Ballracing
Denne gangen foreslår jeg at du lager en enkel, men effektiv enhet for fysikkklasserommet. Det blir et ballløp. En annen fordel med banedesignet er at den henger på veggen uten å ta mye plass og alltid er klar til å vise frem racingopplevelsen. Tre baller starter samtidig fra punkter som ligger i samme høyde. En spesialdesignet bærerakett vil hjelpe oss med dette. Ballene vil løpe langs tre forskjellige baner.
Enheten ser ut som en tavle som henger på veggen. Tre gjennomsiktige rør er limt til brettet, banene som ballene vil bevege seg langs. Den første stripen er den korteste og har formen av et konvensjonelt skråplan. Det andre er sirkelsegmentet. Det tredje båndet er i form av et fragment av en cykloid. Alle vet hva en sirkel er, men de vet ikke hvordan den ser ut og hvor sykloiden kommer fra. La meg minne deg på at en sykloid er en kurve tegnet av et fast punkt langs en sirkel, som ruller langs en rett linje uten å skli.
La oss forestille oss at vi setter en hvit prikk på dekket på en sykkel og ber noen skyve sykkelen eller sykle den veldig sakte i en rett linje, men foreløpig vil vi observere bevegelsen til prikken. Banen til punktet festet til bussen vil omgi cykloiden. Du trenger ikke å gjøre dette eksperimentet, for i figuren kan vi allerede se sykloiden plottet på kartet og alle banene som er beregnet på at ballene skal løpe. For å være rettferdig med utgangspunktet, bygger vi en enkel spakstarter som starter alle tre ballene jevnt. Ved å trekke i spaken treffer ballene samtidig veien.
Vanligvis forteller intuisjonen vår at ballen som følger den mest direkte banen, det vil si skråplanet, vil være raskest og vinne. Men verken fysikk eller livet er så enkelt. Se selv ved å sette sammen denne eksperimentelle enheten. Hvem skal jobbe. Materialer. Et rektangulært stykke kryssfiner som måler 600 x 400 millimeter eller korkplate av samme størrelse eller mindre enn to meter gjennomsiktig plastrør med en diameter på 10 millimeter, aluminiumsplate 1 millimeter tykk, tråd 2 millimeter i diameter. , tre identiske kuler som må bevege seg fritt inne i rørene. Du kan bruke ødelagte lagerstålkuler, blyhagl eller haglekuler, avhengig av innvendig diameter på røret ditt. Vi skal henge enheten vår på veggen og til dette trenger vi to holdere som vi kan henge bilder på. Du kan kjøpe eller lage trådhåndtak med egne hender hos oss.
Verktøy. Sag, skarp kniv, limpistol, drill, platekutter, tang, blyant, stanser, drill, vedfil og dremel som gjør jobben veldig enkel. Utgangspunkt. På papir vil vi tegne de forutsagte tre reiserutene i en skala fra 1:1 i henhold til tegningen i brevet vårt. Den første er rett. Segment av den andre sirkelen. Den tredje ruten er cykloider. Vi kan se det på bildet. Riktig tegning av sporene må tegnes om på bunnplaten, slik at vi senere vet hvor vi skal lime rørene som skal bli sporene til kulene.
Ballbaner. Plastrør skal være gjennomsiktige, du kan se hvordan kulene våre beveger seg i dem. Plastrør er billige og enkle å finne i butikken. Vi vil kutte de nødvendige rørlengdene, ca. 600 millimeter, og deretter forkorte dem litt, tilpasse og prøve prosjektet ditt.
Spor startstøtte. I en trekloss som måler 80x140x15 millimeter, bor du tre hull med en diameter på rør. Hullet som vi stikker det første sporet inn i, dvs. som viser jevnhet, må sages og formes som vist på bildet. Faktum er at røret ikke bøyer seg i rett vinkel og berører formen på flyet så mye som mulig. Selve røret er også kuttet i vinkelen det danner. Lim de riktige rørene inn i alle disse hullene i blokken.
lastemaskin. Fra en 1 mm tykk aluminiumsplate kuttet vi ut to rektangler med dimensjoner, som vist på tegningen. I det første og det andre borer vi tre hull med en diameter på 7 millimeter koaksialt med samme arrangement som hullene ble boret i trestangen som utgjør starten på sporene. Disse hullene vil være startreirene for ballene. Bor hull i den andre platen med en diameter på 12 millimeter. Lim små rektangulære metallbiter til de ytterste kantene av bunnplaten og til dem på toppplaten med mindre hull. La oss ta vare på justeringen av disse elementene. Senterplaten på 45 x 60 mm skal passe mellom topp- og bunnplaten og kunne gli for å dekke og åpne hullene. Små plaketter limt til bunn- og toppplatene vil begrense den sideveis bevegelsen til senterplaten slik at den kan bevege seg til venstre og høyre med spakens bevegelse. Vi borer et hull i denne platen, synlig på tegningen, som spaken skal plasseres i.
spakarm. Vi vil bøye den fra en ledning med en diameter på 2 millimeter. Tråd kan enkelt fås ved å kutte en lengde på 150 mm fra trådhengeren. Vanligvis får vi en slik kleshenger sammen med rene klær fra vask, og det blir en utmerket kilde til rett og tykk ledning til vårt formål. Bøy den ene enden av ledningen i rett vinkel i en avstand på 15 millimeter. Den andre enden kan festes ved å sette et trehåndtak på den.
Spakstøtte. Den er laget av en blokk som måler 30x30x35 millimeter høy. I midten av blokken borer vi et blindhull med en diameter på 2 millimeter, der spissen av spaken vil fungere. Slutt. Til slutt må vi på en eller annen måte fange ballene. Hver larve ender med et grep. De trengs for at vi ikke skal lete etter baller over hele rommet etter hvert stadie av spillet. Vi skal lage fangsten fra et 50 mm rørstykke. På den ene siden, kutt røret i en vinkel for å lage en lengre vegg som ballen vil treffe for å fullføre ruten. I den andre enden av røret skjærer du et spor der vi skal plassere ventilplaten. Platen vil ikke tillate at ballen faller ut av kontroll et sted. På den annen side, så snart vi trekker ut platen, vil selve ballen falle i hendene våre.
Montering av enheten. I øvre høyre hjørne av brettet, i den markerte begynnelsen av alle spor, limer du treblokken vår der vi limte rørene til basen. Lim rørene med varmt lim til platen i henhold til de tegnede linjene. Den cykloidale banen lengst fra overflaten av platen er støttet langs sin gjennomsnittlige lengde av en trestang som er 35 mm høy.
Lim hullplatene til den øvre sporstøtteklossen slik at de passer inn i hullene i treklossen uten feil. Vi setter spaken inn i hullet på sentralplaten og en inn i huset til startmaskinen. Vi setter enden av spaken inn i vognen og nå kan vi markere stedet hvor vognen skal limes til brettet. Mekanismen må fungere på en slik måte at når spaken dreies mot venstre åpnes alle hull. Merk det funnet stedet med en blyant og lim til slutt støtten med varmt lim.
Moro. Vi henger opp racerbanen og samtidig et vitenskapelig apparat på veggen. Baller med samme vekt og diameter plasseres på startplassene. Vri avtrekkeren til venstre og ballene vil begynne å bevege seg samtidig. Trodde vi at den raskeste ballen på målstreken ville være den på den korteste 500 mm-banen? Vår intuisjon sviktet oss. Her er det ikke slik. Hun er tredje på målstreken. Overraskende nok er det sant.
Den raskeste ballen er den som beveger seg langs en cykloidal bane, selv om banen er 550 millimeter, og den andre er den som beveger seg langs et segment av en sirkel. Hvordan gikk det til at ved startpunktet hadde alle ballene samme hastighet? For alle kuler ble den samme potensielle energiforskjellen omdannet til kinetisk energi. Vitenskapen vil fortelle oss hvor forskjellen i slutttider kommer fra.
Han forklarer denne oppførselen til ballene med dynamiske årsaker. Kulene er utsatt for visse krefter, kalt reaksjonskrefter, som virker på ballene fra siden av sporene. Den horisontale komponenten av reaksjonskraften er i gjennomsnitt den største for en cykloid. Det forårsaker også den største gjennomsnittlige horisontale akselerasjonen til den ballen. Det er et vitenskapelig faktum at av alle kurvene som forbinder to punkter i gravitasjonssvetten, er falltiden til sykloiden den korteste. Du kan diskutere dette interessante spørsmålet på en av fysikktimene. Kanskje dette vil sette til side en av de forferdelige sidene.
