Curse de mingi
De data aceasta iti propun sa faci un dispozitiv simplu, dar eficient pentru clasa de fizica. Va fi o cursă cu mingi. Un alt avantaj al designului pistei este că se atârnă pe perete fără a ocupa mult spațiu și este întotdeauna gata să arate experiența de curse. Trei bile încep simultan din puncte situate la aceeași înălțime. Un vehicul de lansare special conceput ne va ajuta în acest sens. Bilele vor alerga pe trei căi diferite.
Dispozitivul arată ca o placă atârnată pe perete. Pe tablă sunt lipite trei tuburi transparente, căile de-a lungul cărora se vor mișca bilele. Prima bandă este cea mai scurtă și are forma unui plan înclinat convențional. Al doilea este segmentul de cerc. A treia bandă este sub forma unui fragment de cicloid. Toată lumea știe ce este un cerc, dar nu știe cum arată și de unde provine cicloidul. Permiteți-mi să vă reamintesc că o cicloidă este o curbă trasată de un punct fix de-a lungul unui cerc, care se rostogolește de-a lungul unei linii drepte fără alunecare.
Să ne imaginăm că punem un punct alb pe anvelopa unei biciclete și cerem cuiva să împingă bicicleta sau să o circule foarte încet în linie dreaptă, dar deocamdată vom observa mișcarea punctului. Calea punctului atașat autobuzului va înconjura cicloidul. Nu trebuie să faceți acest experiment, pentru că în figură putem vedea deja cicloidul trasat pe hartă și toate benzile destinate rulării bilelor. Pentru a fi corect în punctul de plecare, vom construi un starter simplu cu pârghie care va porni toate cele trei bile în mod egal. Tragând de pârghie, bilele lovesc drumul în același timp.
De obicei intuiția ne spune că mingea care urmează calea cea mai directă, adică planul înclinat, va fi cea mai rapidă și va câștiga. Dar nici fizica, nici viața nu sunt atât de simple. Vedeți singuri prin asamblarea acestui dispozitiv experimental. Cine să lucreze. Materiale. O bucată dreptunghiulară de placaj care măsoară 600 pe 400 milimetri sau placă de plută de aceeași dimensiune sau mai mică de doi metri de țeavă de plastic transparent cu diametrul de 10 milimetri, foaie de aluminiu de 1 milimetru grosime, sârmă de 2 milimetri în diametru. , trei bile identice care trebuie să se miște liber în interiorul tuburilor. Puteți folosi bile de oțel cu rulment spart, bile de plumb sau bile de pușcă, în funcție de diametrul interior al țevii. Ne vom agăța dispozitivul pe perete și pentru asta avem nevoie de două suporturi pe care să atârnăm pozele. Puteți cumpăra sau face mânere de sârmă cu propriile mâini de la noi.
Unelte. Ferăstrău, cuțit ascuțit, pistol cu lipici fierbinte, burghiu, tăietor de tablă, clește, creion, perforator, burghiu, pila pentru lemn și dremel, ceea ce face munca foarte ușoară. Baza. Pe hârtie, vom desena cele trei rute de călătorie prezise pe o scară de 1: 1 conform desenului din scrisoarea noastră. Primul este drept. Segmentul celui de-al doilea cerc. A treia cale este cicloizii. O putem vedea in poza. Desenul corect al pistelor trebuie redesenat pe placa de bază, pentru ca ulterior să știm unde să lipim țevile care vor deveni urmele bilelor.
Benzi de minge. Tuburile de plastic ar trebui să fie transparente, puteți vedea cum se mișcă bilele noastre în ele. Tuburile din plastic sunt ieftine și ușor de găsit în magazin. Vom tăia lungimile necesare de țevi, aproximativ 600 de milimetri, apoi le vom scurta puțin, potrivindu-ne și încercând proiectul tău.
Suport de pornire a urmăririi. Într-un bloc de lemn care măsoară 80x140x15 milimetri, găuriți trei găuri cu un diametru de tuburi. Gaura în care lipim prima pistă, adică. care ilustrează uniformitatea, trebuie tăiat și modelat așa cum se arată în fotografie. Faptul este că tubul nu se îndoaie în unghi drept și atinge cât mai mult posibil forma planului. Tubul în sine este de asemenea tăiat la unghiul pe care îl formează. Lipiți tuburile corespunzătoare în toate aceste găuri din bloc.
mașină de încărcare. Dintr-o foaie de aluminiu de 1 mm grosime, tăiem două dreptunghiuri cu dimensiuni, așa cum se arată în desen. În primul și al doilea, găurim trei găuri cu diametrul de 7 milimetri coaxial cu aceeași dispoziție în care au fost găurite în bara de lemn care constituie începutul șinelor. Aceste găuri vor fi cuiburile de pornire pentru bile. Găuriți găuri în a doua placă cu un diametru de 12 milimetri. Lipiți bucăți mici dreptunghiulare de tablă de marginile extreme ale plăcii inferioare și de acestea ale plăcii de sus cu găuri mai mici. Să ne ocupăm de alinierea acestor elemente. Placa centrală de 45 x 60 mm trebuie să se potrivească între plăcile de sus și de jos și să poată aluneca pentru a acoperi și deschide găurile. Plăcile mici lipite de plăcile de jos și de sus vor restricționa mișcarea laterală a plăcii centrale, astfel încât aceasta să se poată deplasa la stânga și la dreapta odată cu mișcarea pârghiei. Facem o gaură în această placă, vizibilă în desen, în care va fi plasată pârghia.
maneta. Îl vom îndoi dintr-un fir cu diametrul de 2 milimetri. Sârma poate fi obținută cu ușurință prin tăierea unei lungimi de 150 mm din umerașul de sârmă. De obicei, primim un astfel de cuier împreună cu hainele curate de la spălat și devine o sursă excelentă de sârmă dreaptă și groasă pentru scopurile noastre. Îndoiți un capăt al firului în unghi drept la o distanță de 15 milimetri. Celălalt capăt poate fi asigurat punând pe el un mâner de lemn.
Suport pârghie. Este realizat dintr-un bloc de 30x30x35 milimetri înălțime. În centrul blocului, găurim o gaură oarbă cu un diametru de 2 milimetri, în care va funcționa vârful pârghiei. Sfârșit. În cele din urmă, trebuie să prindem cumva mingile. Fiecare omidă se termină cu o prindere. Sunt necesare pentru ca după fiecare etapă a jocului să nu căutăm mingi prin toată camera. Vom face captarea dintr-o bucată de țeavă de 50 mm. Pe o parte, tăiați tubul într-un unghi pentru a crea un perete mai lung pe care mingea îl va lovi pentru a finaliza traseul. La celălalt capăt al tubului, tăiați o fantă în care vom așeza placa supapei. Placa nu va permite ca mingea să scape de sub control nicăieri. Pe de altă parte, de îndată ce scoatem farfuria, mingea în sine va cădea în mâinile noastre.
Montarea dispozitivului. În colțul din dreapta sus al plăcii, la începutul marcat al tuturor pistelor, lipiți blocul nostru de lemn în care am lipit tuburile de bază. Lipiți tuburile cu lipici fierbinte pe placă conform liniilor trasate. Traseul cicloidal cel mai îndepărtat de suprafața plăcii este susținut pe lungimea medie a acesteia de o bară de lemn de 35 mm înălțime.
Lipiți plăcile de orificii de blocul de susținere a căii de sus, astfel încât să se potrivească fără eroare în orificiile blocului de lemn. Introducem pârghia în orificiul plăcii centrale și una în carcasa mașinii de pornire. Introducem capătul pârghiei în cărucior și acum putem marca locul unde căruciorul ar trebui să fie lipit de tablă. Mecanismul trebuie să funcționeze în așa fel încât atunci când maneta este rotită spre stânga, toate găurile să se deschidă. Marcați locul găsit cu un creion și la final lipiți suportul cu lipici fierbinte.
distracție. Atârnăm pista de curse și în același timp un dispozitiv științific pe perete. Bilele de aceeași greutate și diametru sunt plasate în locurile lor de plecare. Rotiți trăgaciul spre stânga și bilele vor începe să se miște în același timp. Ne-am gândit că cea mai rapidă minge de la linia de sosire va fi cea de pe cea mai scurtă pistă de 500 mm? Intuiția noastră ne-a eșuat. Aici nu este așa. Ea este a treia la linia de sosire. În mod surprinzător, este adevărat.
Cea mai rapidă minge este cea care se deplasează de-a lungul unui traseu cicloidal, deși traseul ei este de 550 de milimetri, iar cealaltă este cea care se deplasează de-a lungul unui segment de cerc. Cum s-a întâmplat ca la punctul de plecare toate bilele să aibă aceeași viteză? Pentru toate bilele, aceeași diferență de energie potențială a fost convertită în energie cinetică. Știința ne va spune de unde vine diferența de timpi de sfârșit.
El explică acest comportament al mingiilor prin motive dinamice. Bilele sunt supuse unor anumite forțe, numite forțe de reacție, care acționează asupra bilelor din marginea șinelor. Componenta orizontală a forței de reacție este, în medie, cea mai mare pentru un cicloid. De asemenea, provoacă cea mai mare accelerație orizontală medie a acelei mingi. Este un fapt științific că dintre toate curbele care leagă oricare două puncte ale transpirației gravitaționale, timpul de cădere a cicloidei este cel mai scurt. Puteți discuta această întrebare interesantă la una dintre lecțiile de fizică. Poate că asta va lăsa deoparte una dintre paginile groaznice.
