Доп жарысы

Бұл жолы мен сізге физика кабинеті үшін қарапайым, бірақ тиімді құрылғы жасауды ұсынамын. Бұл доп жарысы болады. Трек дизайнының тағы бір артықшылығы - ол көп орын алмастан қабырғаға ілінеді және жарыс тәжірибесін көрсетуге әрқашан дайын. Бір биіктікте орналасқан нүктелерден үш шар бір уақытта басталады. Бұған бізге арнайы жасалған зымыран тасығыш көмектеседі. Шарлар үш түрлі жолмен жүреді.

Құрылғы қабырғаға ілулі тұрған тақтаға ұқсайды. Тақтаға үш мөлдір түтік желімделген, шарлар қозғалатын жолдар. Бірінші жолақ ең қысқа және кәдімгі көлбеу жазықтықтың пішініне ие. Екіншісі - шеңбер сегменті. Үшінші жолақ циклоидтың фрагменті түрінде болады. Барлығы шеңбердің не екенін біледі, бірақ оның қалай көрінетінін және циклоидтың қайдан келетінін білмейді. Естеріңізге сала кетейін, циклоид – қозғалмайтын нүктенің шеңбер бойымен жүргізілген, түзу сызық бойымен сырғанақсыз домалап жүретін қисығы.

Елестетіп көрейік, біз велосипедтің доңғалағына ақ нүкте қойып, біреуден велосипедті итеруді немесе оны түзу сызықта өте баяу айдауды сұраймыз, бірақ әзірге біз нүктенің қозғалысын бақылаймыз. Автобусқа бекітілген нүктенің жолы циклоидты қоршайды. Бұл тәжірибені жасаудың қажеті жоқ, өйткені суретте біз картада сызылған циклоидты және шарлардың жүруіне арналған барлық жолдарды көріп тұрмыз. Бастапқыда әділ болу үшін біз барлық үш шарды біркелкі іске қосатын қарапайым тұтқалы стартерді жасаймыз. Рычагты тарту арқылы шарлар бір уақытта жолға түседі.

Әдетте біздің түйсігіміз ең тура жолды, яғни көлбеу жазықтықты ұстанатын доп ең жылдам және жеңетінін айтады. Бірақ физика да, өмір де соншалықты қарапайым емес. Осы эксперименттік құрылғыны құрастыру арқылы өзіңіз көріңіз. Кімге жұмыс істеу керек. Материалдар. Өлшемі 600-ден 400 миллиметрге дейінгі тікбұрышты фанер бөлігі немесе диаметрі бірдей немесе екі метрден аз мөлдір пластик құбыр, қалыңдығы 10 миллиметр алюминий парағы, диаметрі 1 миллиметр сым. , түтіктердің ішінде еркін қозғалуы керек үш бірдей шар. Құбырдың ішкі диаметріне байланысты сынған мойынтіректі болат шарларды, қорғасын ату немесе шолақ мылтық шариктерін пайдалануға болады. Біз құрылғыны қабырғаға іліп қоямыз және ол үшін суреттер ілу үшін екі ұстағыш қажет. Бізден өз қолыңызбен сым тұтқаларды сатып алуға немесе жасауға болады.

құралдары. Ара, өткір пышақ, ыстық желім пистолеті, бұрғы, қаңылтыр кескіш, тістеуік, қарындаш, тескіш, бұрғы, ағаш файлы және жұмысты жеңілдететін драмель. Негіз. Қағазда біз хаттағы сызбаға сәйкес 1: 1 масштабында болжамды үш саяхат маршрутын саламыз. Біріншісі түзу. Екінші шеңбердің сегменті. Үшінші жол – циклоидтар. Біз оны суреттен көреміз. Жолдардың дұрыс сызбасын негізгі тақтаға қайта салу керек, осылайша біз кейінірек шарлардың ізіне айналатын құбырларды қайда желімдеу керектігін білеміз.

Допты жолдар. Пластикалық түтіктер мөлдір болуы керек, оларда біздің шарларымыз қалай қозғалатынын көруге болады. Пластикалық түтіктер арзан және дүкеннен оңай табуға болады. Біз құбырлардың қажетті ұзындығын, шамамен 600 миллиметрді кесеміз, содан кейін оларды аздап қысқартып, жобаңызды сәйкестендіріп, сынап көреміз.

Бақылауды бастауды қолдау. 80x140x15 миллиметр өлшемді ағаш блокта құбырлардың диаметрі бар үш тесікті бұрғылаңыз. Біз бірінші жолды жабыстыратын тесік, яғни. біркелкілігін бейнелейтін, фотосуретте көрсетілгендей кесілген және пішінделген болуы керек. Өйткені, түтік тік бұрышта бүгілмейді және жазықтықтың пішініне мүмкіндігінше тиеді. Түтіктің өзі де ол қалыптастыратын бұрышта кесіледі. Блоктағы барлық осы саңылауларға сәйкес түтіктерді жабыстырыңыз.

тиеу машинасы. Қалыңдығы 1 мм алюминий парақтан біз сызбада көрсетілгендей өлшемдері бар екі тіктөртбұрышты кесіп алдық. Бірінші және екіншісінде жолдардың басын құрайтын ағаш штангада тесіктер бұрғыланғандай орналасумен коаксиалды түрде диаметрі 7 миллиметрлік үш тесікті бұрғылаймыз. Бұл тесіктер шарлардың бастапқы ұялары болады. Екінші пластинадағы диаметрі 12 миллиметр болатын тесіктерді бұрғылаңыз. Төменгі тақтайшаның шеткі шеттеріне және кішірек саңылаулары бар үстіңгі тақтайшаға қаңылтырдың кішкене тікбұрышты бөліктерін жабыстырыңыз. Осы элементтердің туралануын қарастырайық. 45 x 60 мм ортаңғы пластина үстіңгі және астыңғы тақталардың арасына сай болуы керек және тесіктерді жабу және ашу үшін сырғанай алуы керек. Төменгі және үстіңгі тақтайшаларға желімделген шағын тақтайшалар орталық тақтаның бүйірлік қозғалысын шектейді, осылайша ол тұтқаның қозғалысымен солға және оңға жылжи алады. Біз бұл пластинада сызбада көрінетін тесікті бұрғылаймыз, оған рычаг орналастырылады.

тұтқыш. Біз оны диаметрі 2 миллиметрлік сымнан бүгеміз. Сымды сым ілгіштен 150 мм ұзындықты кесу арқылы оңай алуға болады. Әдетте біз мұндай ілгішті жуудан таза киіммен бірге аламыз және ол біздің мақсаттарымыз үшін тікелей және қалың сымның тамаша көзі болады. Сымның бір ұшын 15 миллиметр қашықтықта тік бұрышпен бүгіңіз. Екінші ұшын ағаш тұтқаны қою арқылы бекітуге болады.

Рычагты қолдау. Ол биіктігі 30х30х35 миллиметр болатын блоктан жасалған. Блоктың ортасында біз диаметрі 2 миллиметр болатын соқыр тесікті бұрғылаймыз, онда тұтқаның ұшы жұмыс істейді. Соңы. Ақырында, біз қандай да бір жолмен доптарды ұстауымыз керек. Әрбір құрт ұстағышпен аяқталады. Олар ойынның әр кезеңінен кейін барлық бөлмеде доптарды іздемеу үшін қажет. Біз 50 мм құбыр бөлігінен түсіруді жасаймыз. Бір жағынан, жолды аяқтау үшін доп соғылатын ұзағырақ қабырға жасау үшін құбырды бұрышпен кесіңіз. Түтіктің екінші ұшында клапан тақтасын орналастыратын ұяшықты кесіңіз. Пластина доптың бір жерде бақылаудан шығып кетуіне жол бермейді. Екінші жағынан, тәрелкені жұлып алсақ, доптың өзі қолымызға түседі.

Құрылғыны орнату. Тақтаның жоғарғы оң жақ бұрышында, барлық жолдардың белгіленген басында түтіктерді негізге жабыстырған ағаш блокты желімдеңіз. Түтіктерді сызылған сызықтар бойынша ыстық желіммен тақтаға жабыстырыңыз. Плитаның бетінен ең алыс циклоидты жол оның орташа ұзындығы бойынша биіктігі 35 мм ағаш блокпен бекітіледі.

Тесік тақталарын ағаш блоктың тесіктеріне қатесіз кіретіндей етіп үстіңгі жолды тіреу блогына жабыстырыңыз. Біз тұтқаны орталық пластинаның тесігіне және біреуін іске қосу машинасының корпусына кіргіземіз. Біз рычагтың ұшын кареткаға кіргіземіз, енді біз вагонды тақтаға жабыстыру керек жерді белгілей аламыз. Механизм тұтқаны солға бұрған кезде барлық тесіктер ашылатындай етіп жұмыс істеуі керек. Табылған орынды қарындашпен белгілеп, соңында тіреуді ыстық желіммен жабыстырыңыз.

Көңілді. Біз жарыс жолын және бір уақытта қабырғаға ғылыми құрылғыны ілеміз. Салмағы мен диаметрі бірдей шарлар бастапқы орындарына қойылады. Триггерді солға бұраңыз, сонда шарлар бір уақытта қозғала бастайды. Біз мәре сызығында ең жылдам доп 500 мм ең қысқа жолдағы доп болады деп ойладық па? Біздің интуициямыз сәтсіздікке ұшырады. Мұнда олай емес. Ол мәре сызығында үшінші. Бір қызығы, бұл рас.

Ең жылдам шар - бұл циклоидты жолмен қозғалатын, оның жолы 550 миллиметр болса да, ал екіншісі - шеңбердің кесіндісі бойымен қозғалатын доп. Бастапқы нүктеде барлық шарлардың жылдамдығы бірдей болғаны қалай болды? Барлық шарлар үшін бірдей потенциалдық энергия айырмашылығы кинетикалық энергияға айналды. Аяқтау уақытындағы айырмашылық қайдан келетінін ғылым айтады.

Шарлардың бұл әрекетін ол динамикалық себептермен түсіндіреді. Шарларға жолдардың бүйірінен шарларға әсер ететін реакция күштері деп аталатын белгілі бір күштер әсер етеді. Реакция күшінің көлденең құрамдас бөлігі циклоид үшін орта есеппен ең үлкен болып табылады. Ол сондай-ақ сол доптың ең үлкен орташа көлденең үдеуін тудырады. Гравитациялық тердің кез келген екі нүктесін қосатын барлық қисықтардың ішінде циклоидтың құлау уақыты ең қысқа екені ғылыми шындық. Бұл қызықты сұрақты физика сабақтарының бірінде талқылауға болады. Мүмкін, бұл қорқынышты беттердің бірін қалдырады.