No Image

Уравновешенные и неуравновешенные силы

0 просмотров
12 марта 2020

Исследуйте результат действия уравновешенных и неуравновешенных сил на движение объекта.

В помощь педагогу

Учащиеся смогут:
изучите, что такое силы, и как они заставляют предметы перемещаться;
создадите и запрограммируете робота для изучения результатов действия уравновешенных и неуравновешенных сил на движение предметов;
подготовите отчёт и представите свои выводы о силах.

Вступительный ролик может подготовить почву для рассмотрения и обсуждения с учащимися последующих идей по этому проекту.

Вступительный ролик
Прошло много времени с тех пор, как люди впервые попробовали перемещать большие объекты. От древних цивилизаций до современности для того, чтобы тянуть или толкать объекты, использовались различные инструменты.

  1. Если не удается сдвинуть что-то, это происходит потому, что такая же или большая сила тянет объект в противоположном направлении.
  2. Если объект начинает перемещаться, это означает, что сила в направлении движения больше.
  3. На Земле трение играет в этой системе важную роль.
  4. По поверхности с меньшим трением тот же вес тянуть легче, чем по неровной поверхности.

Область науки о силах и движении была подробно изучена и разъяснена ученым Исааком Ньютоном в XVII веке. Вы каждый день сталкиваетесь с законами физики, описанными им.

Вопросы для обсуждения

  1. Какими способами можно привести объект в движение?
    Чтобы заставить объект двигаться, надо тянуть или толкать объект, другими словами, нужно приложить к нему силу.
  2. Можете ли вы объяснить трение? По какой поверхности легче тянуть предмет: по обычной или скользкой?
    Этот вопрос относится к трению. Перемещать объект по гладкой поверхности легче, чем по шероховатой. В зависимости от массы объекта, объект может быть труднее перемещать по скользкой поверхности, потому что сцепление в данном случае при тяге оказывается меньше.
  3. Спрогнозируйте, что произойдет, если сила тяги в одном направлении больше, чем в другом.
    Этот ответ должен быть основан на прогнозах учащихся,
    высказанных на начальном этапе. Это означает, что на данный
    момент ответы учащихся могут быть неверными. После урока учащиеся должны иметь возможность обсудить тот факт, что объект будет перемещаться в направлении наибольшей толкающей или тянущей силы.
  4. Можно ли вывести соотношение между уравновешенными силами и способностью объектов к перемещению?
    Неуравновешенные силы могут привести к изменениям в
    движении объекта (ускорению, замедлению и т. д.).

Дайте учащимся выбрать инструмент (-ы), который (-е) они считают наиболее подходящим (-и) для документирования своих идей и обмена ими. Порекомендуйте использовать записи, видео, изображения, конспекты или другие способы документирования.

3. Создание

Построение и программирование робота-тягача
Учащиеся будут следовать инструкциям по сборке для создания роботатягача. Этот робот-тягач будет тянуть некоторые объекты, помещенные в его корзину. Это исследование может быть проведено на различных типах поверхностей, таких как дерево или ковер. Используйте одну и ту же поверхность в течение всего проекта.

1. Постройте робот-тягач.
В этом проекте используется модуль колебаний — коническая шестерня. Коническое зубчатое колесо изменяет ось вращения из вертикального положения до горизонтального, передавая движение от мотора на колеса. Корзина содержит ряд скользящих кубиков, чтобы уменьшить трение.

2. Запрограммируйте робота для перетаскивания.
Эта программа будет отображать цифры 3, 2, 1 перед включением двигателя на мощности 10 на 2 секунды.

Предложение
Прежде чем учащиеся приступят к исследованию, предложите им изменить параметры программы, чтобы полностью понять ее действие.

Тестирование робота-тягача
Используя эту модель, учащиеся должны провести исследование сил тяги.

1. Проводите исследование, добавляя сначала небольшие, а затем тяжелые предметы в корзину, пока устройство не остановится.
Потребуется около 300 г груза на обычной поверхности, чтобы остановить движущийся робот-тягач. Учащиеся могут использовать любой предмет, но не слишком тяжелый, так как целью этого этапа является достижение равновесия. На этом этапе учащиеся получают уравновешенные силы. Можно использовать стрелку, чтобы символизировать направление действия силы.

Читайте также:  Мрэо сосновский район челябинской области

Можно также использовать небольшие шины в качестве объектов для
утяжеления корзины. Они увеличат трение со стороны корзины.

2. Используя то же количество кубиков, установите на модель большие шины и проверьте, что произойдет.
Учащиеся будут устанавливать шины на робот-тягач. Это приведёт к тому, что трение между колесами и поверхностью будет больше со стороны роботатягача, увеличивая силу тяги в том направлении. Система сразу же станет неуравновешенной.

Эти опытные данные подтверждают идею о том, что если сила тяги больше сил, действующих в противоположном направлении, объекты должны двигаться.

3. Найдите самый тяжелый объект, который может тянуть ваша модель, когда она оснащена шинами.
Этот последний этап будет зависеть от трения поверхности, на которой работают учащиеся.

Создание (дополнительно)
Используйте раздел .Дополнительные исследования. учебного проекта, чтобы расширить задание. Имейте в виду, что эти задачи выходят за рамки раздела «Исследование» и предназначены для старших или более подготовленных учащихся.

Дополнительное исследование
В роботе-тягаче, с которым работают учащиеся, используется коническая зубчатая передача, чтобы изменять направление вращения мотора. Это не оказывает существенного влияния на показатели движения.

  1. Соберите ещё один робот-тягач.
    Предложите учащимся исследовать новые проекты для тяговой машины. Пусть они построят собственную модель, выполнят те же испытания, как и с первым роботом-тягачом, и сравнят результаты двух исследований. В поисках вдохновения просмотрите модели в Библиотеке проектирования.

Предложение для совместной работы
Выберите самую сильную машину в классе
После того как группы закончат испытания, организуйте перетягивание каната.
• Объедините группы в пары по две.
• Соедините роботов задними частями друг к другу цепью LEGO..
• Перед началом соревнования попросите группы поместить в
корзины равный груз.
• Необходимо запустить моторы по вашему сигналу, чтобы роботы
тянули в противоположные стороны. Кто сильнее?

Создание (дополнительно)
Используйте раздел .Дополнительные исследования. учебного проекта, чтобы расширить задание. Имейте в виду, что эти задачи выходят за рамки раздела «Исследование» и предназначены для старших или более подготовленных учащихся.

Дополнительное исследование
В роботе-тягаче, с которым работают учащиеся, используется коническая зубчатая передача, чтобы изменять направление вращения мотора. Это не оказывает существенного влияния на показатели движения.

1. Соберите ещё один робот-тягач.
Предложите учащимся исследовать новые проекты для тяговой машины. Пусть они построят собственную модель, выполнят те же испытания, как и с первым роботом-тягачом, и сравнят результаты двух исследований. В поисках вдохновения просмотрите модели в Библиотеке проектирования.

Предложение для совместной работы
Выберите самую сильную машину в классе
После того как группы закончат испытания, организуйте перетягивание каната.

  • Объедините группы в пары по две.
  • Соедините роботов задними частями друг к другу цепью LEGO..
  • Перед началом соревнования попросите группы поместить в корзины равный груз.
  • Необходимо запустить моторы по вашему сигналу, чтобы роботы тянули в противоположные стороны. Кто сильнее?

4. Обмен результатами

Создание документа
Попросите учащихся задокументировать свой проект различными способами. Например:

  • попросите их сделать снимок экрана с результатами;
  • предложите учащимся сравнить эти изображения с реальными;
  • попросите учащихся записать видео, описывающее их проект, и представить его в классе.

Предложения
Учащиеся могут собирать данные в формате диаграммы или таблицы.
Учащиеся могут также построить график результатов своих испытаний.

Представление результатов
В конце этого проекта учащиеся должны представить результат своих исследований.

Чтобы расширить презентации учащихся, выполните следующее:

  • убедитесь, что учащиеся используют такие слова, как «уравновешенная сила», «неуравновешенная сила», «толкать», «тянуть», «трение» и «вес »;
  • попросите их использовать стрелки для представления сил;
  • попросите их изложить объяснение в контексте;
  • попросите их проанализировать свои проекты с точки зрения реальных жизненных ситуаций, в которых они наблюдали уравновешенные и неуравновешенные силы;
  • обсудите связь между их выводами и этими конкретными ситуациями.

Категории оценки проекта согласно ФГОС

Можно использовать эти категории оценки вместе с сеткой категорий
наблюдения, приведенной в главе «Оценка с помощью WeDo 2.0»

Исследование
На этапе исследования убедитесь, что учащийся активно участвует в обсуждении, задает вопросы, отвечает на них и правильно использует термины «тяга», «силы» и «трение».

  1. Учащийся не может дать ответы на вопросы, адекватно участвовать в обсуждении или описать идеи тяги, или соотнести их с силами.
  2. Учащийся с помощью подсказок может дать ответы на вопросы, адекватно
    участвовать в обсуждении или с помощью учителя описать тягу как пример силы.
  3. Учащийся может адекватно отвечать на вопросы, участвовать в обсуждении
    в классе или описать тягу как пример силы.
  4. Учащийся может дополнять объяснения в ходе обсуждения или подробно
    описать понятие силы на примере тяги.
Читайте также:  Руководство по эксплуатации лада гранта 2013 года

Создание
На этапе создания убедитесь, что учащийся работает в составе группы,
может делать прогнозы о том, что должно произойти, и может использовать
информацию, собранную на этапе исследования.

  1. Учащийся не может хорошо работать в группе, делать прогнозы о результатах исследования или использовать собранную информацию.
  2. Учащийся может работать в группе и прогнозировать с дополнительной
    помощью ход исследования.
  3. Учащийся с подсказками может собирать и использовать информацию,
    работать в группе и участвовать в групповых обсуждениях, делать прогнозы и собирать информацию для использования в ходе презентации для объяснения материала.
  4. Учащийся может работать в группе, выступать лидером и обосновывать прогнозы для объяснения силы тяги.

Обмен результатами
На этапе обмена результатами убедитесь, что учащийся может объяснить, что происходит с моделью с точки зрения силы, протестировал различные сочетания и может спрогнозировать другие результаты, а также может использовать важную информацию из своего проекта, чтобы создать итоговый отчет.

  1. Учащийся не может участвовать в обсуждении исследования, объяснить модель, используя концепцию силы, или использовать информацию для создания итогового проекта.
  2. Учащийся, с подсказками, может участвовать в обсуждениях исследования
    сил, завершил несколько сценариев исследования для составления прогнозов и использует ограниченное количество информации для создания итогового проекта.
  3. Учащийся может участвовать в обсуждениях исследования сил и использовать информацию, собранную в ходе исследования, для создания итогового проекта.
  4. Учащийся может активно участвовать в обсуждении в классе по данной теме и использовать собранную информацию для создания итогового проекта, который включает в себя дополнительные необходимые элементы.

5. Индивидуальный подход

Рекомендуется начать с этого проекта.
Чтобы обеспечить успех, можно предложить дополнительные рекомендации по сборке и программированию. Например:

  • объясните использование моторов;
  • объясните простые строки программы;
  • объясните, как проводить исследование;
  • определите факторы, на которых необходимо сосредоточиться, такие как силы тяги и трения.

Объясните доступно и четко, каким способом учащиеся должны представлять и документировать свои результаты (например, во время представления работ перед другими группами).

Дополнительное исследование
В качестве дополнительной задачи выделите время для экспериментов с использованием созданных учащимися конструкций, принципов сборки и программирования. Это позволит им исследовать дополнительные законы тяги.

Кроме того, попросите учащихся провести дополнительное исследование и сравнить силу своих роботов, соревнуясь в конкурсе по перетягиванию каната. Готовьтесь к азартной игре!

Ошибочные представления
Учащиеся могут полагать, что если что-то не движется, то на этот объект силы не действуют. Хорошим примером может послужить попытка перемещения автомобиля, стоящего на ручном тормозе. Поскольку автомобиль не двигается, учащиеся думают, что никакая сила на него не действует, но она есть. С научной_

Неуравновешенная сила

Неуравновешенная сила , действуя на опоры вращающейся массы, создает добавочные переменные давления на подшипники, что приводит к выдавливанию смазки и ускоренному износу как подшипников, так и шеек вала. [1]

Суммарная неуравновешенная сила равна учетверенной силе инерции второго порядка одного цилиндра. Равнодействующая этих сил приложена к центру средней коренной шейки и вызывает вибрации двигателя, но эти силы обычно не уравновешивают. [3]

Неуравновешенная сила давления , действующая на подвижную пластину ( фиг. Один тип опор представляет собой две параллельные плоские пружины, при помощи которых подвижная пластина прикрепляется внизу к неподвижному основанию. Пружины имеют четыре участка с уменьшенным поперечным сечением, благодаря чему образуются упругие шарниры, дающие возможность пластине перемещаться в продольном направлении подобно качелям. [4]

Неуравновешенными силами в лишних горизонтальных связях, возникающими после разгонки, ввиду их малости пренебрегают. [6]

К неуравновешенным силам , которые, изменяясь, передаются на опоры двигателя и, как следствие, вызывают его вибрации, относятся: силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс двигателя; центробежные силы инерции неуравновешенных вращающихся масс двигателя; касательные силы инерции вращающихся масс при непостоянной угловой скорости кривошипа; силы реакций движущихся жидкостей и газов; сила, развиваемая вентилятором. [7]

К неуравновешенным силам относят силы , которые передаются на опоры двигателя, а именно: 1) вес двигателя; 2) реакции выпускных газов и движущихся жидкостей; 3) центробежные силы инерции вращающихся масс двигателя; 4) силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс двигателя; 5) касательные силы инерции вращающихся масс, возникающие вследствие непостоянной угловой скорости вращения коленчатого вала. [8]

Для устранения неуравновешенных сил на первой критической скорости в формулу нужно подставить ( ow2 т — е — задаваемая форма дисбаланса те должна быть ортогональна к исключаемой форме прогиба. [9]

При наличии внешних неуравновешенных сил и моментов на остов двигателя действуют опорные реакции фундамента, которые существенно влияют на величину внутренних сил и моментов, а также на расположение тех сечений остова, в которых наблюдаются их максимальные значения. [10]

Читайте также:  Яндекс навигатор как включить режим пешехода

В результате появляется значительная неуравновешенная сила , вызывающая повышенную вибрацию всей установки. [12]

На тело действует неуравновешенная сила трения шайбы о поверхность льда. Согласно принципу относительности Галилея никакими механическими опытами, поставленными внутри инерциональной системы отсчета невозможно установить, покоится эта система или движется равномерно и прямолинейно. По указанной формуле можно определить величину силы, но это не означает, что сила является функцией массы или ускорения, т.е. зависит от них. В данном случае ускорение равно нулю и, следовательно, тело либо неподвижно, либо движется с постоянной скоростью. [13]

Для определения направления неуравновешенной силы виброметр может иметь датчик фазы — генератор вращающегося магнитного поля, в качестве которого используется таходинамо. Регистрация сдвига фаз может осуществляться и самостоятельным прибором. Таким образом, при динамической балансировке на станке определяется величина уравновешивающих грузов и направление приложения грузов. [14]

Вектор равнодействующей APR неуравновешенных сил расположен под углом а 41 — т — 45 к плоскости смещения припуска, а вектор отжатия Ду и практически совпадает с его направлением. [15]

Силы и моменты, вызывающие неуравновешенность двигателей

Уравновешенным называется двигатель, который на установившемся режиме работы передает на опоры постоянные по значению и направлению силы и моменты.

Неуравновешенный двигатель передает на опоры периодически изменяющиеся силы и моменты. Эго вызывает вибрации (колебания) подмоторной рамы и кузова (корпуса) транспортного средства. Вибрации возникают при кратности частот собственных колебаний системы и частот возмущающих сил и моментов. При увеличении амплитуды сил и моментов вибрации возрастают.

Причинами неуравновешенности являются:

  • • переменный крутящий момент на выходе из двигателя, обусловленный цикличностью работы цилиндров;
  • • неуравновешенные силы инерции поступательно движущихся и вращающихся масс, а также продольные моменты, возбуждаемые этими силами.

Поскольку двигатели для транспортных средств обычно изготавливаются многоцилиндровыми, то переменный крутящий момент на выходе из двигателей является равномерным, его неблагоприятное влияние на уравновешенность оказывается незначительным. По этой причине при рассмотрении уравновешенности таких двигателей влияние этого момента во внимание не принимается.

Двигатель, в котором неуравновешенные силы инерции отсутствуют благодаря используемой схеме расположения кривошипов КВ, принято называть самоуравновешенным. Если для уравновешивания двигателя использованы противовесы или специальные уравновешивающие механизмы, то двигатель называют уравновешенным.

Неуравновешенная вращающаяся масса (НВМ) mR, сосредоточенная на оси шатунной шейки КВ, при вращении с постоянной угловой скоростью со развивает центробежную силу инерции PR. Эта сила всегда направлена по радиусу кривошипа в сторону от оси вращения КВ и вращается вместе с кривошипом с постоянной угловой скоростью со. Значение силы, Н, рассчитывается по формуле

В соответствии с выражением (1.34) силу инерции поступательно движущейся массы (ПДМ), Н, можно рассчитать по формуле

После раскрытия скобок и преобразования выражение (3.2) принимает вид

В выражении (3.3) Р, — сила инерции первого порядка; Р(| — сила инерции второго порядка. Эти силы переменного значения действуют только вдоль оси цилиндра.

Примечание. В разд. 1 «Силовые нагрузки на детали» положительным направлением для сил, действующих вдоль оси цилиндра, считается направление от камеры сгорания к оси КВ. В этом случае сила давления газов вдоль оси цилиндра всегда является положительной. В данном разделе при исследовании уравновешенности двигателя для сил инерции ПДМ, действующих вдоль оси цилиндра, положительным считается обратное направление, т. е. направление от оси вращения КВ к камере сгорания. По этой причине знак минус в правой части выражений (3.1) и (3.2) опущен.

В плоском отсеке, объединяющем цилиндры двигателя, связанные с одним и тем же кривошипом, при любом количестве цилиндров действуют только силы инерции PR, Р< и Р[<. Поскольку линии действия этих сил лежат в одной плоскости и пересекаются в одной точке на оси вращения КВ, то названные силы не могут возбудить ни поперечных, ни продольных моментов.

Поперечный момент действует в плоскости, перпендикулярной оси КВ и проходящей через центр тяжести двигателя или через центр средней по длине шейки КВ.

Продольный момент действует в плоскости, проходящей через ось КВ. Положение этой плоскости может быть произвольным относительно корпуса двигателя. Таким образом, для обеспечения уравновешенности плоского отсека необходимо любыми средствами уравновесить действующие в отсеке силы.

Многоцилиндровый и многоблочный двигатель можно рассматривать как сочетание нескольких одинаковых плоских отсеков, в каждом из которых действуют силы инерции PR, Р< и Рп. При этом в двигателе возможно возникновение продольных моментов MR, М< и Мп, создаваемых этими силами.

В общем случае в многоцилиндровом и многоблочном двигателе в каждом отсеке действуют силы инерции PR, Р[ и Р которые порождают продольные моменты MR, М, и Ми.

«>

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Автомобили
0 комментариев
No Image Автомобили
0 комментариев
No Image Автомобили
0 комментариев
No Image Автомобили
0 комментариев
Adblock detector