حوزهٔ ۰۳
سینماتیک
سازوکارها چگونه حرکت می‌کنند: چرخ‌دنده‌ها، میله‌ها و بادامک‌ها
سینماتیک حرکت را توصیف می‌کند: مکان‌ها، مسیرها و سرعت‌ها. نشان می‌دهد چگونه می‌توان یک حرکت را به حرکتی دیگر تبدیل کرد.
آنچه یاد می‌گیرید
- چرخ‌دنده‌ها چگونه سرعت و جهت را تغییر می‌دهند
- نسبت دنده چگونه سرعت را با نیرو معاوضه می‌کند
- اهرم‌بندی‌ها چگونه حرکت چرخشی را به حرکت رفت‌وبرگشتی تبدیل می‌کنند
- چگونه مسیر یک نقطهٔ متحرک را دنبال کنیم
آزمایش‌های نمونه
-
یک چرخ‌دندهٔ کوچک را با یک چرخ‌دندهٔ بزرگ درگیر کنید و دورهای هر کدام را بشمارید.
-
یک سازوکار لنگ و لغزنده بسازید و حرکت پیستون را تماشا کنید.
-
طول یک میله را تغییر دهید و ببینید مسیر حرکتش چگونه تغییر می‌کند.
چیزهایی که می‌توانید بسازید
-
جعبه‌دنده‌ای برای یک وینچ کند و پرقدرت
-
پیستونی که با لنگ حرکت می‌کند
-
سازوکار برف‌پاک‌کن
این نمونه‌ها نوع کار در این حوزه را نشان می‌دهند. درس‌های منتشرشده ممکن است متفاوت باشند.
یک مدل کوچک را امتحان کنید
این مدل‌های کوچک همین‌جا در مرورگر شما اجرا می‌شوند و پس از بارگیری صفحه، بدون اینترنت هم به کارشان ادامه می‌دهند. این‌ها مدل‌های آموزشی ساده‌شده‌اند، نه موتور شبیه‌سازی MEKALUMI.
نکته: چرخ‌دندهٔ سمت چپ را بکشید تا آن را با دست بچرخانید.
قطار چرخ‌دنده
تعداد دندانه‌های هر چرخ‌دنده را تغییر دهید و ببینید سرعت و نیروی چرخشی چگونه تغییر می‌کنند.
- نسبت دنده
- 1 : ۲
- سرعت خروجی
- ۱۵ rpm · ۲ برابر کندتر
- نیروی چرخشی
- ۲ برابر
- جهت
- خلاف جهت موتور
وقتی یک چرخ‌دندهٔ کوچک یک چرخ‌دندهٔ بزرگ را می‌چرخاند، چرخ‌دندهٔ بزرگ آهسته‌تر اما با نیروی بیشتری می‌چرخد. وینچ‌ها، دوچرخه‌ها و ساعت‌ها از همین ایده استفاده می‌کنند.
مدل: چرخ‌دنده‌های ایدئال، بدون اصطکاک یا لغزش. سرعت موتور: ۳۰ rpm (دور در دقیقه).
آنچه شبیه‌سازی ساده می‌کند
- سینماتیک حرکت را بررسی می‌کند، اغلب بدون اینکه بپرسد چه نیروهایی باعث آن می‌شوند.
- فرض می‌شود قطعه‌ها کاملاً با هم جفت می‌شوند، بدون هیچ فاصله یا لقی.
هر شبیه‌سازی واقعیت را ساده می‌کند. دانستن اینکه چگونه این کار را می‌کند، بخشی از یادگیری مهندسی است.
پیوند با درس‌های مدرسه
ریاضی (هندسه و نسبت‌ها)، فیزیک، طراحی و فناوری
ارتباط با حوزه‌های دیگر
سینماتیک بر پایهٔ مکانیک بنا می‌شود و برای رباتیک ضروری است.
خوب است بدانید
در دوچرخه، زنجیر و چرخ‌دنده‌هایی با اندازه‌های مختلف، وقتی سربالایی می‌روید، سرعت را با نیرو معاوضه می‌کنند.