مسابقه توپ

این بار به شما پیشنهاد می کنم یک وسیله ساده اما موثر برای کلاس فیزیک خود بسازید. مسابقه توپ خواهد بود. یکی دیگر از مزایای طراحی پیست این است که بدون اشغال فضای زیادی روی دیوار آویزان می شود و همیشه آماده است تا تجربه مسابقه ای شما را به رخ بکشد. سه توپ به طور همزمان از نقاط واقع در همان ارتفاع شروع می شوند. یک ماشین استارت مخصوص طراحی شده به ما در این امر کمک می کند. توپ ها در سه مسیر مختلف اجرا می شوند.

این دستگاه شبیه تخته ای است که روی دیوار آویزان شده است. سه لوله شفاف به تخته چسبانده شده است، مسیرهایی که در امتداد آنها توپ ها حرکت می کنند. اولین نوار کوتاه ترین است و شکل یک صفحه مایل منظم دارد. دومی قسمتی از دایره است. نوار سوم به شکل قطعه ای از سیکلوئید است. همه می دانند که دایره چیست، اما نمی دانند که چه شکلی است یا سیکلوئید از کجا آمده است. اجازه دهید به شما یادآوری کنم که سیکلوئید منحنی است که توسط یک نقطه ثابت در امتداد یک دایره کشیده می شود و بدون لغزش در یک خط مستقیم می چرخد.

بیایید تصور کنیم که روی لاستیک دوچرخه یک نقطه سفید می گذاریم و از کسی می خواهیم که دوچرخه را هل دهد یا خیلی آهسته در یک خط مستقیم با آن حرکت کند، در حالی که حرکت نقطه را تماشا می کنیم. مسیر یک نقطه متصل به یک اتوبوس، سیکلوئید را احاطه می کند. شما نیازی به انجام این آزمایش ندارید زیرا در تصویر می‌توانیم نقشه سیکلوئید و تمام مسیرهای حرکت توپ‌ها را ببینیم. برای اینکه در نقطه شروع منصف باشیم، یک ماشین راه اندازی اهرمی ساده خواهیم ساخت که از شروع یکنواخت هر سه توپ اطمینان حاصل می کند. با کشیدن اهرم، توپ ها به طور همزمان به جاده برخورد می کنند.

معمولاً شهود ما به ما می گوید که توپی که مستقیم ترین مسیر را دنبال می کند، یعنی هواپیمای شیبدار، سریع ترین خواهد بود و برنده خواهد شد. اما نه فیزیک و نه زندگی به این سادگی نیست. خودتان با ساخت این دستگاه آزمایشی ببینید. کدام یک باید کار کند؟ مواد. یک تکه تخته چندلای مستطیلی به ابعاد 600 در 400 میلی متر یا یک تخته چوب پنبه ای به اندازه مشابه یا کمتر از دو متر لوله پلاستیکی شفاف به قطر 10 میلی متر، یک ورق آلومینیومی به ضخامت یک میلی متر، یک سیم به قطر 1 میلی متر. ، سه توپ یکسان که باید آزادانه در داخل لوله ها حرکت کنند. بسته به قطر داخلی لوله خود می توانید از توپ های فولادی از یاتاقان های شکسته، گلوله های سربی یا گلوله های تفنگ ساچمه ای استفاده کنید. ما دستگاه خود را به دیوار آویزان می کنیم و برای این کار به دو نگهدارنده نیاز داریم که بتوانیم تصاویر را روی آن آویزان کنیم. شما می توانید با دستان خود دستگیره های سیمی را از ما بخرید یا بسازید.

ابزارهای. اره، چاقوی تیز، تفنگ چسب حرارتی، مته، ورق بری، انبردست، مداد، مته چکشی، مته، سوهان چوب و درمل که کار را بسیار آسان می کند. پایه. بر روی کاغذ ما سه مسیر سفر پیش بینی شده را در مقیاس 1:1 مطابق با ترسیم نامه خود ترسیم می کنیم. اولی مستقیم است. بخش دایره دوم. مسیر سوم سیکلوئیدها است. ما می توانیم این را در تصویر ببینیم. الگوی صحیح مسیرها باید دوباره روی تخته پایه ترسیم شود، به طوری که ما بدانیم لوله هایی را که به رد توپ ها تبدیل می شوند، کجا بچسبانیم.

مسیرهای توپ. لوله های پلاستیکی باید شفاف باشند، می توانید ببینید که توپ های ما چگونه در آنها حرکت می کنند. خرید لوله های پلاستیکی ارزان و آسان در فروشگاه است. قسمت های لازم لوله را تقریباً 600 میلی متر برش می دهیم و سپس کمی کوتاه می کنیم و در پروژه شما قرار می دهیم.

پشتیبانی از شروع پیگیری. در یک بلوک چوبی به ابعاد 80x140x15 میلی متر، سه سوراخ با قطر لوله ها دریل کنید. سوراخی که اولین آهنگ را در آن می چسبانیم، یعنی. که یکنواختی را به تصویر می کشد، باید همانطور که در عکس نشان داده شده است اره و شکل داده شود. واقعیت این است که لوله در زاویه راست خم نمی شود و شکل هواپیما را تا حد امکان لمس می کند. خود لوله نیز با زاویه ای که ایجاد می کند بریده می شود. لوله های مربوطه را به تمام این سوراخ های بلوک بچسبانید.

ماشین بارگیری. از یک ورق آلومینیومی به ضخامت 1 میلی متر، دو مستطیل با ابعادی که در نقشه نشان داده شده است برش دهید. در مرحله اول و دوم، سه سوراخ به قطر 7 میلی متر را به صورت هم محور در همان جایی که سوراخ ها در بلوک چوبی که ابتدای مسیرها را تشکیل می دهد، سوراخ می کنیم. این سوراخ ها لانه های آغازین توپ ها خواهند بود. در صفحه دوم سوراخ هایی به قطر 12 میلی متر دریل کنید. تکه های مستطیلی کوچک ورق فلزی را به لبه های بیرونی صفحه زیرین و به آنها از صفحه بالایی با سوراخ های کوچکتر بچسبانید. بیایید مراقب تراز این عناصر باشیم. صفحه مرکزی 45 در 60 میلی متر باید بین صفحات بالا و پایین قرار گیرد و بتواند برای بستن و باز کردن سوراخ ها بلغزد. پلاک های کوچک چسبانده شده به صفحات پایین و بالا، حرکت جانبی صفحه مرکزی را محدود می کند تا بتواند با حرکت اهرم به چپ و راست حرکت کند. سوراخی را در این صفحه که در نقاشی قابل مشاهده است سوراخ می کنیم که اهرم در آن قرار می گیرد.

بازوی اهرمی. آن را از سیمی به قطر 2 میلی متر خم می کنیم. سیم را می توان به راحتی با برش 150 میلی متری از آویز سیمی بدست آورد. معمولاً چنین چوب لباسی را به همراه لباس های تمیز از شستشو دریافت می کنیم و منبع عالی سیم مستقیم و ضخیم برای اهداف ما می شود. یک سر سیم را با زاویه قائمه به فاصله 15 میلی متر خم کنید. انتهای دیگر را می توان با قرار دادن یک دسته چوبی روی آن محکم کرد.

پشتیبانی اهرمی. از یک بلوک با ارتفاع 30x30x35 میلی متر ساخته شده است. در مرکز بلوک یک سوراخ کور به قطر 2 میلی متر دریل می کنیم که نوک اهرم در آن کار می کند. پایان. بالاخره باید یه جوری توپ ها رو بگیریم. هر مسیر با یک گیره به پایان می رسد. آنها مورد نیاز هستند تا پس از هر مرحله از بازی در سراسر اتاق به دنبال توپ نباشیم. ما دستگیره را از یک لوله 50 میلی متری درست می کنیم. در یک طرف، لوله را با زاویه برش دهید تا دیواره بلندتری برای ضربه زدن توپ ایجاد شود تا مسیر کامل شود. در انتهای دیگر لوله، شکافی را برش دهید که صفحه شیر را در آن قرار می دهیم. صفحه از خارج شدن توپ از کنترل در هر جایی جلوگیری می کند. از طرفی به محض اینکه بشقاب را بیرون می آوریم، خود توپ به دستمان می افتد.

نصب دستگاه. در گوشه سمت راست بالای تخته، در ابتدای تعیین شده همه مسیرها، بلوک چوبی خود را که در آن لوله ها را به پایه چسبانده ایم، بچسبانید. لوله ها را مطابق خطوط کشیده شده با چسب حرارتی به تخته بچسبانید. مسیر سیکلوئیدی در دورترین فاصله از سطح دال در طول وسط آن توسط یک بلوک چوبی به ارتفاع 35 میلی متر پشتیبانی می شود.

صفحات سوراخ را به بلوک نگهدارنده مسیر بالایی بچسبانید تا به خوبی در سوراخ های بلوک چوبی قرار گیرند. اهرم را داخل سوراخ صفحه مرکزی و یکی را در محفظه لانچر وارد می کنیم. انتهای اهرم را وارد کالسکه می کنیم و حالا می توانید جایی که کالسکه باید به تخته چسبانده شود را علامت بزنید. مکانیزم باید به گونه ای عمل کند که با چرخاندن اهرم به سمت چپ، همه سوراخ ها باز شوند. محلی را که پیدا کردید با مداد علامت بزنید و در آخر تکیه گاه را با چسب حرارتی بچسبانید.

سرگرم کننده. یک پیست مسابقه و یک ساز علمی را همزمان به دیوار آویزان می کنیم. توپ هایی با وزن و قطر یکسان در محل شروع خود قرار می گیرند. اهرم ماشه را به سمت چپ بچرخانید و توپ ها به طور همزمان شروع به حرکت می کنند. آیا فکر می‌کردیم سریع‌ترین توپی که به پایان می‌رسد، توپی است که کوتاه‌ترین مسیر 500 میلی‌متری را طی کند؟ شهود ما را شکست داد. اینجا اینطور نیست. او در خط پایان سوم است. با کمال تعجب، این حقیقت دارد.

سریعترین توپی است که در امتداد یک مسیر سیکلوئیدی حرکت می کند، اگرچه مسیر آن 550 میلی متر است و دیگری توپی است که در امتداد بخشی از یک دایره حرکت می کند. چطور شد که در نقطه شروع همه توپ ها سرعت یکسانی داشتند؟ برای همه توپ ها، همان اختلاف انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل شد. علم به ما خواهد گفت که تفاوت در زمان اتمام از کجا می آید.

او این رفتار توپ ها را با دلایل پویا توضیح می دهد. توپ ها در معرض نیروهای خاصی به نام نیروهای واکنش هستند که از کنار مسیرها روی توپ ها عمل می کنند. مولفه افقی نیروی واکنش به طور متوسط ​​برای سیکلوئید بیشترین مقدار را دارد. این همچنین باعث بیشترین میانگین شتاب افقی آن توپ می شود. این یک واقعیت علمی است که از بین تمام منحنی‌هایی که هر دو نقطه عرق گرانشی را به هم متصل می‌کنند، زمان سقوط سیکلوئید کوتاه‌ترین زمان است. این سوال جالب را می توانید در یکی از درس های فیزیک مطرح کنید. شاید این یکی از صفحات وحشتناک را کنار بگذارد.