|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
DZIECIĘCE LABORATORIUM NAUKOWE
Walcz z siłą odśrodkową. Laboratorium naukowe dla dzieci
Katalog / Laboratorium Naukowe dla Dzieci Porozmawiajmy o zjawisku fizycznym, które sprawia wiele kłopotów wszystkim modelarzom i technikom. Jego imię to brak równowagi. Zaoferujemy również broń, której można użyć do jego pokonania. Komu ona przeszkadza? Czym jest siła odśrodkowa, wiedzą nawet ci, którzy jeszcze nie studiowali mechaniki. W końcu każdy musiał zakręcić na palcu zabawkę przewiązaną nitką. Siła, z jaką zabawka ciągnie cię za palec, jest siłą odśrodkową. Ściślej mówiąc, siła odśrodkowa to siła wywierana na oś obrotu przez obracające się ciało. Takie siły towarzyszą każdemu obrotowi. Ale kto musiał z nimi walczyć i dlaczego? Przede wszystkim na to pytanie może odpowiedzieć ktoś, kto sam pierze ubrania w pralce. Pamiętajmy, jak pranie jest wyżymane podczas prania w pralce. Jeśli pranie w obracającym się bębnie – wirówce – jest źle upakowane, maszyna zaczyna się trząść i dudnić, jakby chciała zamienić się w mały samochód. Kto pcha ją od środka? Oczywiście siła odśrodkowa działająca od płótna, które zbłądziło w bryłę. Musimy to okiełznać – zatrzymać maszynę i bardziej równomiernie ułożyć pranie. Dobrą rzeczą jest to, że wirówka nie obraca się zbyt szybko: 300-500 obr./min, więc można ją zatrzymać za naciśnięciem przycisku. Ale w technice od czasu do czasu napotykamy znacznie wyższe prędkości obrotowe i ogromne wirujące masy. Wtedy niezrównoważone siły odśrodkowe mogą spowodować poważne szkody. Powodują wibracje, zwiększają tarcie i zużycie łożysk. W rezultacie maszyna szybko ulega awarii. W niektórych przypadkach siła odśrodkowa może w ogóle nie pozwolić głazowi na uzyskanie pożądanej prędkości obrotowej. Przeprowadźmy mały eksperyment: weźmy mikrosilnik i przymocujmy jego styki do biegunów baterii. Posłuchaj subtelnego brzęczenia obracającego się wirnika: jego prędkość kątowa wynosi około 70 obr./min. Teraz spróbujmy wyposażyć silnik w koło zamachowe. Na początek z grubsza ręcznie wycinamy kółko z gumki, zaznaczamy okiem ołówkiem jego środek i przy odrobinie wysiłku nakładamy na wałek. Włączmy silnik. Czujesz, jak bije w dłoni, jak zmienił się dźwięk w porównaniu do poprzedniego? Stał się znacznie niższy, ponieważ prędkość wirnika spadła o 5-10 razy. Wynika to z niezrównoważonej siły odśrodkowej wytwarzanej przez gumowe koło zamachowe. Teraz jest jasne, po co walczyć z siłami odśrodkowymi. Jak się ich pozbyć – a raczej przed ich niepożądanym działaniem? Równoważenie sił odśrodkowych przyłożonych do obracającego się ciała nazywa się w technice równoważeniem. Najprostszym przykładem równoważenia jest układanie prania w wirówce pralki. W pogoni za wirującym wektorem Niestety w zdecydowanej większości przypadków wyważenie jest znacznie bardziej skomplikowane. Teorię wyważania wirników opracował stosunkowo niedawno - w 1935 r. - wybitny naukowiec, mechanik i budowniczy statków A.N. Kryłow. Zapoznajmy się z podstawami tej teorii. Niech małe ciało o masie m (punkt materialny) obraca się po okręgu, wykonując n obrotów na minutę. W mechanice prędkość obrotową mierzy się zwykle kątem obrotu w ciągu jednej sekundy; wielkość ta nazywana jest prędkością kątową i jest oznaczana grecką literą ω (omega). W ciągu jednej minuty - 60 s, w jednym obrocie - 2Pi radianów, a więc ω = 2Pi*n/60=0,1n. Oznaczmy przez R wektor skierowany od osi do obracającego się ciała. Jego długość jest równa promieniowi koła obrotowego, dlatego R nazywamy wektorem promienia (ryc. 1).
Okazuje się, że wektor siły odśrodkowej F otrzymujemy mnożąc wektor promienia przez masę ciała i kwadrat prędkości kątowej: F=m*ω2*R (jasne jest, że wektory F i R mają ten sam kierunek). Zgodnie z III prawem Newtona siła dośrodkowa działająca na obracające się ciało i utrzymujące je na okręgu ma taką samą wartość, ale zwrot przeciwny. Jeśli ciała nie można przedstawić jako punktu materialnego (jest to większość ciał), siłę odśrodkową oblicza się dokładnie w ten sam sposób, ale zamiast R przyjmuje się r - wektor promienia środka masy ciała (Rys. 1). Środek masy to punkt, w którym skupia się cała masa ciała. W przypadku ciał symetrycznych (na przykład walca lub kuli) środek masy pokrywa się ze środkiem symetrii. Jednak niemożliwe jest stworzenie idealnie symetrycznego ciała, więc położenie środka masy nigdy nie jest dokładnie znane. Z tego powodu istnieje potrzeba wyważenia obracających się ciał. Iloczyn dwóch czynników - wektora promienia środka masy i masy ciała - jest powszechnie nazywany wektorem nierównowagi lub po prostu nierównowagą: d=m*r. Niewyważenie mierzone jest w kg*m. Znika tylko wtedy, gdy oś obrotu przechodzi przez środek masy. Kiedy ciało się obraca, wektor nierównowagi obraca się wraz z nim. tak, aby jego kierunek pokrywał się z siłą odśrodkową. Wróćmy do naszego doświadczenia z kołem zamachowym i spróbujmy obliczyć niewyważenie i siłę odśrodkową. Niech masa koła zamachowego m=30g, a odległość od osi do środka masy r=2mm. Wartość niewyważenia w tym przypadku wynosi 0,002*0,03=6*10-5 kg. Wydawałoby się, że niewiele. Ale załóżmy teraz, że wirnik obraca się z prędkością 4500 obr./min (jest to prędkość obrotowa konwencjonalnego silnika mikroelektrycznego). Następnie ω\u450d XNUMX rad / s i siła odśrodkowa F \uXNUMXd d *ω2=12N. Takie obciążenie jest zbyt duże dla mikrosilnika: siła tarcia w łożyskach nie pozwoli w ogóle obracać się wirnikowi. Nawet przy tak małym kole zamachowym, jeśli jest niewyważone, mikrosilnik nie będzie w stanie osiągnąć swojej nominalnej prędkości! Jaka wartość niewyważenia jest dopuszczalna, a jaka nie, zależy głównie od konstrukcji i prędkości obrotowej wirnika. Turbina hydrauliczna wolnoobrotowa o wadze kilkudziesięciu ton może mieć niewyważenie 10 kg * m bez najmniejszego uszkodzenia, ale turbina gazowa, dla której 30 tys.-6kg * m - za dużo.
Spójrz na rysunek 2. Oto koło o promieniu R z niewyważeniem d. Powiedzmy, że możemy umieścić dodatkowe ciężarki korygujące na feldze, na przykład przykleić kulki z plasteliny. Wtedy bardzo łatwo jest wyrównać brak równowagi: wystarczy umieścić kawałek plasteliny o masie mk=d/R w punkcie A. Faktycznie, teraz niewyważenie kół będzie równe zeru: d=d+RA*d/R=dd. Zauważ, że promień R może wybrać każdy, ale zmieni się również masa odważnika korygującego. I odwrotnie, jeśli masa m'k>=d/R, to dodatkowe obciążenie musi być umieszczone w odległości d/m'k od centrum. Przyjrzyj się bliżej kołom samochodów. Na obręczach niektórych z nich zobaczysz małe owalne ciężarki. Do tej pory powinieneś zrozumieć ich cel. Częściej jednak masy korekcyjne nie są dodawane, lecz usuwane. W końcu dodanie ładunku o masie mk do punktu o promieniu wektora RA jest równoważne usunięciu ładunku o tej samej masie w diametralnie przeciwległym punkcie (-RA) (Rys. 2). W technologii często się to robi: w pożądanym miejscu wierci się płytki otwór, który nie narusza wytrzymałości wyważanej części, usuwając w ten sposób wymaganą masę. Takie dziury często można zobaczyć na kołach zamachowych i wirnikach silników elektrycznych. Wyważarka na Twoim biurku Nie tylko w zakładach budowy maszyn i warsztatach samochodowych konieczne jest wyważanie różnych obracających się części. Każdy młody technik czy modelarz może w swojej pracy zmierzyć się z takim zadaniem. Wiele modeli ma koło zamachowe. To bardzo przydatny szczegół: koło zamachowe jest w stanie wygładzić nierówną pracę silnika. Z drugiej strony niewyważone koło zamachowe będzie powodować dużo wibracji i uniemożliwić silnikowi nabranie rozpędu. Wszystkie zalety koła zamachowego można wykorzystać tylko poprzez jego staranne wyważenie. Pomoże Ci w tym prosta maszyna, na którą zwracamy uwagę. Jest to zamocowana z jednej strony sprężyna płaska, na której osadzony jest mikrosilnik z wyważonym kołem zamachowym (rys. 3). Jako sprężynę możesz wziąć płytkę stykową ze starego przekaźnika. Do jego końca należy przymocować długą i lekką drzazgę lub słomkę z ostrym końcem. Włącz silnik: natychmiast rozpoczną się wibracje, których wielkość zostanie zgłoszona przez ruch końcówki słomki. Aby to zmierzyć, umieść w pobliżu końcówki przezroczystą linijkę z podziałką milimetrową. Gdy silnik zacznie się obracać, zakres ten będzie się zwiększał lub zmniejszał ponownie. Możliwe, że przy maksymalnej prędkości końcówka będzie prawie nieruchoma. Oczywiście nie dlatego, że siła odśrodkowa zniknęła: po prostu czułość sprężyny na wibracje o wysokiej częstotliwości jest stosunkowo niewielka. Z tego powodu największe wychylenie oscylacji końcówek mierzone jest „na wolnym kole” – podczas hamowania silnikiem po wyłączeniu zasilania. Długość słomki, grubość sprężyny oraz umiejscowienie na niej silnika należy dobrać tak, aby wymach był jak największy, zwiększając tym samym czułość urządzenia. Tak więc wielkość nierównowagi jest mierzona przez wychylenie końcówki słomki. Oczywiście nie wiemy, ile dokładnie odpowiada rozpiętości, powiedzmy, 7 mm (nasze urządzenie nie ma podziałki), ale możemy śmiało powiedzieć, że im większa rozpiętość, tym większe niewyważenie. Teraz musisz zaopatrzyć się w plastelinę i zacząć równoważyć. Jednak najpierw nakreślamy plan „ścigania” wektora nierównowagi. Przedstawmy to jako sumę rzutów na dwie prostopadłe osie: d=dx+dy (Rys. 3).
Osie te (OX i OY) należy narysować na kole zamachowym całkowicie dowolnie przed wyważeniem. Skompensujemy po kolei składowe nierównowagi: najpierw dx, to dy. Umieszczając odważnik korygujący w dowolnym punkcie A na osi OX, nie zmieniamy składowej dy - w końcu OA jest prostopadła do OS; zmieni się tylko dx. Przesuwając kawałek plasteliny wzdłuż osi OX, znajdź jego pozycję, w której wychylenie końcówki (a wraz z nią brak równowagi) jest najmniejsze. Jeśli ten punkt znajduje się blisko obręczy koła zamachowego, weź większy kawałek; jeśli blisko centrum - mniejsze. Pamiętaj tylko, że musisz przenieść ciężarek z plasteliny bez zdejmowania koła zamachowego z osi. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli po rozpoczęciu wyważania z jakiegoś powodu zmienisz położenie koła zamachowego na osi, będziesz musiał rozpocząć wyważanie od nowa. Po osiągnięciu minimalnego wychylenia słomki weź kolejny kawałek plasteliny i powtórz tę samą procedurę, tylko teraz z osią y (pierwszy obciążnik oczywiście musi pozostać na swoim miejscu). Zatem bez zmiany składowej nierównowagi dx, zredukować w jak największym stopniu składnik dy. Ponieważ całkowite niewyważenie d=(dx2+dy2)0.5, w rezultacie można go całkowicie wyeliminować. W rzeczywistości jednak anix, ani dy nie są kompensowane z absolutną dokładnością, więc nie można oczekiwać całkowitego zaniku drgań. Aby go zminimalizować, korektę składowych niewyważenia przeprowadza się kilka razy z rzędu. Ponadto sam pomiar można wykonać w inny sposób: najpierw określić kierunek niewyważenia, a następnie go skompensować. Autor: M.Markish
Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024 Sterowanie obiektami za pomocą prądów powietrza
04.05.2024 Psy rasowe chorują nie częściej niż psy rasowe
03.05.2024
▪ Dyski twarde Toshiba N300 Pro i X300 Pro ▪ Dobrze przyprawiony tranzystor ▪ Łóżko z wysuwanym przezroczystym telewizorem OLED od LG ▪ Kamizelka kuloodporna wykonana z nanostrukturalnego materiału węglowego
▪ sekcja serwisu Jednostki Sprzętu Krótkofalowego. Wybór artykułów ▪ artykuł Słuchaj, kłam, ale wiedz, jaka jest miara! Popularne wyrażenie ▪ artykuł Gdzie i kiedy pojawiła się wstążka (opakowanie) na cygarach? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Kierownik działu automatyzacji i mechanizacji procesów produkcyjnych. Opis pracy ▪ artykuł Klucz elektroniczny K1233KT2. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony