Автомобиль-мышеловка

Автомобиль -мышеловка — небольшое транспортное средство , единственным источником движущей силы которого является мышеловка . Варианты включают использование нескольких ловушек или очень больших ловушек для крыс для дополнительной мощности.

Машинки-мышеловки часто используются на уроках физики или других физических наук, чтобы помочь учащимся развить навыки решения проблем, развить пространственное восприятие , научиться планировать время и практиковать совместное поведение.

Дизайн

Общий стиль автомобиля-мышеловки варьируется. ^[1]^[2] Ряд коммерческих продавцов предлагают на продажу планы, комплекты и автомобили в сборе. ^[3]^[4]^[5]^[6] Помимо машинок-мышеловок, созданы конкурсы лодок-мышеловок. ^[7] и самолеты-мышеловки. ^[8]

Весенняя сила

Мышеловка приводится в действие винтовой торсионной пружиной . Торсионные пружины подчиняются угловой форме закона Гука :

\tau =-\kappa \theta \,

где $\tau \,$ - крутящий момент, оказываемый пружиной, в ньютон -метрах, и $\theta \,$ - угол поворота от положения равновесия в радианах. $\kappa \,$ пружины — константа в единицах ньютон-метр/радиан, называемая по-разному коэффициентом кручения , модулем упругости при кручении или просто постоянной пружины , равная крутящему моменту, необходимому для поворота пружины на угол в 1 радиан. Это аналог жесткости линейной пружины.

Энергия U в джоулях , запасенная в торсионной пружине, равна:

U={\frac {1}{2}}\kappa \theta ^{2}

Когда мышеловка собрана, пружина сначала выкручивается за пределы своего положения равновесия, так что при закрытии ловушки она оказывает значительный крутящий момент на стержень.

Передача мощности на ось

Это движение необходимо использовать для поворота оси или колес автомобиля. Наиболее распространенное решение — прикрепить веревку к рычагу мышеловки, а затем обернуть ее вокруг оси. Когда штанга отпускается, она натягивает веревку, заставляя ось (и колеса) вращаться.

Однако привязывание веревки непосредственно к стержню мышеловки не позволит эффективно использовать энергию, запасенную пружиной. Расстояние между открытым и закрытым положениями стержня мышеловки обычно составляет 10 см, именно столько веревки нужно натянуть. Намотанная на ось даже небольшого диаметра такая веревка не создаст достаточного количества оборотов, чтобы переместить автомобиль настолько далеко, насколько это возможно.

Чтобы обойти эту проблему, большинство автомобилей-мышеловок добавляют к рулю рычаг, который будет тянуть веревку гораздо большей длины и заставлять ось совершать гораздо больше оборотов.

Трение колес

Еще одна причина добавить рычаг к мышеловке — уменьшить крутящий момент, прикладываемый к колесам. Если к колесам приложен слишком большой крутящий момент, сила между колесами и землей превысит максимальную силу трения из-за коэффициента трения между колесом и поверхностями земли. Когда это происходит, колеса проскальзывают и энергия, накопленная в пружине, тратится впустую. Использование длинного рычага на перекладине мышеловки уменьшает натяжение веревки за счет крутящего момента пружины и, таким образом, уменьшает крутящий момент, приложенный к колесам автомобиля.

Помимо снижения крутящего момента, приложенного к колесам, коэффициент трения можно улучшить за счет использования материалов с более высоким коэффициентом трения.

Расстояние автомобиля

Создание автомобиля этого типа основано на передаче наибольшего усилия пружины на плечо рычага и приведении во вращение ведущей оси. Чтобы выехать на автомобиле на максимальное расстояние, вам необходимо сделать рычаг рычага длинным. Это позволяет автомобилю получить больше вращения от колес из-за более длинной струны, которая будет иметь более длинное плечо рычага. Затем увеличьте ведущие колеса, потому что чем больше диаметр колеса, тем больше земли оно покрывает. Наряду с этим убедитесь, что оси меньше колеса, чтобы расстояние тяги было больше. Уменьшите как можно больше трения, потому что чем больше трение, тем больше энергии теряется при движении автомобиля. Также следует учитывать массу: чем больше весит автомобиль, тем больше энергии пружины мышеловки будет использовано, поэтому лучше всего сделать автомобиль легким.

Скорость автомобиля

Создание скоростной машины-мышеловки предполагает извлечение как можно большей энергии из пружины мышеловки на небольшом расстоянии. Рычаг рычага должен быть короче, чем у дальнего автомобиля, потому что чем короче рычаг, тем быстрее пружина сработает и, таким образом, из пружины будет извлечен больший крутящий момент. Большая часть веса автомобиля распределена на заднюю часть, где расположен ведущий мост. Построенный таким образом автомобиль не будет иметь большого сопротивления спереди, замедляя его. Колеса не обязательно должны быть слишком большими, но ось должна быть больше по сравнению с колесом. Колесам необходимо хорошее сцепление с дорогой, потому что без необходимого трения колеса, прикрепленные к ведущей оси, будут скользить и не толкать автомобиль вперед из-за всего добавленного крутящего момента.

Ссылки

^ Wired.com Воскресный дневной проект: Дэйв Бэнкс строит машину-мышеловку
^ Instructables.com , Автомобиль-мышеловка
^ Docfizzix.com , Транспортные средства с мышью
^ Escience.ca , Автомобильный комплект Efson Science Mousetrap
^ Kelvin.com. Архивировано 16 ноября 2007 г. в Wayback Machine , автомобильный комплект Mousetrap компании Kelvin.
^ Киддер.ca ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}, страница каталога компании Kidder
^ Lakeviewjhs.net. Архивировано 20 июля 2008 г. на Wayback Machine , конкурс лодок-мышеловок.
^ AB.ca , 2001–2002 Научные Олимпийские игры в Паркленде. Архивировано 22 января 2008 года в Wayback Machine.

Внешние ссылки

Автомобиль-мышеловка Демонстрация автомобиля с приводом от мышеловки

[1] Wired.com Воскресный дневной проект: Дэйв Бэнкс строит машину-мышеловку

[2] Instructables.com , Автомобиль-мышеловка

[3] Docfizzix.com , Транспортные средства с мышью

[4] Escience.ca , Автомобильный комплект Efson Science Mousetrap

[5] Kelvin.com. Архивировано 16 ноября 2007 г. в Wayback Machine , автомобильный комплект Mousetrap компании Kelvin.

[6] Киддер.ca ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}, страница каталога компании Kidder

[7] Lakeviewjhs.net. Архивировано 20 июля 2008 г. на Wayback Machine , конкурс лодок-мышеловок.

[8] AB.ca , 2001–2002 Научные Олимпийские игры в Паркленде. Архивировано 22 января 2008 года в Wayback Machine.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]