Boldløb
Denne gang foreslår jeg, at du laver en enkel, men effektiv enhed til fysikklassen. Det bliver et boldløb. En anden fordel ved banedesignet er, at den hænger på væggen uden at fylde meget og altid er klar til at vise raceroplevelsen frem. Tre bolde starter samtidigt fra punkter placeret i samme højde. En specialdesignet løfteraket vil hjælpe os med dette. Boldene løber langs tre forskellige stier.
Enheden ligner en tavle, der hænger på væggen. Tre gennemsigtige rør er limet til brættet, de stier, hvormed boldene vil bevæge sig. Den første strimmel er den korteste og har form som et konventionelt skråplan. Det andet er cirkelsegmentet. Det tredje bånd er i form af et fragment af en cycloid. Alle ved, hvad en cirkel er, men de ved ikke, hvordan den ser ud, og hvor cykloiden kommer fra. Lad mig minde dig om, at en cykloid er en kurve tegnet af et fast punkt langs en cirkel, der ruller langs en lige linje uden at glide.
Lad os forestille os, at vi sætter en hvid prik på dækket af en cykel og beder nogen om at skubbe cyklen eller køre den meget langsomt i en lige linje, men indtil videre vil vi observere prikkens bevægelse. Stien til det punkt, der er knyttet til bussen, vil omgive cykloiden. Du behøver ikke at lave dette eksperiment, for på figuren kan vi allerede se cykloiden plottet på kortet og alle de baner, der er beregnet til, at boldene kan løbe. For at være retfærdig på udgangspunktet bygger vi en simpel håndtagsstarter, der starter alle tre bolde ligeligt. Ved at trække i håndtaget rammer boldene samtidig vejen.
Normalt fortæller vores intuition os, at den bold, der følger den mest direkte vej, det vil sige skråplanet, vil være den hurtigste og vinde. Men hverken fysik eller livet er så enkelt. Se selv ved at samle denne eksperimentelle enhed. Hvem skal arbejde. Materialer. Et rektangulært stykke krydsfiner, der måler 600 gange 400 millimeter eller korkplade af samme størrelse eller mindre end to meter gennemsigtigt plastrør med en diameter på 10 millimeter, aluminiumsplade 1 millimeter tyk, tråd med en diameter på 2 millimeter. , tre identiske bolde, der skal bevæge sig frit inde i rørene. Du kan bruge knækkede stålkugler, blyhagl eller haglkugler, afhængigt af rørets indvendige diameter. Vi vil hænge vores enhed på væggen, og til dette har vi brug for to holdere, som vi kan hænge billeder på. Du kan købe eller lave trådhåndtag med dine egne hænder hos os.
Værktøj. Sav, skarp kniv, limpistol, boremaskine, pladeskærer, tænger, blyant, hulmaskine, boremaskine, træfil og dremel som gør arbejdet meget nemt. Grundlag. På papir vil vi tegne de forudsagte tre rejseruter i en skala fra 1:1 ifølge tegningen i vores brev. Den første er lige. Segment af den anden cirkel. Den tredje rute er cykloider. Vi kan se det på billedet. Den korrekte tegning af sporene skal tegnes om på bundpladen, så vi senere ved, hvor vi skal lime de rør, der bliver til kuglernes spor.
Boldbaner. Plastrør skal være gennemsigtige, du kan se, hvordan vores bolde bevæger sig i dem. Plastrør er billige og nemme at finde i butikken. Vi skærer de nødvendige længder af rør, cirka 600 millimeter, og afkorter dem derefter lidt, så de passer og afprøver dit projekt.
Spor start støtte. I en træklods, der måler 80x140x15 millimeter, bor du tre huller med en diameter af rør. Hullet, som vi stikker det første spor i, dvs. der viser jævnhed, skal saves og formes som vist på billedet. Faktum er, at røret ikke bøjer i en ret vinkel og rører flyets form så meget som muligt. Selve røret er også skåret i den vinkel det danner. Lim de passende rør ind i alle disse huller i blokken.
læssemaskine. Fra en 1 mm tyk aluminiumsplade skærer vi to rektangler ud med dimensioner, som vist på tegningen. I den første og anden borer vi tre huller med en diameter på 7 millimeter koaksialt med samme arrangement, som hullerne blev boret i træstangen, der udgør begyndelsen af sporene. Disse huller vil være startrederne for boldene. Bor huller i den anden plade med en diameter på 12 millimeter. Lim små rektangulære stykker metalplade til de yderste kanter af bundpladen og til dem på toppladen med mindre huller. Lad os tage os af justeringen af disse elementer. 45 x 60 mm centerpladen skal passe mellem top- og bundpladen og kunne glide for at dække og åbne hullerne. Små plader limet til bund- og toppladerne vil begrænse midterpladens sideværts bevægelse, så den kan bevæge sig til venstre og højre med grebets bevægelse. Vi borer et hul i denne plade, synlig på tegningen, hvori håndtaget skal placeres.
løftestang. Vi vil bøje det fra en ledning med en diameter på 2 millimeter. Tråd kan nemt fås ved at skære en længde på 150 mm fra trådophænget. Normalt får vi sådan en bøjle sammen med rent tøj fra vask, og det bliver en fremragende kilde til lige og tyk wire til vores formål. Bøj den ene ende af ledningen i en ret vinkel i en afstand på 15 millimeter. Den anden ende kan sikres ved at sætte et træhåndtag på den.
Armstøtte. Den er lavet af en blok, der måler 30x30x35 millimeter høj. I midten af blokken borer vi et blindt hul med en diameter på 2 millimeter, hvor spidsen af håndtaget vil fungere. Ende. Endelig skal vi på en eller anden måde fange boldene. Hver larve ender med et greb. De er nødvendige, så vi ikke leder efter bolde i hele lokalet efter hver fase af spillet. Vi laver fangsten fra et 50 mm stykke rør. På den ene side skal du skære røret i en vinkel for at skabe en længere væg, som bolden vil ramme for at fuldføre ruten. I den anden ende af røret skærer du en spalte, hvori vi placerer ventilpladen. Pladen vil ikke tillade bolden at falde ud af kontrol nogen steder. På den anden side, så snart vi trækker pladen ud, vil selve bolden falde i vores hænder.
Montering af enheden. I øverste højre hjørne af brættet, i den markerede begyndelse af alle spor, limer du vores træklods, hvori vi limede rørene til bunden. Lim rørene med varmlim til pladen efter de tegnede linjer. Den cykloidale sti, der er længst væk fra pladens overflade, understøttes langs sin gennemsnitlige længde af en træklods, der er 35 mm høj.
Lim hulpladerne til den øverste skinnestøtteklods, så de fejlfrit passer ind i hullerne i træklodsen. Vi indsætter håndtaget i hullet på den centrale plade og en ind i kabinettet til startmaskinen. Vi sætter enden af håndtaget ind i vognen og nu kan vi markere det sted, hvor vognen skal limes til brættet. Mekanismen skal fungere på en sådan måde, at alle huller åbnes, når håndtaget drejes til venstre. Marker det fundne sted med en blyant og lim til sidst støtten med varm lim.
Sjov. Vi hænger racerbanen og samtidig et videnskabeligt apparat på væggen. Bolde med samme vægt og diameter placeres på deres startpladser. Drej aftrækkeren til venstre, og kuglerne vil begynde at bevæge sig på samme tid. Troede vi, at den hurtigste bold ved målstregen ville være den på den korteste 500 mm bane? Vores intuition svigtede os. Her er det ikke sådan. Hun er nummer tre på målstregen. Overraskende nok er det sandt.
Den hurtigste bold er den, der bevæger sig langs en cykloidal sti, selvom dens bane er 550 millimeter, og den anden er den, der bevæger sig langs et segment af en cirkel. Hvordan gik det til, at alle bolde ved udgangspunktet havde samme hastighed? For alle bolde blev den samme potentielle energiforskel omdannet til kinetisk energi. Videnskaben vil fortælle os, hvor forskellen i sluttider kommer fra.
Han forklarer denne adfærd af boldene med dynamiske årsager. Kuglerne er udsat for visse kræfter, kaldet reaktionskræfter, der virker på boldene fra siden af sporene. Den vandrette komponent af reaktionskraften er i gennemsnit den største for en cykloid. Det forårsager også den største gennemsnitlige vandrette acceleration af den bold. Det er en videnskabelig kendsgerning, at af alle de kurver, der forbinder to punkter i gravitationssveden, er faldtiden for cycloiden den korteste. Du kan diskutere dette interessante spørgsmål på en af fysiktimerne. Måske vil dette tilsidesætte en af de forfærdelige sider.
