Die aus der Schule bekannten Grundgesetze der Physik sind meist leicht zu merken. Aber
Natürlich reproduzieren Sie Newtons Gesetze selbstes ist nicht jeden Tag erforderlich: Sie müssen es Ihrem Kind erklären, Sie möchten Ihre Kenntnisse in Physik testen, etwas Greifbares "spielen", keine digitalen Modelle, oder sich an etwas erinnern, das seit Schulzeiten längst vergessen ist. Hierfür sind keine Laboreinrichtungen erforderlich. Und Sie können nur mit Modellen aus Holz- und Gummibändern arbeiten. Die UGEARS-Konstruktoren bieten diese Möglichkeit. Die Hauptsache ist, die Genauigkeit der Baugruppe zu beobachten, unabhängig von den Grundgesetzen der Physik, damit sie funktionieren, sind auch bestimmte Bedingungen erforderlich. Wir werden Ihnen sagen, welche naturwissenschaftlichen Kanone an Holzmodellen überprüft werden können und was dafür benötigt wird.
Monorad. Mechanische Waage
Das elektrische Einrad ist heute fast das gleiche gewordeneine beliebte Form des städtischen Verkehrs, wie ein Hoverboard, ein Elektroroller oder ein Fahrrad. Was Geschwindigkeitsliebhaber fahren - ein elektrisches selbstausgleichendes Einrad - ist nur eine moderne Modifikation des Einrads, das im späten 19. - frühen 20. Jahrhundert weit verbreitet war. Nur dann nutzten sie anstelle eines Elektromotors die menschliche Muskelkraft, wie im Fall eines Fahrrads. Für das Gleichgewicht wurden jedoch anstelle von Sensoren, Gyroskopen und Beschleunigungsmessern nur Talente, Fähigkeiten und Erfahrungen benötigt.
Das Einradgerät basiert auf dem Prinzipmechanisches Gleichgewicht, das während der Bewegung wichtig ist. Das Einrad kann eine aufrechte Position halten, solange das Rad unter dem Schwerpunkt gehalten wird (wie aus der Theorie eines umgekehrten Pendels hervorgeht). Und die gewünschte Position wird, wie bereits erwähnt, vom Fahrer festgelegt. Tatsächlich ist es die Person, die auf einem Einrad unbewusst erkennt, wo ihr Fahrzeug fällt, und den Sturz kompensiert, indem sie das Rad zu dem Punkt unter ihm bewegt, an dem sich der Schwerpunkt befindet. Dies ist wichtig, bis das Einrad fällt.
Die Beschleunigung des Einrads bestimmt die Entfernung vonSchwerpunkt auf den Berührungspunkt und die Geschwindigkeit und Drehrichtung des Rades - die relative Position der Kontaktfläche und damit die Art der Beschleunigungsdynamik. Um zu beschleunigen, muss der Fahrer daher den Schwerpunkt nach vorne und, wenn er verlangsamt wird, nach hinten verschieben. Und um sich zu bewegen, müssen Sie tatsächlich "fallen" - nur eine Neigung des Körpers, eine Bewegung der Arme oder Hüften, um das Einrad zu beschleunigen.
UGEARS, um diese mechanischen Prinzipien zu demonstrierenEs gibt ein selbstfahrendes Einrad. Das Holzmodell besteht aus 300 Teilen und wird von einem Gummimotor angetrieben, der dank Auswuchten (hier ist kein Fahrertalent erforderlich) dafür sorgt, dass das Rad nicht herunterfällt. Wenn die Energie des Gummimotors erschöpft ist, werden die am Rad befestigten Beine entfernt, und das Rad beginnt sich wie ein einfaches Rad zu drehen und dreht sich schließlich einfach wunderbar um. Wenn man die Beine fixiert, bewegt es sich auch weiter, allerdings wie ein Balancierrad.
Chronometer. Das Pendel und das Prinzip der mechanischen Uhren
Zum ersten Mal begann der Mensch, die Zeit mit zu messenmechanische Uhren im VIII. Jahrhundert in China, von wo aus die Technologie des Flüssigkeitsaustrittsmechanismus zuerst in die arabische Welt und dann in einer etwas anderen Form als in Westeuropa gelangte. Dort hatten mechanische Uhren nur einen Stundenzeiger und wurden durch Aufziehen eines Kettlebell-Mechanismus in Bewegung gesetzt. Die Uhr wurde zum Zentrum des menschlichen Lebens - sie wurden an den Haupttürmen des Rathauses installiert und feierten nicht nur Mittag oder Mitternacht, sondern auch kirchliche Feiertage.
Zusätzlich zu dem jedem bekannten Zifferblatt,Eine mechanische Uhr besteht aus einer Energiequelle (dies kann entweder ein Gewicht oder eine Feder sein), einem Hemmungsmechanismus, der eine kontinuierliche Rotation in eine oszillierende oder hin- und hergehende Bewegung umwandelt, und einem Regulator – es kann ein Pendel oder eine Waage sein. Der Auslösemechanismus und der Motor sind normalerweise durch ein Getriebesystem verbunden.
Natürlich sind mechanische Uhren nicht so genauals ihre elektronischen oder Quarz "Nachkommen". Der Fehler kann zwischen +40 und –20 Sekunden pro Tag liegen. Und heute sind es mechanische Uhren, die hauptsächlich zur Pflege von Traditionen verwendet werden.
Eine mechanische Uhr basiert auf einem System, dasvon Physikern als Pendel bezeichnet. Dies ist ein mechanisches System, das mechanische Schwingungen ausführt, während es in einem Schwerkraftfeld schwebt. Während des Schwingungsprozesses wandelt sich die kinetische Energie des Pendels in potentielle Energie um (dies ist die Energie der Elastizitäts- und Schwerkraftkraft) und umgekehrt. Und die Reibungskräfte wandeln diese kinetische Energie allmählich in Wärme um, wodurch die Amplitude der Schwingung allmählich abnimmt.
Überprüfen Sie, wie eine solche mechanischeSystem, sowie erstellen Sie Ihren eigenen Chronometer, können Sie und aus Holz. Der Gummimotor fungiert wieder als Energiequelle für ein solches Gerät. Um den Chronometer für eine bestimmte Zeit zu starten (in diesem Fall arbeitet der Timer im Intervall von bis zu 20 Minuten), reicht es aus, den Zeiger des Zifferblatts um einen bestimmten Betrag zu bewegen. Natürlich muss man zuerst Uhrmacher werden und ein offenes Getriebe zusammenbauen. In diesem Fall ist Genauigkeit wichtiger denn je.
Straßenbahn. Drehmoment, Umwandlung potentieller Spannungsenergie in mechanische Arbeit
Fühlen Sie sich wie Fedor Pirotsky,Als Erfinder der ersten elektrischen Straßenbahn in Russland ist dies mit Hilfe des Modells möglich. Aber zuerst ist es besser zu verstehen, wie die Straßenbahn tatsächlich in Bewegung gesetzt wird. Der Vorfahr des Elektrotransports war eine einfache Pferdebahn, in der eine Kutsche mit Passagieren von Pferden über die Schienen gezogen wurde. Mit Beginn des elektrischen Zeitalters werden Motoren durch Traktion angetrieben.
In modernen Straßenbahnen am häufigsten verwendetGleichstrommotoren, da dies der vom Straßenbahnsystem verbrauchte Strom ist. Die Elektronik ermöglicht jedoch die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, so dass Wechselstrommotoren auch zur Ausstattung von Straßenbahnen eingesetzt werden können. Darüber hinaus verfügen sie im Gegensatz zu Gleichstrommotoren nicht über eine Kollektor-Bürsten-Baugruppe, die schnell unbrauchbar wird. Er ist es, der ständig repariert und gewartet werden muss.
Um Energie vom Motor auf die Achse des Radsatzes zu übertragen, sind die Fahrzeuge mit einem Kardan-Untersetzungsgetriebe ausgestattet, das aus einem mechanischen Getriebe bzw. einer Kardanwelle besteht.
Um Ihr eigenes Getriebe zu bauen, benötigen Siekein großer Aufwand, wenn die Berechnungen bereits für Sie durchgeführt wurden. Dieser Mechanismus basiert auf der Funktion der Reduzierung - Reduzierung des Kraftaufwands für ein Gerät, das die übertragene Leistung in nützliche Arbeit umwandelt. Der einfachste Weg, dies zu tun, ist ein Paar miteinander verbundener zylindrischer Zahnräder mit unterschiedlichen Durchmessern: Das Antriebsrad ist das kleinere.
Im Holzmodell einer Straßenbahnliniekein Strom nötig. Neben der Tatsache, dass für die Verbindung nicht einmal Klebstoff erforderlich ist und alle Materialien aus Holz bestehen, wird als Energiequelle derselbe Gummimotor verwendet, der aufgezogen werden muss – nach dem Prinzip des Spannens einer Feder. Die Umwandlung der Energie in Rotationsenergie erfolgt wie bei einer echten Straßenbahn über ein Zahnradgetriebe. Darüber hinaus kann sich die Straßenbahn allein aufgrund des Höhenunterschieds bewegen, wobei wiederum die Umwandlung potenzieller Energie in kinetische Energie erfolgt.
Pneumatischer Motor. Umwandlung von Kompressionsenergie in mechanische Arbeit
Der Luftmotor wurde vor langer Zeit erfunden,Den alten Traum der Menschheit praktisch erfüllen: Energie aus der Luft zu erhalten. Eine andere Sache ist, dass zuerst diese Luft komprimiert werden muss, was natürlich auch erhebliche Energie benötigt. Natürlich erweitert die Verwendung von pneumatischen Motoren und Aktuatoren den Anwendungsbereich verschiedener Geräte erheblich, wenn eine erhöhte Sicherheit erforderlich ist und die Verwendung von Elektrizität oder brennbaren Substanzen nicht möglich ist.
Und ein solches physikalisches Prinzip kann Anwendung findensei eine große Schar. Fast alle von ihnen wurden durch Elektrizität besiegt. Die Geschichte erinnert sich jedoch sowohl an die Rohrpost als auch an die Rohrposteisenbahn. 1861 wurde in St. Petersburg die erste Lokomotive der Geschichte mit pneumatischem Antrieb gebaut. Es wurde nach seinem Schöpfer benannt – dem Geist von Baranovsky.
Seltsamerweise kann der Luftmotor zusammengebaut werden undaus Holz gemacht. Darüber hinaus fast ein vollständiges Analogon der Gegenwart, einschließlich eines Drehzahlmessers. Zum Starten des Motors wird natürlich Luft benötigt. Um nicht vom Paradigma abzuweichen - nur Holz und Gummi - schlagen die Entwickler vor, einen gewöhnlichen Ballon zu verwenden, der mit speziellen Düsen und einer Glocke aufgeblasen und mit dem Motor verbunden werden kann. In diesem Fall setzt die Luft die Kolben der pneumatischen Vorrichtung in Bewegung und erzeugt kinetische Energie.
Arcballista. Umwandlung von Spannungsenergie in Flugenergie
Wurfwaffen wurden von Menschen benutztVor langer Zeit - in der Antike und im Mittelalter. Solche Waffen gibt es jedoch auch heute noch, insbesondere im Sport, wo Bögen und Armbrüste verwendet werden. Der Betrieb solcher Waffen basiert auf der Umwandlung menschlicher Muskelanstrengungen in Flussenergie. Um diese Energie zu erhöhen, ist es möglich, potentielle Energie unter Verwendung elastischer Elemente oder eines Gegengewichts zu akkumulieren. Bei einem Bogen oder einer Armbrust ist dies eine Schnur.
Hypertrophierte Version der Armbrust - Arcballista- wurde als Belagerungswaffe bei der Eroberung von Städten und Festungen eingesetzt. Der Bug, dessen Länge 3,5 m erreichte, wurde an einer massiven Holzkiste auf einem hölzernen Wagenrahmen befestigt, der sich auf zwei Rädern mit großem Durchmesser befand. Die Sehne wurde vom Artilleristen mit einem am Rahmen montierten Tor gezogen. Heutzutage sind solche Geräte natürlich nur in Computerspielen zu finden. Zwar wurden gerade die Grundlagen der Artillerie gelegt.
Klassisches Militärfahrzeug in Form eines HolzmodellsEs ist unwahrscheinlich, dass ein echtes Schloss erobert werden kann, aber es wird möglich sein, ein "analoges" Computerspiel zu spielen. Das Modell besteht aus zwei Teilen: einer Feuereinheit und einer Basis mit verstellbaren Stützen, die die Struktur während des Brennens stabilisieren. Und so ein Arcballista schießt mit Holzbolzen. Auf Wunsch können Sie natürlich auch etwas anderes starten. Wie bei jedem Artilleristen ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass Sie für einen kompetenten Schlag den Winkel vertikal und horizontal richtig einstellen und nicht nur den Abzug aktivieren müssen.
Die Tatsache, dass Holzspielzeug veraltet ist, kann leicht seinwiderlegen Sie, indem Sie eines dieser Modelle zeigen. Und wenn Sie auch über die Gesetze der Physik sprechen, die sie in Bewegung setzen, ein paar Formeln ableiten und die Richtung der Kraftvektoren zeichnen, die an der Erzeugung verschiedener Arten von Energien beteiligt sind, dann bezieht sich das Wort "Designer" selbst nicht mehr auf Modelle, sondern auf deren Besitzer.
Wenn Sie sich für einen Kauf entscheidenKonstrukteure, verwenden Sie den Promo-Code HIGHTECH, es gibt einen Rabatt von 20%. Jetzt gibt es im UGEARS-Katalog 73 Modelle, darunter einen wirklich abschließbaren Safe, einen Sportwagen und ein Fahrrad, eine Pistole, eine Box mit einem Geheimnis und eine große Lokomotive mit einem Tender.
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