carreras de pelota
Esta vez te sugiero que hagas un dispositivo simple pero efectivo para el aula de física. Será una carrera de pelota. Otra ventaja del diseño de la pista es que se cuelga en la pared sin ocupar mucho espacio y siempre está lista para mostrar la experiencia de carrera. Tres bolas parten simultáneamente de puntos situados a la misma altura. Un vehículo de lanzamiento especialmente diseñado nos ayudará con esto. Las bolas correrán por tres caminos diferentes.
El dispositivo parece un tablero colgado en la pared. Tres tubos transparentes están pegados al tablero, los caminos a lo largo de los cuales se moverán las bolas. La primera tira es la más corta y tiene la forma de un plano inclinado convencional. El segundo es el segmento circular. La tercera banda tiene la forma de un fragmento de cicloide. Todo el mundo sabe qué es un círculo, pero no saben cómo es ni de dónde viene la cicloide. Os recuerdo que una cicloide es una curva trazada por un punto fijo a lo largo de una circunferencia, que rueda a lo largo de una línea recta sin deslizarse.
Imaginemos que ponemos un punto blanco en la llanta de una bicicleta y le pedimos a alguien que empuje la bicicleta o la monte muy despacio en línea recta, pero por ahora observaremos el movimiento del punto. La trayectoria del punto unido al bus rodeará la cicloide. No es necesario que hagas este experimento, porque en la figura ya podemos ver la cicloide trazada en el mapa y todos los carriles destinados a que corran las bolas. Para ser justos con el punto de partida, construiremos un arrancador de palanca simple que arrancará las tres bolas de manera uniforme. Al tirar de la palanca, las bolas golpean la carretera al mismo tiempo.
Normalmente nuestra intuición nos dice que la bola que siga el camino más directo, es decir, el plano inclinado, será la más rápida y ganará. Pero ni la física ni la vida son tan simples. Compruébalo tú mismo montando este dispositivo experimental. Quién para trabajar. Materiales. Una pieza rectangular de madera contrachapada de 600 por 400 milímetros o tablero de corcho del mismo tamaño o menos de dos metros de tubo de plástico transparente de 10 milímetros de diámetro, lámina de aluminio de 1 milímetro de espesor, alambre de 2 milímetros de diámetro. , tres bolas idénticas que deben moverse libremente dentro de los tubos. Puede usar bolas de acero con cojinetes rotos, perdigones de plomo o bolas de escopeta, según el diámetro interior de la tubería. Colgaremos nuestro dispositivo en la pared y para ello necesitamos dos soportes en los que colgar cuadros. Puede comprar o hacer manijas de alambre con sus propias manos.
Instrumentos. Sierra, cuchillo afilado, pistola de pegamento caliente, taladro, cortador de chapa, alicates, lápiz, punzón, taladro, lima de madera y dremel, lo que facilita mucho el trabajo. Base. En papel, dibujaremos las tres rutas de viaje previstas en una escala de 1: 1 según el dibujo de nuestra carta. El primero es recto. Segmento del segundo círculo. La tercera ruta es cicloides. Lo podemos ver en la imagen. El dibujo correcto de las pistas debe volver a dibujarse en el tablero base, para que luego sepamos dónde pegar los tubos que se convertirán en las pistas de las bolas.
carriles de pelota. Los tubos de plástico deben ser transparentes, puedes ver cómo se mueven nuestras bolas en ellos. Los tubos de plástico son baratos y fáciles de encontrar en la tienda. Cortaremos las longitudes de tubería requeridas, aproximadamente 600 milímetros, y luego las acortaremos un poco, ajustando y probando en su proyecto.
Soporte de inicio de pista. En un bloque de madera de 80x140x15 milímetros, taladre tres agujeros con un diámetro de tubos. El agujero en el que metemos la primera pista, es decir. representando uniformidad, debe ser aserrado y moldeado como se muestra en la foto. El hecho es que el tubo no se dobla en ángulo recto y toca la forma del plano tanto como sea posible. El tubo en sí también se corta en el ángulo que forma. Pegue los tubos apropiados en todos estos agujeros en el bloque.
máquina de carga. De una lámina de aluminio de 1 mm de espesor, cortamos dos rectángulos con dimensiones, como se muestra en el dibujo. En el primero y segundo, perforamos tres orificios de 7 milímetros de diámetro coaxialmente con la misma disposición que se perforaron los orificios en la barra de madera que constituye el inicio de las vías. Estos agujeros serán los nidos de partida para las bolas. Taladre agujeros en la segunda placa con un diámetro de 12 milímetros. Pegue pequeñas piezas rectangulares de chapa a los bordes extremos de la placa inferior y a los de la placa superior con agujeros más pequeños. Cuidemos la alineación de estos elementos. La placa central de 45 x 60 mm debe encajar entre las placas superior e inferior y poder deslizarse para cubrir y abrir los orificios. Pequeñas placas pegadas a las placas inferior y superior restringirán el movimiento lateral de la placa central para que pueda moverse hacia la izquierda y hacia la derecha con el movimiento de la palanca. Perforamos un agujero en esta placa, visible en el dibujo, en el que se colocará la palanca.
palanca. Lo doblaremos a partir de un alambre con un diámetro de 2 milímetros. El alambre se puede obtener fácilmente cortando una longitud de 150 mm del colgador de alambre. Por lo general, obtenemos una percha de este tipo junto con la ropa limpia del lavado, y se convierte en una excelente fuente de alambre recto y grueso para nuestros propósitos. Doble un extremo del cable en ángulo recto a una distancia de 15 milímetros. El otro extremo se puede asegurar poniéndole un mango de madera.
Soporte de palanca. Está hecho de un bloque de 30x30x35 milímetros de alto. En el centro del bloque, perforamos un agujero ciego con un diámetro de 2 milímetros, en el que funcionará la punta de la palanca. Final. Finalmente, debemos atrapar las bolas de alguna manera. Cada oruga termina con un agarre. Son necesarios para que no busquemos balones por toda la habitación después de cada etapa del juego. Realizaremos la toma a partir de un trozo de tubo de 50 mm. Por un lado, corte el tubo en ángulo para crear una pared más larga en la que la pelota golpeará para completar la ruta. En el otro extremo del tubo, corte una ranura en la que colocaremos la placa de la válvula. El plato no permitirá que la bola se salga de control en alguna parte. Por otro lado, en cuanto saquemos el plato, la propia bola caerá en nuestras manos.
Montaje del dispositivo. En la esquina superior derecha del tablero, en el comienzo marcado de todas las pistas, pegue nuestro bloque de madera en el que pegamos los tubos a la base. Pegue los tubos con pegamento caliente al tablero de acuerdo con las líneas dibujadas. La trayectoria cicloidal más alejada de la superficie de la losa está sostenida a lo largo de su longitud media por una barra de madera de 35 mm de altura.
Pegue las placas de los orificios al bloque de soporte del riel superior para que encajen en los orificios del bloque de madera sin errores. Introducimos la palanca en el orificio de la placa central y otra en la carcasa de la máquina de arranque. Insertamos el extremo de la palanca en el carro y ahora podemos marcar el lugar donde se debe pegar el carro al tablero. El mecanismo debe funcionar de tal manera que cuando la palanca se gira hacia la izquierda, todos los agujeros se abren. Marque el lugar encontrado con un lápiz y finalmente pegue el soporte con pegamento caliente.
Забава. Colgamos la pista de carreras y al mismo tiempo un dispositivo científico en la pared. Se colocan bolas del mismo peso y diámetro en sus lugares de partida. Gire el gatillo hacia la izquierda y las bolas comenzarán a moverse al mismo tiempo. ¿Pensamos que la bola más rápida en la línea de meta sería la de la pista más corta de 500 mm? Nuestra intuición nos falló. Aquí no es así. Ella es tercera en la línea de meta. Sorprendentemente, es cierto.
La bola más rápida es la que se mueve siguiendo una trayectoria cicloidal, aunque su recorrido es de 550 milímetros, y la otra es la que se desplaza siguiendo un segmento de círculo. ¿Cómo sucedió que en el punto de partida todas las bolas tenían la misma velocidad? Para todas las pelotas, la misma diferencia de energía potencial se convirtió en energía cinética. La ciencia nos dirá de dónde viene la diferencia en los tiempos de finalización.
Explica este comportamiento de las bolas por razones dinámicas. Las bolas están sujetas a ciertas fuerzas, llamadas fuerzas de reacción, que actúan sobre las bolas desde el lado de las pistas. La componente horizontal de la fuerza de reacción es, en promedio, la mayor para una cicloide. También provoca la mayor aceleración horizontal promedio de esa pelota. Es un hecho científico que de todas las curvas que conectan dos puntos cualquiera del sudor gravitacional, el tiempo de caída de la cicloide es el más corto. Puede discutir esta interesante pregunta en una de las lecciones de física. Quizás esto deje de lado una de las terribles páginas.
