מירוץ כדורים
הפעם אני מציע לך להכין מכשיר פשוט אך יעיל לכיתת הפיזיקה. זה יהיה מירוץ כדורים. יתרון נוסף של עיצוב המסלול הוא שהוא תלוי על הקיר מבלי לתפוס הרבה מקום ותמיד מוכן להשוויץ בחוויית המירוץ. שלושה כדורים מתחילים בו זמנית מנקודות הממוקמות באותו גובה. רכב שיגור מעוצב במיוחד יעזור לנו בכך. הכדורים יעברו לאורך שלושה שבילים שונים.
המכשיר נראה כמו לוח התלוי על הקיר. על הלוח מודבקים שלושה צינורות שקופים, השבילים שלאורכם ינועו הכדורים. הרצועה הראשונה היא הקצרה ביותר ויש לה צורה של מישור משופע רגיל. השני הוא קטע המעגל. הלהקה השלישית היא בצורת שבר של ציקלואיד. כולם יודעים מה זה עיגול, אבל הם לא יודעים איך הוא נראה ומאיפה מגיע הציקלואיד. הרשו לי להזכיר לכם שציקלואיד הוא עקומה המצוירת על ידי נקודה קבועה לאורך מעגל, המתגלגלת לאורך קו ישר מבלי להחליק.
בואו נדמיין שאנחנו שמים נקודה לבנה על הצמיג של אופניים ונבקש ממישהו לדחוף את האופניים או לרכוב עליהם לאט מאוד בקו ישר, אבל לעת עתה נצפה בתנועת הנקודה. השביל של הנקודה המחוברת לאוטובוס יקיף את הציקלואיד. אתה לא צריך לעשות את הניסוי הזה, כי באיור אנחנו כבר יכולים לראות את הציקלואיד המשורטט על המפה ואת כל הנתיבים המיועדים לרוץ הכדורים. כדי להיות הוגנים בנקודת ההתחלה, נבנה מתנע מנוף פשוט שיתחיל את כל שלושת הכדורים באופן שווה. על ידי משיכת הידית, הכדורים פוגעים בכביש באותו זמן.
בדרך כלל האינטואיציה שלנו אומרת לנו שהכדור שהולך בדרך הישיר ביותר, כלומר המישור המשופע, יהיה המהיר ביותר וינצח. אבל לא הפיזיקה ולא החיים כל כך פשוטים. ראה בעצמך על ידי הרכבת המכשיר הניסיוני הזה. למי לעבוד. חומרים. פיסת דיקט מלבנית במידות 600 על 400 מילימטר או לוח שעם באותו גודל או פחות משני מטר של צינור פלסטיק שקוף בקוטר 10 מילימטרים, יריעת אלומיניום בעובי 1 מילימטר, חוט בקוטר 2 מילימטרים. , שלושה כדורים זהים שחייבים לנוע בחופשיות בתוך הצינורות. אתה יכול להשתמש בכדורי פלדה מיסבים שבורים, כדור עופרת או כדורי רובה ציד, בהתאם לקוטר הפנימי של הצינור שלך. נתלה את המכשיר שלנו על הקיר ולשם כך אנחנו צריכים שני מחזיקים עליהם לתלות תמונות. אתה יכול לקנות או להכין ידיות חוט במו ידיך מאיתנו.
כלי עבודה. מסור, סכין חדה, אקדח דבק חם, מקדחה, חותך מתכת, פלייר, עיפרון, פנצ'ר, מקדחה, קובץ עץ ודרמל מה שמקל מאוד על העבודה. בסיס. על הנייר, נצייר את שלושת מסלולי הנסיעה החזויים בקנה מידה של 1: 1 לפי הציור במכתבנו. הראשון ישר. קטע של המעגל השני. המסלול השלישי הוא ציקלואידים. אנחנו יכולים לראות את זה בתמונה. את השרטוט הנכון של המסלולים צריך לשרטט מחדש על לוח הבסיס, כדי שנדע בהמשך היכן להדביק את הצינורות שיהפכו למסלולי הכדורים.
מסלולי כדורים. צינורות פלסטיק צריכים להיות שקופים, אפשר לראות איך הכדורים שלנו נעים בהם. צינורות פלסטיק זולים וקל למצוא בחנות. אנו נחתוך את אורכי הצינורות הנדרשים, כ-600 מילימטרים, ולאחר מכן נקצר אותם מעט, תוך התאמה וננסה את הפרויקט שלך.
תמיכה בהתחלה במעקב. בגוש עץ בגודל 80x140x15 מילימטר, קדחו שלושה חורים בקוטר צינורות. החור אליו אנו תוקעים את המסלול הראשון, כלומר. המתאר אחידות, יש לנסר ולעצב כפי שמוצג בתמונה. העובדה היא שהצינור אינו מתכופף בזווית ישרה ונוגע בצורת המטוס ככל האפשר. גם הצינור עצמו נחתך בזווית שהוא יוצר. הדביקו את הצינורות המתאימים לכל החורים הללו בבלוק.
מכונת טעינה. מיריעת אלומיניום בעובי 1 מ"מ גזרנו שני מלבנים עם מידות, כפי שמוצג בשרטוט. בראשון ובשני קודחים שלושה חורים בקוטר 7 מילימטרים בקואקסיאלית באותו סידור כמו שנקדחו החורים בסרגל העץ המהווה את תחילת המסילות. חורים אלו יהיו הקינים ההתחלתיים לכדורים. קדחו חורים בצלחת השנייה בקוטר של 12 מילימטרים. הדביקו פיסות מתכת מלבניות קטנות לקצוות הקיצוניים של הצלחת התחתונה ואליהם של הצלחת העליונה עם חורים קטנים יותר. בואו נדאג ליישור האלמנטים הללו. הלוח המרכזי בגודל 45 על 60 מ"מ חייב להתאים בין הלוח העליון והתחתון ולהיות מסוגל להחליק כדי לכסות ולפתוח את החורים. לוחות קטנים המודבקים ללוחות התחתונים והעליונים יגבילו את התנועה הצידית של הלוח המרכזי כך שתוכל לנוע ימינה ושמאלה עם תנועת הידית. אנו קודחים חור בצלחת זו, הנראה בשרטוט, שאליו תונח המנוף.
מנוף. נכופף אותו מחוט בקוטר של 2 מילימטרים. ניתן להשיג חוט בקלות על ידי חיתוך אורך של 150 מ"מ ממתלה החוט. בדרך כלל אנחנו מקבלים קולב כזה יחד עם בגדים נקיים מהכביסה, והוא הופך למקור מצוין לחוט ישר ועבה למטרותינו. כופפו קצה אחד של החוט בזווית ישרה במרחק של 15 מילימטרים. את הקצה השני ניתן לאבטח על ידי הנחת ידית עץ עליו.
תמיכת מנוף. הוא עשוי מבלוק בגובה 30x30x35 מילימטרים. במרכז הבלוק, אנו קודחים חור עיוור בקוטר של 2 מילימטרים, שבו יפעל קצה הידית. סוֹף. לבסוף, אנחנו חייבים איכשהו לתפוס את הביצים. כל זחל מסתיים באחיזה. הם נחוצים כדי שלא נחפש כדורים בכל החדר לאחר כל שלב במשחק. את הלכידה נבצע מחתיכת צינור של 50 מ"מ. בצד אחד, חתוך את הצינור בזווית כדי ליצור קיר ארוך יותר שהכדור יפגע בו כדי להשלים את המסלול. בקצה השני של הצינור חותכים חריץ שאליו נציב את לוחית השסתום. הצלחת לא תאפשר לכדור ליפול ללא שליטה בשום מקום. מצד שני, ברגע שנשלוף את הצלחת, הכדור עצמו ייפול לידיים שלנו.
הרכבת המכשיר. בפינה הימנית העליונה של הלוח, בתחילת המסומן של כל המסלולים, מדביקים את גוש העץ שלנו בו הדבקנו את הצינורות לבסיס. הדביקו את הצינורות בדבק חם ללוח לפי הקווים המשורטטים. השביל הציקלואידי הרחוק ביותר מפני השטח של הלוח נתמך לאורכו הממוצע על ידי מוט עץ בגובה 35 מ"מ.
הדביקו את לוחות החורים לבלוק התמיכה של המסילה העליונה כך שישתלבו בחורים בגוש העץ ללא טעות. אנו מכניסים את הידית לתוך החור של הצלחת המרכזית ואחד לתוך המעטפת של מכונת ההתחלה. אנו מכניסים את קצה הידית לכרכרה וכעת נוכל לסמן את המקום בו יש להדביק את הכרכרה ללוח. המנגנון חייב לפעול בצורה כזו שכאשר הידית מסובבת שמאלה, כל החורים נפתחים. סמנו את המקום שנמצא בעיפרון ולבסוף הדביקו את התמיכה בדבק חם.
כֵּיף. אנחנו תולים על הקיר את מסלול המירוצים ובמקביל מכשיר מדעי. כדורים באותו משקל וקוטר מונחים במקומות ההתחלה שלהם. סובב את ההדק שמאלה והכדורים יתחילו לנוע באותו זמן. האם חשבנו שהכדור המהיר ביותר בקו הסיום יהיה זה במסלול הקצר ביותר של 500 מ"מ? האינטואיציה שלנו הכשילה אותנו. כאן זה לא כך. היא שלישית בקו הסיום. באופן מפתיע, זה נכון.
הכדור המהיר ביותר הוא זה שנע לאורך מסלול ציקלואידי, למרות שהמסלול שלו הוא 550 מילימטרים, והשני הוא זה שנע לאורך קטע מעגל. איך קרה שבנקודת ההתחלה לכל הכדורים הייתה אותה מהירות? עבור כל הכדורים, אותו הפרש אנרגיה פוטנציאלי הומר לאנרגיה קינטית. המדע יגיד לנו מהיכן מגיע ההבדל בזמני הסיום.
הוא מסביר את ההתנהגות הזו של הכדורים בסיבות דינמיות. הכדורים נתונים לכוחות מסוימים, הנקראים כוחות תגובה, הפועלים על הכדורים מצדי המסילה. המרכיב האופקי של כוח התגובה הוא, בממוצע, הגדול ביותר עבור ציקלואיד. זה גם גורם לתאוצה האופקית הממוצעת הגדולה ביותר של אותו כדור. עובדה מדעית היא שמכל העיקולים המחברים כל שתי נקודות של זיעת הכבידה, זמן הנפילה של הציקלואיד הוא הקצר ביותר. אתה יכול לדון בשאלה המעניינת הזו באחד משיעורי הפיזיקה. אולי זה יניח בצד את אחד הדפים הנוראים.
