Курс: «Физика и механика», модуль «Базовые занятия»
Урок «Свободное качение»
Велосипед
В мире всего около биллиона велосипедов, что в два раза больше, чем автомобилей и мотоциклов. - Каждый год в мире выпускается 50 миллионов велосипедов и 20 миллионов автомобилей и мотоциклов. - При езде на велосипеде сжигается 600 калорий в час. - Если посчитать количество деталей, из которых сделан велосипед, то половина этого количества приходится на цепь. -В Китае на один автомобиль приходится 250 велосипедов. -Велосипед, какой мы его знаем сейчас, с двумя колесами и традиционного размера, появился в 1900 году.
Технология
  • Использование механизмов – колес и осей.
  • Сборка деталей.
Естественные науки
    • Измерение расстояния.
    • Калибровка шкал и считывание показаний.
    • Силы.
    • Энергия движения (кинетическая энергия).
    • Энергия покоя (потенциальная энергия).
    • Трение и сопротивление воздуха.
    • Методы исследования.
    В технический словарик
      • масса
      • положение
      • трение
      • эффективность (КПД - коэффициент полезного действия)
      Дополнительно потребуется
        • Свободное пространство длиной 4 м на ровном полу.
        • Липкая лента для разметки.
        • Рулетка или «сантиметр».
        • Деревянная планка или полка длиной не менее 1 м.
        • Стопка книг или несколько коробок, чтобы приподнимать планку на разную высоту.
        • Запасные ЛЕГО®-кирпичи для проведения измерений.
        • Маркер для маркерной доски.
        • Ножницы.
        Установление взаимосвязей
        Дима и Катя, как обычно, спорят. Они мастерят тележки, чтобы посмотреть, которая из них укатится дальше, съехав со стартовой горки в их Презеленом парке.

        Катя говорит, что если она дополнительно нагрузит свою тележку пассажиром (это будет Пес Барбос), то тележка поедет дальше, потому что станет тяжелее. А Дима считает, что он уедет дальше на легкой тележке, поскольку тяжелые грузы труднее передвигать. Еще он предпочитает ездить на колесах большего размера, но Катя сомневается, что это ему поможет.

        Так какая же тележка поедет дальше – легкая или тяжелая, с большими или с маленькими колесами? Давайте выясним!
        Конструирование
        Постройте стартовую горку
        Проведите линию старта на расстоянии 1 м от одного из краев планки. Другой ее конец приподнимите так, чтобы старт располагался на высоте 15 см от пола. Зачем нам нужна стартовая линия?

        Она необходима для того, чтобы все испытания проводились в одинаковых условиях: все тележки будут съезжать по одной и той же наклонной плоскости.(пандусу) с одной и той же отметки.
        Соберите тележку
        (Технологические карты 3A и 3B, с. 6, шаг 12)

        Испытайте тележку на пандусе. Плавно ли едет модель? Если нет, отрегулируйте все оси и втулки так, чтобы колеса крутились плавно. Проверьте также, плотно ли прилегают друг к другу все элементы конструкции.
        Разметьте шкалу
        Разметьте голубой пластиковый диск или вырежьте такой же диск из бумаги. Нанесите разметку шкалы и прикрепите поверх голубого пластикового диска.
        Рефлексия
        Измерьте рулеткой расстояние, которое проедет пустая тележка, результат сравните с положением указателя на шкале. Запишите пройденный путь, а место, где тележка остановилась, отметьте ЛЕГО®-кирпичиком. Сделайте не меньше трех замеров, как того требует методика научного эксперимента, чтобы получить достоверный результат.
        Тележка без груза должна проехать приблизительно 160 см. При этом указатель сделает больше одного оборота вокруг шкалы. Точность шкалы составляет несколько сантиметров.

        Стираемым маркером отметьте на пластиковой шкале положение указателя, соответствующее пройденному расстоянию в 1 м. Еще раз спустите тележку с пандуса и посмотрите по шкале, проехала ли она 160 см – указатель должен сделать один полный оборот и пройти еще немного больше половины циферблата (шкалы). Проведите несколько испытаний. Теперь нет необходимости измерять пройденный тележкой путь рулеткой или сантиметром – просто считывайте показания со шкалы.

        Нагрузите тележку – поставьте на нее груз ЛЕГО (с. 7, шаг 13). Подумайте, как далеко укатится тележка в этом случае – отметьте место ее предполагаемой остановки еще одним кирпичиком. После этого проведите испытание.
        На этот раз тележка уедет почти в два раза дальше. Груз, «падающий» вместе с тележкой, придает ей вдвое большую энергию движения (кинетическую энергию). Однако следует учитывать, что при увеличении нагрузки возрастает и трение на осях, а это замедляет движение тележки.

        Что вы можете отметить в поведении указателя (стрелки)?

        Указатель делает больше одного оборота вокруг шкалы. Вам нужно посчитать количество его оборотов.

        Проведите несколько испытаний, чтобы результат ваших наблюдений был достоверным.

        Димина Теория большого колеса
        Уедет ли тележка на больших колесах дальше, чем на маленьких? Наденьте большие колеса на заднюю ось и спустите тележку с горки (с. 7, шаг 14).
        Сначала испытайте пустую тележку (с. 7, шаг 14), а затем – тележку с грузом (с. 8, шаг 15).

        Как правило, массивная тележка на больших колесах проезжает большее расстояние. Это можно объяснить двумя причинами: 1) чем больше масса, тем больше энергия, 2) задняя ось вращается медленнее, трение меньше.

        Не забывайте сбрасывать показание счетчика – устанавливать указатель (стрелку) на начальное (нулевое) положение – перед каждым испытанием!
        Развитие
        Расширенная шкала
        (Технологическая карта 3B, с. 12, шаг 12)
        Замените 8-зубое колесо на 24-зубое. Как вы думаете, какое расстояние проедет тележка к тому моменту, когда указатель сделает один полный оборот?

        Тележка проедет 3 м. Новое зубчатое колесо имеет в три раза больше зубьев, чем прежнее, маленькое. 8-зубое колесо должно было вращаться в 3 раза быстрее, чтобы «поспеть» за 24-зубым колесом, которое сделало один оборот. Теперь нужно будет откалибровать шкалу так, чтобы можно было измерять расстояние до 3 м.

        Более крутой спуск
        Сначала попробуйте предположить, а затем проверьте, что произойдет, если сделать спуск вдвое круче.

        При этом удвоится потенциальная и кинетическая энергия, но трение на осях не станет в два раза больше.
        Made on
        Tilda