Итак, ваш учитель естественных наук дал вашему классу классическое задание «машинка-мышеловка»: сделать, спроектировать и построить небольшое транспортное средство, приводимое в движение мышеловкой, чтобы ваша машина проехала как можно дальше. Если вы хотите опередить всех других учеников в своем классе, вам нужно сделать свою машину максимально эффективной, чтобы вы могли выжать каждый сантиметр из своей «машины». При правильном подходе можно оптимизировать дизайн вашего автомобиля для максимального расстояния, используя только обычные материалы для дома. Вы также можете купить автомобильный комплект для мышеловки в любом магазине товаров для рукоделия и не думать, будет ли он работать.
Шаги
Метод 1 из 3: Оптимизация колес
Шаг 1. Используйте большие задние колеса
Большие колеса обладают большей инерцией вращения, чем маленькие колеса. На практике это означает, что как только они начинают катиться, их труднее остановить. Это делает большие колеса идеальными для соревнований на основе дистанции - теоретически они будут ускоряться медленнее, чем колеса меньшего размера, но они будут катиться намного дольше и в целом будут преодолевать большее расстояние. Итак, для максимального расстояния сделайте колеса на ведущей оси (та, к которой привязана мышеловка, обычно задняя) очень большими.
Немного менее важно переднее колесо - оно может быть большим или маленьким. Для классического образа драг-рейсера вам понадобятся большие колеса сзади и меньшие спереди
Шаг 2. Используйте тонкие легкие колеса
Более тонкие колеса имеют меньшее трение и могут идти дальше, если вам нужно или нужно расстояние, которое вам нужно с вашим гонщиком для мышеловки. Также важно учитывать вес самих колес - любой ненужный вес в конечном итоге замедлит вашу машину или приведет к дополнительному трению. Кроме того, стоит отметить, что широкие колеса могут даже незначительно отрицательно сказаться на лобовом сопротивлении автомобиля из-за сопротивления воздуха. По этим причинам вы захотите использовать самые тонкие и легкие колеса, доступные для вашего автомобиля.
- Для этой цели вполне подходят старые компакт-диски или DVD - они большие, тонкие и очень легкие. В этом случае можно использовать водопроводную шайбу, чтобы уменьшить размер отверстия в середине компакт-диска (чтобы он лучше подходил к оси).
- Если у вас есть доступ к старому винилу, он также отлично подойдет, хотя он может оказаться слишком тяжелым для самых маленьких мышеловок.
Шаг 3. Используйте узкую заднюю ось
Предположим, что ваша машина заднеприводная: каждый раз, когда ваша задняя ось поворачивается, задние колеса поворачиваются. Если ваша задняя ось очень тонкая, ваша мышеловка сможет поворачивать ее больше раз при той же длине веревки, чем если бы она была шире. Это означает, что вы поворачиваете задние колеса больше раз, что означает большее расстояние! По этой причине будет разумной идеей сделать вашу ось из самого тонкого доступного материала, который все же сможет выдержать вес рамы и колес.
Узкие деревянные дюбели здесь - отличный и легкодоступный выбор. Если у вас есть доступ к тонким металлическим стержням, они даже лучше - при смазке они обычно имеют меньшее трение
Шаг 4. Создайте сцепление, придав краям трение колес
Если колеса скользят по земле при срабатывании ловушки, энергия тратится впустую - мышеловка заставляет колеса вращаться, но вы не получаете никакого дополнительного расстояния. Если это происходит с вашим автомобилем, добавление материала, вызывающего трение, на задние колеса может уменьшить их проскальзывание. Чтобы снизить требования к весу, используйте ровно столько, сколько необходимо, чтобы дать кончикам колес некоторое сцепление и ничего лишнего. Некоторые подходящие материалы:
- Электроизоляционная лента
- Резинки
- Резиновый воздушный шар
- Кроме того, подложив кусок наждачной бумаги под задние колеса на стартовой линии, можно уменьшить проскальзывание при трогании с места (когда это наиболее вероятно).
Метод 2 из 3: настройка рамки
Шаг 1. Постройте максимально легкий каркас
Прежде всего, ваша машина должна быть легкой. Чем меньше масса вашего автомобиля, тем лучше - каждый грамм или миллиграмм, который вы можете сбрить с рамы вашего автомобиля, немного дальше, чем ваша мышеловка сможет толкнуть вашу машину. Старайтесь не иметь лишнего материала рамы, кроме необходимого для удержания мышеловки и осей колес на месте. Если вы видите на раме лишнее пространство, попробуйте удалить ее или, если это невозможно, проделайте в ней отверстия с помощью дрели, чтобы снизить ее вес. Вы также захотите использовать самый легкий материал для своей оправы. Вот лишь несколько подходящих:
- Бальзовое дерево
- Жесткие пластиковые листы
- Тонкие, легкие металлические листы (алюминий / жестяная кровля и т. Д.)
- Строительные игрушки (K'NEX, Legos и др.)
Шаг 2. Сделайте каркас длинным и узким
В идеале вы хотите, чтобы ваш автомобиль имел аэродинамическую форму, то есть чтобы он имел минимально возможную площадь поверхности в том направлении, в котором он будет двигаться. Подобно стреле, баркасу, самолету или копью, транспортное средство, разработанное с учетом максимальной эффективности, почти всегда будет иметь длинную тонкую форму, чтобы минимизировать сопротивление воздуха. Для вашей машины-мышеловки это будет означать, что ваша рама будет как узкой (хотя будет трудно сделать вашу раму уже, чем сама мышеловка), так и вертикально тонкой.
Помните, чтобы минимизировать сопротивление, вы пытаетесь придать автомобилю как можно более узкий и наименьший профиль. Попробуйте опуститься на землю и посмотреть на свою машину спереди, чтобы заметить части рамы, которые делают профиль вашего автомобиля излишне большим
Шаг 3. По возможности используйте клей вместо гвоздей
По возможности старайтесь использовать клей в дизайне вашего автомобиля, а не гвозди, булавки или другие более тяжелые решения. Например, вам нужно использовать всего несколько небольших пятен клея, чтобы прикрепить мышеловку к раме. Как правило, клей держится так же хорошо, как и гвозди, что может добавить лишнего веса. Используйте суперклей, а не школьный, он не так хорошо держится.
Еще одно преимущество клея заключается в том, что он обычно не влияет на сопротивление воздуха в автомобиле. С другой стороны, если какой-либо конец гвоздя выйдет из рамки, это может иметь незначительный эффект
Шаг 4. Помните о структурной целостности вашего каркаса
Единственный ограничивающий фактор, когда дело доходит до того, насколько легким и тонким можно сделать раму машины-мышеловки, - это ее хрупкость - если она слишком легкая, она может стать настолько хрупкой, что действие пружины мышеловки разобьет машину на части. Тонкий баланс между достижением максимальной дистанции и нестабильностью вашего автомобиля может быть довольно непросто, но не бойтесь экспериментировать. Сама мышеловка вряд ли когда-нибудь сломается, поэтому, если у вас есть дополнительный материал для каркаса, вы можете свободно ошибаться.
Если вы используете очень хрупкий материал, такой как пробковое дерево, и вам трудно заставить раму держаться вместе, подумайте о том, чтобы добавить небольшую полоску из более прочного материала, такого как металл или пластик, на нижней стороне рамы. Это увеличивает конструктивную прочность автомобиля, сводя к минимуму изменение его сопротивления воздуха и веса
Метод 3 из 3: максимизируйте свою мощность
Шаг 1. Дайте ловушке длинную «руку», чтобы увеличить ее рычаг
Большинство машин-мышеловок работают следующим образом: мышеловка «установлена», веревка, привязанная к рычагу мышеловки, осторожно оборачивается вокруг одной из осей колеса, и, когда ловушка подпрыгивает, качающийся рычаг ловушки передает свою энергию к оси, чтобы повернуть колеса. Поскольку рычаг ловушки довольно короткий, если автомобиль не был тщательно сконструирован, он может слишком быстро натянуть веревку, что приведет к проскальзыванию колес и потере энергии. Для более медленного и устойчивого натяжения попробуйте прикрепить к руке длинный шест, который будет действовать как рычаг, а затем привязать конец веревки к нему, лучше, чем к самой руке.
Важно использовать правильный материал для рычага. Рычаг вообще не должен гнуться под натяжением струны - это означает потерю энергии. Многие гиды рекомендуют прочные конструкции из бальзы или бальзу, армированную металлом, чтобы получить прочный, но легкий рычаг
Шаг 2. Установите ловушку как можно дальше вперед
Предполагая, что ваша ловушка будет вращать задние колеса, вам нужно, чтобы мышеловка вашего автомобиля находилась далеко вперед на раме, как это может быть, не касаясь передних колес. Чем больше расстояние между ловушкой и колесами, тем лучше - большее расстояние означает, что вы сможете обернуть больше веревки вокруг оси, чтобы получить немного более медленное и стабильное тяговое усилие.
Шаг 3. Обеспечьте минимальное трение движущихся частей
Для максимального расстояния вам нужно использовать как можно ближе к 100% мощности вашей мышеловки. Это означает уменьшение трения на поверхностях вашего автомобиля, где точки скользят друг относительно друга. Используйте мягкую смазку, такую как WD-40, автомобильную смазку или аналогичный продукт, чтобы хорошо смазывать точки соприкосновения между движущимися частями автомобиля, чтобы автомобиль "двигался" как можно более плавно.
Многие руководства по сборке автомобилей-мышеловок определяют ось как основной источник трения в машине-мышеловке. Чтобы минимизировать трение оси, протрите или распылите немного смазки на каждую ось, где она встречается с рамой, затем, если возможно, нанесите смазку на точку контакта, сдвигая колеса вперед и назад
Шаг 4. Если можно, используйте самую мощную мышеловку
В большинстве случаев при выполнении заданий по машинке-мышеловке от всех учеников требуется использовать мышеловку одинакового размера, чтобы все машины имели одинаковую мощность. Однако, если у вас нет этого ограничения, смело используйте самую мощную мышеловку, какую только сможете найти! Ловушки большего размера, такие как ловушки для крыс, обеспечивают гораздо большую мощность, чем обычные мышеловки, но они также требуют более прочных конструкций, иначе они могут сломать автомобиль, когда они подпружинены, поэтому вам может потребоваться усилить раму и / или оси, чтобы приспособиться.
Имейте в виду, что ловушки для крыс и другие ловушки для крупных грызунов могут легко сломать пальцы, поэтому обращайтесь с вооруженными ловушками с особой осторожностью, даже если вы уверены, что ловушка прикреплена к вашей оси и не должна закрываться свободно
подсказки
- Если веревка просто обернута вокруг оси, машина может еле двигаться. Установка ведущей ступицы большего размера может улучшить тяговое усилие. На некоторых изображениях на оси есть резиновая шина, которая действует как «шестерня» и уменьшает проскальзывание струны.
- Используйте самый длинный рычаг, чтобы выдвинуть рычаг мышеловки как можно дальше. Наконечник проходит большее расстояние, позволяя разыграть большее количество витков струны. Для рычага использовалась антенна от сломанной стрелы. На рычаг подойдет все, что длинное, легкое и не слишком гибкое.
- Уменьшите трение на оси, уменьшив площадь поверхности опоры, которая контактирует с ведущей осью. ось из тонкой стали имеет меньшее трение, чем отверстие, просверленное в дереве.
- Уменьшите шок, используя немного губки в качестве имитационного сыра. Это не дает автомобилю так сильно подпрыгивать, когда рычаг опускается вниз.
- Выравнивание осей и опор имеет решающее значение для снижения трения и повышения производительности.
- Уменьшите трение, нанеся порошковую смазку Molykote® на основе дисульфида молибдена на оси, колеса и пружину мышеловки.
- Если вы покупаете стиральную машину, возьмите с собой компакт-диск и ось в строительный магазин. Это может помочь вам с первого раза подобрать нужный размер.
- Вы можете увидеть множество различных работ студентов на веб-сайте Mouse Trap Car Challenge.
- Увеличьте трение, смазав струну воском для свечей. При нанесении воска струна лучше натягивает ось.
- Увеличьте трение там, где это необходимо, используя резиновую шину или ленту вокруг оси, на которую наматывается струна. Струна должна вращать ось и не скользить.
- Уменьшите массу с помощью простой световой палки для секции тела. Уменьшение массы также снижает трение в опорах оси.
- Полезно убедиться, что ваша ось не грохочет, иначе она будет двигаться влево и вправо.
- Используйте как можно меньше массы на машине, но при этом сделайте ее достаточно большой, чтобы она могла двигаться.
Что нужно учитывать
- Передаточное отношение колеса к оси: Для расстояния используйте большие колеса и маленькую ось. Представьте себе заднее колесо велосипеда; маленькая ведущая шестерня и большое колесо.
- Инерция: Сколько энергии нужно, чтобы завести машину? Более легкая машина требует меньше. Уменьшите массу автомобиля для достижения оптимального расстояния.
- Скорость высвобождения энергии: Если энергия высвобождается медленно, мощность используется более эффективно, и автомобиль будет двигаться дальше. Один из способов замедлить это высвобождение - удлинить плечо рычага. Более длинная рука перемещается на большее расстояние и позволяет больше наматывать веревку вокруг оси. Машина поедет далеко, но медленнее.
- Трение: Свести к минимуму трение на оси за счет минимизации площади контактной поверхности. В этом примере использовался тонкий стальной кронштейн. Сначала для крепления оси использовалось отверстие, просверленное в деревянной доске. От этого отказались, потому что большая площадь поверхности заставляет автомобиль использовать энергию, преодолевая трение, а не двигаться вперед.
- Тяга: Это то, что вы называете трением, когда оно используется в ваших интересах. Трение должно быть максимальным там, где это необходимо (там, где веревка оборачивается вокруг оси и где колеса касаются пола). Проскальзывание тетивы или колес равносильно потере энергии.
Предупреждения
- Мышеловки опасны. Вы могли сломать палец. Используйте надзор взрослых. Вы можете получить травму и разбить ловушку!
- Есть ограничение на количество доступной энергии; сила весны. Показанный автомобиль близок к максимальному. Если бы плечо рычага было длиннее или колеса были бы больше, машина вообще не двигалась бы! В этом случае выделение энергии можно «настроить», слегка надавив на антенны (укоротив рычаг).
- Будьте осторожны при работе с инструментами, распилом дерева или любыми вредными материалами. Вы всегда должны иметь взрослый присмотр при работе.
