Виброход

Международная заочная научно-практическая конференция
«Шаг в будущее 2023»
Исследовательская работа
Исследование эффекта механической вибрации и
создание на этой основе движущегося устройства
«виброход»
Выполнил: Дроздов Артем Сергеевич
МОУ «СОШ №7 им. Героя Советского Союза
Трынина А. С. г. Ртищево Саратовской области»
Класс: 9-Б
Руководитель: Громов Илья Николаевич
2023 год
Содержание
1. Введение
1.1
Вступление
3
1.2
Обоснование выбора темы
3
1.3
Актуальность темы
3
1.4
Цель и задачи
4
2. Основная часть
2.1 Эффект вибрации
5
2.2 Устройство «виброхода»
6
3. Экспериментальная часть
3.1Влияние изгиба ворса на скорость и направления движения «виброхода»
7
3.2. Исследование зависимости движения «виброхода» от параметров эксцентриков
7-8
3.3. Влияние скорости вращения вала двигателя на параметры движения
8
3.4. Влияние направления вращения вала двигателя на параметры движения
8
3.5. Исследование зависимости движения «виброхода» от внешних факторов
8-9
4. Заключение
10
5. Литература
11
6. Приложения
12
2
1.Введение
1.1 Вступление
Всё во Вселенной вибрирует и движется с той или иной скоростью. Ничто не
остается в покое. Всё, что вокруг нас, вибрирует на той или иной частоте, и мы
тоже. Однако наша частота отличается от других вещей во вселенной, и поэтому
кажется, что мы отделены от того, что мы видим вокруг себя: люди, животные,
растения, минералы и так далее.
На самом деле, мы не разделены, мы все живем в океане энергии. Чтобы
понять это, важно знать, что всё является энергией и наука, с помощью квантовой
физики, доказала нам это.
Если мы поместим свое тело под гигантский микроскоп, то увидим, что оно
состоит из клеток, а клетки состоят из молекул и атомов. Если продолжить
увеличивать масштаб, мы заметим, что атомы и молекулы - это не что иное, как
энергия, вибрирующая с определенной частотой. Вибрация (лат. Vibratio
«колебание, дрожание»). О вибрации также говорят в более узком смысле,
подразумевая механические колебания твердых тел, оказывающих ощутимое
влияние на человека.
1.2 Обоснование выбора темы
Недавно я столкнулся с таким чудом техникой, как электрическая зубная
щетка. Мне стало интересно по какому принципу работает необычный прибор.
Оказалось, что в основе его работы лежит эффект механической вибрации. Я
стал узнавать больше об этом феномене: о принципе его действия и о сфере его
применения, и выяснилось, что на основе этого эффекта работают множество
приборов. Изучив этот вопрос, я решил создать движущиеся устройство с
использованием эффекта вибрации.
1.3 Актуальность темы
Устройство «виброхода» не сложное. Его может собрать любой ученик среднего
звена. Его принцип действия основан на механической вибрации. На уроках
физики эффекту вибрации вообще не уделяется внимание. Поэтому мое
исследование поможет расширить рамки изучения этого физического явления и
привлечь внимание учащихся к этой теме. Подобное устройство может иметь
3
практическое применение и быть положенным в основу какого-либо бытового
приспособления.
1.4 Цели и задачи
Цель: Исследование факторов, влияющих на скорость и направление движения
«виброхода» и возможность их изменения.
Задачи:

Собрать «виброход»;

Выдвинуть предположения о том какие факторы влияют на движение
«виброхода»;

Провести
комплекс
экспериментальных
исследований
влияния
предполагаемых факторов на направление и скорость движения «виброхода».

Создать модель «виброхода» с наилучшими характеристиками скорости и
управляемости на основе проведенных исследований.
4
2. Основная часть
2.1 Эффект вибрации
Понятие механической вибраций
Механическая вибрация – это ритмичные колебания твёрдых тел, возникающие
при передаче колебательной энергии от источника твердому телу. При этом
имеется в виду частотный диапазон от 1,6 до 1000 Гц.
Причины возникновения вибрации
Причины могут носить природный (естественный) характер: землетрясение,
приливы и отливы, ветер, лавины, шторма и т. д. и искусственный (техногенный)
характер: взрывы, работа станков и другого оборудования.
Если колебательные движения механическими телами совершаются с частотой,
находящейся в диапазоне до 20 ГЦ, то они воспринимаются только как вибрация.
При больших частотах появляется звук. Это вибрация с шумом. При этом
восприятие производится не только вестибулярным аппаратом человека, но и его
органами слуха.
По воздействию на человека вибрация может носить негативный и
позитивный характер.
Негативный - когда вибрация, являясь побочным эффектом наносит физический
вред здоровью человека или приводит к разрушению каких- либо конструкций.
Позитивный- когда вибрация оказывает лечебный эффект на организм человека
или является специально вызванной с целью совершения какой –либо работы.
Искусственная вибрация может быть вызвана несколькими способами:
1.взрывом
2.электромагнитным способом
3.механическим-эксцентрики, кривошипно-шатунные механизмы
Параметры вибрации
Для характеристики колебательных движений используются такие величины:
- амплитуда, показывающая наибольшее отклонение от равновесного положения
в метрах;
- частота колебаний, измеряемая в Гц (ν=N/t, ν-частота колебаний, N-число
колебаний, t-время колебаний);
5
- число колебательных движений в течение секунды;
- скорость колебаний;
- период колебаний;
- ускорение колебаний.
2.2 Устройство «Виброхода»
В основе «виброхода» лежит эффект вибрации. «Виброход» изготовлен из щетки,
электродвигателя (Рис. 1), элемента питания (Рис. 2), эксцентрика, изоленты,
провода с пин контактами. С элемента питания по пиновым проводам
электрический ток подается на двигатель, который вращает эксцентрик.
Эксцентрик — (лат. ex centro — рус. из центра) диск или сектор диска,
насаженный на вращающийся вал так, что ось вращения диска параллельна, но не
совпадает
с
осью
вращения
движения в поступательное
вала,
(вибрацию).
для
преобразования вращательного
Расстояние
между
осями
называется эксцентриситетом. Вибрируя, эксцентрик передает свою вибрацию
на щетку, при этом ворс щетки ритмично сгибается и выпрямляется, отталкиваясь
от поверхности приводит щётку в движение. Общий вид модели представлен в
приложении (Рис. 3а, 3б, 3в), схема подключения изображена на рисунке 4.
6
3. Практическая часть
3.1 Влияние изгиба ворса на скорость и направление движения «виброхода»
Цель: исследовать зависимость направления и величины скорости «виброхода» от
изгиба ворса.
Приборы: «виброход», секундомер и линейка.
Таблица 1
№
Масса Напряже Состоян
опыта щетки ние на
ие ворса
,
двигателе
m, г
,
U,В
1
140 3
Прямой
2
140
изогнут
ый
3
Время
Перемещен
движени ие,
я,
s,см
t,с
Скорос
ть
движен
ия,
υ, см/с
Крутится на Линейн
месте
ая
скорос
ть 0
50
10
Характ
ер
переме
щения
30
хаотич
ное
или по
кругу
почти
прямол
инейно
е
5
Вывод: изгиб ворса влияет на скорость и характер движения «виброхода», при
изогнутом ворсе повышается скорость и перемещение становится более
прямолинейным.
3.2 Исследование зависимости движения «виброхода» от параметров
эксцентрика
Цель: исследовать зависимость направления и величины скорости «виброхода» от
массы эксцентрика и расположения оси вращения от его центра масс.
Приборы: «виброход», эксцентрики одной формы и разной массы, секундомер и
линейка.
Таблица 2
№
Масса НапряжениеМасса
опытащетки,на
m, г
Расстояние Время
эксцентрика,от оси
движения,s, см
двигателе, mэ, г
вращения до t, с
U,В
центра масс
эксцентрика,
7
Перемещение,Скорость
движения,
υ, см/с
l, мм
1
137
2
3
3
0
0
5
0
0
138,5 3
1,5
3
5
30
6
141
4
3
3
30
10
3
Таблица 3
№
Масса НапряжениеМасса
опытащетки,на
m, г
Расстояние Время
эксцентрика,от оси
Перемещение,Скорость
движения,s, см
двигателе, mэ, г
вращения до t, с
U,В
центра масс
движения,
υ, см/с
эксцентрика,
l, мм
1
2
3
139
3
3
139 3
139
3
0
4
30
7,5
3
2
1,5
30
20
3
4
1,2
30
25
Вывод: при увеличении массы эксцентрика и смещении его оси вращения
увеличивается скорость движения «виброхода».
3.3 Влияние скорости вращения вала двигателя на параметры движения
«виброхода»
Цель: исследовать зависимость величины скорости вращения вала двигателя на
параметры устройства.
Приборы: «виброход», секундомер, мультиметр и линейка.
Таблица 4
№
Масса Напряжение Время
Перемещение,Скорость
опыта щетки, на двигателе, движения, s, см
движения,
m, г
U,В
t, с
1
50
3
1,5
30
20
2
50
3
12
30
2,5
8
υ, см/с
Вывод: скорость перемещения «виброхода» прямо пропорциональна скорости
вращения вала двигателя
3.4 Влияние направления вращения вала двигателя на параметры движения
«виброхода»
Цель: установить зависимость скорости перемещения и направления движения
устройства от направления вращения вала двигателя.
Приборы: «виброход», секундомер и линейка.
Таблица 5
№
Масса Напряжение НаправлениеВремя
опыта щетки, на двигателе, вращения
m, г
U,В
движения, Направление
вала
t, с
движения
двигателя
1
140
2
140
3
3
Против
«виброхода»
Чуть-чуть
10
часовой
вправо
По часовой 10
Чуть-чуть
вправо
Вывод: направление вращения двигателя никак не влияет на скорость и
направление движения «виброхода».
3.5 Исследование зависимости движения «виброхода» от внешних факторов
Цель: исследовать зависимость скорости «виброхода» от наклона и
шероховатости поверхности перемещения.
Приборы: «виброход», поверхности с разной фактурой, секундомер и линейка.
Таблица 6
№
Масса НапряжениеВид
опытащетки,на
m, г
Наклон
Время
Перемещение,Скорость
поверхностиповерхности,движения,s, см
двигателе,
движения,
α, град
t, с
υ, см/с
5
2
15
7,5
0
1,7
15
8,8
U,В
1
140
3
Матовый
картон
2
140
3
Матовый
9
картон
3
140
3
Матовый
-5
1,5
15
10
Наклон
Время
Перемещение,Скорость
картон
Таблица 7
№
Масса НапряжениеВид
опытащетки,на
m, г
поверхностиповерхности,движения,s, см
двигателе,
движения,
α, град
t, с
0
3
30
10
0
15
0
0
U ,см/с
U,В
1
140
3
Матовый
пластик
2
140
3
Ткань
Вывод: скорость движения «виброхода» растет при движении «под горку» и
уменьшается с увеличением шероховатости поверхности.
10
4.Заключение
Проведя ряд исследований, мы установили некоторые закономерности:
на скорость движения виброхода влияет:

изгиб ворса

увеличение массы эксцентрика и смещении его оси вращения;

скорость вращения вала двигателя;

характер поверхности;
на направление движения влияет:

наклон ворса,

характер и наклон поверхности,
направление вращения двигателя никак не влияет на параметры движения
«виброхода».
В ходе проведённых экспериментов наши предположения нашли своё
подтверждение, нам удалось собрать действующую модель «виброхода» и
заставить его двигаться в заданном направлении с максимально доступной
скоростью для тех элементов конструкции, которые мы использовали.
Не
собираясь
останавливаться
на
достигнутом,
мы
продолжим
свои
исследования с целью повышения управляемости устройства, предполагаем,
что для этого нам понадобятся не один, а два двигателя с эксцентриками.
11
5. Литература
1.
Бенуа Ю. Ю., Корсаков В. М. Суда на воздушной подушке. — Л.: Гос.
союз. изд-во судостр. промышленности, 1962. — 121 с.
2.
Бень Е. Модели и любительские суда на воздушной подушке = Modele i
pojazdy amatorskie na poduszce powietrznej. — Л.: Судостроение, 1983. —
128 с. — 45 000 экз.
3.
Демешко Г. Ф. Проектирование судов. Амфибийные суда на воздушной
подушке: Учебник для вузов. В 2 кн. — СПб.: Судостроение, 1992. — 1 000
экз. — ISBN 5-7355-0477-0.Книга 1. — 269 с.Книга 2. — 329 с.
4.
Злобин Г. П., Симонов Ю. А. Суда на воздушной подушке (по материалам
иностранной печати). — Л.: Судостроение, 1971. — 212 с.
5.
Злобин Г. П., Смигельский С. П. Суда на подводных крыльях и воздушной
подушке (по материалам иностранной печати). — Л.: Судостроение, 1976. —
263 с. —6 500 экз.
6.
Каймашников Г., Короткий Р., Нейдинг М. Скороходы моря. — Одесса:
Маяк, 1977. — С. 156-168. — 187 с.
7.
Короткин И. М. Аварии судов на воздушной подушке и подводных
крыльях. — Л.: Судостроение, 1981. — 216 с. — 27 000 экз.
8.
Ружицкий Е. И. Воздушные вездеходы. — М.: Машиностроение, 1964. —
178 с. — 29 000 экз.
9.
Симаков Е. В. Воздушные вездеходы. — М.: Изд-во ДОСААФ, 1967. —
79 с. — 36 500 экз.
10. Смирнов С. А. Суда на воздушной подушке скегового типа. — Л.:
Судостроение, 1983. — 216 с. — 3 100 экз.
11. Судно на воздушной подушке / Логвинович Э. Г. // Большая советская
энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская
энциклопедия, 1976. — Т. 25 : Струнино — Тихорецк. — 600 с.
12
Приложение 1
Рисунок 1
Рисунок 2
13
Рисунок 3а
Рисунок 3б
14
Рисунок 3в
Рисунок 4
15