاهده حالتهایی که قطبهای همنام و غیر همنام آهنربا به هم نزدیک میشوند، بیان کنید. فعالیت بـا انجـام دادن فعالیت باال و آزمایشهای مشـابه نتیجـه میگیریم، همانطور کـه بارهای الکتریکی همنـام، یکدیگـر را دفـع و بارهـای غیـر همنـام همدیگر را جـذب میکننـد، قطبهای همنـام آهنربا نیز ّ ی بین همدیگـر را دفـع و قطبهـای غیر همنام آهنربا همدیگر را جذب میکنند. البته تفاوت بسـیار مهم قطبهـای مغناطیسـی و بارهـای الکتریکـی وجود دارد. بارهـای الکتریکـی را میتـوان از هم جدا کرد؛ ولی آزمایش نشـان میدهد، قطبهای مغناطیسی را نمیتوان از هم جدا کرد. به عبارت دیگر قطب N هرگـز بدون حضور قطب S وجـود ندارد و بر عکس. ٔ آن اگـر آهنربـای میلـهای را دو تکه کنیـم، هر تکه یک آهنربا با دو قطب خواهد بود )شکل 2 .) شکل 2ـ هر یک از آهنرباهای شکسته نیز دارای دو قطب N و S هستند. القای مغناطیسی هماننـد شـکل روبهرو یک میخ کوچک یا سـوزن ته گرد را به انتهای آهنربا نزدیک کنید تا به آهنربا بچسـبد.میخ بعدی را به نوک میخ اول نزدیک کنید. این کار را بـرای میخهای دیگر نیـز تکرار کنید. به نظر شـما چگونـه آهنربا، میـخ اول را جـذب کرده فعالیت 91
ّ ل و آهنربا قرار دهیم، باز هـم میتوان مانند قبل اگـر در فعالیـت باال مقوا یا شیشـهای را بیـن میخ او میخهـا را بـه دنبـال هم قـرار داد؛ یعنی بدون تماس آهن ربا بـا میخ، میتوان در آنها خاصیت مغناطیسـی ٔ آهنربا بدون تماس ایجاد کرد. به این پدیده، یعنی ایجاد خاصیت مغناطیسی در یک قطعه آهن به وسیله ّ ل آهنربا میشود طوریکه با آن را القای مغناطیسی میگوییم. در فعالیتی که انجام دادید، ابتدا میخ او سـر نزدیکتـر بـه قطـب N آهنربا، قطب S میشـود و سـر دورتر قطـب N .چون قطبهـای غیر همنام همدیگر را جذب میکنند، میخ جذب آهنربا میشود. همین اتفاق برای میخهای دیگر نیز میافتد. یعنی میخها به گونهای آهنربا میشوند که قطبهای غیر همنام آنها به هم نزدیک باشند. توجه کنید که هر چه آهنربای اصلی خاصیت مغناطیسی قویتری داشته باشد، تعداد میخهایی که از یکدیگر آویزان میشوند، بیشتر خواهند بود؛ به عبارت دیگر به روش القا خاصیت مغناطیسی قویتری در میخها ایجاد میشود. اسـت؟ میخ اولی چگونـه میخ دوم را جذب کرده است؟ اگر به آرامی میخ اول را از آهنربا جدا کنیم، چه اتفاقی میافتد؟ آیا میخهای دیگر سـر جای خـود باقـی میماننـد یـا اینکـه از میـخ اول جـدا میشوند؟ الف( همانند شکل به کمک یک آهنربای تیغهای و یک میخ، یک آهنربا بسازید وسپس ٔ آهنربای قطبهای آهنربای سـاخته شـده را به وسـیله تیغهای یا قطب نما تعیین کنید. ٔ چوبـی، پایه و چنـد آهنربای ب( بـه کمـک میلـه ٔ کاربردهای حلقهای، فنر مغناطیسـی بسازید و درباره احتمالـی آن فکر کنید. فعالیت 92
آهنربای الکتریکی در زندگی روزمره از آهنرباهای الکتریکی استفادههای فراوانی میشود. در انواع زنگها، جرثقیلهای مغناطیسی، ساعتهای الکتریکی و... از این نوع آهنرباها استفاده میشود. ٔ آهنربای الکتریکی آشـنا شـدهایم. با آزمایش زیر ضمن یادآوری آن ٔ ابتدایی با سـاخت سـاده در دوره مطالب، مفاهیم جدیدی را میآموزیم. آزمایش کنید هدف آزمایش: ساخت آهنربای الکتریکی مـوادو وسـایل:دو باتـری قلمـی و جـای آن، سـیمهای رابـط، کلیـد قطـع و وصـل، میـخ یـا ٔ متوسـط، چسـب نـواری، سـیم پیـچ در انـدازه مخصوص )الکی( برای درست کردن سیم پیچ و گیرههای کاغذ یا واشرهای آهنی روشاجرا: ١ـ دور میـخ یـا پیـچ سـیم مخصـوص را بپیچید. ٢ـ هماننـد شـکل مـدار الکتریکـی را کامـل کنید و کلید را ببندید. ٣ـ میخ را به گیرههای کاغذی یا واشـرهای آهنی نزدیک کنید. چه اتفاقی میافتد؟ ۴ـ اگر کلید را باز کنید، چه اتفاقی میافتد؟ بـا انجـام دادن آزمایـش بـاال درمییابیـم، سـیم پیـچ و میخ دارای خاصیت مغناطیسـی شـده اسـت و میتوانـد هماننـد یـک آهنربا عمل کند. بـرای تعیین عوامل مؤثر بر خاصیت مغناطیسـی آهنربا، فعالیت صفحه بعد را انجام دهید. 93
الـف( بـه کمـک قطـب نمـا یـا یک آهنربـا کـه قطـب N و S آن معلـوم اسـت، قطبهـای ٔ قبل آهنربای الکتریکی سـاخته شـده در آزمایـش صفحه را تعیین کنید. ب( در شـکل رو بـه رو، جـای پایانههـای باتـری را در مـدار عـوض میکنیـم. در نتیجـه جـای قطبهـای N و S آهنربـای الکتریکـی عـوض میشـود. از ایـن آزمایش چه نتیجهای میگیرید؟ پ( اگـر بـه جـای یـک بــاتری از چنـد باتری پشتسـر هـم اسـتفاده کنیـم و آهنربـای الکتریکـی را در گیرههای کاغـذی یا برادههـای آهن قرار دهیم، تعداد بیشـتری گیره را جذب میکند. از این آزمایش چه نتیجهای میگیرید؟ ت( هرچـه تعـداد دورهـای سـیم پیـچ بیشـتر شـود، آهنربـای الکتریکـی برادههای بیشـتری را جذب میکند. از این آزمایش چه نتیجهای میگیرید؟ توجه: برای کم و زیاد کردن تعداد دور سیم آهنربای ٔ دور مقوا استفاده کنید. الکتریکی، میتوانید از سیمهای اضافه فعالیت با انجام دادن فعالیت بال درمییابیم: ۱ــ قطب N و S آهنربای الکتریکی به جهت جریان الکتریکی بستگی دارد. ۲ــ هرچه جریان گذرنده از سیم پیچ بیشتر شود، خاصیت مغناطیسی آهنربای الکتریکی بیشتر میشود. ۳ــ هرچه تعداد دورهای سیم پیچ بیشتر شود، خاصیت مغناطیسی آهنربای الکتریکی بیشتر میشود. یکـی از کاربردهـای آهنرباهـای الکتریکـی، در جرثقیلهایی اسـت که ماشینهای قراضه یا زبالههای آهنی بزرگ را بلنـد میکننـد. در شـکل روبـهرو توضیـح دهیـد: الـف( چگونـه این جرثقیلها اجسام را بلند میکنند؟ ب( وقتی بخواهند ماشین یا زباله را رها کنند، چه عملی را انجام میدهند؟ فعالیت سیمهای اضافه کلید 94