Набор «Технология и основы механики»

Инерционная машина

Изучите такие физические понятия как зубчатые передачи, измерение расстояний, силы, передача энергии, трение и пневматика.

45–90 мин
Средний уровень
Классы 5–8
flywheeler-connect

1. Установление взаимосвяей

5-10 мин.

Дима и Катя немного поссорились, и их выставили на улицу слегка поостыть. Катя захотела, чтобы Пес Барбос покатал ее на тележке, но у него не хватило на это сил.

А Дима играет со своими волчками. Они замечательно крутятся, но Диме очень хочется поскорей помириться с Катей и снова играть с ней. Катя хочет того же – ведь гораздо лучше быть хорошими друзьями, тем более что все игры им надоели.

Они посмотрели друг на друга, и тут Катю осенила идея. А нельзя ли поиграть с тележкой и при этом использовать энергию волчка? Как вы думаете, у них это получится?

Можно ли толкать тележку за счет энергии крутящегося волчка – и насколько далеко и долго она будет катиться? Проверьте!

flywheeler-connect

2. Конструирование

20-25 мин.

Первым делом нужно оборудовать и проверить «автодром» для испытаний.
Отмерьте 50 см дорожки. Это будет зона разбега с линией старта впереди. Затем приклейте к полу вдоль дорожки 2 м липкой лены и разметьте ее через каждые 10 см. Теперь можно заняться моделями!

flywheeler-test-track

Соберите модель инерционной машины
(Технологические карты 10A и 10B, с. 10, шаг 20)

  • Запустите модель – она будет двигаться до полной остановки довольно медленно.
  • Если модель останавливается слишком быстро, ослабьте втулки осей, проверьте, надежно ли зацепляются между собой зубчатые колеса, и удостоверьтесь, что остальные элементы конструкции плотно пригнаны друг к другу.
fly-wheeler-building-instructions-front-page
flywheeler-hand

3. Рефлексия

20-25 мин.

«Чистый» эксперимент
Чтобы проверить все модели, разгоняйте их в течение 2 секунд в 50-сантиметровой зоне, а на линии старта отпускайте – на одной стартовой скорости. Для этого нужно потренироваться! Поэтому мы рекомендуем испытывать каждую модель по 3 раза.

Знаете ли вы?
Лучшие маховики, предназначенные для накопления энергии, помещают в герметичные кожухи, где они работают в вакууме, не испытывая сопротивления воздуха.

flywheeler-fair-testing

Что делает маховик эффективным?
Самый лучший маховик будет двигать модель дальше и в течение более продолжительного времени после точно такого же разгона, как и у остальных моделей! Проведите испытания моделей, вообще не имеющих маховиков. Установите на модель большие колеса с шинами и без. Придумайте свои варианты испытаний.

Более тяжелые маховики эффективнее легких, но для их разгона потребуется больше энергии, то есть количество накопленной маховиком энергии движения, или кинетической энергии, зависит от его массы и скорости вращения.

Как далеко и сколько времени он будет катиться?
Измерьте, на какое расстояние укатится каждый маховик. Было бы очень хорошо, если бы при этом вы засекли, сколько времени он будет двигаться.

Соберите модель в соответствии с шагом 22, с. 12.
Проведите испытания и измерьте параметры.

Соберите модель в соответствии с шагом 24, с. 14.
Проведите испытания и измерьте параметры.

Инерционные машины движутся чрезвычайно медленно. Чем больше маховик, тем медленнее они едут, но зато – дольше и на большее расстояние.

Знаете ли вы?
Мы используем повышающую передачу «8-зубое колесо – 24-зубое колесо», две ступени повышения передачи, каждая с отношением 1 : 3, то есть каждому обороту колеса по земле соответствует 9

flywheeler-wheels

4. Развитие

25-30 мин.

«Шалтай-Болтай»
Соберите модель с маховиком, ось которого НЕ проходит через центр маховика (Технологическая карта 10B, с. 17, шаг 3). Предположите, что произойдет, а затем проверьте свои предположения.

Модель останавливается очень быстро. Маховики при вращении должны быть ДИНАМИЧЕСКИ сбалансированы, иначе возникает множество сил, направленных в разные стороны, что является причиной увеличения ТРЕНИЯ на осях.

Попробуйте скатить свою модель с горки. Что при этом происходит? Сравните свой вариант с моделью, на которой установлен сбалансированный маховик. Модель едет очень медленно и не.

Модель едет очень медленно и не разгоняется. Разнонаправленные силы, вызванные динамической разбалансировкой, сильно возрастают даже при незначительном увеличении скорости. На малых скоростях они практически незаметны, поэтому модель продолжает медленно катиться.

Знаете ли вы?
В реальных условиях несбалансированный маховик может разорваться!

flywheeler-off-center

Покоритель холмов
Смастерите пандус, по которому будете запускать модели вверх. Попробуйте предположить, а затем проверьте, как поведут себя модели с маховиком и без при одинаковом разгоне (сделать это будет непросто!). На этом этапе занятия несколько групп учеников могут работать вместе.

Модели с маховиком поднимутся по пандусу выше, поскольку они запасли много энергии.

Изогните полосы тонкого картона и сделайте несколько низких горок для запуска моделей.

Инерционные машины двигаются медленнее – как вверх, так и вниз. Маховик выступает в роли своеобразного регулятора, который помогает машине преодолевать подъемы на одной и той же скорости.

Преодоление препятствий
На полу или на столе насыпьте большую кучу из ЛЕГО®-кирпичиков и посмотрите, инерционная машина какого типа сумеет преодолеть эту «гору ЛЕГО».

Лучше всего с этим справится модель с широкими шинами.

flywheel-hill-climber

В помощь преподавателю

Технология

  • Использование механизмов – повышающая зубчатая передача.
  • Сборка деталей.

Естественные науки

  • Измерение расстояния.
  • Измерение времени.
  • Силы.
  • Энергия движения (кинетическая энергия).
  • Трение и воздух.
  • Сопротивление ветра.
  • Методы исследования.
  • Набор «Технология и основы механики» (9686) (рекомендуется использовать один набор для двух учащихся)
  • Свободное пространство на полу (3 м в длину).
  • Липкая лента.
  • Рулетка или «сантиметр».
  • Секундомер или какой-нибудь другой таймер.

Технология
Определение требований к модели и раз- витие идей. Индивидуальная и групповая работа. Сборка и разборка моделей. Использование подходящих материалов и деталей, а также модульных конструкций для разработки и создания высококачественных действующих моделей. Испытание модели и определение необходимости внесения изменений. Сборка и разборка подобных моделей и проверка их соответствия поставленной задаче.

  • Изучение маховика как механизма регулировки скорости (повышающая передача) и средства обеспечения безопасности.
  • Исследование маховика как аккумулятора энергии.
  • Использование зубчатых колес для повышения скорости.
  • Разработка и создание транспортного средства, способного передвигаться максимально плавно на максимально возможное расстояние за счет накопленной энергии.

Естественные науки
Методы исследования, прогнозирование и измерение влияния переменных параметров на работу простых механизмов. Наблюдения, измерения и запись.

  • Накопление кинетической энергии (энергии движения).
  • Трение.
  • Уравновешенные и неуравновешенные силы.

Математика
Применение на практике математических идей. Вычисления с использованием всех числовых операций. Вычисление площади, среднего значения и отношения величин и использование этих понятий. Измерение времени, расстояния и силы с необходимой точностью. Применение формул; решение простых уравнений для вычисления скорости. Выявление закономерностей, сбор данных и представление их в виде таблиц. Представление математических идей в устной, письменной и графической форме.

  • Измерение расстояния и времени.
  • Зависимость скорости и пройденного расстояния от массы маховика.

Учебные материалы

Рабочий лист ученика

Download to view and share the student worksheet.

Поделиться через:

Класс GoogleКласс Google