discovering mechanika - formatexformatex.hu/wp-content/uploads/levers-linkages_kicsi.pdfegyszerű...
Post on 23-Jan-2020
2 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Tudd meg, hogy az emelők segítségével hogyan növelhető a nehéz tárgyak megemelését lehetővé tevő erő, és hogyan változtat-
hatják meg a mozgás irányát! Fedezd fel, hogyan készíthetsz összetett mozgásra képes modelleket több emelő összekapcsolásá-
val, és ezek a karos mechanizmusok hogyan alkalmazhatók különféle gépekben! Építs meg 16 működőképes modellt, például
mérleghintát, mozgatható mérleget, talicskát, parkoló kaput, mozgó figurákkal felszerelt játékot, pantográfot és kétféle karos
mechanizmust. Minden modellhez könnyen követhető építési útmutatót találsz online és a szetthez mellékelt füzetben egyaránt.
A füzetben megtalálod továbbá a különböző tudományos alapelvek részletes magyarázatát, valamint olyan újszerű kísérleteket
is, melyekkel játszva tanulhatsz. A végén találsz egy kvízt is, mellyel az újonnan szerzett tudásodat teheted próbára!
13
6
4
13
© C
op
yri
gh
t E
ng
ino
.ne
t Ltd
. A
ll R
igh
ts R
ese
rve
d.
5 291664 001495
Építs meg egy teljesen működőképes levél-
mérleget és tudd meg, hogyan mérhetjük meg
olyan kisebb tárgyak súlyát, mint a boríték vagy
a papír! Próbáld ki és fedezd fel, hogy a mérle-
gek miért mutathatnak néha téves eredményt!
építs levélmérleget!Ez a paralelogramma mechanizmusokból álló
mérleg bevezet a karos mechanizmusok
világába, és segít megérteni működésüket.
Ismerkedj meg a párhuzamos mozgással és
tudd meg, hogyan használható hatékonyan
tárgyak súlyának mérésére!
építs kétkarú mérleget!
Hogyan mérjük meg könnyebb tárgyak súlyát?
Mi az oka a mérési hibáknak?
Mit nevezünk karos mechanizmusnak?
Hogyan jön létre a párhuzamos mozgás?
Ez az ollós emelő modell teljes mértékben
működőképes és segítségével felfedezheted,
hogy több emelő összekapcsolásával hogyan jön
létre egy, a kosarat megemelő karos mechaniz-
mus. Próbáld ki és fedezd fel, hogy az emelők ho-
gyan juttathatnak minket mechanikai előnyhöz!
építs ollós emelőt!
Mit nevezünk paralelogramma mechanizmusnak?
Hogyan dolgoznak együtt az emelők és a karos
mechanizmusok?
emelőkarok és kapcsolóelemekMECHANIKA
Építsd meg ezt a talicska modellt és tudd meg,
hogyan használható nehéz terhek mozgatására az
emelő alkotóelemeinek (forgáspont, erő és teher)
segítségével! Fedezd fel a egykarú emelők
tulajdonságait!
építs talicskát!
Hogyan mozgassunk nehéz terheket?
Mit nevezünk másodosztályú (egykarú) emelőnek?
8-16+
8
16 8
enginojatek.hu
KÖZPONTI IRODA ÉS GYÁRTÓ: ENGINO.NET LTDP.O.BOX 721004200, LIMASSOL, CYPRUS Tel: +357 25821960Fax: +357 25821961Email: info@engino.comWeb: www.engino.com
IMOPRTŐR ÉS FORGALMAZÓ: Formatex Kft.H-1112 Budapest, Rétkerülő út 41.Fax: 1-310-7188E-mail: info@formatex.hu Web: www.formatex.huSzármazási ország: Ciprus
Cikkszám: ENGST01
HU
nyomtatottútmutató
onlineútmutató
3D interaktív útmutatók
letölthetők az okoseszközökre
építhető
modell
oldalnyi elmélet és érdekesség!
oldalnyi kísérleti feladat!
oldalnyi felmérő kvízkérdés!
oldalnyirészletes útmutató
DISCOVERING
Science Technology Engineering MathematicsTudomány Technológia Mérnöki tudomány Matematika
Discovering STEMA STEM oktatás - tudomány, technológia, mérnöki tudományok és matematika - célja, hogy a tanulóknak biztosítsa a
szükséges készségek, ismeretek és tapasztalatok megszerzését, hogy sikeresen meg tudjanak birkózni a jövő technológiai
kihívásaival. A modern pedagógiai elméletek szerint a mérnöki ismereteket az összes többi tantárgyba be kellene építeni,
már egészen az alapoktól kezdve. A DISCOVERING STEM sorozat gyakorlati megoldásokat biztosít mindezen oktatási
kérdésre, és segítségével a tanárok a diákokat szórakoztatva, izgalmasan és érdekesen vonhatják be a STEM alapelveinek
megismerésébe. Az oktatási csomagok otthoni tanulási eszköznek is kiválóak. A sorozat számos témával foglalkozik:
mechanika és egyszerű gépek, szerkezetek, Newton törvények, megújuló energia, és a programozható robotika. 03 Amiről tanulni fogunk
03 Az emelők és karos mecha-
nizmusok története
05 Az emelő definíciója
05 Fizikai törvények
07 Első osztályú (kétkarú) emelő
08 Másodosztályú (egykarú) emelő
09 Harmadosztályú (egykarú) emelő
10 A karos mechanizmus definíciója
11 Paralelogramma mechanizmus
12 Pantográf
13 Mozgástípusok
13 Egyéb karos mechanizmusok
15 Egyenesbe vezető mechanizmus
16 Mérleghinta
17 Első osztályú (kétkarú) emelő
18 Másodosztályú (egykarú) emelő
19 Harmadosztályú (egykarú) emelő
20 Karos mechanizmusok típusai
21 Pantográf
22 1-2. feladat
23 3-5. feladat
24 6-7. feladat
25 8-10. feladat
B E S T P R A C T I C E S M E
T . or yD
PRODUCTBest Green
MOST INNOVATIVE TOY 2010
Díjak:
Tartalom
Elmélet Kvíz
Kísérletek
Science Technology Engineering Mathematics
Tudomány Technológia Mérnöki tudomány Matematika
Látogass el weboldalunkra, ahol még több összeépítési útmutatót találsz: enginojatek.hu
Emelőkarok és kapcsolóelemek
Kerekek és tengelyek
Csiga meghajtások
Hajtókarok
Fogaskerekek és csigahajtások
Épületek és hidak
Newton törvényei
04
Tudtad?
A Watt-rudazat egyes gépkocsi-felfüggesz-
téseknél a hátsó tengelyen kap szerepet,
megakadályozza, hogy a tengely és a
gépkocsi teste egymáshoz képest oldal-
irányban elmozduljon. Két vízszintes,
egyenlő hosszúságú, az alváz két oldalához
rögzített rúdból áll. E két rúd közé egy rövid,
csaknem egyenes vonalban mozgó
vízszintes rúd kapcsolódik. Ez a rudazat
kialakítás a Panhard-rúd továbbfejlesztése,
mivel drámai mértékben csökkenti a
tengely oldalirányú komponensét.
03
Elmélet
Bizonyára mérleghintáztál már a barátaiddal a
játszótéren. Gondolkoztál már azon, hogyan tud egy
könnyebb barátod gond nélkül felemelni egy
nehezebb gyereket? Sokfajta gép és mechanikus
rendszer vesz körül minket. Az egyszerű óráktól a
bonyolult rakétákig minden gép energiát használ adott
feladatok végrehajtására. Ezeknek a berendezéseknek
energiahatékonynak kell lennie, és ez emelőkkel és
más egyszerű gépekkel valósítható meg. Ahhoz, hogy
az energiát a gép más alkatrészeire átvigyük és
mozgásukat megváltoztassuk, összekapcsolhatunk sok
emelőt. Így „rudazatnak” nevezett emelősorokat
hozhatunk létre; ezek fontos szerepet játszanak a
gépek tervezésénél és működésében.
Mit fogunk tanulni?
Az emelők és rudazatok története
A történelem előtti időkben valószínűleg az emelők voltak
az első szerszámok, melyeket az emberek nagy tárgyak
mozgatására használtak. A nagy gízai piramis építése
során (kb. i.e. 2500-ban) az építők „burkolóköveket”
(mészkőből kivágott tömböket) használtak, melyek
egyenként 2,5 tonnát nyomtak. E hatalmas tömbök
mozgatásához nem voltak még daruk, így ősi eszközöket
és módszereket használtak: rámpákat, csúszkákat,
csúszólapokat, köteleket és természetesen emelőket.
Hérodotosz ókori görög történész megemlített, hogy több
mint 100 000 ember (rabszolga) dolgozott a piramis
építésén több mint 20 éven át.
Az emelőket először i.e. 260 körül írta le az ókori görög
matematikus, Arkhimédész. Alexandriai Papposz
megemlíti, hogy Arkhimédész (i.e. 287–212.) a
következőket mondta, az emelők funkcióját leíró
matematikai elvet kifejezve: „Adjatok egy szilárd
pontot, hol lábamat megvethetem és kimozdítom
helyéből a Földet”. Az ókorban használt katapult és a
középkori torbocsin szintén az emelő elvén működött.
Az utóbbi egy olyan ostromgép volt, mely a gravitációt
kihasználva lövedékeket lőtt ki az ellenségre úgy, hogy
az emelőkar rövidebb végére egy nagy súlyt tettek (ez
ellensúlyként működött), majd ezt hagyták lezuhanni.
Gőzgép
Napjainkban az emelőket és rudazatokat gyakran használjuk
más egyszerű géptípusokkal kombinálva, ezzel nagymérték-
ben megkönnyítve életünket. A komplex gépektől, például
daruktól és gépkocsiktól a legegyszerűbb eszközökig, mint az
ollók és körömvágók, majdnem minden az emelő elve és az
emelők összekapcsolása alapján működik! Ezenkívül a
modern rudazatok kialakítása tovább fejlődik, és azokat az
ötleteket, melyek megvalósítása korábban napokig tartott a
mérnököknek, ma a számítógépek másodpercek alatt
kiszámítják. Napjainkban a rudazatokat sok gépben, többféle
formában alkalmazzák különböző alkatrészek sebességének,
erejének és mozgásának megváltoztatására, így fokozva a
gépek hatékonyságát.
A rudazatokat, bár napjainkban csaknem minden gépben ott
vannak, a XVIII. századig nem értették pontosan. Az ipari
forradalom (a XVIII. és XIX. század között) a rudazatok
kifejlesztésének aranykorának bizonyult. Ebben az
időszakban Leonhard Euler svájci matematikus (1707–1783)
tette meg az első erőfeszítéseket a rudazatok
összeállításának megértésére. De a rudazatoknak egészen
addig nem volt gyakorlati jelentősége, míg James Watt skót
gépészmérnök (1736–1819) el nem kezdett dolgozni a
Newcomen-gőzgép továbbfejlesztésén. Kettős működésű
erőgépében párhuzamos rudazatot fejlesztett ki („Watt-
rudazat”), mely lehetővé tette, hogy a gőzgép dugattyúja
majdnem egyenes vonal mentén mozogjon.
Az elmúlt 200 évben sok tudós dolgozott a
rudazatok fejlesztésén és gyakorlati felhaszná-
lásán. Ebben a periódusban sok problémát
oldottak meg, például azt, hogyan lehet mecha-
nikus eszközökkel tökéletes egyenest létrehozni.
Az újonnan feltalált rudazatok kulcsfontosságúak
voltak a ruhagyártásban, erőátalakításban és
sebességszabályozásban. Ezenkívül sok más
alkalmazási területük is volt, például mechanikus
számítás, gépírás és forgácsolás. Ezek az
alkalmazások a modern gépek előfutárai voltak;
mára sokukat digitalizáltak és elektronikus
technológiával váltottak fel.
A Discovering STEM Emelők és rudazatok című füzete egy átfogó elméleti blokkot, építési feladatokat és érdekes
információkat tartalmaz, hogy megismerhesd, hogyan használjuk őket a mindennapi életben. Fedezd fel
kísérletezve a vonatkozó tudományos elveket a részletes útmutatókkal és gondolatébresztő feladatokkal. Kövesd az
összeállítási útmutatót és építs izgalmas maketteket, például mérleghintát, tolósúlyos mérleget, talicskát, sorompót,
mozgó alakos játékot, pantográfot, Peaucellier-Lipkin-féle és Hart-féle inverzort. Rengeteg más makettet is találsz
online! Végül pedig az ismétlő kvízt kitöltve kipróbálhatod újonnan szerzett tudásodat.
A mérleghinta az emelő elvén működik
Piramisok Egyiptomban
Középkori torbocsinok makettjei Emelős daru
Mechanikus írógép
®A „Watt-rudazat” Engino makettje
A nyomatékok egyensúlya: a bal oldali
momentum egyenlő a jobb oldali
momentummal
Az emelő az egyszerű gépek közé tartozik. Az
egyszerű gépek azon képességét, hogy a
bemeneti erőnél nagyobb kimeneti erőt tudnak
létrehozni, emelőaránynak (EA) hívjuk. Ezt a
teher értékét az erővel elosztva számíthatjuk ki,
és dimenzió nélküli számmal mérjük.
Az emelők a munkamódszer megváltoztatásával sokkal
könnyebbé teszik az életünket. Konkrétabban: az emelők
nagy mértékben csökkentik azt az erőt, mely egy teher
elmozdításához vagy egy nehéz feladat elvégzéséhez
szükséges. Ez olyan képzetet kelthet, hogy semmiből
nyerünk valamit. Igaz lehet ez? Sajnos nem. Mint a mondás
tartja: „a sikerért meg kell küzdeni”!
Ha közelebbről megvizsgálod, rájöhetsz, hogy bár az emelő
csökkentheti a felhasznált erőt, ugyanakkor növeli azt a
távolságot, melyen az erőt ki kell fejteni. Ez a távolság sokkal
nagyobb, mint a teher elmozdulása. Ha ezt a két távolságot
összehasonlítjuk, az áttételi számot (ÁSZ) kapjuk. Az ÁSZ
képlete (lásd később) egyszerűbben azt állítja, hogy egy a
befektetett erőnél 2-szer nagyobb súly felemeléséhez az
erőnek 2-szer nagyobb távolságon kell hatnia, mint
amekkora távolságot a teher megtesz.
Az emelő egy merev rúd (vagy pálca), mely egy
rögzített tengely, a forgáspont körül elfordulhat. Nézd
meg a következő képet. A figura az emelő elvén mozdít
el egy súlyos tárgyat úgy, hogy egy kisebb kődarabot
tesz egy deszka alá. A kis kődarab forgáspontként
(vagy forgócsapként) működik, a nagy tárgy, melyet
próbál elmozdítani a teher, a tárgy elmozdításához
kifejtett erőhatás pedig az erő. A forgásponttól az
erőkifejtés helyéig terjedő távolság az erőkar, a
forgásponttól a teherig terjedő távolság pedig a
teherkar. Mindezen elemeket a lenti ábrán egy Engino
szerkezeten láthatod.
Az emelő meghatározása
Fizikai törvények
Az emelő elemei
Arkhimédész emelővel elmozdít egy sziklát
Most már tudjuk, hogy néz ki egy emelő; nézzük meg, hogyan működik. Ha egy emelőre
a forgásponttól távolabb erőt fejtünk ki, forgató hatást kapunk, melyet nyomatéknak (M)
hívunk. Ez a forgató hatás az emelőre gyakorolt erő (F), valamint az erő és a forgáspont
közötti távolság (S) szorzata, newtonméterben (Nm) mérjük.
Ha az emelő egyensúlyban van (nem mozog), az óramutató
járásával ellentétes (bal oldali) nyomaték egyenlő az óramutató
járásával megegyező (jobb oldali) forgatónyomatékkal (M = M ). 1 2
Következésképpen a bal oldali F x S szorzat egyenlő a jobb 1 1
oldali F x S szorzattal. Ez a képlet az emelők alapelvét fejezi ki, 2 2
és a nyomatékok egyensúlya a neve.
Az emelőarány képlete
Az emelők az erő (a kifejtett erőhatás), a forgáspont és
a teher helyzete alapján három osztályba sorolhatók. A
következő oldalakon mindegyiket megismerheted.
A rudazat két vagy több, azonos vagy különböző
osztályba tartozó emelő kombinációja. Ezeket
összekapcsolva olyan mechanizmust kapunk, mellyel
erő vagy mozgás vihető át egy pontból egy másikba.
Két emelőt összekapcsolva kettős emelőt kapunk.
Ilyen emelőkre példa az olló és a diótörő. A két
emelőkart csukló kapcsolja össze, így a két kar
elfordulhat. Más szavakkal: a kettős emelő egyszerű
rudazatnak tekinthető.
M = F x S
A nyomaték (M) képlete
Az áttételi szám képlete
ÁSZ.=
Az emelők osztályai
Kettős emelők
Emelőarány (EA)
Áttételi szám (ÁSZ)
Nyomaték
05 06
erő által megtett távolság
teher által megtett távolság
EA =Teher
Erő
Tudtad?
Az ókori egyiptomiak az emelős daru
újszerű változatát használták arra, hogy a
folyók vizét a csatornákba emeljék. Egy
nagy gerenda egyik végére vödröt
erősítettek, a másik végére pedig
ellensúlyt tettek. A víz felemelése után a
póznát a másik oldalra fordították, majd a
vizet a csatornába öntötték. A becslések
szerint egy ember naponta 2500 liter vizet
tudott átemelni. Emelő használata nélkül
egy ember egyedül nem tudott volna
ennyi vizet átemelni.
Az emelős daru egyiptomi változata
Diótörő (kétkarú) Fogó (kétkarú)
A „nyomaték”, melyet forgatónyomatéknak is hívnak, a fizika és mérnöki tudományok egyik alapkoncepciója. Bár
mindkét kifejezés ugyanarra a forgató hatásra vonatkozik, a mérnökök az adott alkalmazástól függően használják
egyiket vagy másikat. Például a „forgatónyomatékot” forgató erő leírására használják, például egy csavarhúzó
forgatásakor, míg a „nyomatékot” gyakran egy gerendára ható hajlítóerő leírására.
A teher által
kifejtett
erőhatás
Az erő által kifejtett
erőhatás
Erő
Teher
ForgáspontTeherkar
Erőkar
F2
F1
S1 S2
M1 M2
Ezen a képen erre az elvre láthatsz példát, ahogy
egy fiú és egy lány játszik egy mérleghintán. A fiú
(aki F erőt fejt ki) nehezebb, mint a kislány (F ). Az 1 2
egyensúly eléréséhez közelebb ül a mérleghinta
közepéhez (forgáspontjához), S távolságra, míg a 1
lány a mérleghinta végére ül. Mind az erő, mint a
teher az emelőre ható erőhatások. Ezért két
nyomaték van: az erő által okozott, az óramutató
járásával ellentétes nyomaték és a teher által
okozott, az óramutató járásával megegyező
nyomaték, a nagyobb S távolságnál.2
M = M1 2 F x S = F x S1 1 2 2⇒
Az utasításokatonline találod
Ez a leggyakoribb, egyszerű emelőtípus, melynél az
alátámasztási pont a két végpont között fekszik. A
forgáspont középen, míg a bemeneti erő az egyik
karon, a kimeneti teher pedig a másik karon van. A
következő ábrán láthatod mindezen elemeket. Az
emelő emelőaránya függ attól, hogy milyen messze
van a teher a forgásponttól és a másik oldalon az erő a
forgásponttól (a teherkartól és az erőkartól). Minél
közelebb van a teher a forgásponthoz, illetve minél
messzebb gyakorolunk erőt a forgásponttól, annál
nagyobb emelőarányt kaphatunk.
A következő képeken első osztályú emelőkre láthatsz
néhány példát. Nézd meg a képeket és próbáld meg
azonosítani, hol van a teher, az erő és a forgáspont az
egyes esetekben.
Tolósúlyos mérleg: az Engino makettel elkészítheted saját, egész pontos mérlegedet! Először egyensúlyozd ki
a mérlegkart súly nélkül. Ez a kiindulási pont (nulla), körülbelül 7 négyzetre kell lennie a forgásponttól. Ezután egy
kisebb tárgyra lesz szükséged, melynek ismered a pontos súlyát, pl. 100 gramm. Tedd a teheralapra, és számold
meg, hány négyzetre van szükség a mérlegkar kiegyensúlyozásához (pl. két négyzet a kezdőponttól). Rögzíts egy
papírdarabot a mérlegre, és jelöld meg a referenciasúly helyét.
®„Tolósúlyos mérleg” Engino makettje
Első osztályú emelő
Építési feladat
Első osztályú emelő
07
Olló (kétkarú) Fogó (kétkarú)Szeghúzó kalapács
Vonalzó
Kiindulási pont (nulla)
Mérés
A teher által
kifejtett
erőhatás
Az erő által kifejtett
erőhatás
Erő
Teher
ForgáspontTeherkar
Erőkar
Ezután készíts vonalzót úgy, hogy a papírdarabot egyenlő
hosszúságú szakaszokra osztod, az előző mérések alapján
megjelölve az egyes szakaszokat. A példánkban a
kiindulási ponttól az első négyzet 100 gramm, a második
200 gramm, a harmadik 300 gramm stb. Ezután ezeket
kisebb szakaszokra oszthatod, hogy pontosabban le
lehessen olvasni az értéket.
A mérleg használatához egyszerűen tegyél rá egy
ismeretlen súlyt, majd a mozgó alkatrésszel egyensúlyozd
ki a mérleget. A vonalzón látható érték a tárgy súlya.
Építsd meg a tolósúlyos mérleg makettjét, és kövesd a kis
tárgyak súlyának mérését ismertető fenti eljárást! Az
összeállítási útmutatót a 3–4. oldalon találhatod.
A másodosztályú emelő esetében a forgáspont az egyik
végén, a bemeneti erő a másik végén, a kimeneti teher pedig
a kettő között van. A jobb oldali ábrán láthatod mindezen
elemeket. Mivel a teher a forgáspont és az erő között helyez-
kedik el, az emelő kiegyensúlyozásához kisebb erőhatásra
van szükség. Ebben az esetben is érvényes a nyomatékok
egyensúlyának elve, hasonlóan az első osztályú emelőhöz.
A következőkben másodosztályú emelőkre láthatsz néhány
példát. Nézd meg a képeket és próbáld megtalálni, hol van a
teher, az erő és a forgáspont az egyes esetekben.
Hinta: a hinta két kötélen vagy láncon lógó ülőalkalma-
tosság. Amikor a hinta mozgásba jön, lengő mozgást végez,
amíg meg nem állítja valaki vagy a légellenállás. Attól függő-
en, hogy hol hat az erő, a hinta másodosztályú emelőből
harmadosztályú emelővé alakítható. Ha az erőt a hinta
legalacsonyabb részén alkalmazod (a lábaddal), a hinta
másodosztályú emelőként működik. Ha valaki más löki a
hintát középen, akkor harmadosztályú emelőként működik.
Az online útmutatót követve építsd meg a hintamakettet, és válts
át vele a két emelőosztály között.
Másodosztályú emelő
Isa
Tudtad?
A kínaiak másfajta talicskát találtak fel:
vitorlákat szereltek rá! I.sz. 550-ből ránk
maradt feljegyzések szerint Wushu egy
árbócot és vitorlát felhasználva feltalálta a
„szélhajtású kocsit”; ez a vitorlás hajókhoz
hasonló szerkezet akár 30 embert is
szállíthatott. A XVI. századtól a Kínát
felkereső európai utazók vitorlás kocsikat
említenek feljegyzéseikben, melyek
lényegében vitorlával felszerelt nagymére-
tű talicskák (kocsik és vagonok) voltak.
Vitorlás talicska
Másodosztályú emelő
Diótörő (kétkarú) TalicskaPapírvágó
®Engino „hinta” makett
A teher által
kifejtett
erőhatás
Teher
Forgáspont
Erő
Az erő által kifejtett erőhatás
Építési feladat
08
®A „katapult” Engino makettje
A harmadosztályú emelőnél a forgáspont az egyik
végén, a kimeneti teher a másik végén, a bevitt erő
pedig a kettő között van. A jobb oldali ábrán láthatod
mindezen elemeket. Mivel az erő a forgáspont és a
teher között hat, a nyomatékok egyensúlyáról tanultak
szerint nagyobb erő szükséges a teher felemeléséhez,
mint a másik két emelőtípus esetében.
A következőkben harmadosztályú emelőkre láthatsz
néhány példát. Nézd meg a képeket és próbáld meg
azonosítani, hol van a teher, az erő és a forgáspont az
egyes esetekben.
A karod harmadosztályú emelőként működik
Harmadosztályú emelő
A karod harmadosztályú emelőként működik! Ha fel
akarsz emelni egy tárgyat (például egy labdát), a teher
a tenyereden fekszik. A könyököd a forgáspont, mivel
ez az a pont, mely a karod két részét összeköti. A kar
felfelé és lefelé elfordulhat a könyökízületnél. Végül az
erőt a karizom fejti ki, mely a forgáspont és a teher,
vagyis a könyököd és a tenyered között található. Az
emberi test, illetve más élőlények testének számos
részén találhatók még emelők.
Hogyan működik az emberi kar
Katapult: a „katapult” a görögök által feltalált szerkezet. Neve a görög κατά („kata”), jelentése „ellen” és πέλτης
(„peltisz”), egy kisebb pajzsfajtát jelölő szóból ered. Így a katapult azt jelenti, hogy „pajzstörő”. A rómaiak
10
Teher
Erő
Forgás-
pont
Tűzőgép Csipesz (kétkarú) Kalapács Golfütő
Harmadosztályú emelő
09
Teher
Erő
Az erő által kifejtett
erőhatás
A teher által kifejtett
erőhatás
Forgáspont
tökéletesítették, és nagy nyilak, dárdák, vasgolyók vagy
gyúlékony anyagok elhajítására használták, akár 800
m-es távolságra.
Az Engino katapult maketten néhány módosítással mind a
három emelőosztály között átválthatsz. Miután megépí-
tetted, gondolkozz el rajta, milyen elemei vannak az egyes
emelőosztályoknak, majd a maketten a megfelelő módosí-
tásokat elvégezve készítsd el mindegyik osztályt.
Egy rudazat összeállításához két dologra van szükség: merev
tagokra (karokra vagy rudakra) és csuklókra. A rudazat
csuklókkal összekapcsolt, zárt vagy nyitott láncot alkotó
merev tagok sorozata. Például ha fogsz néhány Engino rudat
és Engino csuklókkal (görgős alkatrészekkel) összekapcsolod
őket, olyan összeállítást készítesz, mely rudazatként
működhet. A következő ábrán láthatod mindezen elemeket
az Engino mérlegmakettjén.
Megjegyzés: ez egy zárt láncú rudazat.
Merev csatlakozás
Merev
csatlakozás
A rudazat elemei
Merev
csatlakozás
Merev
csatlakozás
Csukló
Csukló
Csukló
A legtöbb mechanikus rendszerben használt alapvető
mechanizmusokat egyszerű gépeknek hívjuk, és hat típusuk
van: emelők, kerekek és tengelyek, csigák, döntött síkok,
ékek, valamint csavarok. Mint látni fogjuk, a rudazatokat
egymáshoz kapcsolt egyszerű gépekként lehet meghatároz-
ni. A rudazatok és egyszerű gépek kapcsolatának megértésé-
hez áttekintheted az emelőket és hogy hogyan működnek.
A rudazat meghatározása
Isa
Tudtad?
Sok bíróság előtt ott áll az igazság
istennőjének szobra. Az ókori görögök hite
szerint Themis volt a Jog és Szokás
védelmezője, és ő volt felelős a politikai és
társadalmi rend fenntartásáért. Gyakran
szigorú nőként ábrázolták két tárggyal a
kezében: egy karddal, mely az Értelem és
Igazság hatalmát jelképezte, és egy
mérleggel, mellyel egy ügy pro és kontra
érveit mérlegelte. A mérlegek az emelő
elvén működnek!
Az igazság istennőjének szobra
Egy rudazatból akkor lesz mechanizmus, ha
bemeneti erőt gyakorolunk egy adott pontra, és a
rudazat egy másik pontján kimeneti erő keletke-
zik. A kimenet lehet erő vagy mozgás. A mechaniz-
musok nagyon fontosak a gépekben, mert moz-
gást és erőt lehet velük szabályozott módon átvin-
ni. Röviden a mechanizmusok (vagy mozgatható
rudazatok) a következőkre használhatók:
§ egy mozgás irányának megváltoztatására;
§ egy erő méretének (abszolút értékének)
megváltoztatására.
Tudjuk, hogy a rudazatok nagyon fontos szerepet játszanak a
géptanban és a mérnöki tudományokban. Ugyanakkor
azonban néha előfordulhat, hogy a rudazat nem megfelelő
megoldás egy problémára a következő okok miatt:
ź állandó karbantartást és beállítást igényelnek (pl. kenés);
ź a mozgó alkatrészek sebesülést vagy más egészségügyi és
biztonsági veszélyeket okozhatnak;
ź a merev csatlakozások és csuklók idővel elkopnak és
cserére szorulnak;
ź jobb megoldások is rendelkezésre állhatnak (pl.
elektronikus számítógépeket lehet beprogramozni a
mechanikai eljárások kiváltására).
Mechanizmus
Rudazatok és egyszerű gépek
A rudazatok hátrányai
Rakományszállító jármű
Csukló
Az utasításokatonline találodÉpítési feladat
Többféle rudazat van, melyeket az általuk létrehozott
mozgástípus alapján neveztek el. Egyikük a
paralelogramma alakzaton alapuló párhuzamos
mozgású rudazat. Két egyenes akkor párhuzamos, ha
semmiképpen sem metszik egymást, akármilyen
hosszúak is legyenek. A paralelogramma síkidomban az
ellentétes oldalak párhuzamosak, és az alakzat
mozgásától függetlenül azok maradnak. A jobb oldali
példán láthatod, hogy az AB egyenes párhuzamos a CD
egyenessel (ezt így jelöljük: AB | | CD), az AC egyenes
pedig párhuzamos a BD egyenessel (AC | | BD).
Párhuzamos mozgás
D
A B
C
Az ENGINO mérlegmakettnek is ilyen alakja van. Egyedülálló tulajdonsága miatt a párhuzamos mozgású rudazatot
számos berendezésben és gépben használják. A szerszámosládában rudazatok biztosítják, hogy minden doboz
vízszintes helyzetben nyíljon ki, és könnyen hozzá lehessen férni a szerszámokhoz. A liftek biztonsági ajtajában levő
párhuzamos rudazatok helyet takarítanak meg, mivel így az ajtó összecsukható. Párhuzamos rudazatot találhatunk a
rakományszállító járművekben és asztali lámpákban is.
Párhuzamos mozgású rudazat
Építsd meg az
összecsukható
állvány Engino
makettjét, és
kísérletezz vele, hogy
mekkora terhet bír
el. Tedd a makettet a
padlóra és nyisd ki
úgy, hogy az állvány
a lehető
legmagasabb legyen.
Ezután tegyél rá
anyagot, míg össze
nem csukódik.
Kinyújtható mechanikus kar: a kinyújtható
mechanikus kar maximális vagy minimális
hosszúságra hajtogatható tárgyak felvevéséhez; ez a
párhuzamos rudazatnak köszönhetően lehetséges.
Ez az Engino makett 6 merev tagból és 7 csuklóból áll.
Nagy tárgyak megfogásához széles fogás, kis tárgyakhoz
keskeny, hegyes fogás állítható be. A kar további tagokkal
és csuklókkal meghosszabbítható.
Összecsukható állvány: az összecsukható
állvány mozgatható berendezés személyzet vagy
közepes súlyú tárgyak emelésére. A munkások
könnyen elérhetik a kívánt magasságot.
11 12
Asztali lámpaSzerszámosláda Összecsukható állvány
®„Összecsukható állvány” Engino
makettje®„Kinyújtható mechanikus kar” Engino makettje
A pantográf mechanizmust Christoph Scheiner találta fel i.sz.
1630-ban, az egyenletes átméretezés elve alapján.
Elsősorban művészek és tervezők használják. Kétféle módon
másolható le vele egy eredeti kép: vagy úgy, hogy nagyobb
legyen, mint az eredeti kép (felméretezés) vagy úgy, hogy
kisebb legyen, mint az eredeti kép (leméretezés). A panto-
gráfban csuklókkal összekapcsolt emelősorozat található.
Több rúd van benne különleges módon, a párhuzamosság
elve alapján összekapcsolva.
A pantográf a perspektíva-hasonlóság matematikai elvén
működik. Pantográfunkban, mint a lenti ábrán láthatod, az A
pont és az AB:AO távolságarány rögzített. Ennek az aránynak
egyenlőnek kell lennie a pantográf másik oldalán a BC:BR
aránnyal. Mivel az arány mindig ugyanaz, és a pontok
egymással párhuzamosan mozognak, az aránnyal
megegyező mértékben nagyított azonos rajzokat
készíthetünk vele. Például ha az AB:AO arány 3:1, a másolt
kép 3-szor nagyobb lesz, mint az eredeti.
Távolságarányok
A
B
O
D
R
C
A pantográf használat közben
Isa
Tudtad?
Volt egy különleges pantográf, melyet
nagyon sokat használt az USA harmadik
elnöke, Thomas Jefferson: a „poligráf”. Az
eszközben két toll volt összekapcsolva, és
a használója a párhuzamosság elvén egy
írásról egy teljesen azonos másolatot
tudott készíteni az eredeti elkészítésével
együtt. Az elnök gyakran használta arra,
hogy számos írásáról és leveléről
másolatot készítsen. Annyira szerette,
hogy „korunk legremekebb
találmányának” nevezte.
Thomas Jefferson (1743–1826)
Pantográf
Egy pantográfnak három fő pontja van, mint az
Engino makettet ábrázoló következő képen láthatod:
- A rögzített A pont, melynek mindig rögzítve kell
lennie;
- Egy rajzmásoló csúcs (kis csap) a B pontban;
- Egy filctoll vagy toll a C pontban a másolatok
rajzolására.
Ha a pantográffal a képet felméretezni szeretnéd,
a bal kezeddel erősen fogd meg az A pontot, a
jobb kezeddel pedig a tollat (C pont). Rajzolás
közben a B ponton levő rajzmásoló csúcsnak
mindig az eredeti kép körvonalát kell követnie. Ha
a tollat a B pontba és a rajzmásoló csúcsot a C
pontba teszed, az eredeti kép leméretezett máso-
latát kapod meg, mert a fő pontok megfordulnak.
A
BC
Egy gyönyörű vázlat
Az utasításokatonline találodÉpítési feladat
Az utasításokatonline találodÉpítési feladat
Már láttuk, hogy többféle rudazat van, melyeket az általuk létrehozott mozgástípus alapján neveztek el, például a
párhuzamos mozgású rudazat. Ahhoz, hogy megérthesd, hogyan működnek a következő rudazatok, először is a fő
mozgásfajtákról kell néhány dolgot megemlítenünk.
A mozgások típusai
Egyéb rudazattípusok
Egyenes mozgás akkor történik,
amikor egy tárgy egyenes vonalú
utat ír le, pl. a papírvágónál.
A forgó mozgás egy rögzített pont
körül (kör alakban) végzett mozgás,
pl. a szélmalomnál.
Az oda-vissza mozgás egyenes
mentén előre- és visszafelé leírt
mozgás, pl. a varrógépnél.
A lengő mozgás köríven (a kör egy
része) előre- és visszafelé leírt
mozgás, pl. a hintánál.
Fordított mozgású rudazat: ezzel a rudazattípussal
megfordítható a mozgás iránya. Egy egyszerű emelő,
melynek a közepén van a forgáspont, megfordítja a
bemeneti mozgást. Fordított mozgású rudazatok
találhatók például az autómotorok alkatrészeiben.
Fordított mozgás
Forgó mozgást végző szélmalomEgyenes mozgást végző papírvágó
Lengő mozgást végző hinta Oda-vissza mozgást végző varrógép
Kerékpár fékjeAutómotor alkatrészei
Könyökemelős rudazat: ezzel a rudazattípussal is
megfordítható, illetve egy sarok körül átvihető a
mozgás iránya. A mechanizmust két könyök alakú
csatlakozás alkotja, melyek közös forgáspont körül
forognak. Erre a kerékpárok fékjében láthatunk példát.
Könyökemelős
rudazat
13 14
Összecsukható létra: az összecsukható létra olyan mechanizmus, mely a fokokat tartó két összekapcsolt dőlt
síkból áll. Ezeket a síkokat egyfajta egyszerű rudazat köti össze, mely lehetővé teszi, hogy a létrát összecsukjuk vagy
kinyissuk. Így biztonságosan kinyitható a létra, ha pedig nem használjuk, kisebb helyet foglal.
FÖsszecsukható létra
Varrógép
Pedálos rudazat: ez a rudazattípus forgó mozgást
lengő mozgássá alakít vagy viszont. Arra használható,
hogy a pedált lábbal hajtva forgó gépet hajtsunk meg
vele.
Könyökcsuklós rudazat: Ez a különleges rudazat
tárgyak rögzítésére használható. Gyorsan működik és
szorosan tart. Ilyen rudazatra példa a könyökemelős
szorító és az ablakrögzítő kampó.
Pedálos rudazat
Az emberi térd anatómiája
Térdünknek van egy különleges funkciója, mely egy könyökcsuklós rudazathoz hasonlóan működik! Az emberi térd
négy csontból, valamint izmokból és szalagokból áll, melyek állás vagy mozgás közben támaszként működnek. Ha
megpróbálsz egy lábon állni, a térdízület rögzíti a lábad helyzetét. Ezt úgy éri el, hogy a térded egy rögzítőfogóhoz
hasonlóan hátratolódik, így a láb többi része nem tud előrefelé elmozdulni. Mivel a térd az emberi test csaknem
teljes súlyát tartja, nagyon érzékeny a sérülésekre. Ezért mindig nagyon vigyázz rá!
patella
(térdkalács)
patella
ínje
tibia
(sípcsont)
femur
(combcsont)
fibula
(szárkapocs-
csont)Könyökcsuklós rudazat
®„Összecsukható létra” Engino makettje
Építs összecsukható létrát
az Engino alkatrészekből.
Játssz egy kicsit a
makettel, hogy megértsd a
működését. Ezután
próbáld meg a két síkot
összekötő rudazatot úgy
átépíteni, hogy a létrát
szélesebbre lehessen
nyitni. Megpróbálhatsz
más típusú rudazatot is
beépíteni.
Az utasításokatonline találodÉpítési feladat
Miután James Watt 1784-ben feltalálta a majdnem
teljesen egyenes mozgást előállító rudazatot,
megkezdődött a verseny a matematikusok és
mérnökök között a pontosan egyenes vonalt leíró
rudazat feltalálására. A megoldást két tudós
egymástól függetlenül találta meg: először
Charles-Nicolas Peaucellier 1864-ban, majd Yom
Tov Lipman Lipkin 1871-ben. Az általuk létreho-
zott rudazatot a két feltaláló után nevezték el
Peaucellier-Lipkin-féle inverzornak. ®A „Peaucellier-Lipkin-féle inverzor” Engino makettje.
AB
D
C
O
Sarrus-féle rudazat
Matematikailag bizonyított tény, hogy a berendezés
pontosan egyenes vonalat ír le. Tulajdonképpen annyira
egyszerű az elmélete és a kialakítása is, hogy figyelemre
méltó, hogy ennyi ideig tartott a feltalálása. Ha a bal oldali
képen megnézed a rudazat egyszerűsített formáját, három
alakzatot láthatsz: két hasonló háromszöget (COB és DOB) és
egy paralelogrammát (BCAD). Ha az OB egyenes elfordul és
kört ír le, alapvetően egy pontosan egyenes vonalra
invertálódik ezen 3 alakzat segítségével. A kör invertálódása
olyan matematikai alapelv, ahol a kör egyenessé alakul; az
egyenes végtelen nagy sugarú körnek tekinthető.
Tudtad?
Létezik háromdimenziós rudazat is, mely
egyenes vonalat ír le! A Sarrus-féle
rudazat, melyet 1853-ban Pierre Frédéric
Sarrus talált fel, a kör alakú mozgást
egyenes mozgássá alakító mechanikus
rudazat. A rudazat merőlegesen
összekapcsolt, párhuzamosan egymás fölé
helyezett négyszögletű lemezeket használ;
ahogy ezek kinyúlnak vagy behúzódnak,
az egész mechanizmus pontosan egy
egyenes mentén halad előre vagy hátra.
Peaucellier-Lipkin-féle inverzor
Pontosan egyenes vonal
A Peaucellier-Lipkin-féle inverzor
Hart-féle bakos rudazat: A Hart-féle bakos rudazat
Harry Hart által 1874-ben feltalált mechanizmus. Forgó
mozgást alakít át egyenes vonalú mozgássá úgy, hogy egy
rövid tagon rögzít egy pontot, egy másik tag egy pontját
pedig körívben mozgatja.
Készíts az Engino alkatrészekből egy Hart-féle bakos rudazatot
és írj le vele egy egyenes vonalat. Az egyenes nem lesz hosszú,
mivel behatárolják a makett alkatrészei. Az összeállítási
útmutatót a 13. oldalon találod.
®„Hart-féle bak” Engino makettje
15 16
Nehézségi szint
A legtöbb játszótéren van mérleghinta. Tudtad, hogy ez a klassz
játék tökéletesen bemutatja, hogyan működik az emelő? Ha
elvégezed a következő kísérletet, megtudhatod, hogyan tud egy
könnyebb gyerek az emelők működési elvét kihasználva felemelni
a mérleghintán egy nehezebb gyereket!
Eljárás:
1. Keresd meg az útmutatót az 1–2. oldalon,
és építsd meg a mérleghinta makettjét!
2. Vegyél le egy kereket a mérleghinta egyik
oldaláról és figyeld meg, mi történik.
3. Az ujjaddal csak az egyik oldalt nyomva
állítsd vissza az egyensúlyt. Ezután mozgasd
az ujjadat lassan befelé, különböző
távolságokra a középponttól. Érzed, hogy
különböző erőre van szükség?
4. A mérleghinta bal oldalán csak egy kereket
hagyva vedd ki a többi kereket a csomagból
és próbáld ki, hány kereket kell tenned a
mérleghinta jobb oldalára ahhoz, hogy
egyensúlyban legyen. A jobb oldalon 4
kipróbálható esetet találsz (1. feladat).
Mindegyik feladatnál egyensúlyozd ki a
mérleghintát úgy, hogy a jelzett helyekre
görgőkkel összekötött kerekeket pakolsz. A
kerekeket a középponttól a következő
távolságokra tedd: 24, 12, 8 és 6 egység.
5. Végezd el a 2., 3. és 4. feladatot.
Szükséges anyagok:®- Engino Egyszerű gépek (ENGST40) vagy emelőkarok
és kapcsolóelemek (ENGST01) vagy Fizikai mestere
(ENGST50).
Mérleghinta
emelőkarok és kapcsolóelemekMiről tanulunk: Hogyan hoz létre az erő nyomatékot?
Hogyan számíthatjuk ki a nyomatékot?
Fedezd fel:
“Give me a place to stand on,
and I will move the Earth.”
1. eset
2. eset
3. eset
4. eset
A kiegyensúlyozáshoz
szükséges kerekek:
A kiegyensúlyozáshoz
szükséges kerekek:
A kiegyensúlyozáshoz
szükséges kerekek:
A kiegyensúlyozáshoz
szükséges kerekek:
2. Végezz el néhány egyszerű számítást: Szorozd meg a kerekek
számát a középponttól mért távolsággal (az egységek száma)
minden esetnél mindkét oldalra. Milyen eredményeket kaptál?
A kiegyensúlyozáshoz szükséges kerekek x 24 egység =
3. Milyen következtetéseket lehet levonni a fenti
megfigyelésekből a bal és jobb oldalra?
A kiegyensúlyozáshoz szükséges kerekek x 12 egység =
A kiegyensúlyozáshoz szükséges kerekek x 8 egység =
A kiegyensúlyozáshoz szükséges kerekek x 6 egység =
1. eset
2. eset
3. eset
4. eset
4. Ezt figyelembe véve: hogyan tarthatja egyensúlyban egy könnyebb gyerek a mérleghintát, amikor egy nehezebb gyerekkel játszik?
1 x 24 = 24
1. Írd le, hogy az egyes esetekben hány kerékre van szükség a
mérleghinta kiegyensúlyozásához.
24 egység
12 egység
8 egység
6 egység
Építési feladat
17 18
Nehézségi szint Nehézségi szint
Eljárás:
1. Keresd meg az útmutatót a 3-4. oldalon, és
építsd meg a tolósúlyos mérleg makettjét!
2. Végezd el az 1. és 2. feladatot.
3. Próbáld meg a mozgatható alkatrésszel
(amelyen a kerék van) kiegyensúlyozni a
makettet, és számold meg, milyen távolságra
van a forgásponttól négyzetekben számolva,
a forgáspont melletti egységtől számítva.
4. Most tegyél néhány apró tárgyat súlyként a
serpenyőbe (a mérleg tányérjára). Ez lehet
kavics, babszem, radír vagy akár a készletben
levő más Engino alkatrészek is. Tegyél 3 vagy
4 ilyen tárgyat a mérlegre, és figyeld meg, mi
történik.
5. Valószínűleg azt fogod látni, hogy az
egyensúly megszűnik, és a mérleg a serpenyő
oldalára billen. A tolósúly beállításával állítsd
vissza az egyensúlyt.
6. Tegyél még tárgyakat a teheralapra, amíg
az egység nincs teljesen megtöltve, és
próbáld meg újra kiegyensúlyozni a kart.
Sikerül? Miért van így? A kísérletek alapján
válaszold meg a 3. kérdést.
7. Végezd el a 4. feladatot!
Szükséges anyagok:®- Engino Egyszerű gépek (ENGST40) vagy emelőkarok
és kapcsolóelemek (ENGST01) vagy Fizikai mestere
(ENGST50).
- Babszemek, kavicsok vagy bármilyen más kis tárgyak.
Fogadni mernék, hogy voltál már az orvosnál általános
ellenőrzésen! Emlékszel, hogy fel kellett állnod egy furcsa
szerkezetre, amelyen mozgatható rudak voltak furcsa számokkal?
Mit gondolsz, mi lehetett ez a szerkezet és hogyan működik?
Rögtön megtudhatod, ha elvégzed a következő kísérletet.
Első osztályú emelő
emelőkarok és kapcsolóelemekMiről tanulunk:
1. Nézd meg az Engino® „tolósúlyos mérleget” és írd be a
dobozokba a következő szavakat: teher, erő, forgáspont.
Szeghúzó kalapács Olló Fogó
Mi az az első osztályú emelő?
Hogy működik a tolósúlyos mérleg?
Fedezd fel:
®„Tolósúlyos mérleg” Engino makettje
2. A fenti emelő három eleme (teher, forgáspont, erő) közül
melyik van a másik kettő között? Milyen osztályú emelő ez?
3. Hogy működik a tolósúlyos mérleg?
4. A következő képeken első osztályú emelőkre láthatsz néhány
példát. Nézd meg a képeket és jelöld nyilakkal, hol van a teher,
az erő és a forgáspont.
Hallottál már a talicskázás nevű játékról? Ez egy olyan játék,
amikor két gyerekből álló csapatok versenyeznek egymással. Az
egyik csapattag a vezető: megfogja a másik csapattag bokáját, ő
pedig fejjel lefelé, a kezén megy! Az a csapat győz, amelyik
először halad át a célvonalon.
Eljárás:
1. Keresd meg az útmutatót az 5–6. oldalon,
és építsd meg a talicska makettjét!
2. Nagyon hasznos szállítóeszközt építettél!
Tologasd egy kicsit a makettel az asztalodon
heverő radírokat, ceruzahegyezőket és
ceruzákat. Be tudod azonosítani, hol van a
talicskádon az erő, a teher és a forgáspont?
Végezd el az 1. és 2. feladatot.
3. Most pedig tedd be a talicskába a
kísérlethez összegyűjtött tárgyakat (köveket,
babszemeket stb.), de ügyelj, hogy ne
essenek ki belőle. Ha gondolod, először
beleteheted őket egy kis nejlonzacskóba.
Ezután told odébb a megterhelt makettet és
figyeld meg, mennyi erőt kell kifejtened.
4. A többi Engino alkatrészt felhasználva akár
át is építheted kissé a makettet, hogy sokkal
több teher férjen fel rá. Van erre valamilyen
jó ötleted? Írd le őket a 3. feladatban; ne
felejtsd, hogy a nyomaték elvén működő
emelőről van szó.
5. Végezd el a 4. feladatot!
Másodosztályú emelő
emelőkarok és kapcsolóelemekMiről tanulunk:
Mi az a másodosztályú emelő?
Hogyan működik a talicska?
Fedezd fel:
1. Nézd meg a lenti képet, melyen egy fiú talicskázik, és írd be a
dobozokba a következő szavakat: teher, erő, forgáspont.
2. Az emelő három eleme (teher, forgáspont, erő) közül melyik
van a másik kettő között?
3. Hogyan lehetne úgy továbbfejleszteni egy talicskát, hogy
kisebb erővel nagyobb terhet hordozhasson? (Írj le három
lehetséges változtatást.)
4. A következőkben másodosztályú emelőkre láthatsz néhány
példát. Nézd meg a képeket és jelöld nyilakkal, hol van a teher,
az erő és a forgáspont az egyes esetekben.
Papírvágó Diótörő
Szükséges anyagok:®- Engino Egyszerű gépek (ENGST40) vagy emelőkarok
és kapcsolóelemek (ENGST01) vagy Fizikai mestere
(ENGST50).
- Babszemek, kavicsok vagy bármilyen más kis tárgyak.
„Talicska” Engino makettje
19 20
Szükséges anyagok:®- Engino Egyszerű gépek (ENGST40) vagy emelő-
karok és kapcsolóelemek (ENGST01) vagy Fizikai
mestere (ENGST50).
Mindenütt vannak sorompók! Jól jönnek a repülőtereken,
üzletházakban, nagy szupermarketekben és sok más helyen,
hogy ellenőrizni lehessen, ki hajthat be vagy ki a parkolóból. De
hogyan működnek? Milyen osztályú emelők és hogyan lehet
átalakítani őket?
Harmadosztályú emelőMi az a harmadosztályú emelő?
Milyen kapcsolat van az erő és a távolság
között?
1. A kísérlet 3. lépésében tett megfigyeléseid alapján töltsd ki a
következő táblázatot! Használd a legkönnyebb, könnyű, közepes,
nehéz szavakat a sorompó felnyitásakor kifejtett erőhatásra (erőre),
és a legrövidebb, rövid, közepes, hosszú szavakat a sorompó által
megtett távolságra (magasságra) az egyes helyzetekben (1–4).
Helyzet Erőhatás Sorompó távolsága
1
2
3
4
2. Mit figyelhetsz meg a fenti táblázatban? Milyen következtetést
vonhatsz le az erő és a távolság közötti kapcsolatról?
„Biztonságosabb” sorompómakett
Ezen a négy helyen változtasd
meg a görgő helyzetét
3. Keresd meg az utolsó maketten a kétféle emelőt, és vázold fel
őket a lenti dobozokba. Írd be, hogy melyik milyen típusú
emelő, és jelezd nyilakkal az egyes elemeket.
4. Hogyan változtathatjuk meg egy emelő osztályát?
Felső emelő Alsó emelő
Ez ................... típusú emelő Ez ................... típusú emelő
Eljárás:
1. Keresd meg az útmutatót a 7–8. oldalon, és
építsd meg a sorompómakettet, de egyelőre
hagyd ki a 6. lépést! Próbáld meg felnyitni a
sorompót. Mekkora erőre volt szükség?
2. Most végezd el az útmutató 6. lépését. Próbáld
meg ismét kinyitni a sorompót, figyelve arra, hogy
most mekkora erőre volt szükség.
Ugyanakkorára, mint előtte? A makettben most
két emelő van! Milyen osztályú emelők ezek?
3. Nézd meg az imént az 1. lépésben hozzáadott
szerelvényt; figyeld meg, hogy a görgő a rúd
közepéhez csatlakozik. Vidd ezt a görgőt az 1., 2.,
3. és 4. helyzetbe (a jobb oldali ábrán látható
módon), és minden alkalommal próbáld meg
felnyitni a sorompót. Érzed, hogy különböző
mértékű erőt kell kifejtened? Melyik helyzetnél
van szükség a legkisebb erőre? Töltsd ki a
táblázatot az 1. feladatban és válaszold meg a 2.
feladatban levő kérdéseket!
4. Most pedig próbáljuk meg még egy kicsit
továbbfejleszteni a sorompót! Ha jobban
megnézed, észre fogod venni, hogy az a rúd,
amelyre az erőt kifejted, az egyik oldalon kinyúlik.
Mozdítsd el tehát a rudat úgy, hogy ugyanolyan
hosszú legyen, mint a fölötte levő. Így a sorompó
biztonságos lesz, de továbbra is fel lehet nyitni.
5. A megoldás nagyon egyszerű! Told el a kilógó
rudat öt négyzettel balra, majd mindkét rudat
kapcsold össze a rudazattal a jobb oldali képen
látható módon.
6. Ezzel az egyszerű átalakítással sikerült
megváltoztatni az egyes rudak emelőosztályát. Az
átalakítás előtt a felső rúd első osztályú emelő, az
alsó rúd pedig másodosztályú emelő volt. Melyik
osztályba tartoznak most az emelők? Végezd el a
3. és 4. feladatot!
1 2 3 4
A görög mitológia egy híres eleme Héraklész és a nemeai oroszlán
története. A hős a fenevad megöléséhez az összes fegyverét
bevetette: íjat, nyílvesszőket és egy dorongot. De hatástalanok
voltak, mert az oroszlán bőre sérthetetlen volt. Mivel nem maradt
más választása, az oroszlánt puszta kézzel ölte meg, és így
megmentette az embereket a szörnyetegtől.
RudazattípusokHogyan lehet egy mozgás abszolút
értékét és irányát megváltoztatni?
Melyek a rudazatok fő típusai és mire
használhatók?
Szükséges anyagok:®- Engino Egyszerű gépek (ENGST40) vagy emelő-
karok és kapcsolóelemek (ENGST01) vagy Fizikai
mestere (ENGST50).
1. Minden esethez húzz egy nyilat, mely a kimeneti mozgás
irányát mutatja.
Kimenet
Bemenet
Kimenet
Bemenet
Bemenet
Kimenet
Bemenet
Kimenet
1. eset:
2. eset:
3. eset:
4. eset:
Engino® „játék mozgó figurákkal” makett
Eljárás:
1. Keresd meg az útmutatót a 9–10. oldalon, és
építsd meg a mozgó alakos játékot a 4. lépésig!
Ez lesz a rudazatunk alapja.
2. Építsd meg a jobb oldalon látható
rudazatokat (egyenként), majd tedd őket a
rudazat alapjára. Mozgasd a rudazatokat
mindkét irányban, és figyeld meg, mi történik.
3. Az 1. esetnél mozgasd a rudazat egyik
oldalát a nyíllal jelzett irányba, vagyis a
bemeneti mozgás irányába, és jelöld meg egy
nyíllal (a dobozban) a rudazat másik oldalán a
kimeneti mozgást.
4. A többi utasítást gondosan követve fejezd be
a mozgó alakos játékmakettet.
5. Rajzold le kartonpapírra Héraklészt, az
oroszlánt és a hátteret, amivel eltakarhatod az
alapot. Képzeld el, hogy az ókori Görögország-
ban vagy és van egy jegyed az első sorba,
ahonnan végignézheted a küzdelmet! Mozgasd
az oldalt levő toldórudat, és nézd meg, hogyan
ütközik össze a két alak. Ha akarod, a
küzdelem eredményét is befolyásolni tudod!
Tudsz olyan párhuzamos rudazatot készíteni,
hogy az oroszlán kitérjen Héraklész elől?
emelőkarok és kapcsolóelemekMiről tanulunk: Fedezd fel: emelőkarok és kapcsolóelemekMiről tanulunk: Fedezd fel:
Nehézségi szint Nehézségi szint
22
Biztosan láttad már magazinokban vagy vázlatfüzetekben
művészek csodálatos képeit és vázlatait. Milyen jó lenne, ha
nagyobb vagy akár kisebb másolatokat készíthetnél valamilyen
képről, amely mégiscsak úgy nézne ki, mint egy szabadkézi rajz,
nem pedig egy fénymásolat!
PantográfMi az a pantográf?
Hogyan készíthetsz nagy másolatot egy
alakzatról?
Hogyan készíthetsz kis másolatot egy alakzatról?
Szükséges anyagok:®- Engino Egyszerű gépek (ENGST40) vagy emelő-
karok és kapcsolóelemek (ENGST01) vagy Fizikai
mestere (ENGST50).
- Ceruza, papírdarabok és cellux.
Eljárás:
1. Keresd meg az útmutatót a 11. oldalon, és építsd
meg a pantográf makettjét. Ha balkezes vagy, a
makett tükörképét építsd meg.
2. Ha kinyitod a pantográfot, két egyenest, az AD és
EC egyenest, valamint egy paralelogrammát, az
ODRB alakzatot figyelhetsz meg (lásd a képet).
Számold meg, milyen hosszú az AD egyenes
(Engino négyzetekben, az A pont négyzetétől
kiindulva az utolsó görgős darabig, vagyis a D
pontig, azt is beleszámolva). Tedd meg ugyanezt az
EC egyenessel is. Ugyanolyan hosszú, mint az AD
egyenes?
3. Egy A4-es papírra rajzolj egy téglalapot (mérete: 5
x 2 cm) és egy háromszöget (az alapja 4 x 3 cm).
Ragaszd a papírt egy asztalra és ragassz mellé egy
A3-as papírt.
4. Fogj egy kis ceruzát és hegyezd ki annyira, hogy
beleférjen a pantográf utolsó lyukába (C pont).
Tedd a rajzmásoló csúcsot (B pont) a téglalap
körvonalára. A bal kezeddel tartsd a rögzített véget
(az A pontot), a jobb kezeddel pedig a ceruzát (a C
pontot).
5. Kezdd el átmásolni a téglalapot az A3-as papírra.
Fontos: rajzolás közben a rajzmásoló csúcs mindig
kövesse az eredeti alakzat körvonalát. Rajzold meg
a háromszöget is. Mérd meg a másolatokat és
töltsd ki a táblázatot.
6. Változtasd meg a paralelogramma alakját a 2.
esethez úgy, hogy az O pont görgős alkatrészét 10
Engino® négyzet távolságra teszed az A ponttól.
Egészítsd ki a paralelogrammát a megfelelő
Engino® alkatrészekkel (lásd a képet), és az előzők
szerint újra rajzold meg az alakzatokat.
7. A 3. esethez hasonló változtatásokat kell
elvégezned, de ezúttal az AO távolság 20 négyzet
1. Megfigyeléseid alapján töltsd ki a következő táblázatot!
Segítségül néhány méretet már beírtunk. Hasonlítsd össze az
eredeti téglalap méretét az egyes tesztek során készített
másolatokkal! Mit figyelhetsz meg? Hogyan viszonyul ez a
távolságarányokhoz?
Eset
Teljes AD
távolság
(téglalapok)
Csatlakozás
AO
távolsága
(téglalapok)
Távolságarány
(teljes/
csatlakozás)
A téglalap
eredeti
mérete
(cm)
A háromszög
eredeti
mérete
(cm)
A másolt
téglalap
mérete (cm)
A másolt
háromszög
mérete (cm)
Hosz-
szúságSzéles-
ség1. alap 2. alap
Hosz-
szúság
Széles-
ség
1
2
3
30
30
15
10
30/15 = 2 5
5
2
2
4
4
3
3
1. alap 2. alap
A
O
B
R
D E
C
A 2. eset makettje
A 3. eset makettje
legyen. A fenti kép szerint építsd meg a
paralelogramma többi részét, majd újra
kövesd le az alakzatokat.
8. Készíts kisebb másolatot egy
tetszőleges képről úgy, hogy felcseréled a
B és C pont funkcióját. Ehhez térj vissza az
1. eset makettjéhez, de ezúttal a ceruzát a
B pontba, a rajzmásoló csúcsot pedig a C
pontba tedd.Pantográf működés közben
O
O
A
A
21
A pantográf pontjai a távolságok
kiszámolásához (az 1. eset makettje)
Kvíz
1. feladat
2. feladat
Írd be a dobozokba a következő szavakat: teher, erő, forgáspont (1 pont)
Milyen osztályú emelő ez? Írj be néhány hétköznapi
példát ugyanilyen osztályba tartozó emelőkre (1 pont)
Kösd össze a képeket a megfelelő mondattal (1 pont)
Első osztályú emelő
Másodosztályú emelő
Harmadosztályú emelő
1
2
3
emelőkarok és kapcsolóelemekMiről tanulunk: Fedezd fel:
Nehézségi szint
23 00 24
3. feladat
4. feladat
5. feladat
Az alábbiakban a mindennapi életben használt eszközöket és szerszámokat látsz. Alaposan nézd meg a képeket, és írd
az ábrák alá, hogy milyen típusú emelőt ábrázolnak: első osztályú (kétkarú), másodosztályú (egykarú) vagy harmadosz-
tályú (egykarú). Ezután írd be az F (erő), G (teher) és P (forgáspont) betűket a megfelelő kis négyzetbe. (3 pont)
Egészítsd ki a mondatokat az alábbi szavak felhasználásával. (2 pont)
Az ..................................... egy olyan merev rúd (vagy bot), ami egy rögzített pont, az úgynevezett ...................................
körül forog, és amely segítségével könnyedén mozgathatók a nehéz tárgyak.
A mozgatni kívánt tárgy súlyát ......................................., míg a tárgy mozgatása érdekében kifejtett erőt
................................................... nevezzük.
Az emelők segítségével kis erőkifejtéssel .............................. súlyú tárgyakat tudunk mozgatni. Azonban ne feledd!
Amit az erőn .........................................., azt ........................................... távolságban.
teher, első osztályú (kétkarú), másodosztályú
(egykarú), nagy, forgáspont, nyerni, emelő erő,
harmadosztályú (egykarú), emelő, elveszíteni.
Alaposan nézd meg az alábbi rajzot, és fejtsd ki, mit jelent Arkhimédész híres mondása az emelőkről: „Adjatok egy
fix pontot, és én kifordítom sarkaiból a világot!” (2 pont)
Karikázd be az alábbi karos mechanizmuson a csuklókat, és nyilakkal jelöld a tagokat. (2. pont)
Kösd össze a képeket a megfelelő kifejezésekkel! (2 pont)
1 Paralelogramma mechanizmus
2 Forgattyús mechanizmus
3 Himbás mechanizmus
4 Kulisszás mechanizmus
5 Kardáncsuklós mechanizmus
6. feladat
7. feladat
25
Egészítsd ki a mondatokat az alábbi szavak felhasználásával. (2 pont)
Ha az alábbi pantográf C pontjába ceruzát erősítünk, a D pontba pedig
leszúrjuk a rögzítő szeget, hányszor nagyobb lesz a kapott rajz, mint az
eredeti? (2 pont)
Távolság: AB=40cm AO=10cm
BC=40cm BR=10cm
Karos mechanizmusnak nevezzük, ha .......................................... sorozatát ................................... kapcsoljuk össze, hogy
zárt vagy nyílt ....................................... (vagy ezek sorozatát) hozzunk létre. Egy karos mechanizmust akkor nevezzük
.........................................., ha kettő vagy több tagból áll, melyek egy ............................... taghoz képest mozognak.
Annak érdekében, hogy egy mechanizmus működjön, erőt kell kifejtenünk, vagy mozgásba kell hoznunk egy
bizonyos pontot, amit ................................. nevezünk, ami a mechanizmus egy másik pontját mozgásba hozza vagy
erőt eredményez, amit ............................................................ nevezünk.
A
B
CD
O
R
Ha a fenti rajzon felcseréljük a ceruzát és a rögzítő szeget (a ceruzát a D pontba erősítjük, a rögzítő szeget pedig a C
pontba), hányszor kisebb lesz a kapott rajz, mint az eredeti? Számításaidat vezesd is le. (2 pont)
8. feladat
9. feladat
10. feladat
csuklók, George, tagok, mozgatható, lánc,
mechanizmus, rögzített, bemenet, kimenet, csigák.
26
A gyakorlatok megoldását megtalálod weblapunkon: enginojatek.hu
©iStock.com / Lagui, GgWink, FrankvandenBergh, Andrew Rich, Bryngelzon, senorcampesino
©123RF.com / Ping Han, Anton Starikov, Kuzma, ccat82, jirkaejc, Alessandro De Leo, 123rfaurinko, pitris,
Anna Chelnokova, Pius Lee, Gino Santa Maria, Serhiy Tsvid, Vincenzo De Bernardo, donatas1205, Piotr
Adamowicz, marcogovel, narongsak, Tibet Saisema, Joerg Hackemann, Anatoly Fedotov, Alexis B�lec,
Audrius Merfeldas, zigf, Viktor Kunz, gavran333, Winan Phanrit
Copyright © ENGINO.NET LTD Minden jog fenntartva.
Jelen oldalak egyes részei kizárólag saját felhasználás céljára használhatók. Bármilyen formában vagy
eszközzel — legyen az elektronikus, mechanikus vagy egyéb — történő sokszorosításuk, megváltoztatásuk,
elektronikus adattárban való tárolásuk, továbbközvetítésük a személyes felhasználástól eltérő célra
szigorúan tilos az ENGINO.NET LTD írásbeli engedélye nélkül.
A képek szerzői jogai:
DISCOVERING
Science Technology Engineering MathematicsTudomány Technológia Mérnöki tudomány Matematika
top related