Đua bóng
Lần này tôi đề nghị bạn làm một thiết bị đơn giản nhưng hiệu quả cho lớp học vật lý. Nó sẽ là một cuộc đua bóng. Một ưu điểm khác của thiết kế đường đua là nó được treo trên tường mà không chiếm nhiều diện tích và luôn sẵn sàng thể hiện trải nghiệm đường đua. Ba quả bóng xuất phát đồng thời từ các điểm nằm trên cùng một độ cao. Một phương tiện phóng được thiết kế đặc biệt sẽ giúp chúng tôi điều này. Các quả bóng sẽ chạy dọc theo ba con đường khác nhau.
Thiết bị trông giống như một bảng treo trên tường. Ba ống trong suốt được dán vào bảng, các đường mà các quả bóng sẽ di chuyển. Dải đầu tiên là ngắn nhất và có hình dạng của một mặt phẳng nghiêng thông thường. Thứ hai là phân khúc vòng tròn. Dải thứ ba ở dạng một mảnh của cycloid. Mọi người đều biết vòng tròn là gì, nhưng họ không biết nó trông như thế nào và cycloid đến từ đâu. Để tôi nhắc bạn rằng đường cycloid là một đường cong được vẽ bởi một điểm cố định dọc theo một đường tròn, lăn dọc theo một đường thẳng không trượt.
Hãy tưởng tượng rằng chúng ta đặt một chấm trắng trên lốp xe đạp và yêu cầu ai đó đẩy xe đạp hoặc đạp xe thật chậm trên một đường thẳng, nhưng bây giờ chúng ta sẽ quan sát chuyển động của dấu chấm. Đường dẫn của điểm gắn với xe buýt sẽ bao quanh xycloid. Bạn không cần phải thực hiện thí nghiệm này, bởi vì trong hình, chúng ta có thể thấy đường xoáy tròn được vẽ trên bản đồ và tất cả các làn đường dành cho các quả bóng chạy. Công bằng mà nói về điểm xuất phát, chúng tôi sẽ chế tạo một bộ khởi động đòn bẩy đơn giản sẽ khởi động đồng đều cả ba quả bóng. Bằng cách kéo cần, các quả bóng rơi xuống đường cùng một lúc.
Thông thường, trực giác của chúng ta cho chúng ta biết rằng quả bóng đi theo đường thẳng nhất, tức là mặt phẳng nghiêng, sẽ nhanh nhất và giành chiến thắng. Nhưng cả vật lý và cuộc sống đều không đơn giản như vậy. Tận mắt chứng kiến bằng cách lắp ráp thiết bị thí nghiệm này. Làm việc cho ai. Vật liệu. Một tấm ván ép hình chữ nhật có kích thước 600 x 400 mm hoặc tấm bần có cùng kích thước hoặc nhỏ hơn hai mét, ống nhựa trong suốt có đường kính 10 mm, tấm nhôm dày 1 mm, dây có đường kính 2 mm. , ba quả bóng giống nhau phải chuyển động tự do bên trong các ống. Bạn có thể sử dụng bi thép chịu lực bị hỏng, bi bắn bằng chì, hoặc bi shotgun, tùy thuộc vào đường kính bên trong của đường ống của bạn. Chúng tôi sẽ treo thiết bị của mình lên tường và để làm điều này, chúng tôi cần hai giá đỡ để treo ảnh. Bạn có thể mua hoặc làm tay cầm dây bằng tay của chính bạn từ chúng tôi.
Công cụ. Cưa, dao sắc, súng bắn keo nóng, máy khoan, máy cắt kim loại tấm, kìm, bút chì, dùi, máy khoan, dũa gỗ và máy khoan, giúp công việc trở nên rất dễ dàng. Căn cứ. Trên giấy, chúng tôi sẽ vẽ ba tuyến đường dự đoán theo tỷ lệ 1: 1 theo hình vẽ trong thư của chúng tôi. Cái đầu tiên là thẳng. Phân đoạn của vòng tròn thứ hai. Con đường thứ ba là cycloids. Chúng ta có thể nhìn thấy nó trong hình. Bản vẽ chính xác của đường ray cần được vẽ lại trên bảng đế, để sau này chúng ta biết nơi dán các đường ống sẽ trở thành đường ray của các quả bóng.
Đường bóng. Các ống nhựa phải trong suốt, bạn có thể nhìn thấy các quả bóng của chúng ta di chuyển trong chúng như thế nào. Ống nhựa rẻ và dễ tìm trong cửa hàng. Chúng tôi sẽ cắt độ dài cần thiết của ống, khoảng 600 mm, sau đó rút ngắn chúng một chút, vừa vặn và thử cho dự án của bạn.
Theo dõi hỗ trợ bắt đầu. Trong một khối gỗ có kích thước 80x140x15 mm, khoan ba lỗ có đường kính bằng ống. Cái lỗ mà chúng ta đặt bản nhạc đầu tiên, tức là khắc họa độ đều, phải được xẻ và tạo hình như trong ảnh. Thực tế là ống không uốn cong theo một góc vuông và tiếp xúc với hình dạng của mặt phẳng càng nhiều càng tốt. Bản thân ống cũng được cắt theo góc mà nó tạo thành. Dán các ống thích hợp vào tất cả các lỗ này trong khối.
máy tải. Từ một tấm nhôm dày 1 mm, chúng tôi cắt ra hai hình chữ nhật với kích thước như trong hình vẽ. Trong lần đầu tiên và lần thứ hai, chúng tôi khoan đồng trục ba lỗ có đường kính 7 mm với cách sắp xếp tương tự như các lỗ đã được khoan trên thanh gỗ tạo thành phần đầu của đường ray. Các lỗ này sẽ là tổ khởi đầu cho các quả bóng. Khoan lỗ trên tấm thứ hai với đường kính 12 mm. Dán các miếng kim loại tấm hình chữ nhật nhỏ vào các cạnh cực của tấm dưới cùng và dán vào chúng của tấm trên với các lỗ nhỏ hơn. Hãy quan tâm đến sự liên kết của các yếu tố này. Tấm tâm 45 x 60 mm phải vừa khít giữa tấm trên và tấm dưới và có thể trượt để đậy và mở các lỗ. Các mảng nhỏ được dán vào các tấm đáy và tấm trên sẽ hạn chế chuyển động ngang của tấm trung tâm để nó có thể di chuyển sang trái và phải nhờ chuyển động của đòn bẩy. Chúng tôi khoan một lỗ trên tấm này, có thể nhìn thấy trong bản vẽ, để đặt đòn bẩy vào đó.
tay đòn bẩy. Chúng tôi sẽ uốn nó từ một sợi dây có đường kính 2 mm. Có thể dễ dàng lấy dây bằng cách cắt một đoạn dài 150 mm từ móc treo dây. Thông thường, chúng tôi có một chiếc mắc áo như vậy cùng với quần áo sạch từ quá trình giặt, và nó trở thành nguồn cung cấp dây thẳng và dày tuyệt vời cho mục đích của chúng tôi. Uốn một đầu dây vuông góc 15 li. Đầu kia có thể được cố định bằng cách đặt một tay cầm bằng gỗ trên đó.
Hỗ trợ đòn bẩy. Nó được làm bằng một khối có kích thước cao 30x30x35 mm. Ở trung tâm của khối, chúng tôi khoan một lỗ mù với đường kính 2 mm, trong đó đầu của đòn bẩy sẽ hoạt động. Chấm dứt. Cuối cùng, bằng cách nào đó chúng ta phải bắt được những quả bóng. Mỗi con sâu bướm kết thúc bằng một chuôi. Chúng cần thiết để chúng tôi không tìm kiếm bóng khắp phòng sau mỗi giai đoạn của trò chơi. Chúng tôi sẽ chụp từ một đoạn ống 50 mm. Ở một bên, cắt ống ở một góc để tạo ra một bức tường dài hơn mà quả bóng sẽ đánh để hoàn thành tuyến đường. Ở đầu kia của ống, cắt một khe mà chúng ta sẽ đặt tấm van vào. Tấm chắn sẽ không cho phép bóng rơi mất kiểm soát ở đâu đó. Mặt khác, ngay sau khi chúng ta rút đĩa ra, quả bóng sẽ tự rơi vào tay chúng ta.
Gắn thiết bị. Ở góc trên bên phải của bảng, ở phần đầu được đánh dấu của tất cả các bản nhạc, hãy dán khối gỗ của chúng tôi, trong đó chúng tôi dán các ống vào đế. Dán các ống bằng keo nóng vào bảng theo các đường đã vẽ. Đường xoắn ốc xa nhất từ bề mặt của tấm được đỡ dọc theo chiều dài trung bình của nó bằng một thanh gỗ cao 35 mm.
Dán các tấm lỗ vào khối đỡ rãnh phía trên để chúng vừa khít với các lỗ trên khối gỗ mà không bị lỗi. Chúng tôi lắp cần gạt vào lỗ của tấm trung tâm và một cần vào vỏ của máy khởi động. Chúng tôi lắp phần cuối của cần vào toa và bây giờ chúng tôi có thể đánh dấu nơi cần dán vào bảng. Cơ cấu phải hoạt động theo cách mà khi xoay cần gạt sang trái, tất cả các lỗ đều mở ra. Đánh dấu vị trí đã tìm thấy bằng bút chì và cuối cùng dán phần hỗ trợ bằng keo nóng.
Vui vẻ. Chúng tôi treo đường đua và đồng thời là một thiết bị khoa học trên tường. Các quả bóng có cùng khối lượng và đường kính được đặt ở vị trí ban đầu của chúng. Xoay kích hoạt sang trái và các quả bóng sẽ bắt đầu di chuyển cùng một lúc. Chúng ta có nghĩ rằng quả bóng nhanh nhất ở vạch đích sẽ là quả bóng ở đường chạy 500mm ngắn nhất không? Trực giác của chúng tôi đã thất bại chúng tôi. Ở đây nó không phải như vậy. Cô ấy đứng thứ ba ở vạch đích. Thật ngạc nhiên, đó là sự thật.
Quả bóng nhanh nhất là quả bóng di chuyển theo đường xoáy thuận, mặc dù đường đi của nó là 550 milimét, và quả bóng còn lại là quả bóng di chuyển dọc theo một đoạn của đường tròn. Làm thế nào mà tại điểm ban đầu tất cả các quả bóng đều có cùng tốc độ? Đối với tất cả các quả bóng, cùng một độ chênh lệch thế năng đã được biến đổi thành động năng. Khoa học sẽ cho chúng ta biết sự khác biệt về thời gian hoàn thành đến từ đâu.
Ông giải thích hành vi này của các quả bóng bằng các lý do động lực học. Các quả bóng chịu một số lực nhất định, được gọi là phản lực, tác dụng lên các quả bóng từ mặt bên của đường ray. Thành phần nằm ngang của phản lực trung bình là thành phần lớn nhất đối với một xycloid. Nó cũng gây ra gia tốc ngang trung bình lớn nhất của quả bóng đó. Một thực tế khoa học là trong tất cả các đường cong nối hai điểm bất kỳ của mồ hôi trọng trường, thời gian rơi của xoáy thuận là ngắn nhất. Bạn có thể thảo luận về câu hỏi thú vị này tại một trong những buổi học vật lý. Có lẽ điều này sẽ dành một trong những trang khủng khiếp.
