Les lois fondamentales de la physique, connues à l’école, sont généralement faciles à retenir. Mais
Bien sûr, reproduisez vous-même les lois de Newtonce n'est pas obligatoire tous les jours: vous devez les expliquer à votre enfant, vous voulez tester vos connaissances en physique, «jouer» quelque chose de tangible, pas des modèles numériques, ou vous souvenir de quelque chose depuis longtemps oublié de l'école. Aucun laboratoire n'est requis pour cela. Et vous ne pouvez le faire qu'avec des modèles composés de bois et d'élastiques. Les constructeurs UGEARS offrent cette opportunité. L'essentiel est d'observer la précision de l'assemblage, quelles que soient les lois fondamentales de la physique, pour qu'elles fonctionnent, certaines conditions sont également nécessaires. Nous vous dirons quels canons de sciences naturelles peuvent être vérifiés sur des modèles en bois et ce qui est nécessaire pour cela.
Monoroue. Balance mécanique
Le monocycle électrique aujourd'hui est devenu presque le mêmeune forme populaire de transport urbain, comme un hoverboard, un scooter électrique ou un vélo. Ce que les amateurs de vitesse conduisent - un monocycle électrique à équilibrage automatique - n'est qu'une modification moderne du monocycle, qui était répandue à la fin du 19e - début du 20e siècle. Seulement alors, au lieu d'un moteur électrique, ils ont utilisé la force musculaire humaine, comme dans le cas d'un vélo. Mais pour l'équilibre, au lieu des capteurs, des gyroscopes et des accéléromètres, seuls les talents, la dextérité et l'expérience étaient nécessaires.
Le dispositif monocycle est basé sur le principel'équilibre mécanique, qu'il est important de maintenir pendant le mouvement. Le monocycle est capable de maintenir une position verticale tant que la roue est maintenue sous le centre de masse (comme indiqué par la théorie d'un pendule inversé). Et la position souhaitée, comme déjà mentionné, est définie par le pilote. En fait, sur un monocycle, c'est la personne, sentant inconsciemment où son véhicule tombe, compense la chute en déplaçant la roue jusqu'au point en dessous de lui, où se trouve le centre de gravité. Il est important de le faire jusqu'à ce que le monocycle tombe.
L'accélération du monocycle détermine la distance dele centre de gravité au point de contact, et la vitesse et le sens de rotation de la roue - la position relative de la zone de contact, et avec elle la nature de la dynamique de l'accélération. Par conséquent, pour accélérer, le cycliste doit déplacer le centre de gravité vers l'avant et, s'il est ralenti, vers l'arrière. Et pour commencer à bouger, vous devez en fait «tomber» - juste une inclinaison du corps, un mouvement des bras ou des hanches pour donner une accélération au monocycle.
UGEARS pour démontrer ces principes de mécaniqueil y a un monocycle automoteur. Le modèle en bois se compose de 300 pièces et il est entraîné par un moteur en caoutchouc qui, grâce à l'équilibrage (aucun talent de cavalier n'est ici requis), permet à la roue de ne pas tomber. Lorsque l'énergie du moteur en caoutchouc s'épuise, les pieds attachés à la roue sont retirés et celle-ci commence à tourner comme une simple roue et finit par se retourner magnifiquement. Si vous fixez les jambes, elles continueront également à bouger, mais comme une roue d'équilibrage.
Chronomètre. Le pendule et le principe des horloges mécaniques
Pour la première fois, l'homme a commencé à mesurer le temps en utilisantles montres mécaniques au VIIIe siècle en Chine, d'où la technologie du mécanisme d'échappement liquide est arrivée pour la première fois dans le monde arabe, puis est venue sous une forme légèrement différente en Europe occidentale. Là, les montres mécaniques n'avaient qu'une aiguille des heures et étaient mises en mouvement par l'enroulement d'un mécanisme kettlebell. L'horloge est devenue le centre de la vie humaine - elles ont été installées sur les principales tours de la mairie des villes, elles ont célébré non seulement midi ou minuit, mais aussi les fêtes religieuses.
En plus du cadran familier à tous,Une montre mécanique se compose d'une source d'énergie (il peut s'agir d'un poids ou d'un ressort), d'un mécanisme d'échappement qui transforme la rotation continue en un mouvement oscillatoire ou alternatif, et d'un régulateur - il peut s'agir d'un pendule ou d'un balancier. Le mécanisme de déclenchement et le moteur sont généralement reliés par un système d'engrenages.
Bien sûr, les montres mécaniques ne sont pas aussi précisescomme leurs "descendants" électroniques ou à quartz. L'erreur peut aller de +40 à –20 secondes par jour. Et aujourd'hui, ce sont les montres mécaniques qui sont principalement utilisées pour maintenir les traditions.
Une montre mécanique est basée sur un système quiappelé un pendule par les physiciens. Il s'agit d'un système mécanique qui effectue des vibrations mécaniques lorsqu'il est suspendu dans un champ de gravité. Dans le processus d'oscillation, l'énergie cinétique du pendule se transforme en énergie potentielle (c'est l'énergie de la force d'élasticité et de gravité) et vice versa. Et les forces de frottement convertissent progressivement cette énergie cinétique en chaleur, grâce à laquelle l'amplitude de l'oscillation diminue progressivement.
Vérifiez comment une telle mécaniquesystème, ainsi que créer votre propre chronomètre, vous pouvez également en bois. Le moteur en caoutchouc agira à nouveau comme source d'énergie pour un tel appareil, et pour démarrer le chronomètre pendant un certain temps (dans ce cas, la minuterie fonctionne dans un intervalle allant jusqu'à 20 minutes), il suffit de déplacer l'aiguille du cadran d'une certaine quantité. Bien sûr, il faut d'abord devenir horloger et assembler un mécanisme à engrenages ouverts. Dans ce cas, la précision est plus importante que jamais.
Tram. Couple, transformation de l'énergie de tension potentielle en travail mécanique
Sentez-vous comme Fedor Pirotsky,l'inventeur du premier tramway électrique en Russie, c'est possible avec l'aide du modèle. Mais d'abord, il vaut mieux comprendre comment le tram est réellement mis en mouvement. L'ancêtre du transport électrique était un simple tramway à chevaux, où une voiture avec des passagers était traînée le long des rails par des chevaux. Avec le début de l'ère électrique, les moteurs sont entraînés par traction.
Dans les tramways modernes, le plus utiliséMoteurs de traction à courant continu, puisqu'il s'agit du courant consommé par le système de tramway. Mais l'électronique permet de convertir le courant continu en courant alternatif, ce qui signifie que les moteurs à courant alternatif peuvent également être utilisés pour équiper les tramways. De plus, contrairement aux moteurs à courant continu, ils ne disposent pas d'un ensemble collecteur-brosse qui devient rapidement inutilisable. C'est lui qui a constamment besoin de réparation et d'entretien.
Pour transférer l'énergie du moteur à l'essieu de la paire de roues, les voitures sont équipées d'un engrenage à réduction à cardan, qui se compose respectivement d'une boîte de vitesses mécanique et d'un arbre à cardan.
Pour construire votre propre boîte de vitesses, vous avez besoinpas beaucoup d'effort si les calculs sont déjà faits pour vous. Ce mécanisme est basé sur la fonction de réduction - réduire l'effort requis pour conduire un appareil qui convertit la puissance transmise en travail utile. Le moyen le plus simple de le faire est d'utiliser une paire d'engrenages cylindriques interconnectés de différents diamètres: l'engrenage d'entraînement est le plus petit.
Dans une maquette en bois d'une ligne de tramwaypas besoin d'électricité. Outre le fait que la connexion ne nécessite même pas de colle et que tous les matériaux sont en bois, le même moteur en caoutchouc est utilisé comme source d'énergie, qui doit être remonté - selon le principe de tension d'un ressort. La transformation de l'énergie en énergie de rotation, tout comme dans un vrai tramway, s'effectue grâce à une transmission à engrenages. De plus, le tramway peut se déplacer simplement en raison de la différence de hauteur, puis à nouveau la conversion de l'énergie potentielle en énergie cinétique se produit.
Moteur pneumatique. Conversion de l'énergie de compression en travail mécanique
Le moteur pneumatique a été inventé il y a longtemps,réalisant pratiquement le vieux rêve de l'humanité: recevoir l'énergie de l'air. Une autre chose est que cet air doit d'abord être comprimé, ce qui, bien sûr, nécessite également une énergie importante. Bien entendu, l'utilisation de moteurs et d'entraînements pneumatiques élargit considérablement la portée de divers dispositifs lorsqu'une sécurité accrue est requise et que l'utilisation d'électricité ou de substances combustibles n'est pas possible.
Et un tel principe physique peut avoir des applicationssoyez une grande multitude. Presque tous ont été vaincus par l'électricité. Cependant, l'histoire se souvient à la fois du courrier pneumatique et même du chemin de fer pneumatique. En 1861, la première locomotive de l'histoire à entraînement pneumatique a été construite à Saint-Pétersbourg. Il porte le nom de son créateur, l’esprit de Baranovsky.
Curieusement, le moteur pneumatique peut être assemblé eten bois. De plus, presque un analogue complet du présent, y compris un tachymètre. Pour démarrer le moteur, bien sûr, il faut de l'air. Afin de ne pas s'écarter du paradigme - uniquement du bois et du caoutchouc, les créateurs du constructeur suggèrent d'utiliser un ballon ordinaire qui peut être gonflé et connecté au moteur à l'aide de buses spéciales et d'une cloche. Dans ce cas, l'air entraînera les pistons du dispositif pneumatique et créera de l'énergie cinétique.
Arcballista. Conversion de l'énergie de tension en énergie de vol
Des armes de lancer ont été utilisées par les humainsil y a assez longtemps - dans le monde antique et au moyen âge. Cependant, même aujourd'hui, vous pouvez trouver des armes similaires, en particulier dans le sport, où des arcs et des arbalètes sont utilisés. Le fonctionnement de ces armes est basé sur la transformation des efforts musculaires humains en énergie de vol. Pour augmenter cette énergie, il est possible d'accumuler de l'énergie potentielle à l'aide d'éléments élastiques ou d'un contrepoids. Dans un arc ou une arbalète, c'est une corde.
Version hypertrophiée de l'arbalète - Arcballista- a été utilisé comme arme de siège dans la prise de villes et de forteresses. L'arc, dont la longueur atteignait 3,5 m, était attaché à une caisse en bois massive sur un châssis de voiture en bois, situé sur deux roues de grand diamètre. La corde d'arc était tirée par l'artilleur à l'aide d'une porte montée sur le châssis. Aujourd'hui, bien sûr, de tels appareils ne se trouvent que dans les jeux informatiques. Certes, les fondations de l'artillerie ont été posées juste à ce moment-là.
Véhicule militaire classique sous la forme d'un modèle en boisIl est peu probable qu'il soit capable de capturer un vrai château, mais il sera possible de jouer à un jeu informatique "analogique". Le modèle se compose de deux parties: une unité de tir et une base avec des supports réglables, qui stabilise la structure pendant le tir. Et un tel arcballista tire avec des boulons en bois. Si vous le souhaitez, bien sûr, vous pouvez commencer par autre chose. Il est important de se rappeler, comme tout artilleur, que pour une frappe compétente, vous devez régler correctement l'angle verticalement et horizontalement, et pas seulement activer la gâchette.
Le fait que les jouets en bois soient obsolètes peut être facilementréfuter en montrant l'un de ces modèles. Et si vous parlez également des lois de la physique qui les mettent en mouvement, dérivez quelques formules et dessinez la direction des vecteurs de force impliqués dans la création de différents types d'énergies, alors le mot même de «constructeur» ne fera plus référence aux modèles, mais à leurs propriétaires.
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