Трки со топка
Овој пат ви предлагам да направите едноставен, но ефикасен уред за вашата училница по физика. Тоа ќе биде трка со топка. Друга предност на дизајнот на патеката е тоа што виси на ѕидот без да зафаќа многу простор и секогаш е подготвен да го покаже вашето тркачко искуство. Три топки започнуваат истовремено од точки лоцирани на иста висина. Специјално дизајнирана стартна машина ќе ни помогне во тоа. Топките ќе се движат по три различни патеки.
Уредот изгледа како даска што виси на ѕидот. На таблата се залепени три проѕирни цевки, патеки по кои ќе се движат топчињата. Првата лента е најкратка и има форма на правилна наклонета рамнина. Вториот е сегмент од круг. Третата лента има форма на фрагмент од циклоид. Секој знае што е круг, но не знаат како изгледа или од каде доаѓа циклоидот. Дозволете ми да ве потсетам дека циклоидот е крива нацртана од фиксна точка долж круг, која се тркала без да се лизга по права линија.
Да замислиме дека ставаме бела точка на гума за велосипед и бараме некој да го турка велосипедот или да го вози многу бавно во права линија, додека ние го гледаме движењето на точката. Патеката на точка поврзана со автобус ќе го опкружува циклоидот. Не треба да го правите овој експеримент бидејќи на сликата веќе можеме да го видиме мапираниот циклоид и сите траки за трчање на топчињата. За да бидеме фер на почетната точка, ќе изградиме едноставна стартна машина со лост која ќе обезбеди рамномерно стартување на сите три топки. Со повлекување на рачката, топчињата истовремено ќе удираат на патот.
Обично нашата интуиција ни кажува дека топката што го следи најправиот пат, односно наклонетата рамнина, ќе биде најбрза и ќе победи. Но, ниту физиката ниту животот не се толку едноставни. Уверете се сами со градење на овој експериментален уред. Кој треба да работи? Материјали. Правоаголно парче иверица со димензии 600 на 400 милиметри или плоча од плута со слична големина или помалку од два метри проѕирна пластична цевка со дијаметар од 10 милиметри, алуминиумски лист дебел 1 милиметар, жица со дијаметар од 2 милиметри. , три идентични топки кои мора слободно да се движат внатре во цевките. Можете да користите челични топчиња од скршено лежиште, оловно шут или топчиња од пушка, во зависност од внатрешниот дијаметар на цевката. Нашиот уред ќе го закачиме на ѕид и за ова ќе ни требаат два држачи на кои можеме да закачиме слики. Можете да купите или да направите рачки од жица од нас со свои раце.
Алатки. Пила, остар нож, пиштол за топол лепак, дупчалка, секач за лим, клешта, молив, дупчалка со чекан, дупчалка, турпија од дрво и Dremel, што ја прави работата многу лесна. База. На хартија ќе ги нацртаме предвидените три правци на патување на размер 1:1 според цртежот во нашето писмо. Првиот е исправен. Сегмент од вториот круг. Третиот пат е циклоиди. Ова можеме да го видиме на сликата. Правилната шема на патеките треба повторно да се нацрта на основната табла, за потоа да знаеме каде да ги залепиме цевките што ќе станат траги на топчињата.
Патеки за топка. Пластичните цевки треба да бидат проѕирни, можете да видите како нашите топки се движат во нив. Пластичните цевки се евтини и лесни за купување во продавницата. Ќе ги исечеме потребните делови од цевката, приближно 600 милиметри, а потоа ќе ги скратиме малку, ќе ги наместиме и ќе ги наместиме на вашиот проект.
Поддршка за почеток на песна. Во дрвен блок со димензии 80х140х15 милиметри, дупчете три дупки со дијаметарот на цевките. Дупката во која ја заглавуваме првата трака, т.е. што прикажува рамномерност, мора да се исече и да се обликува како што е прикажано на фотографијата. Факт е дека цевката не се наведнува под прав агол и колку што е можно повеќе го допира обликот на авионот. Самата цевка исто така се сече под аголот што го прави. Залепете ги соодветните цевки во сите овие дупки во блокот.
Машина за полнење. Од алуминиумски лист со дебелина од 1 милиметар, исечете два правоаголници со димензии како што е прикажано на цртежот. Во првата и втората коаксијално пробиваме три дупки со дијаметар од 7 милиметри на истото место каде што дупките се дупчат во дрвениот блок што го сочинува почетокот на патеките. Овие дупки ќе бидат почетни гнезда за топчињата. Дупчете дупки во втората плоча со дијаметар од 12 милиметри. Залепете мали правоаголни парчиња лим на надворешните рабови на долната плоча и на нив од горната плоча со помали отвори. Ајде да се грижиме за усогласувањето на овие елементи. Централната плоча од 45 x 60 mm мора да се вклопи помеѓу горните и долните плочи и да може да се лизга за да ги затвори и отвори дупките. Малите плочки залепени на долните и горните плочи ќе го ограничат страничното движење на централната плоча за да може да се движи лево и десно со движењето на рачката. Ние вежбаме дупка во оваа плоча, видлива на цртежот, во која ќе се стави рачката.
лост. Ќе го свиткаме од жица со дијаметар од 2 милиметри. Жицата може лесно да се добие со сечење на должина од 150 mm од жичана закачалка. Обично таква закачалка добиваме заедно со чиста облека од перењето и таа станува одличен извор на права и густа жица за нашите цели. Свиткајте го едниот крај на жицата под прав агол на растојание од 15 милиметри. Другиот крај може да се зацврсти со ставање на дрвена рачка.
Поддршка на рачката. Изработен е од блок со димензии висок 30х30х35 милиметри. Во центарот на блокот вежбаме слепа дупка со дијаметар од 2 милиметри, во која ќе работи врвот на рачката. Крај. Конечно, мора некако да ги фатиме топчињата. Секоја патека завршува со грипер. Тие се потребни за да не бараме топки низ просторијата по секоја фаза од играта. Зафатот ќе го направиме од парче цевка од 50 мм. Од едната страна, исечете ја цевката под агол за да создадете подолг ѕид за топката да удри за да ја заврши патеката. На другиот крај на цевката, исечете отвор во кој ќе ја ставиме плочата на вентилот. Плочата ќе спречи топката да падне од контрола насекаде. Од друга страна, штом ја извлечеме чинијата, самата топка ќе ни падне во раце.
Инсталација на уредот. Во горниот десен агол на таблата, на назначениот почеток на сите патеки, лепете го нашиот дрвен блок во кој ги залепивме цевките на основата. Топло лепете ги цевките на таблата според нацртаните линии. Циклоидната патека најдалеку од површината на плочата е поддржана долж нејзината средна должина со дрвен блок висок 35 милиметри.
Залепете ги плочите со дупки на горниот блок за поддршка на патеката така што тие уредно се вклопуваат во дупките во дрвениот блок. Ја вметнуваме рачката во дупката во централната плоча и една во куќиштето на фрлачот. Крајот на рачката го вметнуваме во кочијата и сега можете да го означите местото каде што треба да се залепи кочијата на таблата. Механизмот мора да работи на таков начин што кога рачката е свртена налево, сите дупки се отвораат. Обележете ја локацијата што ја најдовте со молив и на крајот залепете ја потпирачот со топол лепак.
Забава. На ѕидот истовремено закачуваме тркачка патека и научен инструмент. На нивните почетни места се поставуваат топчиња со иста тежина и дијаметар. Свртете ја рачката на чкрапалото налево и топките ќе почнат да се движат истовремено. Дали мислевме дека најбрзата топка што ќе ја заврши ќе биде топката што ја помина најкратката патека од 500 мм? Нашата интуиција нè изневери. Ова не е случај овде. Таа е трета на целта. Изненадувачки, тоа е вистина.
Најбрза е топката што се движи по циклоидна патека, иако патеката му е 550 милиметри, а другата е онаа што се движи по отсечка од круг. Како се случи на почетната точка сите топки да имаат иста брзина? За сите топки, истата разлика во потенцијалната енергија била претворена во кинетичка енергија. Науката ќе ни каже од каде доаѓа разликата во времето на завршување.
Ваквото однесување на топките го објаснува со динамични причини. Топките се предмет на одредени сили, наречени сили за реакција, кои дејствуваат на топчињата од страната на патеките. Хоризонталната компонента на силата на реакција е, во просек, најголема за циклоидот. Ова предизвикува и најголемо просечно хоризонтално забрзување на таа топка. Научен факт е дека од сите кривини што поврзуваат две точки на гравитациона пот, времето на паѓање на циклоидот е најкратко. За ова интересно прашање можете да разговарате на една од лекциите по физика. Можеби ова ќе остави настрана една од ужасните страници.
