Направление 03
Кинематика
Как движутся механизмы: шестерни, звенья и кулачки
Кинематика описывает движение: положения, траектории и скорости. Она показывает, как одно движение можно превратить в другое.
Чему вы научитесь
- Как шестерни меняют скорость и направление вращения
- Как передаточное отношение помогает выиграть в силе за счёт скорости
- Как рычажные механизмы превращают вращение в движение вперёд-назад
- Как проследить траекторию движущейся точки
Примеры экспериментов
-
Сцепите маленькую шестерню с большой и посчитайте, сколько оборотов делает каждая.
-
Соберите кривошип с ползуном и понаблюдайте, как движется поршень.
-
Измените длину звена и посмотрите, как меняется его траектория.
Что можно собрать
-
Редуктор для медленной, но сильной лебёдки
-
Поршень, приводимый в движение кривошипом
-
Механизм автомобильных дворников
Эти примеры показывают, чем занимаются в этом направлении. Опубликованные уроки могут отличаться.
Попробуйте небольшую модель
Эти небольшие модели работают прямо в вашем браузере, а после загрузки страницы — и без интернета. Это упрощённые учебные модели, а не движок симуляции MEKALUMI.
Подсказка: потяните левую шестерню, чтобы повернуть её вручную.
Зубчатая передача
Меняйте число зубьев у каждой шестерни. Смотрите, как меняются скорость и сила вращения.
- Передаточное отношение
- 1 : 2
- Скорость на выходе
- 15 об/мин · медленнее ×2
- Сила вращения
- × 2
- Направление вращения
- Противоположное мотору
Когда маленькая шестерня вращает большую, большая крутится медленнее, но с большей силой. Этот принцип используется в лебёдках, велосипедах и часах.
Модель: идеальные шестерни без трения и проскальзывания. Скорость мотора: 30 об/мин.
Что упрощает симуляция
- Кинематика изучает движение, часто не задаваясь вопросом, какие силы его вызывают.
- Считается, что детали подогнаны идеально, без зазоров и люфтов.
Любая симуляция упрощает реальность. Понимать, как именно она это делает, — тоже часть изучения инженерии.
Связь со школьными предметами
Математика (геометрия и отношения), физика, технология и конструирование
Связь с другими направлениями
Кинематика опирается на механику и необходима для робототехники.
Полезно знать
На велосипеде цепь и звёздочки разного размера помогают выиграть в силе за счёт скорости, когда вы едете в гору.