Цикл докладов на итоговом открытом уроке по технической механике "Великий механик Леонардо да Винчи"

     Данная публикация представляет собой цикл докладов студентов по теме «Великий механик Леонардо да Винчи», которые прозвучали на итоговом занятии по технической механике в гр.6811 ГОУ СПО ТО ТГМК им.Н. Демидова.

    Технические решения да Винчи очень близки к современным, а некоторые из них используются и сейчас буквально в первозданном виде. Именно это и делает механизмы Леонардо да Винчи удобными для использования в качестве примеров при проведении обобщающего урока, для составления сравнительных характеристик с современными механизмами, и в тоже время позволяет выйти за рамки программы, сделать итоговое занятие необычным и более интересным. Поэтому все выступления студентов были построены в таком ключе – всё время давалась сравнительная характеристика ( что говорит нам по этому вопросу современная наука – и что предлагал Леонардо да Винчи еще 500 лет назад). Во всех докладах студенты использовали чертежи да Винчи.

     Прозвучали доклады студентов по следующим темам:

- «Изобретения Леонардо да Винчи в области механики» (докладчик Пшик Петр);

- «Зубчатые передачи Леонардо да Винчи» (докладчик Митрошин Дмитрий);

- «Подшипники Леонардо да Винчи» (докладчик Марченко Алексей);

- «Леонардо да Винчи – о вечном двигателе» (докладчик Пичугин Денис);

- «Автомобиль Леонардо да Винчи» (докладчик Каленов Андрей).

     Выступления сопровождались показом учебного фильма, составленного преподавателем Мельниковой Е.В. с использованием программы WINDOWS MOVIE  MAKER. Фильм включает 14 слайдов с чертежами механизмов, выполненных Леонардо, которые студенты использовали в своих выступлениях, а также 5 видеороликов с демонстрацией действующих моделей, выполненных по чертежам Леонардо да Винчи.

                                              Приложение А  

 ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

               КОЛЛЕДЖ  ИМЕНИ  НИКИТЫ  ДЕМИДОВА

              ДОКЛАД

«ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ В ОБЛАСТИ МЕХАНИКИ»

Выполнил                                         студент группы 6811

                                                             Пшик В.

Преподаватель                                  Мельникова Е.В.

                                          Тула, 2012

ИЗОБРЕТЕНИЯ  ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ В ОБЛАСТИ  МЕХАНИКИ

      Вот уже почти пять столетий неизменный интерес вызывает не только художественное наследие Леонардо да Винчи, но и его теоретические труды, открытия и изобретения.

     Сделанные да Винчи изобретения и открытия охватывают все области знания (их более 50!). Источником для изучения научных воззрений Леонардо да Винчи являются так называемые «кодексы», объединившие исследования ученого в области физики, химии, медицины, астрономии, анатомии, математики. Его почерк удивителен. В заметках и записных книжках он пишет справа налево, буквы перевернуты так, что текст легче читать с помощью зеркала. Сегодня «кодексы» да Винчи, насчитывающие около семи тысяч рукописных страниц, хранятся в музейных и частных коллекциях мира.

    Леонардо вел дневник, в котором приведено множество чертежей и рисунков придуманных им механизмов и аппаратов. Недавно итальянские исследователи перевели в цифровую форму эти чертежи и рисунки с последующим изготовлением компьютерных трехмерных моделей.

65535.           Понимал, что действие равно противодействию и направлено против него;
65536.         Исследовал явления удара, свободное падение и движение тела, брошенного горизонтально;
65537.         Определял центры тяжести различных тел, в частности полукруга и тетраэдра;
65538.         Изучал трение (определил коэффициенты трения качения и скольжения);
65539.         Изобрёл конусный шарикоподшипник;
65540.         Высказал мысль о невозможности вечного двигателя (1475);
65541.         Близко подошёл к открытию закона сообщающихся сосудов;
65542.         Изучал волны на воде, наложение волн, резонанс;
65543.         Наблюдал поднятие жидкостей в узких трубках (явление капиллярности);
65544.         Исследовал влияние среды на окраску тел;
65545.         Пытался определить силу света в зависимости от расстояния;
65546.         Известен и как конструктор различных летательных аппаратов, ткацких станков, печатных и деревообрабатывающих машин, приборов для шлифовки стекла, землеройных машин и др.;
65547.         Открыл существование сопротивления среды и подъёмную силу;
65548.         Выдвинул принцип физической однородности Вселенной, отрицание центрального положения Земли в космосе, впервые правильно объяснил пепельный цвет Луны;
65549.         В его рукописях даны рисунки парашюта и вертолета;

-        Является автором ряда гидротехнических проектов и проектов металлургических печей.

    Среди чертежей Леонардо найден эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубыми колесами. Сейчас это устройство считается первым  механическим счетным прибором- арифмометром, первым калькулятором.  В 1968 году в Нью-Йорке была построена точная копия колеса для счета Леонардо да Винчи.

Настоящую революцию совершил Леонардо и в итальянском быту. Его автоматическая резательная машина и механизм для получения муки стали настоящей сенсацией - до этого злаки измельчали вручную.

     Леонардо да Винчи придумал автоматический привод к вертелу для жарения мяса: в дымовой трубе помещалась крыльчатка, лопасти которой вращались восходящим потоком горячего воздуха. Чем сильнее горит огонь, тем быстрее          вращается вертел, не давая мясу подгорать. С помощью нехитрой механики это вращение передавалось на вертел. Это был прекрасный пример устройства с   обратной связью. Историки утверждают, что такое приспособление было популярно в зажиточных европейских домах.

           Исследования Леонардо да Винчи во многом опередили свое время. Во многих случаях ученым приходилось заново открывать то, что было уже открыто Леонардо.

                                              Приложение Б  

 ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

               КОЛЛЕДЖ  ИМЕНИ  НИКИТЫ  ДЕМИДОВА

              ДОКЛАД

«ПОДШИПНИКИ  ЛЕОНАРДО

              ДА ВИНЧИ»

Выполнил                                         студент группы 6811

                                                             Марченко А.

Преподаватель                                  Мельникова Е.В.

                                          Тула, 2012

                             ПОДШИПНИКИ  ЛЕОНАРДО  ДА ВИНЧИ

    Проводя опыты по изучению трения, Леонардо пришел к идее шарикового подшипника качения.

        Рассмотрим данный рисунок Леонардо. Здесь три шара свободно двигались независимо друг от друга и располагались в специальном основании в форме полусферы, являясь опорой для вращающегося вертикального элемента и воспринимая силу давления. Леонардо да Винчи заметил ,что необходимы три шара, а не четыре. Четыре шара двигались бы неравномерно, возникло бы большее сопротивление, что делало бы устройство неэффективным.

        Современный подшипник качения состоит из внутреннего кольца, в которое вставляется вал, наружного кольца, которое крепится в корпусе механизма, и специального диска, называемого сепаратором. Сепаратор удерживает тела качения, шарики или ролики, в определенном положении.

Леонардо предложил подшипник со скользящим кольцом. Такое кольцо позволяло шарикам вращаться свободно в любом направлении, а шпиндели – только вокруг своей оси. Т.о. шарики не соприкасаются между собой. Эту роль в современном подшипнике выполняет сепаратор, а вращающиеся вокруг своей оси шпиндели – это прообраз сепаратора.  

       По типу воспринимаемой нагрузки подшипники делятся на радиальные, воспринимающие радиальную нагрузку; упорные, воспринимающие осевую нагрузку; радиально – упорные, воспринимающие как радиальную, так и осевую нагрузку. Этот подшипник Леонардо по конструкции очень похож на современный упорный подшипник. Данное изобретение использовалось в домкратном винте Леонардо. Он планировал использовать это устройство при строительстве огромной вращающейся сцены для театральных постановок.

     Подшипники, разработанные Леонардо, до сих пор современны.                               

                                         Приложение В  

 ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

               КОЛЛЕДЖ  ИМЕНИ  НИКИТЫ  ДЕМИДОВА

              ДОКЛАД

«ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ  ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ»

Выполнил                                         студент группы 6811

                                                             Митрошин Д.

Преподаватель                                  Мельникова Е.В.

                                          Тула, 2012

            ЗУБЧАТЫЕ  ПЕРЕДАЧИ  ЛЕОНАРДО ДА  ВИНЧИ

В эскизах Леонардо представлены очень сложные и разнообразные варианты зубчатых передач, начиная от простейшей цевочной, где зубьями колес служат маленькие цилиндрики. Этот вид передачи до сих пор применяется, например. в механических будильниках. Им же разработана глобоидная червячная передача, в которой поверхность винта или червяка имеет вогнутую форму и охватывает ведомую шестерню под большим углом. Леонардо сконструировал коническую и спиральную передачи; придумал роликовую цепь, которая и сегодня применяется в велосипедах и других механизмах.

Конструирование сложных машин и их элементов привело Леонардо к созданию пространственных и плоских зубчатых зацеплений, передач с гибкими звеньями и с переменными скоростями вращения.

      Среди изобретений Леонардо да Винчи достаточно много механизмов, которые, выражаясь современным языком, являются многоступенчатыми передачами. Многоступенчатой называется передача, состоящая из нескольких последовательно соединенных кинематических пар, то есть одноступенчатых передач. На чертежах Леонардо мы видим как одноступенчатые так и многоступенчатые передачи.

      По расположению овей валов в пространстве современные передачи делятся на передачи с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися осями. У Леонардо да Винчи мы видим также передачи с параллельными и перекрещивающимися осями.

     Здесь изображен привод, который обеспечивает переключение скоростей. Движение передается на зубчатые колеса разного диаметра. Каждое имеет свою скорость, равную времени на завершение полного оборота. Переключение скоростей осуществляется за счет того, что одно из колес выводится из зацепления с ведущей шестерней, а другое, наоборот, вводится. Эта система основана на тех же принципах, что и переключатель скоростей в современных машинах. Во времена Леонардо такое устройство могло быть использовано для работы мельниц и различного оборудования.

      А теперь рассмотрим этот рисунок, собственноручно выполненный Леонардо. Он очень похож на те рисунки, которые мы видим в современных учебниках по «Деталям машин», а ведь этому рисунку почти 500 лет. Здесь показаны окружность выступов, окружность впадин, а между ними – делительная окружность, которая делит зуб по высоте на головку и ножку. Леонардо думал и над тем, каким должен быть профиль боковых поверхностей зубьев. Он здесь криволинейный. Позднее другой ученый, Эйлер, нашел оптимальный вариант – эвольвенту. Как мы знаем, именно эвольвента обеспечивает постоянство передаточного отношения, а это одно из основных достоинств зубчатых передач.

     Эта простейшая передача называется цевочной и является предшественницей зубчатой. Здесь нет зубьев. Их роль выполняют короткие цилиндрики, которые расположены между двумя дисками ведущей шестерни на равных расстояниях друг от друга. Теперь это называется окружным шагом. На сопряженном колесе располагаются тоже короткие цилиндрики с таким же шагом. При вращении цевочной шестерни приходит во вращение колесо, т.е. передается вращательное движение. Этот вид передачи до сих пор применяется в механических будильниках.

      А этот рисунок Леонардо и реконструкция демонстрируют домкрат, который преобразует вращательное движение в поступательное и поднимает тяжелые предметы с малой затратой усилий. Рукоятка вращает маленькое зубчатое колесо, при этом поворачивается шестерня, и за счет зацепления рейка движется вверх. При этом предмет, находящийся наверху этой рейки, поднимается. А опустить его можно, вращая рукоятку в другую сторону. Таким образом в основе этого механизма лежит то, что современная наука  называет реечным зацеплением. Оно преобразует вращательное движение колеса в возвратно – поступательное движение рейки. И современный автомобильный домкрат также состоит из зубчатой рейки и шестерни.

                                                  Приложение Г  

 ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

               КОЛЛЕДЖ  ИМЕНИ  НИКИТЫ  ДЕМИДОВА

              ДОКЛАД

«ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ –

О СОЗДАНИИ ВЕЧНОГО         ДВИГАТЕЛЯ»

Выполнил                                         студент группы 6811

                                                             Пичугин Д.

Преподаватель                                  Мельникова Е.В.

                                          Тула, 2012

ЛЕОНАРДО  ДА  ВИНЧИ – О  СОЗДАНИИ  ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ

 Леонардо да Винчи не остался в стороне от такого вопроса, как создание вечного двигателя.

       Сейчас эти схемы есть во всех учебниках, где речь идет о невозможности создания вечного двигателя, а между тем, они сделаны Леонардо да Винчи. Первые две модели приводятся в движение катящимися шариками, третья выполнена из палок, на концах которых подвешены грузы. Он также описал сложные механизмы с заполненными ртутью полостями. В Немецком музее в Мюнхене имеется реконструкция его машины. Леонардо исследовал различные модели вечных двигателей, но оказалось, что ни один из них почему – то не работал. Но он продолжал работать, веря в саму идею вечного двигателя. Однако многочисленные неудачи в попытках получить действующую модель заставили Леонардо остановиться и попытаться найти причину неудач. Трудность решения этой задачи состояла еще и в том, что в 15 веке еще не существовало таких понятий, как работа и энергия. Закон сохранения энергии также еще не был известен, но гениальный изобретатель очень близко подошел к его идее. Он писал: «Падающая вода может поднять такое же количество воды… но мы должны учесть потери на трение». В конечном итоге Леонардо пришел к заключению о невозможности реализации непрерывного движения в схемах любого типа.

         Это доказательство Леонардо продемонстрировал с помощью рисунков и комментариев. Инструмент, изображенный здесь, выполнен из палок, на концах которых подвешены грузы:

«независимо от того, какой груз приложен к колесу (вес груза должен вызывать его движение), несомненно, центр такого груза остановится в центре собственного полюса; и не существует такого инструмента, который мог бы изобрести гений человека, который, будучи повернут вокруг своей оси, смог бы избежать подобного эффекта». 

       Наконец, Леонардо да Винчи формулирует в жесткой форме заключение о невозможности реализации непрерывного движения в схеме любого типа, т.е. впервые формулирует принцип невозможности создания вечного двигателя:

«Я пришел к выводу о невозможности нахождения непрерывного движения, а также вечного колеса. Поиск конструкции вечного колеса — источника вечного движения — можно назвать одним из наиболее бессмысленных заблуждений человека. В течение веков все, кто имел дело с гидравликой, военными машинами и прочим, тратили много времени и денег на поиски вечного двигателя. Но со всеми ними случалось то же, что с искателями золота <алхимиками>: всегда находилась какая-либо мелочь, которая мешала успеху. Моя небольшая работа принесет им пользу: им не придется больше спасаться бегством от королей и правителей, не выполнив обещания». 

.   На современном языке физики слова «какая-либо мелочь» могут означать разные виды неучтенных потерь или превращений энергии — таких, как тепловая энергия (нагревание, плавление, испарение), возбуждение механических и электромагнитных волн и т.п.

     А используя современные понятия работы и мощности это можно объяснить так: техническое совершенство любого механизма характеризует КПД, который определяется как отношение полезной работы ко всей затраченной или отношение полезной мощности ко всей затраченной.

КПД = W пол / W = Рпол / Р  

     Полезная работа совершается движущимися силами, т.е. составляющими острый угол с направлением перемещения, а силы сопротивления, которые составляют с направлением перемещения тупой угол, совершают отрицательную работу. Потери мощности возникают из – за преодоления сил сопротивления, прежде всего сил трения.

     Запись в дневнике Леонардо да Винчи о невозможности создания вечного двигателя датируется 1493 годом.

                                                  Приложение Д  

 ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

               КОЛЛЕДЖ  ИМЕНИ  НИКИТЫ  ДЕМИДОВА

              ДОКЛАД

       «АВТОМОБИЛЬ

ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ»

Выполнил                                          студент группы 6811

                                                             Каленов А.

Преподаватель                                  Мельникова Е.В.

                                          Тула, 2012

                    АВТОМОБИЛЬ  ЛЕОНАРДО  ДА  ВИНЧИ

     Леонардо спроектировал самоходную тележку - прототип современного автомобиля! Самодвижущаяся деревянная повозка, оснащенная шестернями и пружинами, стала одним из самых известных его изобретений Леонардо да Винчи. Она должна была приводиться в движение энергией двух плоских пружин. Устройство имеет размер примерно 1 x 1 х 1 метр. Задние колеса имели дифференцированные приводы и могли двигаться независимо. При закручивании штурвалов начинают вращаться шестерни, находящиеся с ними на одной оси. Эти шестерни входят в зацепление с зубчатыми колесами, которые и закручивают пружины. Когда пружины начинают раскручиваться, зубчатые колеса и сопряженные с ними шестерни начинают вращаться в противоположные стороны. На одной оси со штурвалами и шестернями расположены цевочные шестерни, которые входят в зацепление со штырями, расположенными по окружности колес.  В задней части тележки находится рулевой механизм. Четвертое колесо было соединено с рулем, при помощи которого можно управлять телегой.

        При "расшифровке" внешне не всегда четких изображений рисунков авторам реконструкции удалось обнаружить удивительные детали. Так, в "автомобиле" был обнаружен придуманный Леонардо тормоз - специалисты в области автомобилестроения считают, что изобретение тормоза для автопрогресса оказалось едва ли не важнее, чем создание двигателя внутреннего сгорания. Тормоз состоит из коромысла, которое останавливает храповик, который находится на одной оси с зубчатыми колесами. Это прообраз колодочного тормоза.
Конечно, это устройство не было предназначено для перевозки людей, а служило лишь как средство для перемещения декораций во время королевских праздников. Подобное средство передвижения относилось к ряду самодвижущихся машин, созданных другими инженерами Средневековья и Возрождения.
Итальянским ученым удалось собрать в натуральную величину самодвижущуюся повозку, воспроизведенную по эскизам Леонардо да Винчи.

                               
      Реконструкция проекта Леонардо была успешной. Запущенная модель повозки достигла скорости разгона 5 км / час. Деревянная тележка, оснащенная пружинным мотором и рулевым механизмом способна самостоятельно двигаться! Так как в качестве двигателя в повозке используется сила пружин, запас хода невелик - около 40 метров. Сейчас она демонстрируется в экспозиции музея.