Bumbu sacīkstes
Šoreiz iesaku izgatavot vienkāršu, bet efektīvu ierīci fizikas kabinetam. Tās būs bumbas skrējiens. Vēl viena trases dizaina priekšrocība ir tā, ka tā karājas pie sienas, neaizņemot daudz vietas un vienmēr ir gatava demonstrēt sacīkšu pieredzi. Trīs bumbiņas sākas vienlaicīgi no punktiem, kas atrodas vienā augstumā. Šajā jautājumā mums palīdzēs īpaši izstrādāta nesējraķete. Bumbiņas skries pa trim dažādiem ceļiem.
Ierīce izskatās kā dēlis, kas karājas pie sienas. Uz dēļa ir pielīmētas trīs caurspīdīgas caurules, celiņi, pa kuriem pārvietosies bumbiņas. Pirmā sloksne ir īsākā un tai ir parastās slīpas plaknes forma. Otrais ir apļa segments. Trešā josla ir cikloīda fragmenta formā. Ikviens zina, kas ir aplis, bet viņi nezina, kā tas izskatās un no kurienes nāk cikloīds. Atgādināšu, ka cikloīds ir līkne, ko velk fiksēts punkts pa apli, ripojot pa taisnu līniju, neslīdot.
Iedomāsimies, ka mēs uzliekam baltu punktu uz velosipēda riepas un lūdzam kādu pastumt velosipēdu vai braukt ar to ļoti lēni taisnā līnijā, bet pagaidām vērosim punkta kustību. Autobusam pievienotā punkta ceļš ieskauj cikloīdu. Jums nav nepieciešams veikt šo eksperimentu, jo attēlā mēs jau varam redzēt cikloīdu, kas attēlots kartē, un visas joslas, kas paredzētas bumbiņu skriešanai. Lai būtu godīgi attiecībā uz sākuma punktu, mēs izveidosim vienkāršu sviras starteri, kas visas trīs bumbiņas palaidīs vienmērīgi. Pavelkot sviru, bumbiņas trāpīja ceļā vienlaikus.
Parasti mūsu intuīcija mums saka, ka bumbiņa, kas iet vistiešākajā ceļā, tas ir, slīpajā plaknē, būs ātrākā un uzvarēs. Bet ne fizika, ne dzīve nav tik vienkārša. Pārliecinies pats, saliekot šo eksperimentālo ierīci. Kam strādāt. Materiāli. Taisnstūrveida saplākšņa gabals ar izmēriem 600 x 400 milimetru vai tāda paša izmēra korķa plāksne vai mazāka par diviem metriem caurspīdīga plastmasas caurule ar diametru 10 milimetru, alumīnija loksne 1 milimetru bieza, stieple 2 milimetru diametrā. , trīs identiskas bumbiņas, kurām brīvi jāpārvietojas caurulēs. Atkarībā no caurules iekšējā diametra varat izmantot salauztas gultņu tērauda lodes, svina šāvienu vai bises lodītes. Mēs piekarināsim savu ierīci pie sienas, un šim nolūkam mums ir nepieciešami divi turētāji, uz kuriem piekārt attēlus. Pie mums varat iegādāties vai izgatavot stiepļu rokturus ar savām rokām.
Darbarīki. Zāģis, ass nazis, karstās līmes pistole, urbis, lokšņu metāla griezējs, knaibles, zīmulis, perforators, urbis, koka vīle un dremelis, kas padara darbu ļoti vienkāršu. Bāze. Uz papīra mēs uzzīmēsim paredzamos trīs ceļojuma maršrutus mērogā 1:1 saskaņā ar zīmējumu mūsu vēstulē. Pirmais ir taisns. Otrā apļa segments. Trešais ceļš ir cikloīdi. Mēs to varam redzēt attēlā. Pareizais sliežu rasējums ir jāpārzīmē uz pamatnes dēļa, lai vēlāk zinātu, kur līmēt caurules, kas kļūs par bumbiņu sliedēm.
Bumbu celiņi. Plastmasas caurulēm jābūt caurspīdīgām, var redzēt, kā tajās kustas mūsu bumbiņas. Plastmasas caurules ir lētas un viegli atrodamas veikalā. Mēs nogriezīsim nepieciešamos cauruļu garumus, aptuveni 600 milimetrus, un pēc tam tos nedaudz saīsināsim, uzstādot un izmēģinot jūsu projektu.
Trases sākuma atbalsts. Koka blokā, kura izmēri ir 80x140x15 milimetri, izurbiet trīs caurumus ar cauruļu diametru. Caurums, kurā ieduram pirmo celiņu, t.i. kas attēlo vienmērīgumu, jābūt zāģētam un veidotam, kā parādīts fotoattēlā. Fakts ir tāds, ka caurule neliecas taisnā leņķī un pēc iespējas vairāk pieskaras plaknes formai. Arī pati caurule tiek sagriezta leņķī, kādā tā veidojas. Līmējiet atbilstošās caurules visos šajos bloka caurumos.
iekraušanas mašīna. No 1 mm biezas alumīnija loksnes mēs izgriezām divus taisnstūrus ar izmēriem, kā parādīts zīmējumā. Pirmajā un otrajā mēs koaksiāli urbjam trīs caurumus ar diametru 7 milimetri ar tādu pašu izkārtojumu, kā tika izurbti caurumi koka stieņā, kas veido sliežu ceļu sākumu. Šīs bedrītes būs bumbiņu sākuma ligzdas. Otrajā plāksnē izurbiet caurumus ar diametru 12 milimetri. Līmējiet mazus taisnstūrveida lokšņu metāla gabalus pie apakšējās plāksnes galējām malām un pie augšējās plāksnes malām ar mazākiem caurumiem. Parūpēsimies par šo elementu izlīdzināšanu. 45 x 60 mm centrālajai plāksnei ir jāietilpst starp augšējo un apakšējo plāksni un jāspēj slīdēt, lai nosegtu un atvērtu caurumus. Mazas plāksnes, kas pielīmētas pie apakšējās un augšējās plāksnes, ierobežos centrālās plāksnes sānu kustību, lai tā varētu pārvietoties pa kreisi un pa labi, pārvietojot sviru. Šajā plāksnē mēs urbjam caurumu, kas redzams zīmējumā, kurā tiks ievietota svira.
svira. Mēs to salieksim no stieples, kuras diametrs ir 2 milimetri. Stiepli var viegli iegūt, nogriežot 150 mm garumu no stieples pakaramā. Parasti šādu pakaramo mēs iegūstam kopā ar tīrām drēbēm no mazgāšanas, un tas kļūst par lielisku taisnas un biezas stieples avotu mūsu vajadzībām. Vienu stieples galu salieciet taisnā leņķī 15 milimetru attālumā. Otru galu var nostiprināt, uzliekot tam koka rokturi.
Sviras atbalsts. Tas ir izgatavots no bloka, kura izmēri ir 30x30x35 milimetri. Bloka centrā mēs urbjam aklo caurumu ar diametru 2 milimetri, kurā darbosies sviras gals. Beigas. Visbeidzot, mums kaut kā jānoķer bumbas. Katrs kāpurs beidzas ar satvērienu. Tās ir vajadzīgas, lai mēs pēc katra spēles posma nemeklētu bumbas pa visu istabu. Uztvērumu izgatavosim no 50 mm caurules gabala. Vienā pusē nogrieziet cauruli leņķī, lai izveidotu garāku sienu, pret kuru bumba atsitās, lai pabeigtu maršrutu. Caurules otrā galā izgrieziet spraugu, kurā ievietosim vārsta plāksni. Plāksne neļaus bumbai kaut kur izkrist no kontroles. Savukārt, tiklīdz izvilksim šķīvi, tā pati bumbiņa iekritīs mūsu rokās.
Ierīces montāža. Dēļa augšējā labajā stūrī visu celiņu atzīmētajā sākumā pielīmējiet mūsu koka bloku, kurā mēs pielīmējām caurules pie pamatnes. Līmējiet caurules ar karsto līmi pie dēļa atbilstoši novilktajām līnijām. Cikloīdais ceļš, kas atrodas vistālāk no plātnes virsmas, tiek atbalstīts tā vidējā garumā ar koka stieni, kura augstums ir 35 mm.
Līmējiet caurumu plāksnes pie augšējā sliežu ceļa atbalsta bloka tā, lai tās bez kļūdām iekļautos koka bloka caurumos. Mēs ievietojam sviru centrālās plāksnes caurumā un vienu palaišanas mašīnas korpusā. Sviras galu ievietojam karietē un tagad varam atzīmēt vietu, kur ratiņi jāpielīmē pie dēļa. Mehānismam jādarbojas tā, lai, pagriežot sviru pa kreisi, atvērtos visi caurumi. Atzīmē ar zīmuli atrasto vietu un visbeidzot ar karsto līmi pielīmē balstu.
Jautrība. Piekaram pie sienas sacīkšu trasi un reizē zinātnisku aparātu. Tāda paša svara un diametra bumbiņas tiek novietotas to sākuma vietās. Pagrieziet sprūdu pa kreisi, un bumbiņas sāks kustēties vienlaikus. Vai mēs domājām, ka ātrākā bumba finiša taisnē būs tā, kas atrodas īsākā 500 mm trasē? Mūsu intuīcija mūs pievīla. Šeit tas tā nav. Finiša taisnē viņa ir trešā. Pārsteidzoši, tā ir taisnība.
Ātrākā bumba ir tā, kas pārvietojas pa cikloīdu ceļu, lai gan tās ceļš ir 550 milimetri, bet otra ir tā, kas pārvietojas pa apļa segmentu. Kā tas notika, ka starta punktā visām bumbām bija vienāds ātrums? Visām bumbiņām viena un tā pati potenciālās enerģijas starpība tika pārvērsta kinētiskajā enerģijā. Zinātne mums pateiks, no kurienes rodas finiša laiku atšķirības.
Viņš šādu bumbiņu uzvedību skaidro ar dinamiskiem iemesliem. Bumbiņas ir pakļautas noteiktiem spēkiem, ko sauc par reakcijas spēkiem, kas iedarbojas uz bumbiņām no sliežu malas. Reakcijas spēka horizontālā sastāvdaļa cikloīdam ir vidēji lielākā. Tas arī izraisa šīs bumbas lielāko vidējo horizontālo paātrinājumu. Tas ir zinātnisks fakts, ka no visām līknēm, kas savieno divus gravitācijas sviedru punktus, cikloīda krišanas laiks ir īsākais. Šo interesanto jautājumu varat apspriest kādā no fizikas stundām. Varbūt tas noliks malā vienu no briesmīgajām lapām.
