Необычный способ передвижения
В мире моделизма существует множество способов заставить конструкцию двигаться — традиционные колеса, гребные винты для водных моделей или воздушные пропеллеры. Однако есть и менее распространенные, но от этого не менее интересные решения. Одним из таких является вибрационный движитель. Представленная модель (рис. 1) внешне лишена привычных колес или гусениц, но при этом способна самостоятельно перемещаться по поверхности.
Внутреннее устройство модели
Секрет движения скрывается внутри корпуса. Основой служит наклонная деревянная рама (поз. 3 на рис. 1). На ней закреплены проволочные направляющие (2) и резиновый упор (5), выполняющий роль амортизатора. По этим направляющим перемещается главный рабочий элемент — жестяной барабан (1) диаметром 40–50 мм. На барабане установлены: боек (4), миниатюрный электродвигатель (2 на рис. 2) и специальные кронштейны с втулками (1), которые и обеспечивают скольжение по направляющим.
РИС. 1. ОБЩИЙ ВИД МОДЕЛИ С ВИБРАЦИОННЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ: 1 — барабан; 2 — направляющая; 3 — рама; 4 — боек; 5 — резиновый упор; 6 — полозья из жести или дюралюминия.
РИС. 2. КОНСТРУКЦИЯ ПОДВИЖНОЙ ЧАСТИ ВИБРАЦИОННОГО ДВИЖИТЕЛЯ: 1 — втулка; 2 — электродвигатель; 3 — лопасть; 4 — шарик.
Принцип создания движущей силы
К валу электродвигателя припаяна жестяная лопасть (3). При вращении вала лопасть заставляет двигаться внутри барабана стальной шарик (4). Вращение шарика создает центробежную силу, которая является ключевой для работы всего механизма (рис. 3).
РИС. 3. СИЛЫ, ПРИВОДЯЩИЕ В ДВИЖЕНИЕ МОДЕЛЬ.
Когда центробежная сила (Fц) от шарика направлена вперед (по ходу движения модели), она складывается с силой тяжести (P), действующей на барабан. Силу тяжести можно разделить на две составляющие: одна (P1) действует вдоль направляющих, а другая (P2) — перпендикулярно им, создавая силу трения (F). Составляющая P1 усиливает центробежную силу при движении барабана вперед и ослабляет ее при движении назад.
Когда центробежная сила направлена назад, результирующая сила, толкающая барабан, оказывается меньше. Барабан начинает движение в обратную сторону, но не доходит до конца рамы, так как его энергия тратится на преодоление трения в направляющих.
При движении вперед суммарная сила больше, поэтому барабан разгоняется сильнее, достигает переднего края рамы и ударяется бойком о резиновый упор. Часть кинетической энергии при этом передается корпусу модели, заставляя ее сдвинуться вперед.
Особенности движения модели
Движение модели получается прерывистым, шагообразным. Она обладает определенной силой: если попытаться преградить ей путь рукой, модель сможет оттолкнуть ее. Если же двигать модель против ее хода, можно услышать, как изменяется звук работы двигателя — он становится более напряженным.
Модель способна преодолевать небольшой уклон (примерно 15–20°). При попытке ускорить ее движение вручную чувствуется заметное сопротивление.
Практическое применение принципа
Стоит отметить, что вибрационный движитель, несмотря на свою занимательность, не является экономичным и в полноразмерной технике используется редко. Однако сам физический принцип, основанный на использовании центробежной силы и асимметричного сопротивления, находит применение в различных областях техники, например, в некоторых типах вибрационных механизмов и промышленных установках.
В. ФРИДМАН