اسپیروگراف
سلام، به دنیای چرخ‌ها و چرخدندهها خوش آمدید!
چرخدندهها، دایرههای دندانهداری هستند که جادو میکنند. چرخ‌ها یا قطعات مکانیکی که وقتی با هم درگیر میشوند، با انتقال نیرو حرکت جدیدی ایجاد میکنند، چرخ صنایع را میچرخانند، زیبایی می‌آفرینند و همواره با حساب و هندسه میانه‌ی خوبی دارند. حتماً با کاربرد آنها در صنعت، کارخانه‌ها، ابزارها و وسایل زندگی‌مان آشنا هستید.
شاید با خود بگویید این‌ها دایرههای دندانه‌دار سوراخ‌داری هستند که فقط در انتقال نیرو کاربرد دارند. بسیار خوب ... نظرتان درباره‌ی نقش‌های زیر چیست؟
آیا حقیقتاً این طرحها زیبا نیستند؟! حتماً کنجکاو شده‌اید و می‌خواهید بدانید ارتباط این چرخدندههای مفید و کارآمد با این نقش‌های هنری چیست؟ این اشکال زیبا به وسیله‌ی ابزاری به نام اسپیروگراف (Spirograph) یا چرخ‌نگار، طراحی میشوند.
اسپیروگراف را در ایران با نام دوایر اقلیدسی می‌شناسند، هرچند ارتباط آنها با اقلیدس برای ما مشخص نیست اما می‌توان در این مورد تحقیق کرد. اسپیروگراف سالها بعد و بین سال‌های 1881 تا 1900 توسط برونو آباکانویچ (Bruno Abakanowicz) اختراع شد و در سال 1965 توسط دنیس فیشر (Denys Fisher) گسترش یافت و به بازار آمد.
نحوه‌ی کار اسپیروگراف به این ترتیب است که از ثبت اثر یک نقطه (البته غیر از مرکز) روی سطح یک چرخ که حول یک چرخ (یا دایره) دیگر میگردد، این طرحهای زیبا ایجاد میشوند.
فرض کنید یک تک‌چرخ را روی یک خط مستقیم میرانید و تصویر نقطه‌ای خارج از چرخ به صورت یک رد روی دیوار کناری باقی میماند. اگر رد اثر را دنبال کنید، شکلی شبیه شکل زیر از موقعیت (x,y) میبینید که به شعاع چرخ، فاصله‌ی نقطه‌ی نشان داده شده تا مرکز چرخ و درجه‌ی چرخش (در چرخدندهها به تعداد دندانه‌ها) بستگی دارد.
حالا فرض کنید که تک‌چرخ را بجای خط راست روی محیط یک دایره بچرخانید؛ مثلاً فکر کنید روی خط استوا دور میزنید، در اینصورت مسیر آن به شعاع دایره (یا همان شعاع زمین) و شعاع چرخ شما بستگی دارد. حالا با تغییر شعاع چرخ و یا دایره و تغییر جای نقطه‌ی نشان داده شده و دور زدن مکرر چرخ، طرحهای بسیار جذابی خواهید داشت.
به طور کلی می‌توان گفت از چرخش دورانی یا خطی یک چرخ‌دنده بر روی چرخ‌دنده‌ی دیگر، اشکالی بسیار منظم و زیبا ترسیم می‌شود که این اشکال بسته به سایز و شکل چرخ‌دنده متفاوت است.
اسپیروگراف نه تنها در کارهای هنری ساخته شده به دست بشر نمود دارد بلکه شبیه آنها را در آسمان هم میتوانید بیابید (البته اگر به ستاره‌ها، کهکشان‌ها و آسمان علاقه‌مند باشید!). به عنوان مثال سحابی IC418 که در کهکشان راه شیری قرار دارد و در شکل زیر مشخص است را سحابی اسپیروگراف هم میگویند.
اسپیروگراف شامل قطعاتی به صورت دایره‌ای و یا دایرههای بزرگ توخالی، مثلثی، میله‌ای و ... هستند. در اطراف همه‌ی آنها دندانه‌هایی وجود دارد که باعث می‌شود در داخل و یا محیط دایرههای بزرگ بتوان آنها را چرخاند. در داخل قطعات معمولاً سوراخ‌هایی وجود دارد که محل قرار گرفتن نوک قلم می‌باشد. با برداشتن هر کدام از چرخدندهها و انتخاب هر کدام از سوراخهای این وسیله، می توان شکلی متفاوت و جالب ایجاد کرد.
با ورود به سایت زیر میتوانید با اسپیروگراف مجازی اشکال مختلف را طراحی کنید:
http://nathanfriend.io/inspirograph
http://www.mathplayground.com/Spiromath.html
از طرحهای ترسیم شده به وسیله‌ی اسپیروگراف، می‌توان برای زیباتر کردن محیط پیرامون استفاده کرد.
به نظر شما آیا این پایان داستان چرخدندهها و اسپیروگراف است؟
نه …
دست کم برای یک فرد خلاق و پر از فکرهای نو این اول راه است.
مراحل ساخت و ساز را به ترتیب پیگیری کنید.
میخواهیم دست به کار شویم و با همان چرخدندههای جذاب و با قطعاتی که در اختیار داریم، یک اسپیروگراف بسازیم.
چرخ‌دنده‌ی قرمز را مانند یک یاتاقان به صفحه سبز ببندید.
همچنین دقت نمایید که همه‌ی چرخدندهها کاملاً روان حرکت کنند و لقی نداشته باشند.
هنگام بستن پیچ نبشی‌های 11 سوراخه به صفحه‌ی سبز، این نبشی‌ها را در مکان درست تنظیم نمایید.
دقت نمایید که همه‌ی چرخدندهها کاملاً روان حرکت کنند و لقی نداشته باشند.
قطعات را طوری تنظیم نمایید تا یاتاقانی که به عنوان قطعه‌ی لغزنده استفاده شده به آسانی و کاملاً روان بر روی محورها حرکت کند.
حالا دو قسمت پیشروبوگراف را به هم متصل نمایید.
بازوی رسام را روی چرخ‌دنده‌ی زرد دو مهره نمایید و محور را با یکی از سوراخهای آن درگیر کنید.
واین هم از پیشروبوگراف ما:
قبل از اتصال زنجیر دقت نمایید که همه‌ی قسمت‌ها کاملاً روان حرکت کنند. سپس زنجیر را متصل نمایید و موتور را روشن کنید. پیشروبوگراف باید به آرامی و کاملاً روان شروع به کار کند. درصورتی که قسمتی خوب حرکت نمی‌کند، مشکل آن را برطرف نمایید.
سعید فرشاد
