Исследовательская работа
проект (3 класс) на тему

Исследовательская работа по физике

«Машина юного техника»

Оглавление:

                                                                                                стр.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………….….. 3

1. История первого автомобиля …….....……………………………………. 4

2. Основные определения принцип действия и классификация .………. …5

3. Устройство автомобиля ……..……………………………………………. 8

4. Исследования и эксперименты…………………………………………… 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………… 13

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………...………………………..…….….... 14

                                            ВВЕДЕНИЕ

        Многие мальчишки обожают разбираться в самых разных механизмах. Им интересно узнать, из чего сделан пылесос, как устроен самолет, почему автомобиль едет. Они хотят проникнуть в суть вещей и узнать секреты устройства самых разных предметов.

Родители в свою очередь, стараются купить своим любимым чадам самые лучшие игрушки, которые были бы не только интересными и познавательными, но и качественными и современными. Это относится и к игрушечным машинкам. Какова же эволюция машинок для детей, какими машинками играли дети раньше?

Я выбрал эту тему потому что, без автомобилей не обходится ни одна отрасль деятельности человека – они используются не только в качестве игрушек, но и для перевозки пассажиров и грузов, помогают строить дома и дороги, обслуживают сельское и городское хозяйство, помогают в решении различных задач.

Цель моей работы – собрать машину своими руками.

Для достижения своей цели, надо решить следующие задачи:

1. Ознакомиться с историей изобретения автомобиля.
2. Расследовать какими бывают автомобили.
3. Изучить устройство автомобиля.  
4. Понять принцип действия светодиодов и солнечной батарейки.
5. Подготовить необходимые детали для сборки авто.

     Гипотеза – допустим, что собрать автомобиль своими руками вполне возможно.

Надеюсь, что собранный мною материал расскажет много интересного, раскроет историю возникновения, на первый взгляд обыденных вещей.

История первого автомобиля

История создания автомобиля имеет много ярких и удивительных страниц, но наиболее интересными и важными были первые годы его создания. Слово автомобиль означает «самодвижущийся».

Первый прообраз автомобиля был построен как игрушка для китайского императора членом иезуитской общины в Китае  Фердинандом Вербистом в 1672 году. Он  построил первый автомобиль на паровом ходу (приложение 1). Автомобиль был небольшого размера и не мог везти водителя или пассажира, но, возможно, он был первым работающим паровым транспортом.

         К 1784 году в Великобритании Уильям Мэрдок построил работающую модель паровой кареты. А в 1801 году Ричард Тревитик ездил на полноразмерной машине (приложение 2). Задние колеса машины имели 2,5 метра в диаметре, между ними и задней частью рамы был помещен котел, который обслуживал кочегар, стоявший на запятках. Водитель размещался на высоком облучке. Кузов машины был подвешен на высоких рессорах. Машина могла перевозить до десяти пассажиров и развивала скорость до 15 км в час, что было величайшим достижением того времени. Такие машины какое-то время были в моде. И на протяжении следующих десятилетий были разработаны такие новшества как ручной тормоз, многоступенчатая трансмиссия и улучшенное рулевое управление.

        Автомобиль Зигфрида Маркуса.  В 1864 году австриец Зигфрид Маркус впервые изобрел автомобиль с бензиновым двигателем, что послужит мощным толчком для дальнейшего создания и развития транспортной техники.

        Официально изобретателями автомобиля назовут немецкого инженера К. Бенца (приложение 3) и его соотечественника изобретателя Г. Даймлера. Бенц являлся разработчиком двухтактных газовых двигателей, а также хозяином предприятия, которое их выпускало.  

Далее происходит быстрое совершенствование автомашин. Сегодня автомобиль является самым распространенным средством механического транспорта, во всем мире насчитывается сотни миллионов автомобилей.

 Основные определения, принцип действия

и классификация

Классификация автомобилей появилась как следствие стремительно расширяющегося автопарка и появления все новых типов автотранспортных средств. Чтобы автолюбители могли быстро получить представление о каком-либо автомобиле, были созданы системы, позволившие унифицировать все машины и разделить их на основные типы по назначению, габаритам, типу кузова, объему двигателя и другим признакам.

Легковые машины

В числе легковых автомобилей — машины, перевозящие пассажиров (до 8 человек) или негабаритные грузы, а также спецавтомобили (буксировщики и пр.). Внутри этой категории также существует классификация по типу кузова, его габаритам, объему и мощности мотора и другим параметрам. Наиболее часто для определения типа легкового авто используют европейскую систему.

В основу европейской классификации положено разделение машин по габаритам. Все автотранспортные средства получают буквенное обозначение (приложение 4).

А — компактные малолитражки, предназначенные для поездок по городу. В 3-х или 5-дверный хэтчбек обычно помещается 2-4 человека и малогабаритный груз. Максимальная длина машин класса «А» достигает 3,6 м, ширина — 1,6 м.

В — автомобили длиной до 3,9 м и шириной до 1,7 м. Привод — передний, компактные размеры и экономный двигатель идеально подходят для использования в городе.

С — группа легковых автомобилей, наиболее распространенных в Европе. Также имеет второе название — «гольф-класс», по названию популярной среди представителей среднего класса машины «Volkswagen Golf». Параметры кузова машин этой категории — до 4,3 м в длину и до 1,8 м в ширину.

D — седаны и хэтчбеки с длиной кузова до 4,6 м и шириной от 1,8 м. Надежные и вместительные автомобили для всей семьи.

Е — авто высшего среднего или бизнес-класса. Параметры кузова — от 4,6 м в длину и от 1,8 м в ширину. Отличаются повышенным уровнем комфортности, безопасностью, стильным дизайном и престижностью.

F — представительские автомобили класса «люкс» с длиной кузова от 5 м и больше.

Еще одна популярная классификация легковушек — по типу кузова (приложение 5).

Седан — классика автомобилестроения. Четырехдверный кузов имеет конструктивно отделенные друг от друга багажный и моторный отсеки.

Хэтчбек — «задний люк», 3-х или пятидверные машины, в которых одна дверца относится к багажному отсеку.

Универсал — машина с объединенным пассажирским и багажным отсеками. В народе носит название «семейный автомобиль».

Кабриолет — авто с открывающимся мягким верхом. Может также носить название «родстер».

Кроссовер — машина, сочетающая в себе вместительность «универсала» и проходимость внедорожника.

Купе — спортивные компактные двухдверные автомобили с отделенным отсеком для багажа.

Лимузин — длиннокузовные машины премиум-класса с вместительным и богато отделанным салоном. Пассажирский отсек можно отделять от водительского перегородкой.

Грузовые машины

Различают три основные группы грузовых машин:

Бортовые — к ним относятся грузовые фургоны.

Специализированные — самосвалы, рефрижераторы, балластные и седельные тягачи, контейнеровозы.

Автоцистерны.

Помимо этого, классификация грузовых авто выполняется по типу кузова, грузоподъемности, количеству осей и т.д.

По типу кузова грузовые машины делятся на закрытые и открытые, тентованные, бортовые, самосвалы, изотермические фургоны, краны, микроавтобусы, лесовозы, контейнеры, седельные тягачи и пр.

Разделение грузовых авто по количеству осей выделяет 2-х, 3-х, 4-х и 5-осные модели. Количество осей в некоторых случаях может превышать 5 штук.

По типу мотора грузовики делятся на дизельные и бензиновые.

По грузоподъемности различают малые грузовики, средние, большие, грузоподъемностью 1,5-16 тонн и от 16 тонн.

Грузопассажирский транспорт

К ним относят автомобили, сконструированные:

на базе легковых моделей — микроавтобусы, минивэны, пикапы;

на базе грузовых моделей — вездеходы, автомобили спецназначения.

Минивэн — сочетание небольшого автобуса и легковушки. Основные приметы: короткий капот, просторный пассажирский отсек с тремя рядами сидений и высокие потолки.

Микроавтобус — транспорт для перевозки 8 и более пассажиров. Длина кузова обычно не превышает 5 метров.

Пикап — симбиоз легковушек и грузовых автомобилей. Полный привод, повышенная проходимость и возможность транспортировки крупных грузов делают эти машины незаменимыми для фермерских, лесных и других хозяйств.

Автобусы

Автопарк автобусов насчитывает самые разнообразные модели, которые создавались с учетом особенностей эксплуатации. Есть автобусы туристические, школьные, пригородные, междугородные, двухуровневые и одноуровневые городские, автобусы для перевозки пассажиров в аэропортах, перронные и другие.

Спецтранспорт

К этой категории автомобилей относятся автокраны, автолавки, строительная техника, гоночные машины, амфибии. Также в эту группу входят машины скорой помощи, бронированная автотехника, катафалки, агрегаты для уборочных работ (приложение 6).

Устройство автомобиля

Любому человеку известно, что автомобиль – это кузов на колесах. Однако, что заставляет его двигаться? Несмотря на большое разнообразие - общее устройство автомобилей очень схоже (приложение 7).  

Безусловно, в устройство современной машины входит множество разнообразных узлов и деталей, но даже среди них можно выделить основные:

• кузов,
• ходовая часть,
• трансмиссия,
• двигатель,

Каждый из этих элементов выполняет важную роль, которую тяжело переоценить. Чтобы понять, насколько важна правильная работа каждой детали, рассмотрим их более подробно.

Кузов — это несущая часть в устройстве автомобиля. Именно к ней крепятся все узлы и агрегаты. Сейчас автомобильные производители стараются сделать всё возможное, чтобы подобрать максимально прочный и лёгкий композитный спав, который послужит основой изделия (приложение 8).

Дело в том, обычный металл весит довольно много. Увеличение веса негативно сказывается на динамике, максимальной скорости и разгоне, да и управлять тяжелым автомобилем очень непросто.  В результате сейчас всё чаще используют нестандартные подходы к созданию кузовов. К примеру, применяют в конструкции углеводородное волокно.

По факту кузов — это рама, которая держит всё устройство автомобиля вместе. В то же время она должна обладать достаточной жёсткостью, чтобы выдерживать по-настоящему большие нагрузки. Кузов, применяемый в устройстве автомобиля не только должен быть лёгким и прочным, но и иметь правильные аэродинамические формы. От того насколько эффективно корпус машины будет рассекать потоки воздуха зависит скорость и управление.

Ходовая в устройстве автомобиля играет роль фундамента. Именно за счёт неё автомобиль может двигаться.  К примеру, колёса, подвеска и мосты - это всё её элементы. Без них само движение было бы невозможным (приложение 9)

 Система может иметь как переднюю независимую подвеску, так и заднюю зависимую. Сейчас в большинстве автомобилей используют именно первый вариант, так как он даёт наилучшую управляемость транспортного средства.  

Главным отличием независимой подвески является то, что каждое колесо крепится отдельно. Мало того в устройстве автомобиля все колеса имеют собственные крепежные системы.

Зависимая подвеска считается неким архаизмом в автомобильных кругах. Тем не менее некоторые компании в целях экономии и максимального упрощения устройства автомобиля до сих пор её используют. Тем не менее она обеспечивает высокую надёжность конструкции. Мало того, ухищрения некоторых производителей позволяют добиться по-настоящему выдающихся результатов при использовании этой устаревшей технологии.

Надёжные тормоза позволяют предотвратить множество несчастных случаев и спасти миллионы человеческих жизней (приложение 10).

Многие автомобильные эксперты не считают нужным выделять данный элемент в устройство автомобиля. Они просто считают его частью ходовой. Тем не менее это в корне неправильно. Ведь важность тормозов в современном напряжённом трафике тяжело переоценить.

Сейчас чаще всего выделяют три элемента тормозной конструкции:

• Рабочая — позволяет управлять скоростью. Данная подсистема отвечает за постепенное уменьшение скорости вплоть до полной остановки автомобиля.
• Запасная — она нужна тогда, когда основная система в устройстве автомобиля отказывает. Обычно её делают полностью автономной.
• Стояночная — это ручной тормоз, который удерживает машину на одном месте, пока вас нет.

В современных тормозных системах используется множество дополнительных устройств, которые обеспечивают лучшую работу тормозов. Особое значение имеют разнообразные усилители и антиблокировочная системы. Эти элементы позволяют не только в несколько раз поднять эффективность системы, но и увеличить её комфортность для водителя.  

Трансмиссия передаёт крутящий момент с вала на колёса (приложение 11). Конструкция состоит из следующих элементов:

• сцепления,
• шарниров,
• коробки передач,
• ведущего моста.

За счёт сцепления конструкторы в автомобиле устанавливают связь валов двигателя и коробки передач. В свою очередь КПП сильно снижает нагрузку на двигатель, увеличивая его ресурс и обеспечивая наиболее рациональный расход топлива. Стоит признать, что за последние годы было придумано множество вариантов устройства коробки передач. Первой была МКПП. Она была изобретена вначале двадцатого века.

В 50-х годах изобретают автоматическую коробку передач. Теперь не водитель решает, когда включить новую передачу, а гидравлическая система. Плюс такого устройства заключается в его простоте, а также плавности переключения.

Наконец, третьим витком эволюции устройства КПП становится робот. Данная коробка сочетает в себе все достоинства механики и автомата. Всё дело в том, что передачи переключает умная программа. Она до точности в несколько десятых миллисекунды определят нужно время и осуществляет переход. Как результат водитель получает огромную экономию топлива.

Пожалуй, двигатель, это самая важная часть автомобиля - его сердце. От мощности данного устройства зависят в наибольшей степени скорость и динамика машины. Суть принципа работы этой детали крайне проста. Двигатель превращает тепловую энергию в электрическую за счёт сгорания топлива (приложение 12).

Устройство автомобиля — это сложная система, на изучение которой уходят годы. Тем не менее общую схема и предназначение всех узлов может изучить и понять даже новичок. Эти знания могут помочь в дороге, в обслуживании авто и даже в его создании.

Исследования и эксперименты

Овладев теоретическими знаниями про устройство автомобиля, можно смело переходить к практике.

Я взял набор металлического конструктора и инструкцию по сборке пожарной машины. Спустя некоторое время появился результат труда (приложение 13). Первое время меня очень радовала  моя  металлическая машина и с удовольствием  играл с ней. Но однажды я задумался, вот было бы здорово сделать, как у настоящей пожарной машины, сигнальные огни.

С этим вопросом обратился к папе. Он мне пояснил, что надо подобрать светодиоды подходящего размера, закрепить их на моем автомобиле и соединить с источником питания, то есть батарейкой. Раньше даже подумать не мог, каким интересным занятием окажется соединение батарейки со светодиодами (приложение 14). Машина приобрела совершенно другой вид, но появился вопрос о том, как сделать так, чтобы светодиоды светили не постоянно, а их можно было включать и отключать.

Папа стал рассказывать о тумблере, который надо припаять к проволоке, соединив между батарейкой и светодиодами. Тумблер (приложение 15) это небольшой электро-переключатель, принципиальной частью которого отличающей его от других переключателей является рычажно-пружинный механизм. Используется в цепях электрических аппаратов и радиоэлектронной аппаратуре. В основном это двух и трех позиционные тумблеры.

Вместе с папой мы взяли паяльник, олово, канифоль, светодиоды, проволоку, тумблер, батарейку и соединили это все по схеме между собой. Машинка зажила новой жизнью (приложение 16), доставляя мне порцию очередной радости.

На этом остановить меня уже было не возможно. Мне захотелось узнать как устроен механизм машины. Для решения этого вопроса мы с мамой отправились в КидСпейс - детский город, в котором играя можно попробовать себя в различных профессиях. Мне нужна была станция "Автосервис", где я во время занятия получил умные и полезные знания, а главное ответы на интересующие меня вопросы (приложение 17).

После того, когда я познакомился с устройством современной машины,  узнал, что туда входит множество разнообразных узлов и деталей и что заставляет его двигаться.  Захотел собрать машинку на солнечных батарейках.

Она состоит из: шасси, заднего моста, ведущей шестерни, колеса с редуктором, корпусом, солнечной батарейки, микромотора.

Прикрепить ось к шасси, надев колесо на ось справа, а колесо с редуктором на ось слева. Закрепил ось и колеса к заднему мосту. После этого вставил задний мост в отверстие шасси и повернул на 90 градусов.

Для того, чтобы подобрать мотор, нужно знать, что они  имеют разное количество оборотов на Вольт и поэтому, их лучше подбирать под конкретную игрушку или конкретное использование – те которые подходят для использования в качестве двигателя на колесо, не подойдут для использования с воздушным винтом и наоборот. Мне понадобился небольшой двигатель диаметром 2.4 см, он отлично подходит для использования в самодельных игрушках для вращения колес. Я прикрепил ведущую шестерню к стержню, выходящему из микромотора, а затем закрепил мотор к шасси.

Следующим этапом нужно было прикрепить контакты. Я провел провода к микромотору через боковые отверстия в шасси. Закрепил их при помощи контактов. Теперь эту конструкцию нужно соединить с корпусом машины.

Еще финальная часть, это соединение контакта солнечной батарейки с контактами микромотора (приложение 18).

Оказывается, что собрать игрушечный автомобиль своими руками вполне возможно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Моя тема очень актуальна, так как больше ста лет это транспортное средство не теряет своей популярности, а, наоборот, пользуется ещё большим спросом у людей. Автомобиль на сегодняшний день – это оптимальное средство передвижения, как на территории города, так и по бездорожью. Трудно представить жизнь людей без этого  транспорта.

В процессе исследовательской работы я узнал, историю появления автомобиля, о том, что он со временем совершенствовался, о основных типах по назначению, габаритах, типу кузова. Понял  принцип действия разнообразных узлов и деталей в устройстве современной машины и на основе этих знаний сделал свой игрушечный автомобиль со светодиодами и на солнечных батарейках своими руками.

Таким образом, в ходе исследовательской работы: цель достигнута, задачи решены, гипотеза подтверждена.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамов В. Я. Джордж Стефенсон и Роберт Фултон, их жизнь и научно-практическая деятельность. — Челябинск: Урал, 1996. — 438 с.
2. Девис Э. , Салариа Д.., Штрихи времени. Транспорт. По земле, по дороге, по рельсам. «Росмэн» Москва. 1994г.
3. Данилов А.В., Золотов А.В.,Шугуров Л.М. Легковые автомобили; «Росмэн» Москва. 2007г.
4. Куприн Е., Рубец А. Российскому автомобильному транспорту - 100 лет. // Автомобильный транспорт. 1996. № 10.
5. Лебедев В.И.Занимательная техника. Ленинград: «Время», 1933 г. - 198 с.
6. См.: Яковлев Н.А. Развитие отечественной автомобильной техники. М., 1955. С.3.
7. Исаев А.С. От самобеглой коляски до ЗИЛ-111. М., 1961. С. 28.
8. Гордиенко М.П., Смирнов Л.М. От повозки до автомобиля . - Алма-Ата, 1990. С. 112 Гордиенко М.П., Смирнов Л.М. От повозки до автомобиля. Алма-Ата, 1990.
9. Иерусалимский А. Автомобиль. № 7. М., 1929.
10. Куприн Е., Рубец А. Российскому автомобильному транспорту - 100 лет // Автомобильный транспорт. 1996. № 10.
11. Яковлев Н.А. Развитие отечественной автомобильной техники. Ч. 1. М., 1955.

ИСТОЧНИКИ:

1. avtorental.ru - история появления автомобилей;
2. pehorka.net - первые автомобили;
3. ustupaem.ru - появление автомобилей и правил дорожного движения.