Egyszerű mechanika: hogyan működnek a fizika törvényei a fából készült modelleken

A fizika iskolából ismert alapvető törvényei általában könnyen megjegyezhetők. De

demonstrációjuk szükségessége gyakran oda vezetzsákutca egy mérnöki végzettség nélküli ember számára. Ennek oka egyrészt az oroszországi középfokú oktatás gyakorlati hiányosságai, másrészt a források hiánya. Elég nehéz egy iskola vagy egyetem falain kívül bemutatni, hogyan hajtják a pneumatikus motort. Még nehezebb megmagyarázni, hogyan mozog egy villamos vagy egy archballista tüzel.

Természetesen reprodukálja maga Newton törvényeitnem minden nap szükséges: meg kell magyaráznia gyermekének, tesztelnie kell a tudását a fizikában, valami kézzelfoghatót "eljátszani", nem digitális modelleket, vagy emlékeznie valamire, amit rég elfelejtettek az iskolai időkből. Ehhez nincs szükség laboratóriumi létesítményekre. És csak fából és gumiszalagból álló modellekkel tehet. Az UGEARS kivitelezők biztosítják ezt a lehetőséget. A legfontosabb az összeszerelés pontosságának betartása, függetlenül a fizika alaptörvényeitől, működésükhöz bizonyos feltételekre is szükség van. Megmondjuk, milyen természettudományos kánonok ellenőrizhetők fából készült modelleken, és mi szükséges ehhez.

Monowheel. Mechanikai mérleg

Az elektromos egykerekű manapság szinte ugyanaz letta városi közlekedés egyik népszerű formája, mint például a hoverboard, az elektromos robogó vagy a kerékpár. Amit a sebesség szerelmesei vezetnek - egy elektromos önkiegyensúlyozó egykerekű kerékpár -, az csak egykerekű modern modifikációja, amely a 19. század végén - 20. század elején elterjedt. Csak akkor használták az elektromos motor helyett az ember izomerőjét, mint a kerékpár esetében. De az egyensúly érdekében szenzorok, giroszkópok és gyorsulásmérők helyett csak tehetségekre, készségekre és tapasztalatokra volt szükség.

Az egykerekű eszköz elven alapulmechanikai egyensúly, amelyet mozgás közben fontos fenntartani. Az egykerekű motor képes függőleges helyzetben tartani mindaddig, amíg a kereket a tömegközéppont alatt tartják (amint azt egy fordított inga elmélete jelzi). A kívánt pozíciót pedig, amint már említettük, a versenyző állítja be. Valójában egykerekűen az a személy, aki tudat alatt érzékeli, merre esik a járműve, kompenzálja az esést azzal, hogy a kereket az alatta lévő pontra mozgatja, ahol a tömegközéppont található. Fontos ezt addig csinálni, amíg az egykerekű le nem esik.

Az egykerekű gyorsulása határozza meg a távolságotsúlypont az érintkezési pontig, valamint a kerék sebessége és forgásiránya - az érintkezési folt relatív helyzete, és ezzel együtt a gyorsulás dinamikájának jellege. Ezért a gyorsulás érdekében a motorosnak előre kell tolnia a súlypontot, és ha lelassul, hátra. És a mozgás megkezdéséhez valójában "le kell esni" - csak egy testdöntéssel, a karok vagy a csípő mozgatásával kell meggyorsítani az egykerekűeket.

UGEARS, hogy bemutassa ezeket a mechanikai elveketvan egy önjáró egykerekű. A fából készült modell 300 alkatrészből áll, és egy gumimotor hajtja, ami a kiegyensúlyozásnak köszönhetően (itt nincs szükség versenyzői tehetségre) lehetővé teszi, hogy a kerék ne essen le. Amikor a gumimotor energiája elfogy, a kerékhez rögzített lábak lekerülnek, és az úgy kezd forogni, mint egy egyszerű kerék, és végül csak szépen átfordul. Ha rögzíti a lábakat, akkor az is tovább fog mozogni, de mint egy egyensúlyozó kerék. 

Kronométer. Az inga és a mechanikus órák elve

Az ember először kezdte mérni az idő felhasználásátmechanikus órák a VIII. században Kínában, ahonnan a folyékony menekülési mechanizmus technológiája először az arab világba került, majd kissé más formában érkezett Nyugat-Európához. A mechanikus óráknak csak egy órás volt a kezük, és kettlebell mechanizmus tekerésével indultak el. Az óra az emberi élet központjává vált - a városok fő városháza tornyaira szerelték fel, nemcsak délet vagy éjfélt, hanem egyházi ünnepeket is ünnepeltek.

A mindenki számára ismerős számlap mellettA mechanikus óra egy áramforrásból (ez lehet súly vagy rugó is), egy menekülő mechanizmusból, amely a folyamatos forgást lengő vagy oda-vissza mozgássá változtatja, és egy szabályozóból - lehet inga vagy mérleg. A kioldó mechanizmust és a motort általában fogaskerekek rendszere köti össze.

Természetesen a mechanikus órák nem annyira pontosakmint elektronikus vagy kvarc "leszármazottaik". A hiba naponta +40 és –20 másodperc között mozoghat. Ma pedig elsősorban a mechanikus órákat használják a hagyományok fenntartására.

A mechanikus óra olyan rendszeren alapszik, amelya fizikusok ingának nevezik. Ez egy olyan mechanikus rendszer, amely mechanikai rezgéseket hajt végre, miközben a gravitációs mezőben felfüggesztik. A rezgés során az inga mozgási energiája potenciális energiává (ez a rugalmasság és a gravitáció erejének energiájává) válik, és fordítva. És a súrlódási erők ezt a kinetikus energiát fokozatosan hővé alakítják, aminek következtében a rezgés amplitúdója fokozatosan csökken.

Ellenőrizze, hogy ilyen mechanikusrendszer, valamint hozzon létre saját kronométert, akkor és fából. A gumimotor ismét energiaforrásként fog működni egy ilyen eszköznél, és a kronométer bizonyos időre történő elindításához (ebben az esetben az időzítő legfeljebb 20 perces időközönként működik) elegendő a tárcsázó kezét egy bizonyos mennyiséggel elmozdítani. Természetesen először órásmesterré kell válnia, és össze kell állítania egy nyitott fogaskerék-mechanizmust. Ebben az esetben a pontosság fontosabb, mint valaha.

Villamos. Nyomaték, a potenciális feszültségenergia átalakítása mechanikai munkává

Úgy érzi magát, mint Fedor Pirotsky,Oroszország első elektromos villamosának feltalálója, ez a modell segítségével lehetséges. De először is jobb megérteni, hogy a villamos valóban elindul-e. Az elektromos közlekedés őse egy egyszerű lóvillamos volt, ahol az utasokkal való kocsit lovak húzták végig a síneken. Az elektromos kor kezdetével a motorokat a tapadás hajtja.

A modern villamosokban a leggyakrabban használtDC vontató motorok, mivel ez az áram, amelyet a villamosrendszer fogyaszt. De az elektronika lehetővé teszi az egyenáram váltakozó áramgá történő átalakítását, ami azt jelenti, hogy a váltakozó áramú motorokat villamosok felszerelésénél is fel lehet használni. Ráadásul az egyenáramú motorokkal ellentétben nincs kollektor-kefe szerelvényük, amely gyorsan használhatatlanná válik. Éppen neki van szüksége javításra és karbantartásra.

Az energia átadásához a motorból a kerékpár tengelyébe az autókat kardáncsökkentő hajtóművel látják el, amely mechanikus sebességváltóból, illetve kardántengelyből áll.

Saját sebességváltó felépítéséhez szüksége vannem sok erőfeszítés, ha a számításokat már elvégezték az Ön számára. Ez a mechanizmus a csökkentés funkcióján alapszik - csökkentve az átadott energiát hasznos munkává alakító eszköz meghajtásához szükséges erőfeszítéseket. Ennek legegyszerűbb módja egy pár, egymással összekapcsolt, különböző átmérőjű hengeres fogaskerék: a hajtómű a kisebb.

Villamosvonal fa makettjébennincs szükség áramra. Amellett, hogy a csatlakozáshoz még ragasztó sem kell, és minden anyag fából készült, energiaforrásként ugyanazt a gumimotort használják, amit fel kell tekerni - a rugó megfeszítésének elve szerint. Az energia forgási energiává alakulása, akárcsak egy igazi villamosnál, egy fogaskerekes átvitelnek köszönhető. Ráadásul a villamos egyszerűen a magasságkülönbség miatt tud mozogni, ekkor ismét megtörténik a potenciális energia átalakulása mozgási energiává.

Pneumatikus motor. A kompressziós energia átalakítása mechanikai munkává

A légmotort régen találták ki,gyakorlatilag teljesíti az emberiség régi álmát: energiát kapni a levegőből. A másik dolog az, hogy először ezt a levegőt kell összepréselni, ami természetesen szintén jelentős energiát igényel. Természetesen a pneumatikus motorok és hajtások használata nagymértékben kibővíti a különféle eszközök körét, ha fokozott biztonságra van szükség, és villamos energia vagy gyúlékony anyagok használata nem lehetséges.

És egy ilyen fizikai elvnek lehetnek alkalmazásainagy sokaság legyen. Majdnem mindegyiküket legyőzte az elektromosság. A történelem azonban emlékszik a pneumatikus postára és még a pneumatikus vasútra is. 1861-ben Szentpéterváron megépült a történelem első pneumatikus hajtású mozdonya. Nevét alkotójáról - Baranovsky szelleméről kapta.

Furcsa módon a légmotor összeállítható ésfából készült. Sőt, a jelen szinte teljes analógja, beleértve a fordulatszámmérőt is. A motor beindításához természetesen levegő szükséges. Annak érdekében, hogy ne térjen el a paradigmától - csak a fától és a gumitól, a tervező alkotói egy közönséges léggömb használatát javasolják, amelyet speciális fúvókák és harang segítségével felfújhatnak és a motorhoz csatlakoztathatnak. Ebben az esetben a levegő hajtja a pneumatikus eszköz dugattyúit és kinetikus energiát hoz létre.

Arcballista. A feszültségenergia átalakítása repülési energiává

Dobófegyvereket használtak az emberekelég régen - az ókori világban és a középkorban. Ma azonban találhat hasonló fegyvereket, különösen a sportban, ahol íjat és számszeríjat használnak. Az ilyen fegyverek működése az emberi izmok erőfeszítéseinek repülési energiává történő átalakításán alapul. Ennek az energiának a növelése érdekében lehetséges a potenciális energia felhalmozása rugalmas elemek vagy ellensúly felhasználásával. Íjban vagy számszeríjban ez egy húr.

A számszeríj hipertrofált változata - arcballista- ostromfegyverként használták városok és erődök elfoglalásakor. Az íjat, amelynek hossza elérte a 3,5 m-t, egy nagy fadobozhoz erősítették, amely két nagy átmérőjű keréken volt. Az íjat a tüzér a keretre szerelt kapu segítségével húzta meg. Ma természetesen ilyen eszközök csak a számítógépes játékokban találhatók. Igaz, a tüzérség alapjait épp akkor rakták le.

Klasszikus katonai jármű fa modell formájábannem valószínű, hogy képes lesz elfogni egy igazi kastélyt, de "analóg" számítógépes játékot lehet majd játszani. A modell két részből áll: lőegységből és állítható támaszokkal ellátott talpból, amelyek stabilizálják a szerkezetet az égetés során. És egy ilyen arcballista fa csavarokkal lő. Kívánt esetben természetesen elindíthat valami mást is. Fontos megjegyezni, mint minden tüzérnek, hogy hozzáértő sztrájkhoz helyesen kell beállítani a szöget függőlegesen és vízszintesen, és nem csak a ravaszt kell aktiválni.

Az a tény, hogy a fajátékok elavultak, könnyen megtehetőcáfolja meg az egyik ilyen modell bemutatásával. És ha a fizikai törvényekről is beszél, amelyek mozgásba hozzák őket, levezetnek pár képletet és megrajzolják a különböző típusú energiák létrehozásában részt vevő erővektorok irányát, akkor maga a „konstruktor” szó már nem a modellekre, hanem azok tulajdonosaira vonatkozik.

Ha úgy dönt, hogy megvásárolja akivitelezők, használja a HIGHTECH promóciós kódot, ez 20% kedvezményt ad. Most az UGEARS katalógusban 73 modell található, köztük egy valódi zárható széf, egy sportautó és egy kerékpár, egy pisztoly, egy doboz titokkal, egy nagy mozdony pályázattal.

Olvassa el

Megtalálták az Univerzum legtávolabbi és legrégebbi galaxisát

20 új állat- és növényfaj található az Andokban

A tudósok kiderítették, honnan tűntek el a vörös óriások a Tejút közepéről