Αγώνες μπάλας

Αυτή τη φορά σας προτείνω να φτιάξετε μια απλή αλλά αποτελεσματική συσκευή για την τάξη της φυσικής. Θα είναι αγώνας με μπάλα. Ένα άλλο πλεονέκτημα του σχεδιασμού της πίστας είναι ότι κρέμεται στον τοίχο χωρίς να πιάνει πολύ χώρο και είναι πάντα έτοιμο να αναδείξει την αγωνιστική εμπειρία. Τρεις μπάλες ξεκινούν ταυτόχρονα από σημεία που βρίσκονται στο ίδιο ύψος. Ένα ειδικά σχεδιασμένο όχημα εκτόξευσης θα μας βοηθήσει σε αυτό. Οι μπάλες θα τρέξουν σε τρία διαφορετικά μονοπάτια.

Η συσκευή μοιάζει με σανίδα που κρέμεται στον τοίχο. Τρεις διαφανείς σωλήνες είναι κολλημένοι στον πίνακα, τα μονοπάτια κατά μήκος των οποίων θα κινηθούν οι μπάλες. Η πρώτη λωρίδα είναι η πιο κοντή και έχει το σχήμα ενός συμβατικού κεκλιμένου επιπέδου. Το δεύτερο είναι το τμήμα κύκλου. Η τρίτη ζώνη έχει τη μορφή θραύσματος κυκλοειδούς. Όλοι γνωρίζουν τι είναι κύκλος, αλλά δεν ξέρουν πώς μοιάζει και από πού προέρχεται το κυκλοειδές. Επιτρέψτε μου να σας υπενθυμίσω ότι ένα κυκλοειδές είναι μια καμπύλη που χαράσσεται από ένα σταθερό σημείο κατά μήκος ενός κύκλου, που κυλίεται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής χωρίς να γλιστράει.

Ας φανταστούμε ότι βάζουμε μια λευκή κουκκίδα στο ελαστικό ενός ποδηλάτου και ζητάμε από κάποιον να σπρώξει το ποδήλατο ή να το οδηγήσει πολύ αργά σε ευθεία γραμμή, αλλά προς το παρόν θα παρατηρήσουμε την κίνηση της κουκκίδας. Η διαδρομή του σημείου που συνδέεται με το λεωφορείο θα περιβάλλει τον κυκλοειδή. Δεν χρειάζεται να κάνετε αυτό το πείραμα, γιατί στο σχήμα μπορούμε ήδη να δούμε το κυκλοειδές που απεικονίζεται στον χάρτη και όλες τις λωρίδες που προορίζονται για να τρέξουν οι μπάλες. Για να είμαστε δίκαιοι στο σημείο εκκίνησης, θα κατασκευάσουμε έναν απλό μοχλό εκκίνησης που θα ξεκινά ομοιόμορφα και τις τρεις μπάλες. Τραβώντας το μοχλό, οι μπάλες έπεσαν στο δρόμο ταυτόχρονα.

Συνήθως η διαίσθησή μας λέει ότι η μπάλα που ακολουθεί την πιο άμεση διαδρομή, δηλαδή το κεκλιμένο επίπεδο, θα είναι η πιο γρήγορη και θα κερδίσει. Αλλά ούτε η φυσική ούτε η ζωή είναι τόσο απλά. Δείτε μόνοι σας συναρμολογώντας αυτήν την πειραματική συσκευή. Ποιος να δουλέψει. Υλικά. Ένα ορθογώνιο κομμάτι κόντρα πλακέ διαστάσεων 600 επί 400 χιλιοστά ή σανίδα από φελλό ίδιου μεγέθους ή λιγότερο από δύο μέτρα διαφανής πλαστικός σωλήνας διαμέτρου 10 χιλιοστών, φύλλο αλουμινίου πάχους 1 χιλιοστού, σύρμα διαμέτρου 2 χιλιοστών. , τρεις ίδιες μπάλες που πρέπει να κινούνται ελεύθερα μέσα στους σωλήνες. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε σπασμένες χαλύβδινες μπάλες ρουλεμάν, μολυβένιες σφαίρες ή σφαίρες κυνηγετικού όπλου, ανάλογα με την εσωτερική διάμετρο του σωλήνα σας. Θα κρεμάσουμε τη συσκευή μας στον τοίχο και για αυτό χρειαζόμαστε δύο θήκες στις οποίες θα κρεμάσουμε φωτογραφίες. Μπορείτε να αγοράσετε ή να φτιάξετε συρμάτινες λαβές με τα χέρια σας από εμάς.

Εργαλεία. Πριόνι, κοφτερό μαχαίρι, πιστόλι θερμής κόλλας, τρυπάνι, λαμαρίνα, πένσα, μολύβι, τρυπάνι, τρυπάνι, λίμα ξύλου και dremel που κάνει τη δουλειά πολύ εύκολη. Βάση. Σε χαρτί, θα σχεδιάσουμε τις τρεις προβλεπόμενες διαδρομές ταξιδιού σε κλίμακα 1: 1 σύμφωνα με το σχέδιο στην επιστολή μας. Το πρώτο είναι ίσιο. Τμήμα του δεύτερου κύκλου. Η τρίτη διαδρομή είναι τα κυκλοειδή. Μπορούμε να το δούμε στην εικόνα. Το σωστό σχέδιο των ιχνών πρέπει να ξανασχεδιαστεί στον βασικό πίνακα, ώστε αργότερα να ξέρουμε πού να κολλήσουμε τους σωλήνες που θα γίνουν οι ράγες των μπάλων.

Διαδρομές μπάλας. Οι πλαστικοί σωλήνες πρέπει να είναι διαφανείς, μπορείτε να δείτε πώς κινούνται οι μπάλες μας μέσα τους. Οι πλαστικοί σωλήνες είναι φθηνοί και εύκολο να βρεθούν στο κατάστημα. Θα κόψουμε τα απαιτούμενα μήκη σωλήνων, περίπου 600 χιλιοστά, και στη συνέχεια θα τους κοντύνουμε λίγο, προσαρμόζοντας και δοκιμάζοντας το έργο σας.

Υποστήριξη έναρξης παρακολούθησης. Σε ένα ξύλινο μπλοκ διαστάσεων 80x140x15 χιλιοστών, ανοίξτε τρεις τρύπες με διάμετρο σωλήνων. Η τρύπα στην οποία κολλάμε το πρώτο κομμάτι, δηλ. που απεικονίζει ομαλότητα, πρέπει να πριονιστεί και να διαμορφωθεί όπως φαίνεται στη φωτογραφία. Το γεγονός είναι ότι ο σωλήνας δεν λυγίζει σε ορθή γωνία και αγγίζει το σχήμα του αεροπλάνου όσο το δυνατόν περισσότερο. Ο ίδιος ο σωλήνας κόβεται επίσης στη γωνία που σχηματίζει. Κολλήστε τους κατάλληλους σωλήνες σε όλες αυτές τις τρύπες στο μπλοκ.

μηχανή φόρτωσης. Από ένα φύλλο αλουμινίου πάχους 1 mm, κόβουμε δύο ορθογώνια με διαστάσεις, όπως φαίνεται στο σχέδιο. Στην πρώτη και στη δεύτερη τρυπάμε ομοαξονικά τρεις τρύπες διαμέτρου 7 χιλιοστών με την ίδια διάταξη που ανοίχτηκαν οι τρύπες στην ξύλινη ράβδο που αποτελεί την αρχή των κομματιών. Αυτές οι τρύπες θα είναι οι αρχικές φωλιές για τις μπάλες. Ανοίξτε τρύπες στη δεύτερη πλάκα με διάμετρο 12 χιλιοστών. Κολλήστε μικρά ορθογώνια κομμάτια λαμαρίνας στις ακραίες άκρες της κάτω πλάκας και σε αυτές της επάνω πλάκας με μικρότερες τρύπες. Ας φροντίσουμε για την ευθυγράμμιση αυτών των στοιχείων. Η κεντρική πλάκα 45 x 60 mm πρέπει να χωράει ανάμεσα στην επάνω και την κάτω πλάκα και να μπορεί να ολισθαίνει για να καλύπτει και να ανοίγει τις τρύπες. Μικρές πλάκες κολλημένες στην κάτω και στην επάνω πλάκα θα περιορίσουν την πλευρική κίνηση της κεντρικής πλάκας έτσι ώστε να μπορεί να κινείται αριστερά και δεξιά με την κίνηση του μοχλού. Ανοίγουμε μια τρύπα σε αυτή την πλάκα, ορατή στο σχέδιο, στην οποία θα τοποθετηθεί ο μοχλός.

βραχίονας μοχλού. Θα το λυγίσουμε από ένα σύρμα διαμέτρου 2 χιλιοστών. Το σύρμα μπορεί να αποκτηθεί εύκολα κόβοντας ένα μήκος 150 mm από τη συρμάτινη κρεμάστρα. Συνήθως παίρνουμε μια τέτοια κρεμάστρα μαζί με καθαρά ρούχα από το πλύσιμο, και γίνεται μια εξαιρετική πηγή ίσιου και χοντρού σύρματος για τους σκοπούς μας. Λυγίστε το ένα άκρο του σύρματος σε ορθή γωνία σε απόσταση 15 χιλιοστών. Το άλλο άκρο μπορεί να ασφαλιστεί βάζοντας πάνω του μια ξύλινη λαβή.

Στήριγμα μοχλού. Είναι κατασκευασμένο από ένα μπλοκ διαστάσεων 30x30x35 χιλιοστών ύψους. Στο κέντρο του μπλοκ, ανοίγουμε μια τυφλή τρύπα με διάμετρο 2 χιλιοστών, στην οποία θα λειτουργήσει η άκρη του μοχλού. Τέλος. Τέλος, πρέπει με κάποιο τρόπο να πιάσουμε τις μπάλες. Κάθε κάμπια τελειώνει με μια λαβή. Χρειάζονται για να μην ψάχνουμε για μπάλες σε όλο το δωμάτιο μετά από κάθε στάδιο του παιχνιδιού. Θα κάνουμε τη σύλληψη από ένα κομμάτι σωλήνα 50 mm. Από τη μία πλευρά, κόψτε το σωλήνα υπό γωνία για να δημιουργήσετε ένα μακρύτερο τοίχωμα που θα χτυπήσει η μπάλα για να ολοκληρώσετε τη διαδρομή. Στην άλλη άκρη του σωλήνα κόβουμε μια σχισμή στην οποία θα τοποθετήσουμε την πλάκα της βαλβίδας. Η πλάκα δεν θα αφήσει την μπάλα να πέσει εκτός ελέγχου κάπου. Από την άλλη, μόλις βγάλουμε το πιάτο, η ίδια η μπάλα θα πέσει στα χέρια μας.

Τοποθέτηση της συσκευής. Στην επάνω δεξιά γωνία της σανίδας, στη σημαδεμένη αρχή όλων των κομματιών, κολλάμε το ξύλινο μπλοκ μας στο οποίο κολλήσαμε τα σωληνάκια στη βάση. Κολλήστε τους σωλήνες με ζεστή κόλλα στον πίνακα σύμφωνα με τις γραμμές που έχουν σχεδιαστεί. Η κυκλοειδής διαδρομή που βρίσκεται πιο μακριά από την επιφάνεια της πλάκας στηρίζεται στο μέσο μήκος της από ένα ξύλινο μπλοκ ύψους 35 mm.

Κολλήστε τις πλάκες οπών στο επάνω μπλοκ στήριξης της τροχιάς έτσι ώστε να χωρούν στις οπές του ξύλινου μπλοκ χωρίς σφάλματα. Εισάγουμε τον μοχλό στην τρύπα της κεντρικής πλάκας και έναν στο περίβλημα της μηχανής εκκίνησης. Εισάγουμε το άκρο του μοχλού στο καρότσι και τώρα μπορούμε να επισημάνουμε το σημείο όπου πρέπει να κολληθεί το φορείο στην σανίδα. Ο μηχανισμός πρέπει να λειτουργεί με τέτοιο τρόπο ώστε όταν ο μοχλός στρέφεται προς τα αριστερά, να ανοίγουν όλες οι τρύπες. Σημαδέψτε με ένα μολύβι το σημείο που βρέθηκε και τέλος κολλήστε το στήριγμα με ζεστή κόλλα.

Διασκέδαση. Κρεμάμε την πίστα και ταυτόχρονα μια επιστημονική συσκευή στον τοίχο. Μπάλες ίδιου βάρους και διαμέτρου τοποθετούνται στις αφετηρίες τους. Γυρίστε τη σκανδάλη προς τα αριστερά και οι μπάλες θα αρχίσουν να κινούνται ταυτόχρονα. Σκεφτήκαμε ότι η πιο γρήγορη μπάλα στη γραμμή τερματισμού θα ήταν αυτή στη συντομότερη πίστα των 500 mm; Η διαίσθησή μας μας απέτυχε. Εδώ δεν είναι έτσι. Είναι τρίτη στη γραμμή τερματισμού. Παραδόξως, είναι αλήθεια.

Η πιο γρήγορη μπάλα είναι αυτή που κινείται κατά μήκος μιας κυκλοειδούς διαδρομής, αν και η διαδρομή της είναι 550 χιλιοστά, και η άλλη είναι αυτή που κινείται κατά μήκος ενός τμήματος ενός κύκλου. Πώς συνέβη που στην αφετηρία όλες οι μπάλες είχαν την ίδια ταχύτητα; Για όλες τις μπάλες, η ίδια διαφορά δυναμικής ενέργειας μετατράπηκε σε κινητική ενέργεια. Η επιστήμη θα μας πει από πού προέρχεται η διαφορά στους χρόνους τερματισμού.

Εξηγεί αυτή τη συμπεριφορά των μπάλων με δυναμικούς λόγους. Οι μπάλες υπόκεινται σε ορισμένες δυνάμεις, που ονομάζονται δυνάμεις αντίδρασης, που δρουν στις μπάλες από την πλευρά των τροχιών. Η οριζόντια συνιστώσα της δύναμης αντίδρασης είναι, κατά μέσο όρο, η μεγαλύτερη για ένα κυκλοειδές. Προκαλεί επίσης τη μεγαλύτερη μέση οριζόντια επιτάχυνση αυτής της μπάλας. Είναι επιστημονικό γεγονός ότι από όλες τις καμπύλες που συνδέουν οποιαδήποτε δύο σημεία του βαρυτικού ιδρώτα, ο χρόνος πτώσης του κυκλοειδούς είναι ο μικρότερος. Μπορείτε να συζητήσετε αυτήν την ενδιαφέρουσα ερώτηση σε ένα από τα μαθήματα φυσικής. Ίσως αυτό να παραμερίσει μια από τις τρομερές σελίδες.