Corsa con le palle
Questa volta ti consiglio di realizzare un dispositivo semplice ma efficace per l'aula di fisica. Sarà una gara di palla. Un altro vantaggio del design della pista è che si appende al muro senza occupare molto spazio ed è sempre pronto a mostrare l'esperienza di corsa. Tre palline iniziano contemporaneamente da punti situati alla stessa altezza. Un veicolo di lancio appositamente progettato ci aiuterà in questo. Le palline correranno lungo tre percorsi diversi.
Il dispositivo sembra una tavola appesa al muro. Tre tubi trasparenti sono incollati al tabellone, i percorsi lungo i quali si sposteranno le palline. La prima striscia è la più corta e ha la forma di un normale piano inclinato. Il secondo è il segmento del cerchio. La terza fascia ha la forma di un frammento di cicloide. Tutti sanno cos'è un cerchio, ma non sanno che aspetto ha e da dove viene la cicloide. Lascia che ti ricordi che una cicloide è una curva tracciata da un punto fisso lungo un cerchio, che rotola lungo una linea retta senza scivolare.
Immaginiamo di mettere un puntino bianco sulla gomma di una bicicletta e chiedere a qualcuno di spingere la bici o di guidarla molto lentamente in linea retta, ma per ora osserveremo il movimento del puntino. Il percorso del punto collegato al bus circonderà la cicloide. Non è necessario fare questo esperimento, perché nella figura possiamo già vedere la cicloide tracciata sulla mappa e tutte le corsie destinate alla corsa delle palline. Per essere onesti sul punto di partenza, costruiremo un semplice dispositivo di avviamento a leva che assicurerà che tutte e tre le palline inizino in modo uniforme. Tirando la leva, le palline colpiscono la strada contemporaneamente.
Solitamente la nostra intuizione ci dice che la pallina che segue la traiettoria più diretta, cioè il piano inclinato, sarà la più veloce e vincerà. Ma né la fisica né la vita sono così semplici. Verifica tu stesso assemblando questo dispositivo sperimentale. Chi lavorare. Materiali. Un pezzo rettangolare di compensato che misura 600 per 400 millimetri o una tavola di sughero della stessa dimensione o meno di due metri di tubo di plastica trasparente con un diametro di 10 millimetri, foglio di alluminio di 1 millimetro di spessore, filo di 2 millimetri di diametro. , tre sfere identiche che devono muoversi liberamente all'interno dei tubi. Puoi usare sfere d'acciaio con cuscinetti rotte, pallini di piombo o sfere per fucili, a seconda del diametro interno del tubo. Appenderemo il nostro dispositivo al muro e per questo abbiamo bisogno di due supporti su cui appendere le immagini. Puoi acquistare o realizzare maniglie in filo con le tue mani da noi.
Strumenti. Sega, coltello affilato, pistola per colla a caldo, trapano, taglierina per lamiera, pinze, matita, perforatore, trapano, lima per legno e dremel che rendono il lavoro molto semplice. Base. Sulla carta, disegneremo i tre percorsi di viaggio previsti su una scala di 1: 1 secondo il disegno nella nostra lettera. Il primo è dritto. Segmento del secondo cerchio. Il terzo percorso sono le cicloidi. Possiamo vederlo nella foto. Il corretto disegno delle piste va ridisegnato sulla basetta, in modo da sapere poi dove incollare i tubi che diventeranno le piste delle palline.
Corsie di palla. I tubi di plastica dovrebbero essere trasparenti, puoi vedere come si muovono le nostre palle al loro interno. I tubi di plastica sono economici e facili da trovare nei negozi. Taglieremo le lunghezze richieste dei tubi, circa 600 millimetri, e poi li accorceremo un po', adattandoli e provando il vostro progetto.
Traccia il supporto per l'avvio. In un blocco di legno di 80x140x15 millimetri, praticare tre fori con un diametro di tubi. Il buco in cui infiliamo la prima traccia, ad es. raffigurante l'uniformità, deve essere segato e sagomato come da foto. Il fatto è che il tubo non si piega ad angolo retto e tocca il più possibile la forma dell'aereo. Anche il tubo stesso viene tagliato nell'angolo in cui si forma. Incolla i tubi appropriati in tutti questi fori nel blocco.
macchina di carico. Da un foglio di alluminio di 1 mm di spessore, ritagliamo due rettangoli con le dimensioni, come mostrato nel disegno. Nel primo e nel secondo si praticano tre fori del diametro di 7 millimetri coassialmente con la stessa disposizione dei fori praticati nella barra di legno che costituisce l'inizio dei binari. Questi buchi saranno i nidi di partenza per le palle. Praticare dei fori nella seconda piastra con un diametro di 12 millimetri. Incolla piccoli pezzi rettangolari di lamiera ai bordi estremi della piastra inferiore e ad essi della piastra superiore con fori più piccoli. Prendiamoci cura dell'allineamento di questi elementi. La piastra centrale da 45 x 60 mm deve inserirsi tra le piastre superiore e inferiore ed essere in grado di scorrere per coprire e aprire i fori. Piccole placchette incollate alle piastre inferiore e superiore limiteranno il movimento laterale della piastra centrale in modo che possa muoversi a destra ea sinistra con il movimento della leva. Facciamo un foro in questa piastra, visibile nel disegno, in cui verrà posizionata la leva.
рычаг. Lo piegheremo da un filo con un diametro di 2 millimetri. Il filo può essere facilmente ottenuto tagliando una lunghezza di 150 mm dal gancio del filo. Di solito otteniamo una gruccia del genere insieme a vestiti puliti dal lavaggio e diventa un'ottima fonte di filo dritto e spesso per i nostri scopi. Piegare un'estremità del filo ad angolo retto a una distanza di 15 millimetri. L'altra estremità può essere fissata mettendo un manico di legno su di essa.
Supporto a leva. È costituito da un blocco di 30x30x35 mm di altezza. Al centro del blocco, pratichiamo un foro cieco con un diametro di 2 millimetri, in cui la punta della leva funzionerà. Fine. Infine, dobbiamo in qualche modo prendere le palle. Ogni bruco termina con una presa. Sono necessari per non cercare palloni in tutta la stanza dopo ogni fase del gioco. Effettueremo la cattura da un pezzo di tubo da 50 mm. Da un lato, taglia il tubo ad angolo per creare un muro più lungo che la palla colpirà per completare il percorso. All'altra estremità del tubo, tagliare una fessura in cui posizioneremo la piastra della valvola. Il piatto non permetterà alla palla di perdere il controllo da nessuna parte. D'altra parte, non appena estraiamo il piatto, la pallina stessa cadrà nelle nostre mani.
Montaggio del dispositivo. Nell'angolo in alto a destra della tavola, all'inizio segnato di tutte le tracce, incolla il nostro blocco di legno in cui abbiamo incollato i tubi alla base. Incolla i tubi con la colla a caldo sulla tavola secondo le linee disegnate. Il percorso cicloidale più lontano dalla superficie della lastra è sostenuto lungo la sua lunghezza media da un blocco di legno alto 35 mm.
Incollare le piastre dei fori al blocco di supporto del binario superiore in modo che si adattino ai fori del blocco di legno senza errori. Inseriamo la leva nel foro della piastra centrale e una nel carter della macchina di partenza. Inseriamo l'estremità della leva nel carrello e ora possiamo segnare il punto in cui il carrello deve essere incollato alla tavola. Il meccanismo deve funzionare in modo tale che ruotando la leva a sinistra tutti i fori si aprano. Segna il punto trovato con una matita e infine incolla il supporto con la colla a caldo.
Divertimento. Appendiamo al muro l'ippodromo e allo stesso tempo un dispositivo scientifico. Palle dello stesso peso e diametro vengono posizionate nei punti di partenza. Ruota il grilletto a sinistra e le palline inizieranno a muoversi contemporaneamente. Pensavamo che la palla più veloce al traguardo sarebbe stata quella sulla pista più corta da 500 mm? La nostra intuizione ci ha deluso. Qui non è così. È terza al traguardo. Sorprendentemente, è vero.
La palla più veloce è quella che si muove lungo un percorso cicloidale, sebbene il suo percorso sia di 550 millimetri, e l'altra è quella che si muove lungo un segmento di cerchio. Come è successo che al punto di partenza tutte le palline avessero la stessa velocità? Per tutte le palline, la stessa differenza di energia potenziale è stata convertita in energia cinetica. La scienza ci dirà da dove viene la differenza nei tempi di arrivo.
Spiega questo comportamento delle palle con ragioni dinamiche. Le palline sono soggette a determinate forze, chiamate forze di reazione, che agiscono sulle palline dal lato dei binari. La componente orizzontale della forza di reazione è, in media, la più grande per una cicloide. Provoca anche la più grande accelerazione orizzontale media di quella palla. È un fatto scientifico che di tutte le curve che collegano due punti qualsiasi del sudore gravitazionale, il tempo di caduta della cicloide è il più breve. Puoi discutere questa interessante domanda in una delle lezioni di fisica. Forse questo metterà da parte una delle pagine terribili.
