แข่งบอล

ครั้งนี้ ฉันแนะนำให้คุณสร้างอุปกรณ์ที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพสำหรับห้องเรียนฟิสิกส์ มันจะเป็นการแข่งขันบอล ข้อดีอีกประการของการออกแบบสนามแข่งคือแขวนไว้บนผนังโดยไม่ต้องใช้พื้นที่มากนัก และพร้อมเสมอที่จะอวดประสบการณ์การแข่งรถ ลูกบอลสามลูกเริ่มต้นพร้อมกันจากจุดที่อยู่บนความสูงเท่ากัน รถเปิดตัวที่ออกแบบมาเป็นพิเศษจะช่วยเราในเรื่องนี้ ลูกบอลจะวิ่งไปตามเส้นทางที่แตกต่างกันสามเส้นทาง

อุปกรณ์มีลักษณะเหมือนกระดานที่แขวนอยู่บนผนัง หลอดโปร่งใสสามหลอดติดอยู่บนกระดานซึ่งเป็นเส้นทางที่ลูกบอลจะเคลื่อนที่ แถบแรกสั้นที่สุดและมีรูปร่างเป็นระนาบเอียงทั่วไป ประการที่สองคือส่วนของวงกลม แถบที่สามอยู่ในรูปของชิ้นส่วนของไซโคลิด ทุกคนรู้ว่าวงกลมคืออะไร แต่พวกเขาไม่รู้ว่ามันหน้าตาเป็นอย่างไร และไซโคลิดมาจากไหน ฉันขอเตือนคุณว่า cycloid เป็นเส้นโค้งที่ลากโดยจุดคงที่ในวงกลม กลิ้งไปตามเส้นตรงโดยไม่ลื่นไถล

ลองนึกภาพว่าเราใส่จุดสีขาวบนยางของจักรยานแล้วขอให้ใครสักคนผลักจักรยานหรือขี่ช้าๆ เป็นเส้นตรง แต่สำหรับตอนนี้เราจะสังเกตการเคลื่อนไหวของจุด เส้นทางของจุดที่ติดกับรถบัสจะล้อมรอบไซโคลิด คุณไม่จำเป็นต้องทำการทดลองนี้ เพราะในรูปนั้น เราจะเห็นแผนผังไซโคลิดบนแผนที่และเลนทั้งหมดที่มีไว้สำหรับให้ลูกบอลวิ่ง เพื่อความเป็นธรรมในจุดเริ่มต้น เราจะสร้างคันสตาร์ทแบบง่ายที่จะเริ่มต้นทั้งสามลูกอย่างเท่าเทียมกัน โดยการดึงคันโยก ลูกบอลกระทบพื้นถนนพร้อม ๆ กัน

โดยปกติสัญชาตญาณของเราจะบอกเราว่าลูกบอลที่วิ่งตามเส้นทางที่ตรงที่สุด นั่นคือ ระนาบเอียง จะเร็วและชนะ แต่ฟิสิกส์และชีวิตไม่ง่ายนัก ดูตัวคุณเองด้วยการประกอบอุปกรณ์ทดลองนี้ ใครไปทำงาน. วัสดุ. ไม้อัดสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 600 x 400 มม. หรือแผ่นไม้ก๊อกที่มีขนาดเท่ากันหรือน้อยกว่า 10 เมตรของท่อพลาสติกใสที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. แผ่นอลูมิเนียมหนา 2 มม. ลวดเส้นผ่านศูนย์กลาง XNUMX มม. สามลูกเหมือนกันที่ต้องเคลื่อนที่อย่างอิสระภายในท่อ คุณสามารถใช้ลูกเหล็กแบริ่งที่หัก ตะกั่ว หรือลูกปืนลูกซอง ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อของคุณ เราจะแขวนอุปกรณ์ไว้บนผนัง และด้วยเหตุนี้ เราต้องใช้ที่ยึดสองตัวสำหรับแขวนรูปภาพ คุณสามารถซื้อหรือทำที่จับลวดด้วยมือของคุณเองจากเรา

เครื่องมือ. เลื่อย มีดคมๆ ปืนกาวร้อน สว่าน เครื่องตัดแผ่นโลหะ คีม ดินสอ เครื่องเจาะ สว่าน ตะไบไม้ และเดรเมล ซึ่งทำให้งานนี้ง่ายมาก ฐาน. บนกระดาษ เราจะวาดเส้นทางการเดินทางสามเส้นทางที่คาดการณ์ไว้ในระดับ 1:1 ตามภาพวาดในจดหมายของเรา อันแรกบอกตรงๆ ส่วนของวงกลมที่สอง เส้นทางที่สามคือไซโคลิด เราสามารถเห็นได้ในภาพ การวาดแทร็กที่ถูกต้องจะต้องวาดใหม่บนกระดานฐานเพื่อให้เรารู้ในภายหลังว่าต้องติดท่อที่จะกลายเป็นรางของลูกบอล

เลนบอล. หลอดพลาสติกควรโปร่งใส คุณสามารถดูได้ว่าลูกบอลของเราเคลื่อนที่อย่างไร หลอดพลาสติกมีราคาถูกและหาซื้อได้ง่ายในร้านค้า เราจะตัดท่อตามความยาวที่ต้องการ ประมาณ 600 มม. แล้วย่อให้สั้นลงเล็กน้อย ปรับให้พอดีและทดลองในโครงการของคุณ

รองรับการเริ่มติดตาม. ในบล็อกไม้ขนาด 80x140x15 มิลลิเมตร เจาะรูสามรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ รูที่เราติดแทร็กแรกคือ ต้องเลื่อยและขึ้นรูปตามภาพ ความจริงก็คือท่อไม่งอเป็นมุมฉากและสัมผัสกับรูปร่างของระนาบให้ได้มากที่สุด ตัวท่อเองก็ถูกตัดในมุมที่มันเกิดเช่นกัน กาวท่อที่เหมาะสมลงในรูเหล่านี้ทั้งหมดในบล็อก

เครื่องโหลด. จากแผ่นอลูมิเนียมหนา 1 มม. เราตัดสี่เหลี่ยมสองอันที่มีขนาดตามที่แสดงในภาพวาด ในครั้งแรกและครั้งที่สอง เราเจาะรูสามรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 มม. แบบโคแอกเชียลด้วยการจัดเรียงเดียวกันกับรูที่เจาะในแท่งไม้ซึ่งถือเป็นจุดเริ่มต้นของราง หลุมเหล่านี้จะเป็นรังเริ่มต้นสำหรับลูกบอล เจาะรูในแผ่นที่สองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 มม. กาวแผ่นโลหะสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ ไปที่ขอบสุดของแผ่นด้านล่างและกับแผ่นด้านบนที่มีรูเล็กกว่า มาดูแลการจัดตำแหน่งขององค์ประกอบเหล่านี้กัน แผ่นกลางขนาด 45 x 60 มม. ต้องพอดีระหว่างแผ่นด้านบนและด้านล่าง และสามารถเลื่อนเพื่อปิดและเปิดรูได้ แผ่นโลหะขนาดเล็กที่ติดกาวที่แผ่นด้านล่างและแผ่นด้านบนจะจำกัดการเคลื่อนที่ด้านข้างของแผ่นตรงกลางเพื่อให้สามารถเคลื่อนไปทางซ้ายและขวาด้วยการเคลื่อนไหวของคันโยก เราเจาะรูในจานนี้ซึ่งมองเห็นได้ในภาพวาดซึ่งจะวางคันโยก

แขนคัน. เราจะงอจากเส้นลวดที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2 มิลลิเมตร หาลวดได้ง่ายโดยการตัดความยาว 150 มม. จากที่แขวนลวด โดยปกติเราจะได้ไม้แขวนพร้อมกับเสื้อผ้าที่สะอาดจากการซัก และมันกลายเป็นแหล่งที่ดีของลวดตรงและหนาสำหรับจุดประสงค์ของเรา งอปลายลวดด้านหนึ่งเป็นมุมฉากที่ระยะ 15 มิลลิเมตร ปลายอีกด้านยึดได้โดยใช้ที่จับไม้

รองรับคันโยก. เป็นบล็อกขนาดสูง 30x30x35 มิลลิเมตร ตรงกลางของบล็อก เราเจาะรูตาบอดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 มม. ซึ่งส่วนปลายของคันโยกจะทำงาน จบ. สุดท้ายเราต้องจับลูกบอล หนอนผีเสื้อแต่ละตัวจบลงด้วยด้ามจับ พวกเขามีความจำเป็นเพื่อที่เราจะได้ไม่ต้องมองหาลูกบอลทั่วห้องหลังจากแต่ละขั้นตอนของเกม เราจะทำการดักจับจากท่อขนาด 50 มม. ด้านหนึ่งตัดท่อเป็นมุมเพื่อสร้างกำแพงที่ยาวขึ้นซึ่งลูกบอลจะตีให้ครบเส้นทาง ที่ปลายอีกด้านของท่อ ให้ตัดช่องที่เราจะวางแผ่นวาล์ว จานจะไม่ยอมให้ลูกบอลหลุดจากการควบคุมทุกที่ ในทางกลับกัน ทันทีที่เราดึงจานออก ลูกบอลก็จะตกไปอยู่ในมือของเรา

การติดตั้งอุปกรณ์. ที่มุมขวาบนของกระดาน ที่จุดเริ่มต้นของแทร็กทั้งหมด ติดบล็อกไม้ของเราซึ่งเราติดหลอดเข้ากับฐาน กาวหลอดด้วยกาวร้อนกับบอร์ดตามเส้นที่วาด เส้นทางไซโคลดัลที่ไกลที่สุดจากพื้นผิวของแผ่นพื้นรองรับความยาวเฉลี่ยด้วยแท่งไม้สูง 35 มม.

กาวเพลตรูเข้ากับบล็อกรองรับแทร็กด้านบนเพื่อให้เข้ากับรูในบล็อกไม้โดยไม่มีข้อผิดพลาด เราใส่คันโยกเข้าไปในรูของเพลทกลางและอีกอันเข้าไปในปลอกของเครื่องสตาร์ท เราใส่ปลายคันโยกเข้าไปในแคร่ตลับหมึกและตอนนี้เราสามารถทำเครื่องหมายตำแหน่งที่ควรติดแคร่ตลับหมึกเข้ากับบอร์ด กลไกต้องทำงานในลักษณะที่เมื่อหมุนคันโยกไปทางซ้าย รูทั้งหมดจะเปิดออก ทำเครื่องหมายสถานที่ที่พบด้วยดินสอและสุดท้ายติดกาวด้วยกาวร้อน

สนุก. เราแขวนลู่วิ่งและในขณะเดียวกันก็มีอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ติดอยู่บนผนัง ลูกบอลที่มีน้ำหนักและเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันจะถูกวางไว้ที่จุดเริ่มต้น หมุนไกปืนไปทางซ้ายและลูกบอลจะเริ่มเคลื่อนที่พร้อมกัน เราคิดว่าลูกที่เร็วที่สุดที่เส้นชัยจะเป็นลูกที่สั้นที่สุด 500 มม. หรือไม่? สัญชาตญาณของเราล้มเหลวเรา ที่นี่มันไม่เป็นเช่นนั้น เธอเป็นคนที่สามที่เส้นชัย น่าแปลกที่มันเป็นเรื่องจริง

ลูกบอลที่เร็วที่สุดคือลูกที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางวงกลม ถึงแม้ว่าเส้นทางของลูกบอลจะยาว 550 มม. และอีกลูกหนึ่งเป็นลูกที่เคลื่อนที่ไปตามส่วนของวงกลม เกิดขึ้นได้อย่างไรที่จุดเริ่มต้น ลูกบอลทั้งหมดมีความเร็วเท่ากัน? สำหรับลูกบอลทั้งหมด ความต่างศักย์เท่ากันจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ วิทยาศาสตร์จะบอกเราว่าความแตกต่างของเวลาสิ้นสุดมาจากไหน

เขาอธิบายพฤติกรรมของลูกบอลด้วยเหตุผลแบบไดนามิก ลูกบอลอยู่ภายใต้แรงบางอย่าง ที่เรียกว่าแรงปฏิกิริยา ซึ่งกระทำต่อลูกบอลจากด้านข้างของรางรถไฟ ส่วนประกอบแนวนอนของแรงปฏิกิริยา โดยเฉลี่ยแล้ว มากที่สุดสำหรับไซโคลิด นอกจากนี้ยังทำให้เกิดความเร่งในแนวนอนเฉลี่ยที่ใหญ่ที่สุดของลูกบอลนั้น เป็นความจริงทางวิทยาศาสตร์ว่าเส้นโค้งทั้งหมดที่เชื่อมระหว่างจุดสองจุดใดๆ ของเหงื่อโน้มถ่วง เวลาตกของไซโคลิดนั้นสั้นที่สุด คุณสามารถสนทนาคำถามที่น่าสนใจนี้ได้ที่บทเรียนฟิสิกส์บทใดบทหนึ่ง บางทีนี่อาจทำให้หน้าที่น่ากลัวเล่มหนึ่งหายไป