กลศาสตร์ง่ายๆ: กฎของฟิสิกส์ทำงานอย่างไรกับแบบจำลองไม้

กฎพื้นฐานของฟิสิกส์ที่โรงเรียนรู้จักมักจะจำได้ง่าย แต่

ความจำเป็นในการสาธิตมักนำไปสู่ทางตันสำหรับคนที่ไม่มีการศึกษาด้านวิศวกรรม นี่เป็นเพราะทั้งช่องว่างในทางปฏิบัติในระดับมัธยมศึกษาในรัสเซียและการขาดแคลนทรัพยากร ค่อนข้างยากที่จะแสดงให้ภายนอกกำแพงของโรงเรียนหรือมหาวิทยาลัยเห็นว่ามอเตอร์นิวแมติกขับเคลื่อนอย่างไร เป็นการยากยิ่งกว่าที่จะอธิบายว่ารถรางเคลื่อนที่หรือยิงอาร์คบอลลิสต้าอย่างไร

แน่นอนว่าจงทำซ้ำกฎของนิวตันด้วยตัวเองไม่จำเป็นต้องใช้ทุกวันคุณต้องอธิบายให้ลูกฟังคุณต้องการทดสอบความรู้ทางฟิสิกส์ "เล่น" สิ่งที่จับต้องได้ไม่ใช่แบบจำลองดิจิทัลหรือจำสิ่งที่ลืมไปนานแล้วจากสมัยเรียน ไม่จำเป็นต้องมีสิ่งอำนวยความสะดวกในห้องปฏิบัติการสำหรับสิ่งนี้ และคุณสามารถทำได้เฉพาะรุ่นที่ประกอบด้วยไม้และแถบยาง ผู้สร้าง UGEARS ให้โอกาสนี้ สิ่งสำคัญคือการสังเกตความถูกต้องของการประกอบไม่ว่ากฎพื้นฐานของฟิสิกส์คืออะไรเพื่อให้พวกเขาทำงานได้จำเป็นต้องมีเงื่อนไขบางประการด้วย เราจะบอกคุณว่าสิ่งที่สามารถตรวจสอบข้อตกลงทางวิทยาศาสตร์ธรรมชาติบนแบบจำลองไม้ได้และสิ่งที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้

โมโนวีล. สมดุลกล

วันนี้ unicycle ไฟฟ้าเกือบจะเหมือนกันรูปแบบการคมนาคมในเมืองยอดนิยมเช่นโฮเวอร์บอร์ดสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้าหรือจักรยาน สิ่งที่ผู้ชื่นชอบความเร็วขับรถ - unicycle ไฟฟ้าที่ปรับสมดุลในตัวเอง - เป็นเพียงการดัดแปลงที่ทันสมัยของ unicycle ซึ่งแพร่หลายในปลายศตวรรษที่ 19 - ต้นศตวรรษที่ 20 จากนั้นแทนที่จะใช้มอเตอร์ไฟฟ้าพวกเขาใช้ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อของมนุษย์เช่นเดียวกับในกรณีของจักรยาน แต่เพื่อความสมดุลแทนที่จะใช้เซ็นเซอร์ลูกข่างและเครื่องวัดความเร่งจำเป็นต้องมีพรสวรรค์ทักษะและประสบการณ์เท่านั้น

อุปกรณ์ unicycle เป็นไปตามหลักการความสมดุลทางกลซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาระหว่างการเคลื่อนไหว unicycle สามารถรักษาตำแหน่งตั้งตรงได้ตราบเท่าที่ล้ออยู่ภายใต้จุดศูนย์กลางมวล (ตามที่ระบุในทฤษฎีของลูกตุ้มคว่ำ) และตำแหน่งที่ต้องการดังที่ได้กล่าวไปแล้วถูกกำหนดโดยผู้ขับขี่ ในความเป็นจริงบน unicycle มันคือบุคคลที่รับรู้โดยจิตใต้สำนึกว่ารถของเขากำลังตกลงไปที่ใดชดเชยการตกโดยการเลื่อนวงล้อไปยังจุดที่อยู่ด้านล่างซึ่งจุดศูนย์กลางของมวลอยู่ สิ่งสำคัญคือต้องทำเช่นนี้จนกว่า unicycle จะตกลงมา

การเร่งความเร็วของ unicycle กำหนดระยะทางจากจุดศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วงไปยังจุดสัมผัสและความเร็วและทิศทางของการหมุนของล้อ - ตำแหน่งสัมพัทธ์ของแพทช์หน้าสัมผัสและด้วยลักษณะของพลวัตของการเร่งความเร็ว ดังนั้นในการเร่งความเร็วผู้ขับขี่จะต้องเลื่อนจุดศูนย์ถ่วงไปข้างหน้าและหากลดความเร็วลงให้ถอยหลัง และในการเริ่มเคลื่อนไหวคุณต้อง "ล้ม" เพียงแค่เอียงลำตัวขยับแขนหรือสะโพกเพื่อเร่งความเร็วของ unicycle

UGEARS เพื่อแสดงหลักการทางกลศาสตร์เหล่านี้มีล้อขับเคลื่อนในตัว โมเดลไม้ประกอบด้วยชิ้นส่วน 300 ชิ้นและขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ยาง ซึ่งต้องขอบคุณการทรงตัว (ไม่จำเป็นต้องมีความสามารถพิเศษในการขับขี่) ทำให้ล้อไม่ตก เมื่อพลังงานของมอเตอร์ยางหมด ขาที่ยึดติดกับล้อจะถูกถอดออก และเริ่มหมุนเหมือนล้อธรรมดา และในที่สุดก็พลิกกลับได้อย่างสวยงาม หากแก้ไขขาก็จะเคลื่อนไหวต่อไปเช่นกันแต่เหมือนวงล้อทรงตัว 

โครโนมิเตอร์. ลูกตุ้มและหลักการของนาฬิกาเชิงกล

เป็นครั้งแรกที่มนุษย์เริ่มวัดเวลาโดยใช้นาฬิกาจักรกลในศตวรรษที่ 8 ในประเทศจีนซึ่งเป็นที่ที่เทคโนโลยีกลไกการหลบหนีของเหลวเข้ามาในโลกอาหรับเป็นครั้งแรกและจากนั้นมาในรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อยกับยุโรปตะวันตก มีนาฬิกาเชิงกลมีเพียงหนึ่งชั่วโมงและถูกตั้งค่าให้เคลื่อนไหวโดยการไขลานกลไกกาเบลล์ นาฬิกากลายเป็นศูนย์กลางของชีวิตมนุษย์ - ติดตั้งไว้ที่อาคารศาลากลางหลักของเมืองพวกเขาเฉลิมฉลองไม่เพียง แต่เที่ยงหรือเที่ยงคืนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวันหยุดของคริสตจักรด้วย

นอกจากหน้าปัดที่ทุกคนคุ้นเคยแล้วนาฬิกากลไกประกอบด้วยแหล่งพลังงาน (อาจเป็นตุ้มน้ำหนักหรือสปริงก็ได้) กลไกเฟืองแกว่งที่เปลี่ยนการหมุนอย่างต่อเนื่องให้เป็นการเคลื่อนไหวแบบแกว่งหรือแกว่งไปมา และเครื่องควบคุม - อาจเป็นลูกตุ้มหรือเครื่องชั่งก็ได้ กลไกการเหนี่ยวไกและเครื่องยนต์มักจะเชื่อมต่อกันด้วยระบบเกียร์

แน่นอนว่านาฬิกากลไกไม่แม่นยำเท่าเป็น "ลูกหลาน" แบบอิเล็กทรอนิกส์หรือควอตซ์ ข้อผิดพลาดอาจอยู่ในช่วง +40 ถึง –20 วินาทีต่อวัน และในปัจจุบันเป็นนาฬิกากลไกที่ส่วนใหญ่ใช้เพื่อรักษาประเพณี

นาฬิกากลไกจะขึ้นอยู่กับระบบที่เรียกว่าลูกตุ้มโดยนักฟิสิกส์ นี่คือระบบกลไกที่ทำการสั่นสะเทือนเชิงกลขณะแขวนอยู่ในสนามแรงโน้มถ่วง ในกระบวนการของการแกว่งพลังงานจลน์ของลูกตุ้มจะเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์ (นี่คือพลังงานของแรงยืดหยุ่นและแรงโน้มถ่วง) และในทางกลับกัน และแรงเสียดทานจะค่อยๆเปลี่ยนพลังงานจลน์นี้เป็นความร้อนเนื่องจากแอมพลิจูดของการสั่นค่อยๆลดลง

ตรวจสอบว่ากลไกดังกล่าวเป็นอย่างไรระบบเช่นเดียวกับการสร้างโครโนมิเตอร์ของคุณเองคุณยังสามารถทำจากไม้ มอเตอร์ยางจะทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวอีกครั้งและเพื่อเริ่มโครโนมิเตอร์ในช่วงเวลาหนึ่ง (ในกรณีนี้ตัวจับเวลาจะทำงานในช่วงเวลาไม่เกิน 20 นาที) ก็เพียงพอที่จะขยับเข็มหมุนได้ในระดับหนึ่ง แน่นอนก่อนอื่นคุณต้องเป็นช่างทำนาฬิกาและประกอบกลไกเฟืองเปิด ในกรณีนี้ความถูกต้องมีความสำคัญมากกว่าที่เคย

รถราง. แรงบิดการเปลี่ยนพลังงานความตึงที่อาจเกิดขึ้นเป็นงานเชิงกล

รู้สึกเหมือน Fedor Pirotskyผู้ประดิษฐ์รถรางไฟฟ้าคันแรกในรัสเซียเป็นไปได้ด้วยความช่วยเหลือของแบบจำลอง แต่ก่อนอื่นควรทำความเข้าใจว่ารถรางเคลื่อนที่อย่างไร บรรพบุรุษของการขนส่งด้วยไฟฟ้าคือรถรางม้าธรรมดาซึ่งรถม้าพร้อมผู้โดยสารถูกลากไปตามรางด้วยม้า ด้วยการเริ่มต้นของยุคไฟฟ้าเครื่องยนต์จะขับเคลื่อน

ในรถรางสมัยใหม่นิยมใช้กันมากที่สุดมอเตอร์แรงดึงกระแสตรงเนื่องจากเป็นกระแสที่ระบบรถรางใช้ แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อนุญาตให้แปลงกระแสตรงเป็นกระแสสลับซึ่งหมายความว่าสามารถใช้มอเตอร์ AC ในการติดตั้งรถรางได้ ยิ่งไปกว่านั้นต่างจากมอเตอร์กระแสตรงตรงที่ไม่มีชุดแปรงสะสมที่เสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว เขาเป็นผู้ที่ต้องการการซ่อมแซมและบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง

ในการถ่ายโอนพลังงานจากเครื่องยนต์ไปยังเพลาของชุดล้อรถยนต์จะมีระบบเกียร์แบบลดคาร์ดานซึ่งประกอบด้วยกระปุกเกียร์เชิงกลและเพลาคาร์ดานตามลำดับ

ในการสร้างกระปุกเกียร์ของคุณเองคุณต้องมีไม่ต้องใช้ความพยายามมากนักหากการคำนวณเสร็จสิ้นแล้วสำหรับคุณ กลไกนี้ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันของการลด - ลดความพยายามที่ต้องใช้ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานที่ส่งผ่านไปเป็นงานที่มีประโยชน์ วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำเช่นนี้คือเฟืองทรงกระบอกคู่หนึ่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน: เฟืองขับมีขนาดเล็กกว่า

ในรูปแบบรางรถรางไม้ไม่ต้องใช้ไฟฟ้า นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่ว่าการเชื่อมต่อไม่ต้องใช้กาวและวัสดุทั้งหมดทำจากไม้แล้ว มอเตอร์ยางชนิดเดียวกันยังใช้เป็นแหล่งพลังงานซึ่งจะต้องพันกัน - ตามหลักการดึงสปริง การเปลี่ยนแปลงของพลังงานเป็นพลังงานการหมุน เช่นเดียวกับในรถรางจริง เกิดขึ้นเนื่องจากการส่งผ่านเกียร์ นอกจากนี้ รถรางสามารถเคลื่อนที่ได้เพียงเพราะความสูงต่างกัน จากนั้นจึงเกิดการแปลงพลังงานศักย์เป็นพลังงานจลน์อีกครั้ง

มอเตอร์นิวเมติก. การแปลงพลังงานการบีบอัดเป็นงานเชิงกล

มอเตอร์แอร์ถูกคิดค้นขึ้นเมื่อนานมาแล้วเติมเต็มความฝันของมนุษยชาติในทางปฏิบัติ: รับพลังงานจากอากาศ อีกประการหนึ่งคือก่อนอื่นต้องบีบอัดอากาศซึ่งแน่นอนว่าต้องใช้พลังงานอย่างมาก แน่นอนว่าการใช้มอเตอร์และไดรฟ์อากาศช่วยขยายขอบเขตของอุปกรณ์ต่างๆได้อย่างมากเมื่อจำเป็นต้องเพิ่มความปลอดภัยและไม่สามารถใช้ไฟฟ้าหรือสารไวไฟได้

และหลักการทางกายภาพดังกล่าวสามารถนำไปใช้ได้เป็นอันมาก เกือบทั้งหมดถูกไฟฟ้าทำลาย อย่างไรก็ตาม ประวัติศาสตร์ยังจดจำทั้งไปรษณีย์แบบนิวแมติกและแม้แต่รางรถไฟแบบนิวแมติก ในปีพ. ศ. 2404 หัวรถจักรคันแรกในประวัติศาสตร์ที่มีระบบขับเคลื่อนด้วยลมถูกสร้างขึ้นในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ได้รับการตั้งชื่อตามผู้สร้าง - จิตวิญญาณของ Baranovsky

ผิดปกติพอที่จะประกอบมอเตอร์อากาศและทำจากไม้. ยิ่งไปกว่านั้นเกือบจะเป็นอะนาล็อกที่สมบูรณ์ในปัจจุบันรวมถึงเครื่องวัดวามเร็ว ในการสตาร์ทเครื่องยนต์ต้องใช้อากาศ เพื่อไม่ให้เบี่ยงเบนไปจากกระบวนทัศน์ - เฉพาะไม้และยางผู้สร้างของนักออกแบบแนะนำให้ใช้บอลลูนธรรมดาซึ่งสามารถพองและเชื่อมต่อกับเครื่องยนต์โดยใช้หัวฉีดพิเศษและกระดิ่ง ในกรณีนี้อากาศจะขับลูกสูบของอุปกรณ์นิวเมติกและสร้างพลังงานจลน์

Arcballista การแปลงพลังงานความตึงเครียดเป็นพลังงานการบิน

อาวุธขว้างปาถูกใช้โดยมนุษย์เมื่อนานมาแล้ว - ในโลกโบราณและยุคกลาง อย่างไรก็ตามแม้ในปัจจุบันคุณสามารถพบอาวุธที่คล้ายกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกีฬาที่ใช้ธนูและหน้าไม้ การทำงานของอาวุธดังกล่าวขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงความพยายามของกล้ามเนื้อของมนุษย์ให้เป็นพลังงานในการบิน เพื่อให้พลังงานนี้สูงขึ้นเป็นไปได้ที่จะสะสมพลังงานศักย์โดยใช้องค์ประกอบยืดหยุ่นหรือตัวถ่วง ในธนูหรือหน้าไม้นี่คือสตริง

หน้าไม้รุ่น Hypertrophied - arcballista- ถูกใช้เป็นอาวุธล้อมในการยึดเมืองและป้อมปราการ คันธนูซึ่งมีความยาวถึง 3.5 ม. ติดอยู่กับกล่องไม้ขนาดใหญ่บนโครงแคร่ไม้ซึ่งตั้งอยู่บนล้อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่สองล้อ คันธนูถูกดึงโดยทหารปืนใหญ่โดยใช้ประตูที่ติดตั้งบนเฟรม วันนี้แน่นอนว่าอุปกรณ์ดังกล่าวพบได้เฉพาะในเกมคอมพิวเตอร์เท่านั้น จริงอยู่ฐานรากของปืนใหญ่ถูกวางไว้ในตอนนั้น

รถทหารคลาสสิกในรูปแบบของโมเดลไม้ไม่น่าจะสามารถยึดปราสาทจริงได้ แต่จะสามารถเล่นเกมคอมพิวเตอร์ "อนาล็อก" ได้ แบบจำลองประกอบด้วยสองส่วนคือหน่วยยิงและฐานรองรับที่ปรับได้ซึ่งจะทำให้โครงสร้างคงที่ระหว่างการยิง และ arcballista ยิงด้วยสลักไม้ หากต้องการแน่นอนคุณสามารถเปิดอย่างอื่นได้ เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้เช่นเดียวกับทหารปืนใหญ่ว่าสำหรับการโจมตีที่มีความสามารถคุณจะต้องตั้งค่ามุมในแนวตั้งและแนวนอนให้ถูกต้องไม่ใช่แค่เปิดใช้งานทริกเกอร์เท่านั้น

ความจริงที่ว่าของเล่นไม้ล้าสมัยสามารถทำได้ง่ายหักล้างโดยแสดงหนึ่งในโมเดลเหล่านี้ และถ้าคุณพูดถึงกฎของฟิสิกส์ที่กำหนดให้มันเคลื่อนที่ด้วยให้หาสูตรสองสามสูตรและวาดทิศทางของเวกเตอร์แรงที่เกี่ยวข้องกับการสร้างพลังงานประเภทต่างๆคำว่า "ตัวสร้าง" จะไม่หมายถึงแบบจำลองอีกต่อไป แต่หมายถึงเจ้าของของพวกมัน

หากคุณตัดสินใจซื้อหนึ่งในช่างก่อสร้างใช้รหัสโปรโมชั่น HIGHTECH ให้ส่วนลด 20% ตอนนี้มี 73 รุ่นในแคตตาล็อก UGEARS รวมถึงตู้เซฟที่ล็อคได้จริงรถสปอร์ตและจักรยานปืนพกกล่องที่มีความลับหัวรถจักรขนาดใหญ่ที่มีความอ่อนโยน

อ่านยัง

พบดาราจักรที่อยู่ห่างไกลและเก่าแก่ที่สุดในจักรวาล

สัตว์และพืชชนิดใหม่ 20 ชนิดที่พบในเทือกเขาแอนดีส

นักวิทยาศาสตร์พบว่ายักษ์สีแดงหายไปไหนจากใจกลางทางช้างเผือก