Balap bola
Kali ini saya sarankan Anda membuat perangkat sederhana namun efektif untuk kelas fisika. Ini akan menjadi perlombaan bola. Keuntungan lain dari desain trek adalah menggantung di dinding tanpa memakan banyak ruang dan selalu siap untuk memamerkan pengalaman balap. Tiga bola dimulai secara bersamaan dari titik yang terletak pada ketinggian yang sama. Kendaraan peluncuran yang dirancang khusus akan membantu kami dalam hal ini. Bola akan berjalan di sepanjang tiga jalur yang berbeda.
Perangkat itu terlihat seperti papan yang tergantung di dinding. Tiga tabung transparan direkatkan ke papan, jalur yang akan dilalui bola. Jalur pertama adalah yang terpendek dan berbentuk bidang miring konvensional. Yang kedua adalah segmen lingkaran. Pita ketiga berupa fragmen sikloid. Semua orang tahu apa itu lingkaran, tetapi mereka tidak tahu seperti apa bentuknya dan dari mana sikloid itu berasal. Izinkan saya mengingatkan Anda bahwa sikloid adalah kurva yang ditarik oleh titik tetap di sepanjang lingkaran, bergulir di sepanjang garis lurus tanpa tergelincir.
Mari kita bayangkan kita meletakkan titik putih pada ban sepeda dan meminta seseorang untuk mendorong sepeda atau mengendarainya dengan sangat lambat dalam garis lurus, tetapi untuk saat ini kita akan mengamati pergerakan titik tersebut. Jalur titik yang menempel pada bus akan mengelilingi cycloid. Anda tidak perlu melakukan percobaan ini, karena pada gambar tersebut kita sudah dapat melihat cycloid yang diplot di peta dan semua jalur yang dimaksudkan untuk larinya bola. Agar adil di titik awal, kami akan membuat starter tuas sederhana yang akan memulai ketiga bola secara merata. Dengan menarik tuas, bola membentur jalan pada saat yang bersamaan.
Biasanya intuisi kita memberi tahu kita bahwa bola yang mengikuti jalur paling langsung, yaitu bidang miring, akan menjadi yang tercepat dan menang. Tetapi baik fisika maupun kehidupan tidak sesederhana itu. Buktikan sendiri dengan merakit perangkat eksperimental ini. Siapa yang harus bekerja. bahan. Sepotong kayu lapis persegi panjang berukuran 600 kali 400 milimeter atau papan gabus dengan ukuran yang sama atau kurang dari dua meter dari pipa plastik transparan dengan diameter 10 milimeter, lembaran aluminium tebal 1 milimeter, kawat berdiameter 2 milimeter. , tiga bola identik yang harus bergerak bebas di dalam tabung. Anda dapat menggunakan bola baja bantalan rusak, tembakan timah, atau bola senapan, tergantung pada diameter dalam pipa Anda. Kami akan menggantung perangkat kami di dinding dan untuk ini kami membutuhkan dua dudukan untuk menggantung gambar. Anda dapat membeli atau membuat pegangan kawat dengan tangan Anda sendiri dari kami.
Alat. Gergaji, pisau tajam, lem panas, bor, pemotong lembaran logam, tang, pensil, pons, bor, kikir kayu dan dremel yang membuat pekerjaan menjadi sangat mudah. Basis. Di atas kertas, kami akan menggambar prediksi tiga rute perjalanan dengan skala 1: 1 sesuai dengan gambar di surat kami. Yang pertama lurus. Segmen lingkaran kedua. Rute ketiga adalah sikloid. Kita bisa melihatnya di gambar. Gambar trek yang benar perlu digambar ulang di papan alas, agar nantinya kita tahu di mana harus merekatkan pipa yang akan menjadi trek bola.
Jalur bola. Tabung plastik harus transparan, Anda dapat melihat bagaimana bola kami bergerak di dalamnya. Tabung plastik murah dan mudah ditemukan di toko. Kami akan memotong panjang pipa yang dibutuhkan, sekitar 600 milimeter, dan kemudian memperpendeknya sedikit, pas dan mencoba proyek Anda.
Lacak dukungan mulai. Dalam balok kayu berukuran 80x140x15 milimeter, bor tiga lubang dengan diameter tabung. Lubang tempat kami menempelkan trek pertama, mis. menggambarkan kerataan, harus digergaji dan dibentuk seperti yang ditunjukkan pada foto. Faktanya adalah bahwa tabung tidak menekuk pada sudut yang tepat dan menyentuh bentuk pesawat sebanyak mungkin. Tabung itu sendiri juga dipotong pada sudut yang dibentuknya. Rekatkan tabung yang sesuai ke semua lubang di blok ini.
memuat mesin. Dari lembaran aluminium setebal 1 mm, kami memotong dua persegi panjang dengan dimensi, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Pada lubang pertama dan kedua, kami mengebor tiga lubang dengan diameter 7 milimeter secara koaksial dengan susunan yang sama seperti lubang yang dibor pada batang kayu yang merupakan awal lintasan. Lubang-lubang ini akan menjadi sarang awal untuk bola. Bor lubang di pelat kedua dengan diameter 12 milimeter. Rekatkan potongan-potongan kecil lembaran logam persegi panjang ke tepi ekstrim pelat bawah dan pelat atas dengan lubang yang lebih kecil. Mari kita jaga keselarasan elemen-elemen ini. Pelat tengah 45 x 60 mm harus pas di antara pelat atas dan bawah dan dapat meluncur untuk menutup dan membuka lubang. Plak kecil yang direkatkan pada pelat bawah dan atas akan membatasi pergerakan lateral pelat tengah sehingga dapat bergerak ke kiri dan ke kanan dengan gerakan tuas. Kami mengebor lubang di pelat ini, terlihat pada gambar, di mana tuas akan ditempatkan.
tuas. Kami akan menekuknya dari kawat dengan diameter 2 milimeter. Kawat dapat dengan mudah diperoleh dengan memotong panjang 150 mm dari gantungan kawat. Biasanya kita mendapatkan gantungan seperti itu bersama dengan pakaian bersih dari pencucian, dan itu menjadi sumber kawat lurus dan tebal yang sangat baik untuk keperluan kita. Tekuk salah satu ujung kawat pada sudut kanan pada jarak 15 milimeter. Ujung lainnya dapat diamankan dengan meletakkan gagang kayu di atasnya.
Dukungan tuas. Itu terbuat dari balok berukuran tinggi 30x30x35 milimeter. Di tengah blok, kami mengebor lubang buta dengan diameter 2 milimeter, di mana ujung tuas akan bekerja. Akhir. Akhirnya, entah bagaimana kita harus menangkap bola. Setiap ulat berakhir dengan pegangan. Mereka diperlukan agar kita tidak mencari bola di seluruh ruangan setelah setiap tahap permainan. Kami akan membuat tangkapan dari potongan pipa 50 mm. Di satu sisi, potong tabung pada sudut untuk membuat dinding yang lebih panjang yang akan dipukul bola untuk menyelesaikan rute. Di ujung tabung yang lain, potong slot di mana kita akan menempatkan pelat katup. Piring tidak akan membiarkan bola jatuh di luar kendali di suatu tempat. Di sisi lain, begitu kita mengeluarkan piring, bola itu sendiri akan jatuh ke tangan kita.
Memasang perangkat. Di sudut kanan atas papan, di awal yang ditandai dari semua trek, rekatkan balok kayu tempat kami merekatkan tabung ke alasnya. Rekatkan tabung dengan lem panas ke papan sesuai dengan garis yang ditarik. Lintasan sikloidal terjauh dari permukaan pelat ditopang sepanjang rata-ratanya oleh sebatang kayu setinggi 35 mm.
Rekatkan pelat lubang ke blok penopang track atas sehingga pas dengan lubang di blok kayu tanpa kesalahan. Kami memasukkan tuas ke dalam lubang pelat tengah dan satu ke dalam casing mesin starter. Kami memasukkan ujung tuas ke dalam carriage dan sekarang kami dapat menandai tempat di mana carriage harus direkatkan ke papan. Mekanismenya harus bekerja sedemikian rupa sehingga ketika tuas diputar ke kiri, semua lubang terbuka. Tandai tempat yang ditemukan dengan pensil dan akhirnya rekatkan penyangga dengan lem panas.
Menyenangkan. Kami menggantung trek balap dan pada saat yang sama perangkat ilmiah di dinding. Bola dengan berat dan diameter yang sama ditempatkan di tempat awalnya. Putar pelatuk ke kiri dan bola akan mulai bergerak pada saat yang bersamaan. Apakah kita mengira bahwa bola tercepat di garis finis akan menjadi bola di lintasan 500mm terpendek? Intuisi kami mengecewakan kami. Di sini tidak demikian. Dia berada di urutan ketiga di garis finis. Anehnya, itu benar.
Bola tercepat adalah bola yang bergerak di sepanjang jalur cycloidal, meskipun jalurnya 550 milimeter, dan yang lainnya adalah yang bergerak di sepanjang segmen lingkaran. Bagaimana bisa terjadi bahwa pada titik awal semua bola memiliki kecepatan yang sama? Untuk semua bola, perbedaan energi potensial yang sama diubah menjadi energi kinetik. Sains akan memberi tahu kita dari mana perbedaan waktu finis itu berasal.
Dia menjelaskan perilaku bola ini dengan alasan dinamis. Bola dikenai gaya tertentu, yang disebut gaya reaksi, yang bekerja pada bola dari sisi lintasan. Komponen horizontal gaya reaksi rata-rata adalah yang terbesar untuk sikloid. Ini juga menyebabkan percepatan horizontal rata-rata terbesar dari bola itu. Adalah fakta ilmiah bahwa dari semua kurva yang menghubungkan dua titik mana pun dari keringat gravitasi, waktu jatuhnya cycloid adalah yang terpendek. Anda dapat mendiskusikan pertanyaan menarik ini di salah satu pelajaran fisika. Mungkin ini akan mengesampingkan salah satu halaman yang mengerikan.
