Страница 5 из 22
С помощью железных опилок, насыпанных на лист бумаги и поднесенных к полюсам магнита, можно увидеть направление силовых линий от одного полюса к другому. Получается как бы их портрет.
Приступим к опытам.
Возьмите иголку с вдетой в нее ниткой и поднесите к магниту, чтобы она притянулась к нему своим концом. Затем начните тянуть за нитку и, оторвав иголку от магнита, добейтесь, чтобы иголка повисла в воздухе на небольшом расстоянии от магнита.
Иголку удерживают в таком положении две нити. От притяжения к магниту с одной стороны — настоящая обыкновенная нить, а от падения на стол — невидимая магнитная нить (силовая линия).
Попытайтесь «перерезать» магнитную нить куском стекла, картона или расческой из пластмассы. Никакого результата. Иголка даже не дрогнет и будет по-прежнему висеть в воздухе. Но стоит провести между магнитом и кончиком иголки ножом, как магнитная силовая линия окажется «перерезанной» и иголка упадет. Магнитная линия, войдя в нож, изменяет свое направление и до иголки не доходит.
Магнитное поле, как известно, существует не только у магнита. Оно возникает вокруг любого провода, по которому течет электрический ток.
Подвесьте на нитке моточек изолированной проволоки и, присоединив концы проволоки к батарейке от карманного фонаря, поднесите к нему магнит. В зависимости от направления тока в витках проволоки произойдет либо притяжение моточка к магниту, либо отталкивание. В обоих этих случаях наблюдается взаимодействие силовых линий магнита и магнитных линий, созданных в мотке проволоки током батарейки.
А теперь сделаем самую простую модель электрического двигателя, на которой будет показан только принцип его работы.
Оголите медную проволоку и натяните два куска ее между двумя укрепленными карандашами.
На натянутые проволоки (расстояние между ними должно быть 3–4 сантиметра) положите кусочек такой же оголенной медной проволоки с загнутыми концами, чтобы она не соскакивала со своих «рельсов».
Натянутые проволочки-«рельсы» надо расположить немного наклонно внутри подковообразного магнита.
Когда вы подключите их концы к батарейке (возможно, что эти концы придется переставить местами), ток пройдет от одного ее полюса к другому через лежащую на «рельсах» проволочку. Подвижная проволочка начнет скользить по «рельсам», стремясь выйти из поля магнита. Это происходит от взаимодействия магнитного поля самого магнита и магнитного поля, возникающего вокруг проволочки, когда по ней идет ток.
Подобное же явление происходит и в электрическом двигателе. Благодаря взаимодействию магнитного поля неподвижных катушек— статора и магнитного поля обмотки вращающейся части двигателя — ротора, по которой также пропускается электрический ток, ротор начинает быстро вращаться, как бы стремясь убежать от магнитного поля статора.
НЕОБЫЧНАЯ КОЛЛЕКЦИЯ
Громоздкие трансмиссии, как уже говорилось, заменены отдельными электрическими двигателями. Но внутри самих машин механическую энергию необходимо передавать узлам, выполняющим работу, для которой и предназначена машина. Для этого служат валы, шестерни, ременные передачи и так далее. Их модели мы сейчас и построим.
Лучше всего для наглядности сделать стенд, на котором в виде коллекции будут собраны все основные механизмы для передачи движения.
Эту коллекцию вы сможете постепенно пополнять. Как только где-нибудь увидите новое устройство для передачи механической энергии, сразу же его упрощенную модель помещайте на стенд. Это такое же увлекательное занятие, как коллекционирование марок, монет, растений, насекомых и т. п.
Возьмите небольшой кусок фанеры, установите его вертикально, а на нем расположите, укрепив с помощью деревянных подставочек-подшипников, следующие приспособления для передачи энергии (на фанере можно сделать поясняющие надписи и схемы).
Обыкновенный вал
Сделайте из круглой палочки вал и укрепите его в подшипниках. К одному концу вала приделайте ручку.
Вал — самое простое устройство для передачи энергии от двигателя к исполнительному механизму.
Вал с муфтой
Часто бывает нужно, не останавливая двигатель, отключить от него исполнительный механизм. Сделайте такой же вал, как и в предыдущем случае, но укрепите его на четырех подшипниках. В середине, между вторым и третьим подшипниками, вал должен быть разрезан. В разрезе нужно поместить два фанерных кружка. Один кружок прикрепите гвоздиком и клеем к торцу левой половины вала, а другой укрепите на деревянной втулочке на конце второй половины вала. Втулочка может скользить по валу, но не должна проворачиваться на нем. Для этого сделайте вдоль ее сквозного отверстия желобок, а на валу приклейте соответствующий выступ, сделанный из кусочка дерева.
На втулочке вырежьте кольцевой паз, в который должна входить изготовленная из толстой проволоки вилка переключателя. Вилку укрепите на фанерном стенде так, чтобы она находилась над валом. Снабдите переключатель маленькой рукояткой. К фанерным кружкам в тех местах, где они должны соприкасаться, приклейте резиновые кружки, чтобы муфта не пробуксовывала.
У вас получилась так называемая фрикционная муфта, работа которой основана на трении.
Если вы повернете рычаг переключателя так, чтобы фанерные кружки соприкасались, то при вращении за ручку, заменяющую двигатель, весь вал будет вращаться, потому что вследствие большого трения фанерные кружки с наклеенной на них резиной будут как бы представлять собой одно целое. Если вы повернете переключающую рукоятку, диск на правой половине вала отойдет вправо — правая половина вала отключится и вращаться не будет.
Карданный вал
Очень часто приходится передавать вращение под некоторым углом. Например, у автомобилей вращение вала двигателя передается к задним колесам с помощью карданного вала.
Сделайте вал, состоящий из двух половинок, расположенных на четырех подшипниках. Соединяются половинки вала с помощью крестовины, состоящей из двух скрепленных между собой наглухо перекладин — толстых проволочек. Каждая из перекладин крестовины соединена со своей половиной вала через подшипники на дугообразной вилке.
Зубчатая передача
Из фанеры вырежьте лобзиком два зубчатых колеса разных размеров с одинаковыми по величине, но разными по количеству зубьями. Укрепите их на стенде и приделайте к одному из колес ручку. Чтобы колеса не выскакивали из зацепления друг с другом, нужно место зацепления зубьев прижать полоской плексигласа. А если у вас найдется большой кусок плексигласа, можно сделать прозрачную крышку, которая будет и украшать прибор, и прижимать шестеренки к фанерному стенду. Шестерни лучше покрасить в разные цвета.
Ременная передача
Вырежьте из фанеры лобзиком три кружка: два — одинаковых размеров, а один — немного меньшей величины.
Склейте их столярным клеем, поместив меньший кружок между двумя одинаковыми, чтобы их центры совпадали. Положите склеенные кружки под пресс и дайте клею высохнуть.
Затем вырежьте кружки другого размера и проделайте то же самое.
У вас будут два фанерных колеса — шкивы разной величины с желобками по их ободу.
Прикрепите к одному из шкивов такую же ручку, какую вы сделали к зубчатому колесу. Укрепите фанерные шкивы на стенде и соедините их веревочкой. Это будет модель ременной передачи.