ด้านที่ 03
จลนศาสตร์
กลไกเคลื่อนที่อย่างไร: เฟือง ก้านต่อโยง และลูกเบี้ยว
จลนศาสตร์อธิบายการเคลื่อนที่ ทั้งตำแหน่ง เส้นทาง และความเร็ว และแสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนที่แบบหนึ่งเปลี่ยนเป็นอีกแบบหนึ่งได้อย่างไร
สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้
- เฟืองเปลี่ยนความเร็วและทิศทางอย่างไร
- อัตราทดเฟืองแลกความเร็วกับแรงอย่างไร
- ก้านต่อโยงเปลี่ยนการหมุนให้เป็นการเคลื่อนที่ไปกลับได้อย่างไร
- จะติดตามเส้นทางของจุดที่กำลังเคลื่อนที่ได้อย่างไร
ตัวอย่างการทดลอง
-
ให้เฟืองเล็กขบกับเฟืองใหญ่ แล้วนับจำนวนรอบของแต่ละตัว
-
สร้างข้อเหวี่ยงและตัวเลื่อน แล้วดูลูกสูบเคลื่อนที่
-
เปลี่ยนความยาวของก้านต่อ แล้วดูว่าเส้นทางเปลี่ยนไปอย่างไร
สิ่งที่คุณสร้างได้
-
ชุดเฟืองทดสำหรับกว้านที่หมุนช้าแต่มีแรงมาก
-
ลูกสูบที่ขับด้วยข้อเหวี่ยง
-
กลไกที่ปัดน้ำฝนรถยนต์
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงลักษณะงานในด้านนี้ บทเรียนที่เผยแพร่จริงอาจแตกต่างออกไป
ลองใช้แบบจำลองเล็ก ๆ
แบบจำลองเล็ก ๆ เหล่านี้ทำงานในเบราว์เซอร์ของคุณโดยตรง และยังทำงานต่อได้แม้ออฟไลน์เมื่อโหลดหน้าเว็บเสร็จแล้ว แบบจำลองเหล่านี้เป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่เอนจินการจำลองของ MEKALUMI
เคล็ดลับ: ลากเฟืองด้านซ้ายเพื่อหมุนด้วยมือ
ชุดเฟือง
เปลี่ยนจำนวนฟันของเฟืองแต่ละตัว แล้วดูว่าความเร็วและแรงบิดเปลี่ยนไปอย่างไร
- อัตราทดเฟือง
- 1 : 2
- ความเร็วขาออก
- 15 รอบ/นาที · ช้าลง 2 เท่า
- แรงบิด
- × 2
- ทิศทาง
- หมุนสวนทางกับมอเตอร์
เมื่อเฟืองเล็กขับเฟืองใหญ่ เฟืองใหญ่จะหมุนช้าลงแต่มีแรงมากขึ้น กว้าน จักรยาน และนาฬิกาก็ใช้หลักการนี้
แบบจำลอง: เฟืองในอุดมคติ ไม่มีแรงเสียดทานหรือการลื่นไถล ความเร็วมอเตอร์ 30 รอบ/นาที
สิ่งที่การจำลองทำให้ง่ายลง
- จลนศาสตร์ศึกษาการเคลื่อนที่ โดยมักไม่ถามว่าแรงใดเป็นสาเหตุ
- ชิ้นส่วนถูกสมมติว่าประกอบกันได้พอดีอย่างสมบูรณ์ ไม่มีช่องว่างหรือระยะคลอน
การจำลองทุกแบบล้วนทำให้ความเป็นจริงง่ายลง การรู้ว่าง่ายลงอย่างไรก็เป็นส่วนหนึ่งของการเรียนรู้วิศวกรรม
เชื่อมโยงกับวิชาในโรงเรียน
คณิตศาสตร์ (เรขาคณิตและอัตราส่วน) ฟิสิกส์ การออกแบบและเทคโนโลยี
ความเชื่อมโยงกับด้านอื่น
จลนศาสตร์ต่อยอดจากกลศาสตร์ และเป็นพื้นฐานสำคัญของวิทยาการหุ่นยนต์
น่ารู้
บนจักรยาน โซ่และเฟืองขนาดต่าง ๆ จะแลกความเร็วกับแรงเมื่อคุณปั่นขึ้นเนิน