Boltakapphlaup

Að þessu sinni legg ég til að þú búir til einfalt en áhrifaríkt tæki fyrir eðlisfræðikennslustofuna. Það verður boltakeppni. Annar kostur við brautarhönnunina er að hún hangir á veggnum án þess að taka mikið pláss og er alltaf tilbúinn til að sýna keppnisupplifunina. Þrjár kúlur byrja samtímis frá punktum sem eru staðsettir í sömu hæð. Sérhannaður skotbíll mun hjálpa okkur við þetta. Kúlurnar munu hlaupa eftir þremur mismunandi slóðum.

Tækið lítur út eins og borð sem hangir á veggnum. Þrjár gagnsæjar rör eru límdar á borðið, brautirnar sem kúlurnar munu hreyfast eftir. Fyrsta ræman er sú stysta og hefur lögun hefðbundins hallaplans. Annað er hringhlutinn. Þriðja bandið er í formi brots af sýklóíða. Allir vita hvað hringur er, en þeir vita ekki hvernig hann lítur út og hvaðan cycloid kemur. Leyfðu mér að minna þig á að cycloid er ferill sem dreginn er af föstum punkti meðfram hring, sem rúllar eftir beinni línu án þess að renna til.

Ímyndum okkur að við setjum hvítan punkt á dekkið á reiðhjóli og biðjum einhvern um að ýta á hjólið eða hjóla það mjög hægt í beinni línu, en í bili fylgjumst við með hreyfingu punktsins. Slóð punktsins sem festur er við rútuna mun umlykja hringrásina. Þú þarft ekki að gera þessa tilraun, því á myndinni getum við nú þegar séð sýklóið teiknað á kortinu og allar brautir sem ætluð eru til að boltarnir hlaupi. Til að vera sanngjörn varðandi upphafspunktinn munum við smíða einfaldan lyftistöng sem ræsir alla þrjá boltana jafnt. Með því að toga í stöngina lenda kúlurnar á veginum á sama tíma.

Venjulega segir innsæi okkar okkur að boltinn sem fer beinustu leiðina, það er hallaplanið, muni vera hraðast og sigra. En hvorki eðlisfræði né lífið er svo einfalt. Sjáðu sjálfur með því að setja saman þetta tilraunatæki. Hver á að vinna. Efni. Rétthyrnd krossviður sem mælist 600 x 400 mm eða korkplata af sömu stærð eða minna en tveir metrar af gagnsæju plaströri með 10 mm þvermál, álplata 1 mm á þykkt, vír 2 mm í þvermál. , þrjár eins kúlur sem verða að hreyfast frjálslega inni í rörunum. Þú getur notað brotnar stálkúlur, blýskot eða haglabyssukúlur, allt eftir innra þvermál pípunnar. Við munum hengja tækið okkar upp á vegg og til þess þurfum við tvo haldara til að hengja myndir á. Þú getur keypt eða búið til vírhandföng með eigin höndum hjá okkur.

Verkfæri. Sag, beittur hnífur, heitlímbyssa, borvél, plötusnúður, tangir, blýantur, gata, borvél, viðarskrá og dremel sem gerir verkið mjög auðvelt. Grunnur. Á pappír munum við teikna fyrirhugaðar þrjár ferðaleiðir á kvarðanum 1: 1 samkvæmt teikningunni í bréfi okkar. Sá fyrsti er beinn. Hluti seinni hringsins. Þriðja leiðin er cycloids. Við getum séð það á myndinni. Rétta teikningu af brautunum þarf að teikna upp á nýtt á grunnplötuna, svo við vitum síðar hvar á að líma rörin sem verða brautir kúlanna.

Boltabrautir. Plaströr ættu að vera gagnsæ, þú getur séð hvernig kúlurnar okkar hreyfast í þeim. Plaströr eru ódýr og auðvelt að finna í versluninni. Við munum skera tilskildar lengdir af rörum, um það bil 600 millimetra, og stytta þær síðan aðeins, máta og prófa verkefnið þitt.

Stuðningur við upphaf laganna. Í tréblokk sem mælir 80x140x15 mm, boraðu þrjú göt með þvermál röra. Holan sem við stingum fyrstu brautinni í, þ.e. sem sýnir jöfnun, verður að saga og móta eins og sýnt er á myndinni. Staðreyndin er sú að rörið beygist ekki í rétt horn og snertir lögun flugvélarinnar eins mikið og mögulegt er. Rörið sjálft er líka skorið í horninu sem það myndar. Límdu viðeigandi rör í öll þessi göt í blokkinni.

hleðsluvél. Úr álplötu sem er 1 mm þykk, klipptum við út tvo ferhyrninga með mál eins og sýnt er á teikningunni. Í fyrstu og annarri borum við þrjú göt með þvermál 7 millimetra samaxla með sama fyrirkomulagi og götin voru boruð í viðarstöngina sem er upphaf brautanna. Þessar holur verða upphafshreiður fyrir boltana. Boraðu göt í seinni plötuna með 12 mm þvermál. Límdu litla ferhyrndu plötustykki á ystu brúnir botnplötunnar og við þá á efstu plötunni með smærri götum. Við skulum sjá um aðlögun þessara þátta. 45 x 60 mm miðplatan verður að passa á milli efstu og neðstu plötunnar og geta rennt til að hylja og opna götin. Litlir plötur sem eru límdar á botn- og toppplötur munu takmarka hliðarhreyfingu miðplötunnar þannig að hún geti færst til vinstri og hægri með hreyfingu handfangsins. Við borum gat á þessa plötu, sýnilegt á teikningunni, sem lyftistöngin verður sett í.

lyftistöng. Við munum beygja það úr vír með þvermál 2 mm. Auðvelt er að fá vír með því að klippa 150 mm lengd frá vírhenginu. Venjulega fáum við slíkt snaga ásamt hreinum fötum úr þvottinum, og það verður frábær uppspretta beins og þykks vír fyrir okkar tilgangi. Beygðu annan enda vírsins í rétt horn í 15 millimetra fjarlægð. Hægt er að festa hinn endann með því að setja tréhandfang á hann.

Stuðningur handfangs. Hann er gerður úr blokk sem er 30x30x35 millimetrar á hæð. Í miðju blokkarinnar borum við blindgat með 2 mm þvermál, þar sem oddurinn á lyftistönginni mun virka. Enda. Að lokum verðum við einhvern veginn að ná boltunum. Hver lirfa endar með gripi. Þeir eru nauðsynlegir svo við leitum ekki að boltum út um allt herbergi eftir hvert stig leiksins. Við munum gera handfangið úr 50 mm pípustykki. Á annarri hliðinni skaltu skera rörið í horn til að búa til lengri vegg sem boltinn mun snerta til að klára leiðina. Á hinum enda rörsins, skera rauf sem við munum setja ventilplötuna í. Platan mun ekki leyfa boltanum að falla úr böndunum einhvers staðar. Á hinn bóginn, um leið og við drögum út diskinn, mun boltinn sjálfur falla í hendurnar á okkur.

Uppsetning tækisins. Í efra hægra horninu á borðinu, við merkt upphaf allra laga, límdu við trékubbinn okkar sem við límdum rörin í við botninn. Límdu rörin með heitu lími á borðið samkvæmt teiknuðum línum. Hringbrautin sem er lengst frá yfirborði plötunnar er studd eftir meðallengd hennar með 35 mm háum viðarstöng.

Límdu holuplöturnar á efri brautarstoðblokkina þannig að þær passi án villu í götin á viðarkubbnum. Við setjum stöngina inn í gat miðplötunnar og einn í hlíf ræsivélarinnar. Við setjum endann á lyftistönginni inn í vagninn og nú getum við merkt staðinn þar sem vagninn á að líma við borðið. Vélbúnaðurinn verður að virka þannig að þegar stönginni er snúið til vinstri opnast öll göt. Merktu fundinn stað með blýanti og límdu að lokum stuðninginn með heitu lími.

Fun. Við hengjum keppnisbrautina og um leið vísindatæki upp á vegg. Kúlur með sömu þyngd og þvermál eru settar á upphafsstaði. Snúðu gikknum til vinstri og kúlurnar byrja á sama tíma. Héldum við að fljótasti boltinn í mark væri sá á stystu 500 mm brautinni? Innsæi okkar brást okkur. Hér er það ekki svo. Hún er í þriðja sæti í mark. Furðu, það er satt.

Hraðasta boltinn er sá sem hreyfist eftir hringlaga braut, þó að slóð hans sé 550 millimetrar, og hinn er sá sem hreyfist eftir hluta hrings. Hvernig gerðist það að við upphafspunktinn voru allir boltarnir jafn hraða? Fyrir allar kúlur var sama hugsanlega orkumunurinn breytt í hreyfiorku. Vísindin munu segja okkur hvaðan munurinn á lokatíma kemur.

Hann útskýrir þessa hegðun boltanna af kraftmiklum ástæðum. Kúlurnar verða fyrir ákveðnum krafti, sem kallast viðbragðskraftar, sem verka á kúlurnar frá hlið brautanna. Lárétti hluti hvarfkraftsins er að meðaltali sá stærsti fyrir sýklóíð. Það veldur líka mestu meðalláréttu hröðun boltans. Það er vísindaleg staðreynd að af öllum ferlum sem tengja saman tvo punkta þyngdarsvitans er falltími sýklóíðsins stystur. Þú getur rætt þessa áhugaverðu spurningu í einni af eðlisfræðikennslunni. Kannski mun þetta setja eina af hræðilegu síðunum til hliðar.