В этом эксперименте мы увидим, как вращательное движение может быть преобразовано в возвратно-поступательное. Такой же принцип используется в конструкции автомобиля. Колеса его должны вращаться, но крутящий момент возникает по-другому, можно сказать, противоположным образом. Движение поршня (вернее, нескольких поршней) вверх-вниз преобразуется в круговое движение коленчатого вала и колес.
Когда запускают мотор автомобиля (включают зажигание), в цилиндрах воспламеняется топливо и образуются горячие газы. Расширение газов заставляет перемещаться плотно пригнанные к цилиндрам поршни, связанные с коленвалом (именно он, в конечном счете, подсоединен к колесам). В результате поршни в цилиндрах ходят вверх-вниз, поворачивая вал. Тот передает крутящий момент на колеса, и те вращаются. Одно движение поршня вверх-вниз приводит к одному обороту коленвала вокруг своей оси. Один оборот колес приходится обычно на три-шесть оборотов вала.
Совместная работа
У большинства моторов — четыре цилиндра, расположенных так, как показано на рисунке. Вы можете увидеть здесь цилиндры и поршни. Четыре шатуна присоединены каждый к своему поршню и приводят в движение металлические соединения, связывающие их с коленчатым валом. Когда шатуны поворачивают шарнирные соединения, коленчатый вал вращается. Это движение передается на колеса через коробку передач, которая нужна, чтобы колеса крутились с различной скоростью.
Как можно управлять движением
Вам понадобится:
Коробка из-под обуви; тонкий металлический стержень около 2 мм диаметром; плоскогубцы; крышка от банки; клеящая лента; ножницы; толстая пластиковая соломинка для напитков; линейка; карандаш; плотная бумага; не меньше четырех различных фломастеров; тонкая пластиковая соломинка.
Положите обувную коробку боком на ровную поверхность. Одной рукой проколите коробку металлическим стержнем в средней ее части, оберегая вторую руку от случайного укола с противоположной стороны.
Плоскогубцами согните стержень под прямым углом там, где его концы выходят с боков проколотой им коробки. Скотчем прикрепите к стержню крышку от банки. Слегка подтолкните ее, чтобы она уперлась в стенку коробки.
Плоскогубцами аккуратно изогните отрезок стержня с противоположной от крышки стороны коробки. Так вы получите захват для соединения с поршнем и сможете обеспечить свободное вращение посредством этой ручки.
Отрежьте кусочек толстой пластиковой соломинки длиной примерно 5 см и присоедините его скотчем на стенку коробки рядом с крышкой от банки. Проверьте, чтобы приклеенный отрезок соломинки не выходил за край коробки.
Скопируйте рисунок, показанный на фотографии, карандашом на плотный картон или изобразите своего клоуна. Выберите что-нибудь такое, что хорошо смотрится при движении.
Фломастерами раскрасьте клоуна так, как вам нравится. Чем более яркой и живой получится фигурка, тем лучше она будет выглядеть на верхушке поршня.
Аккуратно вырежьте законченную фигурку из бумаги. Ее края должны быть ровными. Постарайтесь не смазать случайно пальцем то, что раскрашивали фломастерами.
Теперь покрутите клоуна. Скотчем прикрепите тонкую пластиковую соломинку к нижней части нарисованной фигурки, примерно в 2 см от края.
Введите тонкую соломинку, пристроенную к фигурке, в толстую соломинку, прикрепленную к коробке. Тонкая должна пройти насквозь и показаться с противоположного конца. Теперь пусть соломинка с фигуркой сама опустится, насколько сможет, и коснется края крышки от банки.
Поставьте коробку на попа — так, чтобы клоун красовался сверху. Начните вращать ручку — крышка на боку коробки будет крутиться, то подталкивая клоуна вверх, то позволяя ему опускаться вниз, действуя в точности как и настоящий поршень.