Състезания с топка
Този път ви предлагам да направите прост, но ефективен уред за класната стая по физика. Ще бъде състезание с топка. Друго предимство на дизайна на пистата е, че виси на стената, без да заема много място и винаги е готов да покаже състезателното изживяване. Три топки тръгват едновременно от точки, разположени на една и съща височина. Специално проектирана ракета-носител ще ни помогне в това. Топките ще вървят по три различни пътя.
Устройството изглежда като дъска, окачена на стената. На дъската са залепени три прозрачни тръби, пътеките, по които ще се движат топките. Първата лента е най-късата и има формата на конвенционална наклонена равнина. Вторият е кръговият сегмент. Третата лента е под формата на фрагмент от циклоид. Всеки знае какво е кръг, но не знае как изглежда и откъде идва циклоидата. Позволете ми да ви напомня, че циклоидата е крива, начертана от фиксирана точка по окръжност, търкаляща се по права линия без приплъзване.
Нека си представим, че поставяме бяла точка върху гумата на велосипед и молим някой да бутне мотора или да го кара много бавно по права линия, но засега ще наблюдаваме движението на точката. Пътят на точката, прикрепена към автобуса, ще заобиколи циклоидата. Не е необходимо да правите този експеримент, защото на фигурата вече можем да видим циклоидата, нанесена на картата и всички ленти, предназначени за бягане на топките. За да бъдем честни по отношение на началната точка, ще изградим прост стартер с лост, който ще стартира и трите топки равномерно. Като дърпате лоста, топките се удрят в пътя едновременно.
Обикновено нашата интуиция ни казва, че топката, която следва най-прекия път, тоест наклонената равнина, ще бъде най-бърза и ще спечели. Но нито физиката, нито животът са толкова прости. Убедете се сами, като сглобите това експериментално устройство. Кой да работи. Материали. Правоъгълно парче шперплат с размери 600 на 400 милиметра или коркова плоча със същия размер или по-малко от два метра прозрачна пластмасова тръба с диаметър 10 милиметра, алуминиев лист с дебелина 1 милиметър, тел с диаметър 2 милиметра. , три еднакви топки, които трябва да се движат свободно вътре в тръбите. Можете да използвате счупени носещи стоманени топки, оловни сачми или топки за пушка, в зависимост от вътрешния диаметър на вашата тръба. Ще окачим нашето устройство на стената и за това се нуждаем от два държача, на които да закачим снимки. Можете да закупите или направите телени дръжки със собствените си ръце от нас.
Инструменти. Трион, остър нож, пистолет за горещо лепило, бормашина, нож за ламарина, клещи, молив, перфоратор, бормашина, пила за дърво и дремел, което прави работата много лесна. База. На хартия ще начертаем предвидените три маршрута за пътуване в мащаб 1: 1 според чертежа в нашето писмо. Първият е прав. Сегмент от втория кръг. Третият маршрут е циклоиден. Виждаме го на снимката. Правилният чертеж на пистите трябва да се преначертае върху основната дъска, за да знаем по-късно къде да залепим тръбите, които ще станат пистите на топките.
Пътеки за топка. Пластмасовите тръби трябва да са прозрачни, можете да видите как се движат нашите топки в тях. Пластмасовите тръби са евтини и лесни за намиране в магазина. Ние ще отрежем необходимите дължини на тръбите, приблизително 600 милиметра, и след това ще ги скъсим малко, като монтираме и пробваме по вашия проект.
Поддръжка за стартиране на проследяване. В дървен блок с размери 80x140x15 милиметра пробийте три отвора с диаметър на тръбите. Дупката, в която забиваме първата писта, т.е. изобразяващи равномерност, трябва да бъдат изрязани и оформени, както е показано на снимката. Факт е, че тръбата не се огъва под прав ъгъл и докосва формата на равнината колкото е възможно повече. Самата тръба също се нарязва под ъгъла, който образува. Залепете съответните тръби във всички тези дупки в блока.
товарна машина. От алуминиев лист с дебелина 1 мм изрязваме два правоъгълника с размери, както е показано на чертежа. В първия и втория пробиваме три дупки с диаметър 7 милиметра коаксиално със същото разположение, както бяха пробити дупките в дървената пръчка, която представлява началото на коловозите. Тези дупки ще бъдат изходните гнезда за топките. Пробийте дупки във втората плоча с диаметър 12 милиметра. Залепете малки правоъгълни парчета ламарина към крайните ръбове на долната плоча и към тях на горната плоча с по-малки отвори. Нека се погрижим за подравняването на тези елементи. Централната плоча с размери 45 x 60 mm трябва да пасне между горната и долната плочи и да може да се плъзга, за да покрие и отвори отворите. Малки плаки, залепени към долната и горната плоча, ще ограничат страничното движение на централната плоча, така че тя да може да се движи наляво и надясно с движението на лоста. В тази плоча, видима на чертежа, пробиваме дупка, в която ще бъде поставен лостът.
лост на рамото. Ще го огънем от тел с диаметър 2 милиметра. Телът може лесно да се получи, като се отреже дължина от 150 мм от телената закачалка. Обикновено получаваме такава закачалка заедно с чисти дрехи от прането и тя става отличен източник на права и дебела тел за нашите цели. Огънете единия край на жицата под прав ъгъл на разстояние 15 милиметра. Другият край може да бъде закрепен, като върху него поставите дървена дръжка.
Опора на лоста. Изработен е от блок с височина 30х30х35 милиметра. В центъра на блока пробиваме сляпа дупка с диаметър 2 милиметра, в която ще работи върхът на лоста. Край. Накрая трябва по някакъв начин да хванем топките. Всяка гъсеница завършва с хватка. Те са необходими, за да не търсим топки из цялата стая след всеки етап от играта. Ще направим захващането от 50 мм парче тръба. От едната страна изрежете тръбата под ъгъл, за да създадете по-дълга стена, която топката ще удари, за да завърши маршрута. В другия край на тръбата изрежете процеп, в който ще поставим пластината на клапана. Плочата няма да позволи на топката да изпадне от контрол навсякъде. От друга страна, щом извадим чинията, самата топка ще попадне в ръцете ни.
Инсталиране на устройството. В горния десен ъгъл на дъската, в маркираното начало на всички писти, залепете нашия дървен блок, в който залепихме тръбите към основата. Залепете тръбите с горещо лепило към дъската според начертаните линии. Най-отдалечената от повърхността на плочата циклоидна пътека се поддържа по средната й дължина от дървена греда с височина 35 mm.
Залепете плочите за дупки към горния опорен блок на коловоза, така че да паснат в дупките в дървения блок без грешка. Вкарваме лоста в отвора на централната плоча и един в корпуса на стартовата машина. Вкарваме края на лоста в каретата и сега можем да маркираме мястото, където каретата трябва да бъде залепена към дъската. Механизмът трябва да работи по такъв начин, че когато лостът се завърти наляво, всички отвори се отварят. Маркирайте намереното място с молив и накрая залепете опората с горещо лепило.
шега. Окачваме състезателната писта и в същото време научно устройство на стената. На изходните им места се поставят топки с еднакво тегло и диаметър. Завъртете спусъка наляво и топките ще започнат да се движат едновременно. Мислехме ли, че най-бързата топка на финалната линия ще бъде тази на най-късата писта от 500 мм? Интуицията ни подведе. Тук не е така. Тя е трета на финала. Изненадващо, това е вярно.
Най-бързата топка е тази, която се движи по циклоиден път, въпреки че пътят й е 550 милиметра, а другата е тази, която се движи по отсечка от окръжност. Как се случи така, че в началната точка всички топки имат еднаква скорост? За всички топки една и съща разлика в потенциалната енергия се преобразува в кинетична енергия. Науката ще ни каже откъде идва разликата в крайните времена.
Той обяснява това поведение на топките с динамични причини. Топките са подложени на определени сили, наречени сили на реакция, действащи върху топките от страната на пистите. Хоризонталната компонента на реакционната сила е средно най-голямата за циклоида. Той също така причинява най-голямото средно хоризонтално ускорение на тази топка. Научен факт е, че от всички криви, свързващи две точки на гравитационната пот, времето на падане на циклоидата е най-краткото. Можете да обсъдите този интересен въпрос на един от уроците по физика. Може би това ще остави настрана една от ужасните страници.
