модель сверхтяжёлого калёсного вездехода и гидропневматической ракеты

МОДЕЛЬ СВЕРХТЯЖЕЛОГО КОЛЕСНОГО ВЕЗДЕХОДА  И ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКОЙ РАКЕТЫ
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ  ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ДВИЖЕНИЙ.

  Выполнил: Серявин Вася  ученик 9 класса

  Руководитель: Серявина Л. К.  учитель физики высшей категории,

ВВЕДЕНИЕ

Изготовлением моделей люди начали заниматься очень давно. Как свидетельствуют находки археологов, уже древние египтяне делали миниатюрные модели своих барок и пирамид.

Предназначались эти модели в основном для культовых целей или украшения дворцов, вот почему на них не жалели ни золота, ни серебра, ни слоновой кости. Выглядели эти модели очень эффектно, а вот пропорции практически не соблюдались.

Постепенно люди заметили, что на уменьшенных копиях реальных машин и механизмов сравнительно легко опробовать технические решения, пригодные и для больших конструкций. С тех пор моделирование стало неотъемлемой частью технического конструирования, будь то строящаяся плотина ГЭС, самолет или корабль.

Уменьшенные копии машин, военной и бытовой техники традиционно служат отличными игрушками, помогающими быстрее и лучше познакомиться с законами физики ,а также с законами реального мира.

«Не всякая игрушка – модель, но любая модель может быть игрушкой» - принцип, следуя которому современные юные моделисты делают множество оригинальных моделей, овладевая трудовыми и творческими навыками, развивая фантазию и техническое мышление. Вот почему моделирование остаётся актуальной темой , так как является одним  из видов технического творчества, помогает проводить досуг с пользой для себя и окружающих.

Цель работы: –изготовление действующих   моделей электромобиля тягача и гидропневматической ракеты .

Задачи: .

1.Изготовить модель автомобиля по чертежам.

2. Электрифицировать автомобиль.

3.Изготовить модель ракеты.

4. Описать технологию изготовления.

1. Испытание электромобиля и ракеты.

Методы: эксперимент, сравнение, наблюдение, измерение, метод аналогии.

Глава 1.Действующая модель сверхтяжёлого колёсного вездехода

1.1. Исторические сведения о колесных вездеходах

        Всем хороши гусеничные или шнекороторные машины, однако и у них немало недостатков. Шнекоходы, столь уверенно чувствующие себя в болоте или на снегу, не могут передвигаться по ровной дороге, а гусеничные машины не только губительны для шоссе, но и переуплотняют и разрушают при движении без дорог почвенный слой. Особенно ранимой оказывается почва тундры. После каждого рейса гусеничной машины там гибнут ягодники, уничтожается олений корм – ягель, остаются годами не зарастающие колеи.

Вот почему даже для бездорожья конструкторы по–прежнему широко используют колесную технику, хотя, конечно, сами колеса значительно отличаются от тех, что были на старинных каретах. Впрочем, попытки сделать колесные экипажи более «вездеходными» делались уже давно. Обратимся к истории.

 Вначале колесные экипажи оснастили приводом на все 4 колеса, впервые это сделали англичане Т.Бурсталл и Дж. Хилл еще в 1826 году [], а затем начали создавать и многоколесные машины, давление которых на грунт также во много раз меньше. Очень скоро было замечено, что с увеличением диаметра колес проходимость машины увеличивалась. Так появились колесные вездеходы на гигантских многометровых колесах, родоначальником которых стал трехколесный танк русского изобретателя капитана Н.Н. Лебеденко. Его танк, напоминавший огромный пушечный лафет, опирался на два огромных колеса типа велосипедных диаметром 9 м. Каждое из них вращал собственный двигатель мощностью 200 л.с. Вес этого гиганта, прозванного «царь-танк», достигал 40т. Сзади он опирался на небольшой каток, ставший его ахиллесовой пятой: если колеса хорошо шли по бездорожью, то каток безнадежно увязал в земле. []

Самый большой в мире колесный вездеход был создан в Канаде. Полный вес этой машины составлял 540 т предназначенный для перевозки геологических и нефтедобывающих партий по самым труднодоступным местам, он имел жилое помещение на 40 человек, собственную нефтяную  вышку, а его 4 колеса  диаметром 15 м приводились в действие четырьмя газовыми турбинами общей мощностью 12тыс.л.с. Зато когда во время первых испытаний этот металлический мастодонт застрял в глубокой расщелине, никакими существующими подъемными средствами вытащить его не удалось.

Хорошими вездеходными качествами обладают машины на полых металлических колесах- барабанах. Одна из таких машин , вездеход-болотоход , была создана специалистами Киевского отделения института связи. Смонтированный на базе обыкновенного трактора, этот вездеход не только отлично передвигался по болотным топям, но и форсировал водные преграды, поскольку его колеса-барабаны одновременно служили и поплавками, а высокие ребра – грунтозацепы играли роль гребных лопаток водяного колеса.[]

1.2. Модель электромобиля – тягача – вездехода

Колеса.

Для изготовления модели понадобятся 4 или 6 банок из-под кофе, которые надо прежде отмыть, отрезать и тщательно загнуть молотком и плоскогубцами все зазубрины вдоль закраины. Эту операцию следует выполнять осторожно, чтобы не порезаться об острые края банки и не повредить ее поверхность.

После этого на них нужно наклеить, при помощи клея «Момент», пластинки из резины, которые будут исполнять роль протекторов. Можно было бы и грунтозацепы напаять из проволоки (лучше всего медной).

Полученные таким образом колеса для большей герметичности несколько раз покрыть масляной краской.

Кабина. Кузов.

Переднюю часть модели можно изготовить из ДВП или фанеры (может подойти и коробка из – под сока).

Задняя часть крепиться на металлическом бруске.

Подвижная часть модели.

Передняя стойка с двигателем 1, обеспечивающим повороты вправо, влево с помощью пластмассового крепления (см. рису прил.3).

1- двигатель , 2- стойка, 3- крепление,  4- двигатель                                                                                            

Двигатель1 поворачивает стойку с обоими передними колесами. Вал двигателя 2

 напрямую вращает переднее колесо, тем самым обеспечивает движение вперед и назад.

Вторая и третья пара колес, крепятся на осях гайками, там же прикреплены крылья с брызговиками.

Электропитание двигателей:

Выпрямитель напряжением 12 В.

Соединительные провода.

Тумблеры – 2 шт.

Схема электропитания автомобиля

Двигатели со встроенным в него редуктором – 2 шт. U = 12 В.

1.3Электродвигатель

Неподвижной частью электродвигателя является  статор, подковообразный  магнит.  В  качестве подвижной  части-  ротора (или якоря )  используют  обмотку из  100-120  витков     медного  провода ,навитых  на железный  сердечник. Это позволяет  во  много раз увеличить силу  взаимодействия  подвижной части  машины с магнитом. Сердечник ротора собирают  из  отдельных железных пластинок. Его диаметр должен  быть на 1,5-2 мм  меньше расстояния между  полюсами магнита. Эти пластинки  можно  вырезать  из  отожжённой жести (например, из консервной  банки) 12-15  заготовок для  такого  сердечника и  сделайте в центре  каждой заготовки  отверстие  для  оси  ротора- кусочка  вязальной  спицы. Затем насадите жестяные  заготовки  на ось, проложив  между  ними  листочки  тонкой  бумаги, смазанные  клеем “Момент”.  Собранный пакет пластинок, зажать.

Намотать на сердечник обмотку -  две секции (под  обмотку  положить листок  тонкой  бумаги  для  защиты проводов  от острых  краёв).  Провод  должен  быть с эмалевой  изоляцией  диаметром 0,2-0,3 мм. Число  витков  обмотки  в  секциях  ротора должно быть одинаково 50-60  витков. Из  круглой  пробки  сделать  изолирующей  цилиндр  и плотно  надеть на ось  ротора   полукруглые  жестяные  пластинки  коллектора  смазать  изнутри  клеем  и,  наложив    на  цилиндр,  прочно  связать в  двух  местах  нитками. Между пластинками  коллектора  должны  остаться промежутки по 0,5-0,8 мм  расположены симметрично.   Концы обмотки  припаять  к пластинке. Опорные  стойки  и  щётки  с клеммами  устанавливают  на деревянной или  пластмассовой  подставке.  Проверить собранный  двигатель. Якорь   его  должен  свободно  вращаться. Щётки должны слегка прижиматься  к  коллектору. Модель  двигателя  готова (см. модель).  Ротор приходит в движение из-за  взаимодействия полей постоянного  магнита и электромагнита. За счет коллектора, происходит переключение контактов на обмотках, ток меняет направление.      

Глава 2.Действующая модель ракеты

Почему  летит ракета, почему она является единственным средством проникновения в космос - на эти вопросы можно ответить, пользуясь данным прибором. Он наглядно демонстрирует реактивное движение модели ракеты, возникающее при выбросе массы сжатого воздуха и массы воды. Разжимаем зажим на  ракете, и она взлетит. Воздух, выталкивая воду, создает мощную струю, а реактивная сила двинет ракету высоко вверх. Запуски в нашей стране тяжёлых искусственных спутников   Земли  и особенно  управляемой  космической  ракеты,  которая  вывела  автоматическую  межпланетную  станцию на  траекторию  к  планетам, вызывают  огромный  интерес   учащихся.

                               2.1.    Назначение прибора

Прибор служит для демонстрации реактивного движения на примере полёта действующей модели ракеты.

Движение данной ракеты вызывается реактивным  действием воздуха, вырывающегося  из сопла ракеты  под некоторым давлением  (пневматический запуск), или воды, быстро вытекающей из ракеты под давлением  сжатого воздуха (гидропневматический запуск).

Примечание.

Использование горение  каких-либо видов  топлива  для запусков  данной  модели ракеты  не  допустимо. Запуск ракеты  с водой  желательно  производить на  открытом  воздухе, так как максимальная  высота  полёта  ракеты может  достигать 10 метров.  

Вес ракеты -

2.2 Устройство  ракеты

Корпус ракеты из баллона или пластмассовой  бутылки. Соплом ракеты служит               отверстие, проделанное в дне бутылки. В пробку вставлен и залит клеем  ниппель   от автомобильной камеры. Стабилизаторы можно вырезать из пенопласта, передняя

часть из баночной жести. Сопло ракеты закрываем хорошо подогнанным клапаном, соединенным со спусковой скобой. С помощью этой скобы производится запуск ракеты. Для этого нужно пережечь или отрезать нитку, которой скоба притянута к бутылке.

Под действием внутреннего давления ракета мгновенно приобретает реактивное движение, стремительно летит по заданному направлению.

 Ракета на 1/3 объема заполняется водой. которую  наливают с помощью воронки. Для создания воздушного давления в ракете применяется обычный насос. .

8

Примечание.

При гидропневматическом пуске нужно  с особой тщательностью проверять надежность пускателя, во избежание преждевременного пуска ракеты.

Перед пуском ракеты все присутствующие предупреждаются о начале демонстрации во избежание случайного попадания ракеты в отдельных лиц при её полёте и падении.

Запуск ракеты производить на воздухе, в условиях, где возможно непрерывное наблюдение за полетом и падением ракеты.

Глава3.Экономические расчёты

3.1. Материал для модели

Предлагаемая модель электромобиля – тягача и ракеты изготовлена из того, что считается ненужным и выбрасывается в мусорный бак. Между тем банки из – под кофе могут стать колесами, из них можно также вырезать крылья и крепления, из остатков ДВП изготовить кабину, пенопласт превратится в кузов машины, стабилизаторы для ракеты, провода взяты от елочных гирлянд, баллон от пены или пластмассовая бутылка станут корпусом ракеты, камеры от автомобиля превращаются в протекторы, электродвигатели от антенн вышедших из строя (китайского производства)приведут машину в движение.. Поэтому могу дать совет тем, кто занимается техническим творчеством и жалуется на нехватку материалов: загляните внутрь каждой вещи, ищите ее скрытые от поверхностного взгляда возможности, по – новому переосмысливайте ее назначение.

Следует учитывать и то, что использование вторичного сырья в качестве полуфабрикатов для моделей позволяет существенно экономить и труд, и время, и деньги

3.2.Расчёт в денежном эквиваленте

Краска-100г-5 руб.

клей “Момент”-20 руб.

изоляционная лента- 5 руб.                                  итого-30 руб.

Заключение

Уменьшенные копии машин, военной и бытовой техники традиционно служат отличными игрушками, помогающими быстрее и лучше познакомиться с законами физики ,а также с законами реального мира.

 Сконструированная модель автомашины может быть использована как наглядное пособие на уроках физики для  демонстрации механического движения, для демонстрации работы электродвигателя. А также можно рассмотреть электропитание автомобиля при изучении электричества.  Модель можно применять как наглядное пособие и на уроках технологии.

Ракета наглядно демонстрирует реактивное движение, возникающее при выбросе массы сжатого воздуха или массы воды.

Обе модели изготовлены из того, что  обычно засоряет окружающую среду, а превратившись в модель, получает вторую жизнь.

Использовать эти приборы можно и как игрушку, играть ими гораздо интереснее .

Занимаясь техническим моделированием, начинаешь понимать, как устроена  бытовая техника,  как можно  изготовить своими руками простые электротехнические приборы.

10

Литература

1.Галагузова М.А. Комский Д.М. Первые шаги в электротехнику: Кн. для учащихся IV-VII кл. – М.: Просвещение, 1984.

2.Левша.Приложение к журналу”Юный техник”.№12 2004г.

             3 .Пёрышкин  А .В., Гутник Е .М. Физика. 9кл.:учеб. Для      

                 общеобразовательных  учреждений. - 7-е изд.,испр.-М.:Дрофа,2003.

             4. Пёрышкин  А .В.,  Физика. 8кл.:учеб. Для  общеобразовательных

                 учреждений. - 7-е изд.,испр.-М.:Дрофа,2003.

5. Шпаковский В.О. Для тех, кто любит мастерить: Кн. для учащихся 5-8             кл.сред.шк. – М.: Просвещение, 1990.

6. Эльштейн П. Конструктору моделей  ракет. Перевод с польского канд. Физ.-мат.наук Р.А. Ткаленко  под редакцией В.С. Рожкова и В. Холодного. 7.Энциклопедический словарь юного физика.-М.:просвещение,1995.

8 .Юный техник. Популярный детский и юношеский журнал № 11 ноябрь 2004 г.