Разработка наглядного пособия по физике на основе конструкции Тенсегрити

Актуальность

Проект обеспечивает мотивацию школьников к более пристальному изучению темы равновесия и физики в целом

Цель

Разработать наглядное пособие с управляемым положением центра тяжести.

Задачи

1. Разработка:
   1. действующего макета блока регулятора;
   2. регулятора длины нити с защёлкой;
   3. фиксатора вращения;
   4. корпуса для установки регулятора и фиксатора.
2. Распечатка деталей на 3D-принтере и проверка их совместимости опытным путём (установка зазоров).
3. Сборка.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• 3D-принтер Prusa 3 Hephetos
• Ноутбук HP с установленным ПО (Autodesk Fusion 360)

Описание

На первом этапе выполнялся сбор информации о конструкциях тенсегрити. При этом использовались различные сайты с описаниями и иллюстрациями.

В программе Fusion 360 было начато проектирование деталей, совместимых друг с другом. Первичные размеры выбирались на глаз и могли быть только черновыми. Окончательное уточнение размеров выполнялось при сборке с учётом общих габаритов, внешнего вида, сопряжения смежных деталей и необходимой подвижности отдельных узлов и деталей.

После моделирования деталей выполнялась их сборка в общую конструкцию. Обращалось внимание на совместимость деталей и их размеры. При первой сборке некоторые чертежи оказались неточными, поэтому они подверглись изменениям. Обновлённые версии деталей распечатывались на 3D-принтере.  При их сборке выявилась проблема с толщиной корпуса, поэтому чертежи снова были изменены. Для нахождения нужных параметров конструкции потребовалось несколько циклов печати и редактирования размеров. После завершения сборки итогового варианта деталей наглядное пособие отлично выполняло свои функции и демонстрировало чёткую работу регуляторов и изменение центра тяжести стола.

Всего в конструкции из основания и верхнего стола имеется 3 регулятора.

1. Нижний – общий. Позволяет регулировать высоту центра тяжести путём одновременного накручивания (скручивания) сразу трёх нитей.
2. Средний. Позволяет регулировать (выравнивать) длину центральной нити.
3. Верхний. Позволяет регулировать (выравнивать) длину боковой нити.

При подъёме центра тяжести нить уменьшает свою длину, т. е. накручивается на вал регулятора, а 2 других – наоборот, увеличивают свою длину, т. е. скручиваются с вала регулятора. И наоборот, при опускании центра тяжести нить увеличивает свою длину, т. е. скручивается с вала регулятора, а нити уменьшают свою длину, т. е. накручиваются на вал регулятора.

При изменении длины нитей меняется высота стола, а значит, и его центр тяжести. Более подробно о центрах масс можно узнать в источниках.

На последнем этапе предстояло оформить необходимые описания и зафиксировать их в отчётных документах. Наглядное пособие, соответствующее цели и задачам, поставленным в работе, собрано и проверено в действии.

Результаты работы/выводы

Результатом работы является наглядное пособие на основе конструкции тенсегрити, предназначенное для уроков физики по теме «Равновесие». Наиболее сложной частью работы стала задача по созданию макета регулятора, который был изготовлен специально для проекта. Нужно было создать регулятор, позволяющий плавно менять длину нитей и, соответственно, высоту стола, фиксировать его в любом промежуточном положении.

Перспективы использования результатов работы

Внедрить данное наглядное пособие в каждую школу.

Мнение автора

«Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» помогает ребятам раскрыть и показать свои способности и знания в разных сферах»