תחום 03
קינמטיקה
איך מנגנונים זזים: גלגלי שיניים, חוליות וזיזים
הקינמטיקה מתארת תנועה: מיקומים, מסלולים ומהירויות. היא מראה איך אפשר להפוך תנועה אחת לתנועה אחרת.
למי זה מתאים
לומדים שאוהבים גלגלי שיניים, אופניים וצעצועים נעים, ורוצים לדעת איך תנועה אחת הופכת לאחרת.
מה תלמדו
- איך גלגלי שיניים משנים מהירות וכיוון
- איך יחס תמסורת מוותר על מהירות כדי להרוויח כוח
- איך מנגנוני חוליות הופכים סיבוב לתנועה הלוך ושוב
- איך עוקבים אחרי המסלול של נקודה נעה
דוגמאות לניסויים
-
שלבו גלגל שיניים קטן עם גלגל שיניים גדול, וספרו את הסיבובים של כל אחד מהם.
-
בנו מנגנון ארכובה ומחליק, וצפו בבוכנה נעה.
-
שנו את האורך של חוליה, וראו איך המסלול שלה משתנה.
מה אפשר לבנות
-
תיבת הילוכים לכננת איטית וחזקה
-
בוכנה שמופעלת על ידי ארכובה
-
מנגנון של מגב שמשה
הדוגמאות האלה מראות את סוג העבודה בתחום הזה. השיעורים שיפורסמו בפועל עשויים להיות שונים.
נסו מודל קטן
המודלים הקטנים האלה פועלים כאן, בדפדפן שלכם, וממשיכים לעבוד גם ללא חיבור לאינטרנט (אופליין) אחרי שהדף נטען. אלה מודלים לימודיים מפושטים, ולא תוכנת ההדמיה של MEKALUMI.
טיפ: גררו את גלגל השיניים השמאלי כדי לסובב אותו ביד.
תמסורת גלגלי שיניים
שנו את מספר השיניים בכל גלגל שיניים. צפו איך משתנים המהירות ומומנט הכוח (הכוח המסובב).
- יחס תמסורת
- 1 : 2
- מהירות היציאה
- 15 rpm · איטי פי 2
- מומנט כוח
- פי 2
- כיוון
- הפוך לכיוון המנוע
כשגלגל שיניים קטן מניע גלגל שיניים גדול, הגלגל הגדול מסתובב לאט יותר, אבל בכוח רב יותר. כננות, אופניים ושעונים משתמשים ברעיון הזה.
מודל: גלגלי שיניים אידיאליים, בלי חיכוך ובלי החלקה. מהירות המנוע: 30 rpm.
מה ההדמיה מפשטת
- הקינמטיקה חוקרת תנועה, ולעיתים קרובות אינה שואלת אילו כוחות גורמים לה.
- מניחים שהחלקים מתאימים זה לזה בדיוק מושלם, בלי רווחים ובלי שום חופש תנועה.
כל הדמיה מפשטת את המציאות. ההבנה איך היא עושה זאת היא חלק מלימוד ההנדסה.
קשרים למקצועות הלימוד בבית הספר
מתמטיקה (גאומטריה ויחסים), פיזיקה, עיצוב וטכנולוגיה
קשרים לתחומים אחרים
הקינמטיקה נשענת על המכניקה, והיא חיונית לרובוטיקה.
טוב לדעת
באופניים, השרשרת וגלגלי השיניים בגדלים שונים מוותרים על מהירות כדי להרוויח כוח כשרוכבים בעלייה.