Lumba bola
Kali ini saya cadangkan anda membuat peranti yang mudah tetapi berkesan untuk bilik darjah fizik. Ia akan menjadi perlumbaan bola. Satu lagi kelebihan reka bentuk trek ialah ia tergantung di dinding tanpa mengambil banyak ruang dan sentiasa bersedia untuk mempamerkan pengalaman perlumbaan. Tiga bola bermula serentak dari titik yang terletak pada ketinggian yang sama. Kenderaan pelancar yang direka khas akan membantu kami dalam hal ini. Bola akan berjalan di sepanjang tiga laluan yang berbeza.
Peranti kelihatan seperti papan yang tergantung di dinding. Tiga tiub lutsinar dilekatkan pada papan, laluan di mana bola akan bergerak. Jalur pertama adalah yang terpendek dan mempunyai bentuk satah condong konvensional. Yang kedua ialah segmen bulatan. Jalur ketiga adalah dalam bentuk serpihan sikloid. Semua orang tahu apa itu bulatan, tetapi mereka tidak tahu rupanya dan dari mana datangnya sikloid itu. Izinkan saya mengingatkan anda bahawa sikloid ialah lengkung yang dilukis oleh titik tetap di sepanjang bulatan, bergolek di sepanjang garis lurus tanpa tergelincir.
Bayangkan kita meletakkan titik putih pada tayar basikal dan meminta seseorang untuk menolak basikal atau menunggangnya dengan sangat perlahan dalam garis lurus, tetapi buat masa ini kita akan memerhatikan pergerakan titik itu. Laluan titik yang dipasang pada bas akan mengelilingi sikloid. Anda tidak perlu melakukan eksperimen ini, kerana dalam rajah itu kita sudah dapat melihat sikloid diplot pada peta dan semua lorong yang bertujuan untuk bola berjalan. Untuk bersikap adil pada titik permulaan, kami akan membina pemula tuil mudah yang akan memulakan ketiga-tiga bola secara sama rata. Dengan menarik tuil, bola terkena jalan pada masa yang sama.
Biasanya intuisi kita memberitahu kita bahawa bola yang mengikut laluan paling langsung, iaitu, satah condong, akan menjadi yang terpantas dan menang. Tetapi fizik mahupun kehidupan tidak begitu mudah. Lihat sendiri dengan memasang peranti percubaan ini. Siapa yang hendak bekerja. Bahan. Sekeping papan lapis segi empat tepat berukuran 600 kali 400 milimeter atau papan gabus yang sama saiz atau kurang daripada dua meter paip plastik lutsinar dengan diameter 10 milimeter, kepingan aluminium setebal 1 milimeter, dawai 2 milimeter diameter. , tiga bola yang sama yang mesti bergerak bebas di dalam tiub. Anda boleh menggunakan bebola keluli galas yang patah, pukulan plumbum atau bola senapang patah, bergantung pada diameter dalam paip anda. Kami akan menggantung peranti kami di dinding dan untuk ini kami memerlukan dua pemegang untuk menggantung gambar. Anda boleh membeli atau membuat pemegang wayar dengan tangan anda sendiri daripada kami.
Tools. Gergaji, pisau tajam, pistol gam panas, gerudi, pemotong kepingan logam, playar, pensel, penebuk, gerudi, kikir kayu dan dremel yang menjadikan kerja sangat mudah. Pangkalan. Di atas kertas, kami akan melukis tiga laluan perjalanan yang diramalkan pada skala 1: 1 mengikut lukisan dalam surat kami. Yang pertama adalah lurus. Segmen bulatan kedua. Laluan ketiga ialah sikloid. Kita boleh lihat dalam gambar. Lukisan trek yang betul perlu dilukis semula pada papan asas, supaya kita kemudian tahu di mana untuk melekatkan paip yang akan menjadi jejak bola.
lorong bola. Tiub plastik harus telus, anda boleh melihat bagaimana bola kita bergerak di dalamnya. Tiub plastik murah dan mudah didapati di kedai. Kami akan memotong panjang paip yang diperlukan, kira-kira 600 milimeter, dan kemudian memendekkannya sedikit, sesuai dan mencuba projek anda.
Sokongan permulaan jejak. Dalam bongkah kayu berukuran 80x140x15 milimeter, tebuk tiga lubang dengan diameter tiub. Lubang di mana kita melekat trek pertama, i.e. menggambarkan kesekataan, mesti digergaji dan dibentuk seperti yang ditunjukkan dalam foto. Hakikatnya ialah tiub itu tidak bengkok pada sudut yang betul dan menyentuh bentuk satah sebanyak mungkin. Tiub itu sendiri juga dipotong pada sudut yang terbentuk. Lekatkan tiub yang sesuai ke dalam semua lubang di blok ini.
mesin pemuatan. Dari kepingan aluminium setebal 1 mm, kami memotong dua segi empat tepat dengan dimensi, seperti yang ditunjukkan dalam lukisan. Pada yang pertama dan kedua, kami menggerudi tiga lubang dengan diameter 7 milimeter secara sepaksi dengan susunan yang sama seperti lubang yang digerudi di bar kayu yang merupakan permulaan trek. Lubang-lubang ini akan menjadi sarang permulaan untuk bola. Tebuk lubang pada plat kedua dengan diameter 12 milimeter. Lekatkan kepingan logam lembaran segi empat tepat kecil pada tepi melampau plat bawah dan pada plat atas dengan lubang yang lebih kecil. Mari kita jaga penjajaran unsur-unsur ini. Plat tengah 45 x 60 mm mesti muat di antara plat atas dan bawah dan boleh menggelongsor untuk menutup dan membuka lubang. Plak kecil yang dilekatkan pada plat bawah dan atas akan menyekat pergerakan sisi plat tengah supaya ia boleh bergerak ke kiri dan ke kanan dengan pergerakan tuas. Kami menggerudi lubang di plat ini, kelihatan dalam lukisan, di mana tuil akan diletakkan.
lengan tuil. Kami akan membengkokkannya dari wayar dengan diameter 2 milimeter. Wayar boleh didapati dengan mudah dengan memotong panjang 150 mm dari penyangkut wayar. Biasanya kami mendapat penyangkut seperti itu bersama-sama dengan pakaian bersih dari basuh, dan ia menjadi sumber wayar lurus dan tebal yang sangat baik untuk tujuan kami. Bengkokkan satu hujung wayar pada sudut tepat pada jarak 15 milimeter. Hujung yang satu lagi boleh diikat dengan meletakkan pemegang kayu di atasnya.
Sokongan tuas. Ia diperbuat daripada blok berukuran 30x30x35 milimeter tinggi. Di tengah-tengah blok, kami menggerudi lubang buta dengan diameter 2 milimeter, di mana hujung tuil akan berfungsi. tamat. Akhirnya, entah bagaimana kita mesti menangkap bola. Setiap ulat berakhir dengan cengkaman. Mereka diperlukan supaya kita tidak mencari bola di seluruh bilik selepas setiap peringkat permainan. Kami akan membuat tangkapan daripada sekeping paip 50 mm. Di satu sisi, potong tiub pada sudut untuk mencipta dinding yang lebih panjang yang akan dipukul bola untuk melengkapkan laluan. Di hujung tiub yang lain, potong slot di mana kami akan meletakkan plat injap. Plat tidak akan membenarkan bola jatuh di luar kawalan di mana-mana sahaja. Sebaliknya, sebaik sahaja kita menarik keluar pinggan, bola itu sendiri akan jatuh ke tangan kita.
Memasang peranti. Di sudut kanan atas papan, pada permulaan semua trek yang ditandakan, gamkan blok kayu kami di mana kami melekatkan tiub ke pangkalan. Lekatkan tiub dengan gam panas pada papan mengikut garisan yang dilukis. Laluan sikloidal yang paling jauh dari permukaan papak disokong sepanjang purata panjangnya oleh bar kayu setinggi 35 mm.
Lekatkan plat lubang pada blok sokongan trek atas supaya ia masuk ke dalam lubang di blok kayu tanpa kesilapan. Kami memasukkan tuil ke dalam lubang plat tengah dan satu ke dalam selongsong mesin permulaan. Kami memasukkan hujung tuil ke dalam gerabak dan kini kita boleh menandakan tempat di mana gerabak itu harus dilekatkan pada papan. Mekanisme mesti berfungsi sedemikian rupa sehingga apabila tuil diputar ke kiri, semua lubang terbuka. Tandai tempat yang ditemui dengan pensil dan akhirnya gamkan sokongan dengan gam panas.
Fun. Kami menggantung trek perlumbaan dan pada masa yang sama peranti saintifik di dinding. Bola dengan berat dan diameter yang sama diletakkan di tempat permulaannya. Pusingkan picu ke kiri dan bola akan mula bergerak pada masa yang sama. Adakah kita fikir bola terpantas di garisan penamat ialah bola yang berada di trek 500mm terpendek? Intuisi kami mengecewakan kami. Di sini tidak begitu. Dia ketiga di garisan penamat. Anehnya, ia benar.
Bola terpantas ialah bola yang bergerak di sepanjang laluan sikloid, walaupun laluannya ialah 550 milimeter, dan bola yang satu lagi adalah bola yang bergerak di sepanjang segmen bulatan. Bagaimanakah ia berlaku bahawa pada titik permulaan semua bola mempunyai kelajuan yang sama? Untuk semua bola, beza tenaga keupayaan yang sama telah ditukar kepada tenaga kinetik. Sains akan memberitahu kita dari mana datangnya perbezaan masa penamat.
Dia menerangkan tingkah laku bola ini dengan alasan yang dinamik. Bola tertakluk kepada daya tertentu, dipanggil daya tindak balas, bertindak ke atas bola dari sisi trek. Komponen mendatar daya tindak balas adalah, secara purata, yang terbesar untuk sikloid. Ia juga menyebabkan purata pecutan mendatar terbesar bola itu. Ia adalah fakta saintifik bahawa daripada semua lengkung yang menghubungkan mana-mana dua titik peluh graviti, masa jatuh sikloid adalah yang paling singkat. Anda boleh membincangkan soalan menarik ini di salah satu pelajaran fizik. Mungkin ini akan mengetepikan salah satu halaman yang mengerikan.
