Labdaverseny

Ezúttal azt javaslom, hogy készíts egy egyszerű, de hatékony eszközt a fizika tanterembe. Labdaverseny lesz. A pálya kialakításának másik előnye, hogy a falon lóg anélkül, hogy sok helyet foglalna, és mindig készen áll a versenyzés élményének bemutatására. Három golyó egyszerre indul az azonos magasságban lévő pontokból. Ebben egy speciálisan kialakított hordozórakéta lesz segítségünkre. A labdák három különböző úton futnak majd.

A készülék úgy néz ki, mint egy falon lógó tábla. A táblára három átlátszó cső van ragasztva, amelyeken a golyók mozognak. Az első csík a legrövidebb, és hagyományos ferde sík alakú. A második a körszakasz. A harmadik sáv egy cikloid töredéke. Mindenki tudja, mi az a kör, de nem tudják, hogy néz ki és honnan származik a cikloid. Hadd emlékeztesselek arra, hogy a cikloid egy fix pont által körvonal mentén rajzolt görbe, amely csúszás nélkül gördül egy egyenes mentén.

Képzeljük el, hogy egy kerékpár abroncsára teszünk egy fehér pontot, és megkérünk valakit, hogy tolja a biciklit, vagy nagyon lassan haladjon vele egyenesen, de egyelőre figyeljük a pont mozgását. A buszhoz csatolt pont útja körülveszi a cikloidot. Ezt a kísérletet nem kell elvégezni, mert az ábrán már láthatjuk a térképen ábrázolva a cikloidot és az összes, a labdák futására szánt sávot. Az igazságosság kedvéért egy egyszerű emelőkaros indítót építünk, amely mindhárom labdát egyenletesen indítja el. A kart meghúzva a golyók egyszerre értek az úton.

Általában az intuíciónk azt súgja, hogy az a labda lesz a leggyorsabb és nyer, amelyik a legközvetlenebb utat követi, vagyis a ferde síkot. De sem a fizika, sem az élet nem ilyen egyszerű. Győződjön meg saját szemével ennek a kísérleti eszköznek az összeszerelésével. Kinek dolgozni. Anyagok. 600 x 400 milliméter méretű, téglalap alakú rétegelt lemezdarab vagy azonos méretű vagy két méternél kisebb parafalemez 10 milliméter átmérőjű átlátszó műanyag cső, 1 milliméter vastag alumíniumlemez, 2 milliméter átmérőjű huzal. , három egyforma golyó, amelyeknek szabadon kell mozogniuk a csövek belsejében. A cső belső átmérőjétől függően használhat törött csapágyacél golyókat, ólomlövést vagy puskagolyókat. A készülékünket a falra akasztjuk és ehhez két tartóra van szükségünk, amire képeket rögzíthetünk. Nálunk drótfogantyúkat vásárolhat vagy készíthet saját kezűleg.

Tools. Fűrész, éles kés, forró ragasztópisztoly, fúró, lemezvágó, fogó, ceruza, lyukasztó, fúró, fareszelő és dremel, amelyek nagyon megkönnyítik a munkát. Bázis. A megjósolt három utazási útvonalat papíron 1:1 arányban sorsoljuk ki a levelünkben szereplő rajz szerint. Az első egyenes. A második kör szakasza. A harmadik út a cikloidok. A képen láthatjuk. A pályák helyes rajzát át kell rajzolni az alaplapra, hogy később tudjuk, hova kell ragasztani a golyók nyomvonalává váló csöveket.

Labdapályák. A műanyag csövek legyenek átlátszók, láthatjuk, hogyan mozognak bennük a golyóink. A műanyag csövek olcsók és könnyen megtalálhatók a boltban. Elvágjuk a szükséges hosszúságú csöveket, kb. 600 millimétert, majd kicsit lerövidítjük, felszereljük és kipróbáljuk az Ön projektjét.

Pályaindítás támogatása. Egy 80x140x15 milliméter méretű fahasábban fúrjon három lyukat, amelyek átmérője csövek. A lyuk, amelybe az első pályát szúrjuk, i.e. egyenletességet ábrázoló, a képen látható módon kell fűrészelni és formázni. A helyzet az, hogy a cső nem hajlik derékszögben, és a lehető legnagyobb mértékben érinti a sík alakját. Magát a csövet is az általa kialakított szögben vágják. Ragasszuk be a megfelelő csöveket a blokkon lévő összes lyukba.

rakodógép. Egy 1 mm vastag alumíniumlapból kivágunk két mérettel rendelkező téglalapot a rajz szerint. Az elsőben és a másodikban három 7 milliméter átmérőjű lyukat fúrunk koaxiálisan, ugyanazzal az elrendezéssel, ahogyan a lyukakat a pályák kezdetét jelentő farúdba fúrták. Ezek a lyukak lesznek a golyók kezdőfészkei. Fúrjon 12 milliméter átmérőjű lyukakat a második lemezbe. Ragasszon kis téglalap alakú fémlemezdarabokat az alsó lemez szélső széleihez és a felső lemezhez kisebb lyukakkal. Gondoskodjunk ezeknek az elemeknek az összehangolásáról. A 45 x 60 mm-es középső lemeznek illeszkednie kell a felső és az alsó lemez közé, és el kell tudnia csúsztatni a lyukak lefedéséhez és kinyitásához. Az alsó és felső lemezekre ragasztott kis táblák korlátozzák a középső lemez oldalirányú mozgását, így az a kar mozgásával balra és jobbra tud mozogni. Ebbe a lemezbe a rajzon látható lyukat fúrunk, amibe a kart behelyezzük.

emelőkar. 2 milliméter átmérőjű huzalból hajlítjuk. A huzalt könnyen beszerezheti, ha 150 mm-es hosszt levág a huzalakasztóról. Általában tiszta ruhákkal együtt kapunk egy ilyen vállfát a mosásból, és kiváló forrása lesz az egyenes és vastag drótnak a céljainkra. Hajlítsa meg a huzal egyik végét derékszögben 15 milliméter távolságban. A másik vége egy fa fogantyúval rögzíthető.

Kartámasz. 30x30x35 milliméter magas tömbből készült. A blokk közepén 2 milliméter átmérőjű zsákfuratot fúrunk, amelyben a kar hegye fog működni. Vége. Végül valahogy el kell kapnunk a labdákat. Minden hernyó markolattal végződik. Azért van rájuk szükség, hogy a játék minden szakasza után ne a teremben keressük a labdákat. A befogást 50 mm-es csődarabból készítjük. Az egyik oldalon vágja le a csövet ferdén, hogy hosszabb falat hozzon létre, amelyet a labda eltalál az útvonal befejezéséhez. A cső másik végén vágjunk egy nyílást, amelybe a szeleplemezt helyezzük. A lemez nem engedi, hogy a labda valahol kicsússzon az irányítás alól. Másrészt, amint kihúzzuk a tányért, maga a labda a kezünkbe kerül.

A készülék felszerelése. A tábla jobb felső sarkában az összes pálya megjelölt elejére ragasszuk fel a fablokkunkat, amelyben a csöveket ragasztottuk az alapra. A csöveket forró ragasztóval ragasszuk a táblára a húzott vonalak szerint. A födém felületétől legtávolabbi cikloidális utat átlagos hosszában egy 35 mm magas farúd támasztja alá.

Ragassza fel a furatlemezeket a felső síntartó blokkra úgy, hogy azok hiba nélkül illeszkedjenek a fatömb furataiba. A kart behelyezzük a központi lemez furatába, egyet pedig az indítógép burkolatába. A kar végét beillesztjük a kocsiba, és most már kijelölhetjük azt a helyet, ahol a kocsit a deszkára kell ragasztani. A mechanizmusnak úgy kell működnie, hogy a kart balra fordítva minden lyuk kinyíljon. Ceruzával jelöljük be a talált helyet, végül forró ragasztóval ragasszuk fel a tartót.

Móka. Felakasztjuk a falra a versenypályát és egyben egy tudományos eszközt. Azonos súlyú és átmérőjű labdákat helyeznek kiindulási helyükre. Fordítsa el a ravaszt balra, és a golyók egyszerre indulnak el. Gondoltuk volna, hogy a legrövidebb, 500 mm-es pályán lévő labda a célegyenesben lesz a leggyorsabb? Az intuíciónk cserbenhagyott minket. Itt nem így van. Harmadik a célegyenesben. Meglepő módon igaz.

A leggyorsabb az a golyó, amelyik cikloid pályán mozog, bár az útja 550 milliméter, a másik pedig az, amelyik egy körszakasz mentén mozog. Hogyan történhetett meg, hogy a kiindulási pontnál minden golyó egyforma sebességű volt? Minden golyó esetében ugyanazt a potenciális energia különbséget alakították át mozgási energiává. A tudomány meg fogja mondani, honnan ered a befejezési idők közötti különbség.

A labdák ezt a viselkedését dinamikus okokkal magyarázza. A golyókra bizonyos erők, úgynevezett reakcióerők vannak kitéve, amelyek a pályák oldaláról hatnak a golyókra. A reakcióerő vízszintes összetevője átlagosan a legnagyobb cikloid esetén. Ez okozza a labda legnagyobb átlagos vízszintes gyorsulását is. Tudományos tény, hogy a gravitációs izzadság bármely két pontját összekötő görbék közül a cikloid esési ideje a legrövidebb. Ezt az érdekes kérdést megbeszélheti valamelyik fizikaórán. Talán ez félreteszi az egyik szörnyű oldalt.