볼 레이싱

이번에는 물리학 수업을 위한 간단하지만 효과적인 장치를 만들 것을 제안합니다. 볼 레이스가 될 것입니다. 트랙 디자인의 또 다른 장점은 많은 공간을 차지하지 않고 벽에 걸 수 있으며 항상 레이싱 경험을 과시할 준비가 되어 있다는 것입니다. XNUMX개의 공은 같은 높이에 위치한 지점에서 동시에 시작합니다. 특별히 설계된 발사체가 이를 도와줄 것입니다. 공은 세 가지 다른 경로를 따라 실행됩니다.

이 장치는 벽에 걸린 보드처럼 보입니다. 세 개의 투명 튜브가 보드에 붙어 있으며 공이 움직이는 경로입니다. 첫 번째 스트립은 가장 짧고 일반적인 경사면 모양입니다. 두 번째는 서클 세그먼트입니다. 세 번째 밴드는 사이클로이드 조각의 형태입니다. 누구나 원이 무엇인지는 알지만 그것이 어떻게 생겼는지, 사이클로이드가 어디에서 오는지는 모릅니다. 사이클로이드는 고정된 점이 원을 따라 그린 곡선이며 미끄러지지 않고 직선을 따라 구르는 곡선임을 상기시켜 드립니다.

우리가 자전거 타이어에 흰색 점을 찍고 누군가에게 자전거를 밀거나 직선으로 아주 천천히 타라고 요청하지만 지금은 점의 움직임을 관찰한다고 상상해 봅시다. 버스에 부착된 지점의 경로는 사이클로이드를 둘러쌀 것입니다. 이 실험을 할 필요는 없습니다. 그림에서 우리는 이미 지도에 표시된 사이클로이드와 공이 달리도록 의도된 모든 레인을 볼 수 있기 때문입니다. 출발점에서 공평하게 하기 위해 세 개의 공을 모두 균등하게 시작하는 간단한 레버 스타터를 만들 것입니다. 레버를 당기면 공이 동시에 노면에 부딪힙니다.

보통 우리의 직감은 가장 직선적인 경로, 즉 경사면을 따라가는 공이 가장 빠르고 승리할 것이라고 알려줍니다. 그러나 물리학도 인생도 그렇게 단순하지 않습니다. 이 실험 장치를 조립하여 직접 확인하십시오. 일할 사람. 재료. 600 x 400mm 크기의 직사각형 합판 조각 또는 같은 크기 또는 10m 미만의 직경 1mm 투명 플라스틱 파이프, 두께 2mm 알루미늄 시트, 직경 XNUMXmm 와이어의 코르크 판. , 튜브 내에서 자유롭게 움직여야 하는 세 개의 동일한 공. 파이프의 내경에 따라 부러진 베어링 강구, 납 샷 또는 샷건 볼을 사용할 수 있습니다. 우리는 장치를 벽에 걸고 이를 위해 사진을 걸 수 있는 두 개의 홀더가 필요합니다. 우리에게서 직접 손으로 와이어 핸들을 사거나 만들 수 있습니다.

도구. 톱, 날카로운 칼, 열간 글루건, 드릴, 판금 절단기, 펜치, 연필, 천공기, 드릴, 나무 파일 및 작업을 매우 쉽게 해주는 드레멜. 베이스. 종이에 우리 편지의 그림에 따라 1:1 축척으로 예상되는 세 가지 여행 경로를 그릴 것입니다. 첫 번째는 직선입니다. 두 번째 원의 세그먼트. 세 번째 경로는 사이클로이드입니다. 그림에서 볼 수 있습니다. 트랙의 올바른 그림을 베이스 보드에 다시 그려야 나중에 볼의 트랙이 될 파이프를 어디에 붙일지 알 수 있습니다.

볼 레인. 플라스틱 튜브는 투명해야 공이 어떻게 움직이는지 볼 수 있습니다. 플라스틱 튜브는 저렴하고 상점에서 쉽게 찾을 수 있습니다. 우리는 약 600mm의 필요한 파이프 길이를 자른 다음 프로젝트에 맞게 시도하면서 약간 줄입니다.

트랙 시작 지원. 80x140x15mm 크기의 나무 블록에 튜브 직경의 구멍 XNUMX개를 뚫습니다. 첫 번째 트랙을 붙일 구멍, 즉 사진과 같이 톱질하고 모양을 잡아야 합니다. 사실 튜브는 직각으로 구부러지지 않고 가능한 한 평면의 모양에 닿습니다. 튜브 자체도 그것이 형성하는 각도로 절단됩니다. 블록의 모든 구멍에 적절한 튜브를 붙입니다.

로딩 머신. 1mm 두께의 알루미늄 시트에서 그림과 같이 치수가 있는 두 개의 직사각형을 잘라냅니다. 첫 번째와 두 번째는 트랙의 시작 부분을 구성하는 나무 막대에 구멍을 뚫은 것과 동일한 배열로 직경 7mm의 구멍 12개를 동축으로 뚫습니다. 이 구멍은 공의 시작 둥지가 될 것입니다. 직경 45mm의 두 번째 판에 구멍을 뚫습니다. 작은 직사각형 판금 조각을 하단 판의 맨 가장자리와 더 작은 구멍이 있는 상단 판에 붙입니다. 이러한 요소의 정렬을 처리해 봅시다. 60 x XNUMXmm 중앙 ​​플레이트는 상단 플레이트와 하단 플레이트 사이에 맞아야 하며 밀어서 구멍을 덮고 열 수 있어야 합니다. 바닥판과 상단판에 붙은 작은 명판은 중앙판의 측면 이동을 제한하여 레버의 움직임에 따라 좌우로 움직일 수 있도록 합니다. 도면에서 볼 수 있는 이 판에 구멍을 뚫고 레버를 놓을 것입니다.

레버 암. 직경 2mm의 와이어에서 구부릴 것입니다. 와이어 행거에서 150mm 길이를 절단하면 와이어를 쉽게 얻을 수 있습니다. 일반적으로 우리는 세탁물에서 깨끗한 옷과 함께 그러한 옷걸이를 얻습니다. 이것은 우리의 목적을 위해 곧고 굵은 철사의 훌륭한 공급원이 됩니다. 와이어의 한쪽 끝을 15mm 거리에서 직각으로 구부립니다. 반대쪽 끝은 나무 손잡이로 고정할 수 있습니다.

레버 지원. 30x30x35mm 높이의 블록으로 만들어졌습니다. 블록 중앙에 레버 끝이 작동하는 직경 2mm의 막힌 구멍을 뚫습니다. 끝. 마지막으로 어떻게든 공을 잡아야 합니다. 각 애벌레는 그립으로 끝납니다. 게임의 각 단계가 끝난 후 방 전체에서 공을 찾지 않도록 필요합니다. 우리는 50mm 파이프 조각에서 캡처를 만들 것입니다. 한쪽에서 튜브를 비스듬히 절단하여 공이 경로를 완료하기 위해 칠 더 긴 벽을 만듭니다. 튜브의 다른 쪽 끝에서 밸브 플레이트를 놓을 슬롯을 자릅니다. 플레이트는 공이 어디에서나 통제 불능 상태가 되는 것을 허용하지 않습니다. 반면에 접시를 꺼내 자마자 공 자체가 우리 손에 떨어집니다.

장치 장착. 보드의 오른쪽 상단 모서리에서 모든 트랙의 표시된 시작 부분에 튜브를 바닥에 붙인 나무 블록을 붙입니다. 그려진 선에 따라 뜨거운 접착제로 튜브를 보드에 붙입니다. 슬래브 표면에서 가장 먼 사이클로이드 경로는 평균 길이를 따라 35mm 높이의 나무 막대로 지지됩니다.

오류 없이 나무 블록의 구멍에 맞도록 구멍 판을 상단 트랙 지지 블록에 붙입니다. 중앙 판의 구멍에 레버를 삽입하고 시작 기계의 케이싱에 레버를 삽입합니다. 레버의 끝을 캐리지에 삽입하고 이제 캐리지를 보드에 붙일 위치를 표시할 수 있습니다. 메커니즘은 레버를 왼쪽으로 돌리면 모든 구멍이 열리는 방식으로 작동해야 합니다. 찾은 장소를 연필로 표시하고 마지막으로 열간 접착제로 지지대를 붙입니다.

재미. 우리는 경마장을 걸고 동시에 과학적 장치를 벽에 걸었습니다. 동일한 무게와 직경의 공을 시작 위치에 놓습니다. 방아쇠를 왼쪽으로 돌리면 공이 동시에 움직이기 시작합니다. 결승선에서 가장 빠른 공이 가장 짧은 500mm 트랙에 있는 공일 것이라고 생각했습니까? 우리의 직감은 실패했습니다. 여기는 그렇지 않습니다. 그녀는 결승선에서 세 번째입니다. 놀랍게도 사실입니다.

가장 빠른 공은 경로가 550mm이지만 사이클로이드 경로를 따라 이동하는 공이고 다른 하나는 원의 세그먼트를 따라 이동하는 공입니다. 시작 지점에서 모든 공의 속도가 어떻게 되었습니까? 모든 공에 대해 동일한 위치 에너지 차이가 ​​운동 에너지로 변환되었습니다. 과학은 완료 시간의 차이가 어디에서 오는지 알려줄 것입니다.

그는 역동적인 이유로 볼의 이러한 동작을 설명합니다. 볼은 트랙 측면에서 볼에 작용하는 반발력이라고 하는 특정 힘을 받습니다. 반력의 수평 성분은 평균적으로 사이클로이드에서 가장 큽니다. 또한 해당 공의 최대 평균 수평 가속도를 발생시킵니다. 중력 땀의 임의의 두 지점을 연결하는 모든 곡선 중에서 사이클로이드의 낙하 시간이 가장 짧다는 것은 과학적 사실입니다. 물리학 수업 중 하나에서 이 흥미로운 질문에 대해 토론할 수 있습니다. 아마도 이것은 끔찍한 페이지 중 하나를 제쳐 놓을 것입니다.