Колесо на резиновых спицах | Обучонок

Автор работы: 

Старостенко Александра, Морозова Мария, Прохоров Александр

Руководитель проекта: 

Андреева Наталия Викторовна

Учреждение: 

МОУ Удельнинская гимназия

В процессе работы над исследовательским проектом по физике «Колесо на резиновых спицах» учениками 8 и 10 класса была поставлена цель создать для научного музея экспонат, демонстрирующий аномальные тепловые свойства резины.

Подробнее о работе:

В исследовательской работе по физике «Колесо на резиновых спицах» изложена теоретическая информация о резине, дана ее физическая характеристика, изучена история возникновения резины, а также представлено описание деформации различных видов резины при нагревании.

В предложенном проекте по физике «Колесо на резиновых спицах» автором были проведены опыты с резиной, представленные в виде замены в велосипедном колесе металлических спиц на резиновые и проверки качества их функционирования при высокой и низкой температуре.

Оглавление

Введение
1. История резины.
2. Определение резины.
3. Исследование деформации различных видов резины при нагревании.
4. Изготовление колеса с резиновыми спицами.
Литература

Введение

Цели проекта: Создание для научного музея экспоната, демонстрирующего аномальные тепловые свойства резины

Задачи проекта: Изучить явление теплового сжатия резины Выбрать материал для изготовления экспоната в ходе исследования деформации различных видов резины при нагревании Изготовить тепловой двигатель – колесо с резиновыми спицами Испытать работу двигателя при различных условиях и оценить его КПД

Удивительные свойства резины. Всем хорошо известно, что тела при нагревании расширяются. Каково же было наше удивление, когда мы узнали, что резина ведет себя прямо противоположно

История резины начинается с открытием американского континента. Издревле коренное население Центральной и Южной Америки из сока каучуконосных деревьев получали каучук. Ещё Колумб обратил внимание на замечательные свойства черной упругой массы.

Каучук применялся для изготовления посуды, склеивания, герметизация днищ пирог, создания непромокаемых «чулок» (правда способ был довольно болезненным: ноги обмазывались каучуковой массой и держались над костром, в результате получалось непромокаемое покрытие).

В 1839 году Чарльз Гудьир обнаружил, что нагревание каучука с серой дает некий кожеподобный материал – резину. Этот процесс был назван вулканизацией .

Что такое резина?

Скрытые в резине механизмы, управляющие эффектами растяжения сжатия, очень сложны. Представьте себе, что резина, по существу, огромный клубок, состоящий из очень длинных молекул, что-то вроде «молекулярных макарон». Таким образом, моделью куска резины могут служить слипшиеся во время варки макароны, образующие огромный ком.

Когда мы растягиваем такой клубок, некоторые молекулярные цепи стремятся вытянуться в линию вдоль направления растяжения. В то же время все цепи, участвуя в тепловом движении, непрерывно сталкиваются друг с другом и запутываются снова.

При вулканизации линейные молекулы каучука «сшиваются» атомами серы. Количество таких «сшивок» влияет на тепловые свойства резины.

Деформация различных видов резины при нагревании

1. Стенд с миллиметровой бумагой;
2. Канцелярская резинка;
3. Резинка для плетения;
4. Бельевая резинка;
5. Полоска из резины воздушного шарика;
6. Груз m = 108 г (в качестве груза взята пружина)

Исследования деформации различных видов резины при нагревании

При исследовании различных образцов резины мы выяснили, что все они сжимаются при нагревании.

Лучше всего это свойство проявляется у канцелярской резинки. Мы приняли решение делать спицы колеса из канцелярских резинок

Изготовление колеса с резиновыми спицами

Берем велосипедное колесо…

При использовании для изготовления спиц резины с камеры велосипеда эффект сжатия получился слабым. Поэтому от этой идеи отказались.

Меняем стальные спицы на резиновые…

Лучшими нагревателями для нашего теплового двигателя являются фен и обогреватель.

Проводим опыт за окном кабинета. Температура за окном -15оС . Спицы быстрее остывают и колесо вращается быстрее

Литература

1. Ричард Фейнман. Фейнмановские лекции по физике.
2. Джирл Уокер. Физический фейерверк. Пер. с англ. А.С.Доброславского. Под ред. И.Ш.Слободецкого. –М.: Мир, 1988
3. Интернет

Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Тепловой двигатель

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU» 1254196 А1 (5ц 4 F 03 G 7/05

« -=«»»

МГ» г ., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ.«. я .6″,. «»»««

ГО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3847258/25-06 (22) 28.01.85 (46) 30.08.86. Бюл. № 32 (71) Ленинградский ордена Ленина кораблестроительный институт (72) Н. А. Кобылкин, В. Ф. Канер и 1О. Г. Ермаков (53) 621.486 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 969956, кл. F 03 G 7/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1134775, кл. F 03 G 7/02, 1983. (54) (57) 1. ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЪ, содержащий полый статор с оптическими концентраторами теплового излучения и шероховатой цилиндрической внутренней поверхностью и ротор с множеством установленных по всей его наружной цилиндрической поверхности с односторонним тангенциальным относительно ротора направлением проволок из материала с термомеханической памятью знакопеременного изменения их длины, размещенный внутри статора с возможностью взаимодействия проволок с внутренней поверхностью статора и ри их удлинении и сжатии. а также нагреватель и охладитель, отличающийся тем, что, с целью повышения эконом и ч ности п реобразования тепловой энергии в механическую, стенки статора выполнены пористыми с ребристой наружной поверхностью.

2. Двигатель по и. 1, отличающийся тем, что оптические концентраторы теплового излучения выполнены в виде круглых в поперечном сечении волокон, впрессованных в стенки статора.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем. что волокна выполнены из прозрачной оптической резины.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что стенки статора выполнены из спрессованной массы отрезков длинномерного материала, обладающих термомеханической памятью формы.

5. Двигатель по п. 4, отличающийся тем, С что термомеханическая память формы отрезков длинномерного материала выражена в ф изменении высоты наружHüë ребер стенок ста тора.

К) 1254196

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению, а именно к преобразователям тепловой энергии в механическую путем использования расширения и сокращения тел, вызываемых изменением температуры, и может быть использовано для привода различных механизмов и машин за счет энергии солнечного излучения, а также за счет энергии газообразных или жидких теплоносителей различного происхождения.

Цель изобретения — повышение эконо- 1О мичности преобразования тепловой энергии в механическую.

На фиг. 1 изображен двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — узел 1 на фиг. 2 (зона

15 взаимодействия элементов ротора и статора двигателя) .

Двигатель содержит полый статор 1 с поpHcTblMH стенками 2 и ребрами 3 на их наружной поверхности для обеспечения неравномерности температурного перепада и рр пропускания теплового потока в теле статора 1 по секторам поперечного сечения его стенок 2. В стенки 2 статора 1 впрессованы оптические концентраторы теплового излучения в виде круглых в поперечном се25 чении отрезков 4 волокон прозрачной оптической резины, Во многих местах сплющенных при прессовании до овальной в поперечном сечении формы, смешанных с отрезками 5 проволоки из сплава с термомеханической память1о формы, например из сплава Мп — 15О/О Ni (по массе). Исходным материалом для прессования оптических концентраторов стенок 2 статора 1 могут служить также отрезки волокон прозрачной пластмассы, стекла, керамики. В процессе прессования стенок 2 ребрам 3 придана па- 35 мять формы, которая выражена в изменении их высоты. Например, при температуре ниже +1!0 С высота ребер 3 номинальная, при температуре +!20 С их высота больше номинальной на 5- — 10О/р, а при .температуре +130 С высота ребер 3 снова равна но40 минальной. Статор 1 имеет шероховатую цилиндрическую внутреннюю поверхность 6, образованную в результате прессования отрезков 4 волокон оптической резины и отрезков 5 проволоки. Внутри статора 1 размещен ротор 7 с множеством установлен ных по всей его наружной поверхности с односторонним тангенциальным относительно ротора 7 направлением проволок 8 из материала с термомеханической памятью знакопеременного изменения их длины, например из сплава Мп — — 15 /p Ni (по массе).

При этом длина проволок 8 при температуре ниже +110 С номинальная, при температуре +120 С их длина на 5 — -10 /о больше номинальной, а при температуре выше

+130 C длина проволок 8 снова равна номинальной. Ротор 7 установлен с возможностью взаимодействия его проволок 8 с внутренней поверхностью 6 статора 1 при их удлинении и сжатии. Двигатель имеет нагреватель, выполненный, например, в виде источника излучения (не показан), и охладитель, образованный порами стенок 2 статора 1, открытыми для доступа воздуха из окружающей среды. При использовании для нагрева газообразного или жидкого теплоносителя этими же порами стенок 2 статора 1 могут быть образованы каналы для подачи теплоносителя внутрь статора.

При этом статор 1 может быть спрессован при изготовлении с пористостью, например, от 30 до 60 /О. Статор 1 снабжен крышками 9 выполненными в виде подшипников скольжения, а также фланцем 10 для закрепления на месте применения. Ротор 7 содержит металлический или пласгмассовый корпус 11 который закрепле11 при помощи шпонки !2 на выходном валу 13, установленном в крыш— ках 9 статора 1 с возможностью вращения и предназначенном для соединения с устройством-потребителем меха нич ской энергии вращения.

При изготовлении тепловых двигателей большой мощности, когда целесообразно использовать в качестве нагревателя выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания или горячую воду отходов производства, п не солнечное излучение (как маломогцное). следует пористые стенки 2 статора 1 прессовать только из массы отрезков 5 металлической проволоки (с термомеханической памятью формы или без памяти формы) с пористостью статора в пределах 20 40″,,.

При этом проволока для отрезков 5 статора может быть диаметром 0,5 — 2 мм, а прово 10ки 8 в зависимости от необходимой частоты вращения ротора 7 — диаметром 1 — -3 мм, причем больший диаметр проволок 8 соответствует меньшей частоте вра1цения ротора 7.

Тепловой двигатель работает следу !lan i образом.

При воздействии на статор 1 теплового излучения Q, наприм»-р солнечной радиации (на фиг, » показано параллельными стрелками), которое свободно (или с минимальным поглощением) проходит через прозрачную для него массу спрессованных о-. — резков 4 волокон оптической cHHTETHHer:кой резиньн многократно перефокусируясь в разных местах тела статора 1, где имеются линзоподооные овальные смятия отрезков 4, термо чувствительные проволоки 8 нагреваются. При этом часть излу1ения (1. которая не сфокусирована, нагревает отдельные участки проволок 8 до температурь: ниже + 1 0 (., а сфокусированная часть излучения нагревает другие участки Ipoволок 8 до температуры выше —130 С. Это приводит к проявлению эффекта термомеханической памяти формы обратимого знакопеременного изменения длины проволок 8.

1254196

Нагрев до +120 С приводит к удлинению проволок 8 на 5 в 10О/q, и последние упираются своими торцами в шероховатую поверхность 6 с усилием до 30 кгс/мм, отталкивая ротор 7 от статора 1 и вызывая этим поворот ротора 7 и соединенного с ним выходного вала 13. Дальнейшее повышение температуры (выше +130 С) проволок 8 приводит к их укорочению до первоначальной длины. Вследствие поворота ротора 7 нагретые ранее участки проволок 8 выходят из зоны фокальных пятен в местах расположения линзоподобных участков стенок 2 статора 1 и охлаждаются до температуры ниже

+110 С, а на их место приходят другие участки проволок 8, которые также претерпевают трансформацию при их нагреве выше +130 С, ранее описанную. Охлаждаемые участки проволок 8, проходя диапазон температур от + 130 C до + 110 С ввиду проявления эффекта обратимого знакоперс— менного формоизменения при температуре

+120 С вновь удлиняются и, упираясь в шероховатую поверхность 6 статора 1, сообщают ротору 7 дополнительный крутящий момент, после чего при температуре ниже

+110 С возвращаются к первоначальной длине.

Вследствие того, что в местах расположения ребер 3 толщина стенок 2 статора 1 больше, чем между ребрами 3, и сопротивление тепловому потоку соответственно боль ше, в зоне ребер 3 статор 1 поглощает боль ше тепла, а проволоки 8 ротора 7 — меньше. Вместах,между ребрами 3 наоборот статор 1 нагревается меньше, и большая часть тепла уходит на нагрев проволок 8 ротора 7. Интенсивному и быстрому нагреву различных участков проволок 8 также способствует периодическое изменение высоты ребер 3 на наружной поверхности стенок 2 статора 1 вследствие проявления термомеханической памяти формы материала отрезков 5 проволоки с термомеханической памятью формы в составе спрессованной массы стенок 2 статора 1, нагреваемой тепловым излучением Q до диапазона температур + 110 С вЂ” + 130 С. Это изменение высоты ребер 3 приводит к изменению направлений и мест перефокусировки теплового потока, проходящего через тело статора 1. Интенсивному охлаждению участков проволок 8 способствует интенсивный подсос воздуха из окружающей среды через поры статора I, который возникает при вра5 щении ротора 7. Повышение частоты вращения ротора 7, а следовательно, и вала 13 обеспечивается высокой скоростью формоизменения «запоминающего» сплава со знакопеременным эффектом памяти формы, который проявляется в виде изменения длины !

r! проволок 8 из сплава марганец-медь. При этом динамизация наружной поверхности стенок 2 статора 1 путем изменения высоты ребер 3 активно способствует динамизации нагрева и охлаждения различных участков проволок 8 ротора 7.

Таким образом, практически вся масса проволок 8 одновременно участвует в сообщении крутящего момента ротору 7, а следовательно, и выходному валу 13, что позволяет получить значительную выходную

20 мощность, превышающую 1 кВт на 1 кг массы проволок 8 из сплава марганец-медь.

При использовании в качестве источника тепловой энергии для работы двигателя газообразного или жидкого теплоносителя теп25 ловой поток Q создается (на фиг. 2 показано параллельными стрелками) путем направления на наружную поверхность стенок 2 статора 1 струй горячего газа или горячей жидкости через corno илп насадку (не показаны) под небольшим давлением (до

1 — 2 кгс/см ) для обеспечения его неравномерного проникновения через пористые стенки 2 статора 1 в зону размещения проволок

8 ротора 7. Тепловой двигатель в этом случае работает аналогично описанному, причем неравномерность нагрева проволок 8 в диапазоне температур — -110 С вЂ” — + 130 С обеспечивается за счет трансформации высоты ребер 3 статора 1, при которой резко изменяется сопротивление потоку теплоносителя через пористое тело статора 1, и за счет периодического изменения при этом скорости обтекания потоком наружной поверхности стенок 2 статора 1, что приводит к частому изменению интенсивности подсоса воздуха из окружающей среды для ох4 лаждения проволок 8 до температуры ниже + 110 С.

1254196

C.îñTàâHTb .Ib Л. Тугарев

Редактор E. Копна

Заказ 4700!38 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патен », г. Ужгород, ул. Проектная, 4

    

Stretchy Science: резиновый диапазон теплового двигателя

• Share на Facebook

• Поделитесь в Twitter

• Поделиться на Reddit

• Поделитесь на LinkedIn

• по электронной почте

• 9569

• .

Ключевые понятия
Энергия
Тепло
Физика
Тепловая энергия
Термическое расширение

Введение
Вы никогда не задумывались, почему резинки так легко возвращаются на место после растяжения? При растяжении резина сильно тянется назад, чтобы вернуться к своей первоначальной форме. Это довольно живучая вещь! Конечно, вы обнаружите, что если вы оставите резинку на чем-то достаточно долго, скажем, на год или два, она в конце концов растянется навсегда и может даже порваться. Но что такого в резине, что заставляет ее так упрямо сопротивляться постоянной деформации? Ответ во многом связан с его необычной молекулярной структурой и с тем, как тепловая энергия , или тепло, постоянно действует на его молекулы. В этом упражнении вы возьмете фен и груз, чтобы изучить, как работают молекулы каучука.

Фон
Материя обычно занимает больше места, когда теплее, и меньше места, когда холоднее. Ученые называют эту тенденцию тепловым расширением, и она наиболее очевидна для газов. Если вы когда-нибудь оставляли бутылку с водой в горячей машине, вам знакомо шипение горячего воздуха и водяного пара, которые вырываются наружу, когда вы снимаете крышку. Когда дело доходит до жидкостей, тепловое расширение помогает объяснить, как работает термометр. Нагретой теплыми температурами расширяющейся красной жидкости некуда идти, кроме как вверх по стеклянной трубке термометра. Обычно сложнее всего распознать тепловое расширение твердых объектов, но жарким летом длинные участки железнодорожных путей могут фактически расширяться и деформироваться из-за напряжения теплового расширения, сжимающего рельсы по длине.

Материалы
• Толстая широкая резинка
• Кубик льда
• Лента
• Миллиметровая бумага
• Фен для волос
• Что-то относительно тяжелое в качестве груза (молоток, степлер или велосипедный U-образный замок отлично подойдут)
• Миллиметровая бумага

Процедура
• Возьмите толстую широкую резинку и зажмите ее конец каждой рукой. Осторожно потяните его, не растягивая.
• Аккуратно приложите резинку к лицу. Обратите внимание на температуру резинки. Что вы заметили?
• Быстро растяните резинку и держите ее натянутой. Снова приложите лицо к резинке. Как изменилась температура? Как вы думаете, почему это так?
• Не позволяйте резинке сразу вернуться к своей первоначальной форме — наша цель — сначала дать ей вернуться к комнатной температуре! Отодвиньте резинку от лица и подождите около 15 секунд.
• По прошествии 15 секунд быстро ослабьте натяжение резиновой ленты, не отпуская ее, позволяя ей сжаться и вернуться в исходную форму. Поднесите его к лицу еще раз. Что вы заметили в температуре резинки на этот раз? Как вы думаете, как мы можем это объяснить?
• Прикрепите лист миллиметровой бумаги к стене примерно на уровне плеч.
• Оберните резинку петлей вокруг своего веса так, чтобы груз мог висеть на резинке.
• Зажмите другой конец резинки между большим и указательным пальцами неведущей руки (например, левой руки, если вы правша). Приложите ладонь к стене чуть выше миллиметровки, чтобы гиря свободно свисала с резинки. Убедитесь, что груз не касается стены.
• Другой рукой используйте ручку, чтобы отметить положение нижней части груза на миллиметровой бумаге.
• Возьмите фен и убедитесь, что он горячий. Включите его и направьте горячий воздух на резинку примерно на 15 секунд. Наклоните его вниз, чтобы не обжечь руку!
• После нагревания резиновой ленты определите, сместился ли вес вверх или вниз. С помощью ручки отметьте новое положение нижней части гири. То, что вы видите, соответствует вашим ожиданиям? Как вы думаете, вы можете объяснить свои наблюдения?
• Подождите несколько секунд, чтобы резинка вернулась к комнатной температуре.
• Теперь потрите кубиком льда поверхность резинки. Внимательно следите за весом и определяйте, движется ли он вверх или вниз. Отметьте новое положение нижней части груза. То, что вы видите, соответствует вашим ожиданиям? Как вы думаете, вы можете объяснить свои наблюдения? Что вы заметили относительно взаимного расположения всех сделанных вами отметок?

Наблюдения и результаты
Вы замечали, как резинки сжимаются, когда им тепло, и расширяются, когда им холодно? Если мы полагаемся на тепловое расширение как на нашу единственную модель для понимания того, как ведет себя нагретая материя, резина бросает нам полный круче! Но здесь не нарушается ни один закон термодинамики. Скорее, знание того, как каучук ведет себя на молекулярном уровне, необходимо для понимания того, что вы наблюдали.

Когда атомы теплее, они вибрируют быстрее. Объекты с простой молекулярной структурой имеют тенденцию к расширению при нагревании, потому что их вибрирующие атомы сильнее сталкиваются друг с другом. То, что происходит с каучуком, менее прямолинейно, потому что атомы в молекулах, из которых состоит каучук, имеют более сложную структуру: они устроены так же, как звенья в длинных цепях. Когда атом в одной из этих цепочек сталкивается с другим атомом, этот столкнувшийся атом изгибает цепь, укорачивая ее. Представьте, что этот процесс происходит с миллиардами молекул каучука каждую секунду. Резина постоянно сжимается из-за того, что миллиарды крошечных вибрирующих «цепочек» перегибают друг друга, и все это из-за тепла!

Когда вы добавляли больше тепла в свою систему с помощью фена, вы позволяли молекулам резины тянуться сильнее, потому что вы заставляли отдельные атомы вибрировать быстрее. Когда вы натирали резинку кубиком льда, вы отнимали много тепловой энергии, из-за чего цепи ослаблялись и выпрямлялись. Теперь подумайте о том, когда вы коснулись резинкой своего лица в начале этого упражнения. Когда вы растягивали резиновую ленту, вы напрягали ее цепи, заставляя молекулы сильнее ударяться друг о друга и вибрировать быстрее. Это произвело больше тепла. Когда полоса сжималась, схлопывавшиеся цепи развязывались и поглощали вибрации атомов, заставляя их вибрировать медленнее. Это также привело к падению температуры резиновой ленты.

Ваш фен фактически превратил резиновую ленту в тепловую машину — машину, которая превращает тепловую энергию в механическую работу. Американский физик Ричард Фейнман описал, как создать более сложную тепловую машину, производящую постоянный крутящий момент, с помощью резиновых лент, нагревательной лампы и велосипедного колеса. Если вы замените спицы на колесе резиновыми лентами так, чтобы ступица колеса осталась в центре, и установите колесо на неподвижную ось, вы можете использовать две нагревательные лампы, чтобы заставить группу «спиц» резиновой ленты сжаться. Это смещает центр тяжести колеса так, что оно больше не находится в том же месте, что и его ось. Когда колесо начинает вращаться, новые резиновые спицы подвергаются воздействию нагревательной лампы, и по мере того, как эти ленты сжимаются, центр тяжести колеса постоянно смещается. Сила тяжести постепенно вращает колесо вокруг оси, создавая крутящий момент за счет тепловой энергии!

Еще для изучения
Ричард Фейнман: ЗАБАВНОЕ ПРЕДСТАВИТЬ 3: Резиновые ленты, на YouTube
Тепловой двигатель на резиновых лентах, от Адама Миколича на YouTube
Как сделать тепловой двигатель на резиновых лентах, на Education.com
Ричард Фейнман — The Законы термодинамики, из Лекции Фейнмана по физике
Тепловая усадка! — Почему резиновые ленты становятся короче, когда вы их нагреваете, из The Naked Scientists

Это занятие подготовлено для вас в сотрудничестве с Education.com

ОБ АВТОРАХ

Тепловой двигатель с резиновой лентой | Научный проект

Научный проект

Двигатель — это машина, используемая для преобразования одного вида энергии в другой для производства работы . В этом проекте мы узнаем, как сделать тепловой двигатель из резиновой ленты , тип двигателя, который преобразует тепловую энергию или тепло в механическая энергия или движение.

Обычно предметы расширяются (становятся больше) при нагревании и сжимаются (уменьшаются) при охлаждении. Вы когда-нибудь слышали скрипящие звуки в своей комнате ночью? Это происходит из-за сжатия половиц из-за падения температуры, которое обычно сопровождает закат.

Скачать проект

Оценка

Пятый класс

Однако это правило не распространяется на резину! Молекулярная структура каучука очень сложна: представьте себе группу молекул, связанных вместе в «цепочку», которая сопротивляется растяжению при натягивании. Эта «эластичность» позволяет использовать резину в ластиках, велосипедных шинах и банджи-шнурах. Однако эта цепочечная структура также приводит к довольно необычному поведению резины при изменении температуры.

Какую работу совершит резинка при нагревании и охлаждении?

• Резинки разной толщины
• Ножницы
• Тепловая лампа
• Кубик льда
• Монета
• Молоток и гвоздь
• Нажимной штифт
• Клейкая лента
• Линейка
• Пластиковая катушка от рулона ленты (очень хорошо работает рулон с желобом; их можно приобрести из определенных рулонов изоленты или ленты из ПТФЭ)

1. Забейте гвоздь на высоте около фута над столом или столешницей рядом с электрической розеткой (чтобы позже можно было включить обогреватель). Спросите у взрослых, прежде чем делать дырки в стене! Оставьте дюйм или два гвоздя торчащими из стены.
2. Возьмите рулон ленты и повесьте его по центру гвоздя, чтобы он мог свободно вращаться.
3. Используйте ножницы, чтобы разрезать резинку так, чтобы у вас получилась одна длинная полоска.
4. Используйте тонкую полоску клейкой ленты, чтобы прикрепить монету к одному концу разрезанной резинки.
5. Используйте канцелярскую кнопку, чтобы прикрепить конец резиновой ленты без груза к стене с одной стороны рулона ленты.
6. Накиньте другую сторону резиновой ленты с грузом на рулон ленты и дайте ей свободно свисать.
7. Установите нагревательную лампу так, чтобы она указывала на резинку. Не включай пока!
8. С помощью скотча отметьте начальную высоту груза (монеты) на стене.
9. Протрите кубиком льда участок резинки между рулоном ленты и канцелярской кнопкой. Подождите около минуты и запишите свои наблюдения.
10. Отметьте клейкой лентой расстояние (также называемое смещением ) от исходного положения монеты на стене. Используйте линейку, чтобы измерить и записать расстояние.
11. Установите нагревательную лампу так, чтобы она находилась примерно в 3 дюймах от резинки. Включите тепловую лампу. Подождите около двух минут и запишите свои наблюдения.
12. Отметьте клейкой лентой смещение монеты от ее первоначального положения на стене. Используйте линейку, чтобы измерить и записать расстояние.
13. Повторите эксперимент с резинками разной толщины. Влияет ли толщина резиновой ленты на то, насколько лента будет расширяться или соприкасаться?

Резиновая лента расширяется (удлиняется) при растирании льдом и сжимается (укорачивается) при нагревании лампой.

Работа , выполненная вашей тепловой машиной в этом эксперименте, представляет собой перемещение груза за счет расширения и сжатия резиновой ленты.

Когда резинка нагревается, тепловая энергия окружающей среды передается молекулам резинки и заставляет их вибрировать. Чем сильнее вибрируют молекулы, тем больше они сталкиваются со своими соседями, создавая крошечные перегибы и изгибы в каждой цепочке. Это заставляет резинку сжиматься.

Когда резиновую ленту охлаждают льдом, ее цепообразная молекулярная структура становится более жесткой, или жесткой — это означает, что молекулы не вибрируют и не сталкиваются друг с другом. Это предотвращает сжатие цепочек молекул каучука, а «цепочкам» позволяется ослабнуть, то есть молекулярные связи становятся длиннее, а резиновая лента растягивается.

Возьми еще одну резинку. Не растягивая, прикоснитесь к губе. Каково это? Что вы заметили в его температуре? Теперь быстро растяните его и поднесите к губе, пока он еще растянут. Вы должны заметить, что стало теплее, потому что вы выполнили работы на резинке. Энергия, которую вы передали резинке, превратилась в тепло.

Подождите несколько секунд с растянутой резинкой. Быстро снимите напряжение и дайте ему принять нормальную форму. Поднесите его к губам сейчас. Он должен быть холодным, так как он поглотил тепловую энергию!

Заявление об отказе от ответственности и меры предосторожности

Education.com предоставляет идеи проекта научной ярмарки для ознакомления
только цели. Education.com не дает никаких гарантий или заявлений
относительно идей проекта научной ярмарки и не несет ответственности за
любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких
Информация. Получая доступ к идеям проекта научной ярмарки, вы отказываетесь и
отказаться от любых претензий к Education.com, возникающих в связи с этим. Кроме того, ваш
доступ к веб-сайту Education.com и проектным идеям научной ярмарки покрывается
Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, включая ограничения
об ответственности Education.com.

Настоящим предупреждаем, что не все проектные идеи подходят для всех
отдельных лиц или во всех обстоятельствах. Реализация любой идеи научного проекта
следует проводить только в соответствующих условиях и с соответствующими родителями.
или другой надзор. Чтение и соблюдение мер предосторожности всех
материалы, используемые в проекте, является исключительной ответственностью каждого человека. За
дополнительную информацию см.