Regulator Wata, stroboskop, koło Maxwella, wirownica, żyroskop

Hosted by:

Mechanika

Martwa pętla

Przyrząd służy do demonstracji siły odśrodkowej bezwładności. Kulka puszczona z pewnej wysokości nie odrywa się od toru ale zatacza pełny okrąg. Układ można wykorzystać do sprawdzenia następującego zadania: z jakiej wysokości należy puścić kulkę aby zatoczyła bez oderwania pełną pętlę. Przy rozwiązywaniu trzeba wykorzystać zasadę zachowania energii mechanicznej i ustalić warunek kiedy warunek ciało nie oderwie się od toru.

Koło Maxwella

Jest to koło zamocowane na osi, na która nawijamy nitkę. Gdy trzymamy nitkę i puścimy koło to zaczyna ono obracać się i zmniejszać swoją wysokość. Można wtedy demonstrować zasadę zachowania energii mechanicznej. Podobną sytuację mamy bawiąc się jojo.
Mierząc wysokość początkową i czas opadania bardziej zaawansowani mogą wyznaczyć moment bezwładności koła.

Wirownica

Wirownica służy do wprawiania w ruch obrotowy różnych przyrządów. Poprzez obracanie koła napędowego, wprawia się w ruch małe kółko z wrzecionem. We wrzecionie umieszcza się element, któremu chcemy nadać ruch obrotowy. Na dole pod wrzecionem znajduje się haczyk, na którym można wieszać różne ciała.
Za pomocą wirownicy można wykazać istnienie siły dośrodkowej: używając probówek, przyrządu obręczowego i regulatora odśrodkowego Wata. Wprawiając w ruch obrotowy syrenę zębatą Savarta lub syrenę Seebecka wytwarzamy dźwięki. Mocując stroboskop można wyjaśnić zasadę kina, natomiast obracając barwnym krążkiem składanie barw.

Probówki do demonstracji siły odśrodkowej

Dwie szklane probówki, oprawione w pierścienie metalowe, są zawieszone w widełkowej oprawie, osadzonej na trzonie. Trzon zaciska się we wrzecionie wirownicy. Po nalaniu zabarwionej wody i wprawieniu w ruch obrotowy probówki odchylają się od pionu, ale woda nie wylewa się.

Obręcz do demonstracji siły odśrodkowej

Kolista obręcz po wprawieniu w ruch obrotowy za pomocą wirownicy spłaszcza się, przybierając kształty zbliżone do elipsy. Wielkość spłaszczenia zależy od wielkości siły odśrodkowej. Zjawisko to jest ilustracją spłaszczenia Ziemi w wyniku ruchu wirowego dookoła własnej osi.

Regulator Wata

Jeśli układ kulek zawieszonych na prętach wprawiony zostanie w ruch obrotowy, to kulki oddalają się od osi obrotu, jednocześnie podnoszą się do góry. Wykorzystane było to do regulowania obrotów w maszynach parowych poprzez zmniejszanie lub zwiększanie dopływu pary do cylindrów. Przyrząd nosi nazwę regulatora Wata. Zdjęcie modelu maszyny parowej znajduje się w .

Stroboskop

Stroboskop to cylindryczne naczynie z wyciętymi otworami. W środku umieszczamy obrazki ilustrujące poszczególne fazy ruchu. Jeśli wprawimy stroboskop w ruch obrotowy i będziemy patrzeć przez dziurki na obracające się obrazki to mamy złudzenie ruchu. Mamy tu do czynienia z bezwładnością siatkówki oka, która nie nadąża w odróżnianiu poszczególnych obrazów z powodu ich zbyt szybkiego przesuwania. Dzieję się to przy przesuwaniu więcej niż 17 obrazów na sekundę. Na tej zasadzie działa kino, gdzie następuje wyświetlanie 24 klatek na sekundę, telewizja i wyświetlanie obrazu w monitorze.

Model żyroskopu

Zamocowane z prawej strony koło może się obracać w dwóch płaszczyznach wzajemnie prostopadłych: pionowej i poziomej. Podczas ruchu obrotowego Ziemi żyroskop dąży do ustawienia się wzdłuż południka. W ten sposób może służyć jako niemagnetyczny kompas zwany żyrokompasem. Żyroskop ma zdolność do precesji, polegającej na tym, że kiedy żyroskop jest poddany działaniu momentu sił, który dąży do zmiany kierunku osi przyrządu, wówczas żyroskop zaczyna wykonywać dodatkowy ruch obrotowy wokół osi tworzącej kąt prosty zarówno z osią do której był przyłożony moment jak i ze swoją osią wirowania. Wynika to z zasady zachowania momentu pędu. Zastosowano to w stabilizatorach na statkach, samolotach oraz platformach morskich. Znajdują się tam trzy żyroskopy wirujące wokół wzajemnie prostopadłych osi. Jeśli zadziała zewnętrzny moment siły to jeden z żyroskopów uruchamia mechanizm przywracający pierwotną orientację.

II zasada dynamiki dla ruchu obrotowego

Obracający się układ składa się z dwóch prętów na którym przymocowane są cztery ciężarki, których położenie od osi obrotu można regulować. Ruch obrotowy powoduje ciężarek zawieszony na nici. W zależności od odległości ciężarków od osi zmienia się moment bezwładności układu i wtedy zmienia się przyspieszenie kątowe. Im większy jest moment bezwładności tym mniejsze jest przyspieszenie kątowe.

Autor zdjęć: Patryk Zając