Pallivõidusõit
Seekord soovitan teil teha füüsikaklassi jaoks lihtne, kuid tõhus seade. Sellest saab pallijooks. Veel üks raja kujunduse eelis on see, et see ripub seinal ilma palju ruumi võtmata ja on alati valmis võidusõidukogemust demonstreerima. Kolm palli alustavad samaaegselt samal kõrgusel asuvatest punktidest. Selles aitab meid spetsiaalselt loodud kanderakett. Pallid jooksevad mööda kolme erinevat rada.
Seade näeb välja nagu seinal rippuv tahvel. Tahvlile on liimitud kolm läbipaistvat toru, teed, mida mööda pallid liiguvad. Esimene riba on kõige lühem ja tavapärase kaldtasandi kujuga. Teine on ringi segment. Kolmas riba on tsükloidi fragmendi kujul. Kõik teavad, mis on ring, kuid nad ei tea, kuidas see välja näeb ja kust tsükloid pärineb. Tuletan teile meelde, et tsükloid on kõver, mis on tõmmatud fikseeritud punktiga mööda ringi ja mis veereb mööda sirgjoont libisemata.
Kujutagem ette, et paneme jalgratta rehvile valge täpi ja palume kellelgi ratast lükata või sõita väga aeglaselt sirgjooneliselt, kuid praegu jälgime täpi liikumist. Bussi külge kinnitatud punkti teekond ümbritseb tsükloidi. Seda katset pole vaja teha, sest joonisel näeme juba kaardile kantud tsükloidi ja kõiki pallide jooksmiseks mõeldud sõiduradasid. Et olla õiglane alguspunkti suhtes, ehitame lihtsa kangkäiviti, mis tagab, et kõik kolm palli käivituvad ühtlaselt. Kangist tõmmates tabasid pallid samal ajal teele.
Tavaliselt ütleb meie intuitsioon meile, et pall, mis järgib kõige otsemat teed, st kaldtasandit, on kiireim ja võidab. Kuid ei füüsika ega elu pole nii lihtne. Vaadake ise selle katseseadme kokkupanemisel. Kellele tööle. Materjalid. Ristkülikukujuline vineeritükk mõõtmetega 600 x 400 millimeetrit või sama suur korkplaat või alla kahe meetri läbipaistev plasttoru läbimõõduga 10 millimeetrit, alumiiniumleht 1 millimeetri paksune, traat 2 millimeetrise läbimõõduga. , kolm identset palli, mis peavad torude sees vabalt liikuma. Sõltuvalt toru siseläbimõõdust võite kasutada katkiseid laagrite teraskuule, pliihaavleid või püssikuule. Riputame oma seadme seinale ja selleks on vaja kahte hoidikut, millele pilte riputada. Meilt saate osta või teha oma kätega traadist käepidemeid.
Töövahendid. Saag, terav nuga, kuumliimipüstol, puur, lehtmetalli lõikur, tangid, pliiats, perforaator, puur, puitviil ja dremel, mis teeb töö väga lihtsaks. Alus. Paberil loosime ennustatud kolm reisimarsruuti mõõtkavas 1:1 vastavalt meie kirjas olevale joonisele. Esimene on sirge. Teise ringi lõik. Kolmas tee on tsükloidid. Seda näeme pildil. Alusplaadile on vaja ümber joonistada õige radade joonis, et hiljem teaksime, kuhu pallide rööbasteks saavad torud liimida.
Pallirajad. Plasttorud peaksid olema läbipaistvad, näete, kuidas meie pallid neis liiguvad. Plasttorud on odavad ja poest kergesti leitavad. Lõikame torud vajaliku pikkusega, ligikaudu 600 millimeetrit, ja seejärel lühendame neid veidi, sobitades ja proovides teie projekti.
Raja alustamise tugi. Puurige 80x140x15 mm mõõtmetega puitplokki kolm torude läbimõõduga auku. Auk, millesse torkame esimese raja, st. kujutab ühtlust, peab olema saagitud ja vormitud nii, nagu fotol näidatud. Fakt on see, et toru ei paindu täisnurga all ja puudutab võimalikult palju tasapinna kuju. Toru ise lõigatakse ka selle moodustatud nurga all. Liimige vastavad torud kõigisse nendesse ploki aukudesse.
laadimismasin. 1 mm paksusest alumiiniumlehest lõikasime välja kaks mõõtmetega ristkülikut, nagu on näidatud joonisel. Esimeses ja teises puurime koaksiaalselt kolm 7-millimeetrise läbimõõduga auku sama paigutusega, nagu puuriti puuridade alguseks olevasse puitvarda. Need augud on pallide alguspesad. Teise plaadi sisse puurige augud läbimõõduga 12 millimeetrit. Liimige väikesed ristkülikukujulised lehtmetallitükid põhjaplaadi äärmiste servade külge ja pealmise plaadi väiksemate aukudega nende külge. Hoolitseme nende elementide joondamise eest. 45 x 60 mm keskplaat peab mahtuma ülemise ja alumise plaadi vahele ning saama libistada, et katta ja avada auke. Alumisele ja ülemisele plaadile liimitud väikesed plaadid piiravad keskplaadi külgsuunalist liikumist, nii et see saab kangi liigutamisel liikuda vasakule ja paremale. Sellesse plaati puurime joonisel nähtava augu, millesse hoob asetatakse.
kangivarras. Painutame selle 2-millimeetrise läbimõõduga traadist. Traadi saab hõlpsasti kätte, lõigates traadi riidepuu küljest 150 mm pikkuse. Tavaliselt saame sellise riidepuu pesust koos puhaste riietega ja sellest saab meie jaoks suurepärane sirge ja jämeda traadi allikas. Painutage traadi üks ots täisnurga all 15 millimeetri kaugusel. Teise otsa saab kinnitada, pannes sellele puidust käepideme.
Kangi tugi. See on valmistatud plokist, mille kõrgus on 30x30x35 millimeetrit. Ploki keskele puurime 2-millimeetrise läbimõõduga pimeda augu, millesse kangi ots töötab. Lõpp. Lõpuks peame pallid kuidagi kinni püüdma. Iga röövik lõpeb haardega. Neid on vaja selleks, et me ei otsiks pärast iga mänguetappi kogu ruumi palle. Püüdmise teeme 50 mm torujupist. Ühel küljel lõigake toru nurga all, et luua pikem sein, mida pall marsruudi läbimiseks tabab. Toru teises otsas lõigake pilu, millesse asetame klapiplaadi. Plaat ei lase pallil kuskil kontrolli alt välja kukkuda. Teisest küljest, niipea, kui me plaadi välja tõmbame, kukub pall ise meie kätte.
Seadme paigaldamine. Tahvli paremas ülanurgas, kõigi radade tähistatud alguses, liimige meie puidust klots, milles torud aluse külge liimisime. Liimige torud kuuma liimiga plaadile vastavalt joonistatud joontele. Plaadi pinnast kõige kaugemal asuvat tsükloidset rada toetab selle keskmise pikkusega 35 mm kõrgune puitplokk.
Liimige auguplaadid ülemise rööbastee tugiploki külge nii, et need sobiksid veatult puitploki aukudesse. Asetame kangi keskplaadi avasse ja ühe käivitusmasina korpusesse. Torkame kangi otsa vankrisse ja nüüd saame ära märkida koha, kuhu kelk tahvli külge liimida. Mehhanism peab töötama nii, et kangi vasakule keeramisel avaneksid kõik augud. Märkige leitud koht pliiatsiga ja lõpuks liimige tugi kuumaliimiga.
Lõbu. Riputame seinale võidusõiduraja ja samal ajal teadusliku aparaadi. Sama kaalu ja läbimõõduga pallid asetatakse nende stardikohtadele. Pöörake päästikut vasakule ja pallid hakkavad samal ajal liikuma. Kas me arvasime, et kiireim pall finišis on lühimal 500 mm rajal? Meie intuitsioon pettis meid. Siin see nii ei ole. Ta on finišijoonel kolmas. Üllataval kombel on see tõsi.
Kiireim on pall, mis liigub mööda tsükloidset rada, kuigi selle tee on 550 millimeetrit, ja teine on see, mis liigub mööda ringi lõiku. Kuidas juhtus, et stardipaigas olid kõik pallid ühesuguse kiirusega? Kõigi pallide puhul muudeti sama potentsiaalse energia erinevus kineetiliseks energiaks. Teadus ütleb meile, kust tuleb finišiaegade erinevus.
Ta selgitab pallide sellist käitumist dünaamiliste põhjustega. Pallid on allutatud teatud jõududele, mida nimetatakse reaktsioonijõududeks, mis mõjuvad pallidele radade küljelt. Reaktsioonijõu horisontaalkomponent on tsükloidi puhul keskmiselt suurim. See põhjustab ka selle palli suurima keskmise horisontaalkiirenduse. On teaduslik fakt, et kõigist gravitatsioonilise higi mis tahes kahte punkti ühendavatest kõveratest on tsükloidi langemisaeg lühim. Saate seda huvitavat küsimust arutada ühes füüsikatunnis. Võib-olla jätab see ühe kohutava lehekülje kõrvale.
