Для дитини, а при добротному складанні можна розвинути ідею до, наприклад, офісного сувеніру.
Основу іграшки становить найпростіша нависна схема (хоча звичайно краще зробити на платі), що складається з транзистора, діода та особливо намотаної котушки, прихована в дні. "Сидіння" гойдалки - магніт, краще вибрати неодимовий, їх зараз повно, хоча цілком зійде і звичайний.
Котушка мотається подвійним дротомперетином кожен приблизно 0.25-0.3 близько 1500 витків, тобто. паралельно беруться 2 мідні дроти і мотаються на котушку. На схемі видно, що кінець першого дроту з'єднується з початком другого. Форму котушки вибрав із логічних міркувань овальної, т.к. магніт, що проходить над нею, краще взаємодіяти по довжині більшої діагоналі еліпса. Сердечник не використав, тож можете поекспериментувати з ним. Мотати краще акуратно, виток до витка, але не обов'язково.
Транзистор прямої провідності можна взяти МП39…42, діод будь-який, батарейка звичайна на 1.5 вольт. Для зручності краще зробити вимикач.
Перепрошую за кустарну збірку, але я робив її в шкільні роки на голому ентузіазмі за схемою зі старого батьківського блокнота зі схемами, так що достеменно невідомо, звідки вона взялася, і хотів просто якнайшвидше побачити, як вона працює.
Запускається просто, вмикаєте пристрій і штовхаєте магніт, через пару секунд ви помітите, як інтенсивно почне коливатись маятник. Система краще працювати, якщо вдасться створити резонанс, тобто. рівність частот роботи схеми та власної частоти маятника, яка обчислюється за формулою. Тут це досягається припасуванням всіх параметрів маятника. Закріпити шатун краще на 2-х підшипниках, а не на 1-му як у мене.
Колиска Ньютона.
Вітаю. Днями вирішив я змайструвати, що будь цікаве і пізнавальне для сина, зупинилася моя увага на маятнику Ньютона або як його ще деякі називають колиска Ньютона (а іноді навіть кулі Ньютона).
Він є механічну систему, яку винайшов англійський актор у 1967 році, звали його Саймон Преббл.
Цей маятник Ви, звичайно ж, бачили в кабінеті фізики, вчитель на його прикладі пояснює дітям, як перетворюється різна енергія на вигляд, один в одного, наприклад потенційна енергію в кінетичну і назад.
Інструменти, якими я користувався:
1) Плоскогубці.
2) Молоток.
3) Борідок.
4) Напильник.
5) Паяльник.
6) Шматочки.
7) Пінцет.
З матеріалів виготовлення маятника мені знадобилися лише:
1) Підшипник.
2) Каніфоль.
3) Припій.
4) Мідний дріт (тонкий).
5) Товстий мідний дріт (чотири квадратні міліметри).
6) Нитки.
7) Клей.
Спочатку хотілося б трохи розповісти про те, як я вилучав кульки з підшипника. Просто мені один друг розповідав, як вони з товаришем їх витягував не зовсім безпечним, можна сказати навіть зовсім не безпечним методомі мало не втратили своїх очей. Він казав, що ставив підшипник на тверду поверхню, ударив молотком по обоймі і кульки розлетілися (дві кульки втратили). Я не став ризикувати так і почав розбирати його.
Спершу я зняв сальники.
Потім уперши борідок на сепаратор (там, де заклепки), легким рухом молотка розклепав і вигнув на інший бік сепаратор у кількох місцях і демонтував його плоскогубцями.
Далі згрупувавши всі кульки, плоскогубцями змістив внутрішнє кільце до зовнішнього кільця.
Такими нехитрими маніпуляціями мені легко вдалося витягнути кульки, не пошкодивши нічого собі і оточуючим. Причому не одна кулька не йшла з поля мого зору.
Далі я напилком почистив місце, куди запаюватиму колечко.
Гарненько полудив це місце каніфоллю.
Знайшов у засіках шматок багатожильного дроту маленького перерізу. Витягнув плоскогубцями одну жилку.
І зробив із нього кільця.
Запаяв кільця на кульку. Намагався тримати якомога рівніше.
Як то кажуть перша кулька грудкою. Перетримав жало паяльника на кульці, і він потемнів (отримав термічний опік: wink:).
Кільця, щоб були хоч трохи схожі один на одного, звіряв із уже готовим. Потім зробив ті ж маніпуляції з іншими кульками.
У результаті в мене вийшло сім не зовсім гарних (заляпаних каніфоллю) чебурашок, причому один із них став негроїдною расою.
Після обробки повстю з пастою гой. (Навіть афроамериканець став блищати). Як я зрозумів на випробуваннях, мені не слід було поміщати кульки на магніті, вони намагнітилися, і довелося їх розмагнічувати. Робив це за допомогою безкаркасної магнітної котушки знятого з неробочого старого телевізора. Інформація для тих, хто захоче, щось розмагнітити ці котушки є лише на телевізорах старого зразка з електронно-променевою трубкою, в чому підходить майже будь-яка безкаркасна котушка. І ще одна деталь, напруга, що подається на котушку має бути змінною.
Далі довге і болісне просування нитки крізь кільця.
Очистивши від ізоляції провід перетином чотири квадратні міліметри почав робити каркас майбутнього маятника.
Спочатку я зробив каркас як на нижньому фото, але він був малоефективним, вийшов занадто низьким (не вистачало розгону) і він приймав частину енергії кульок (вусики кульки, що тримали, розгойдувалися).
І було вирішено зробити міцнішу і трохи вище конструкцію.
Нитки прив'язував, роблячи кілька обертів. Це зроблено, щоб при регулюванні розташування кульок провертанням нитки, вона не прокручувалась назад під вагою прив'язаних до нього кульок. З початку просто прив'язав нитки на один бік каркаса, що вийшов.
Потім (регулюючи при цьому) прив'язував іншу балку.
І під кінець я відрегулював кульки (закручуванням нитки на балку) так, що вони вишикувалися в один ряд якомога точніше, адже від цього теж дуже залежить, як довго він клацатиме. Після точкового налаштування я поверх ниток прив'язаних до балки наніс невелика кількістьклею, тим самим зафіксувавши їх від прокручування та переміщення балкою.
На властивостях електромагніту заснована робота величезної кількості приладів та машин. Більшість маятників у сучасному електричному годиннику також працює під дією електромагніту. Спробуємо розібратися в причинах, які змушують невтомно розгойдуватися електричний маятник, і зробимо самі його невелику модель.
Для цього нам знадобляться: саморобний електромагніт, такий же, який ми виготовили при влаштуванні електричного дзвінка, бляха, одна-дві батарейки або понижувальний трансформатор.
Маятник вирізується з жерсті по викрійці, зображеної малюнку 1. Внутрішній отвір вибивають стамеской по лініях креслення, ударяючи молотком її ручці. Для цього жерсть із нанесеним на ній кресленням кладеться на рівну дошку твердої породи дерева. Потім, зачистивши напилком гострі задирки отвору, вирізаєте всю фігурку маятника звичайними ножицями по зовнішньому контуру. Після цього знову прошліфуйте дрібним напилком усі краї, а нижню смужку – язичок – згорніть у невелику трубочку. У згорнутому вигляді вона буде звичайним обтяженим кінцем маятника. У верхній частині фігурки просвердліть або пробийте сталевим шилом маленький отвір, краї якого треба ретельно зашліфувати дрібною шкіркою наждачной. Цей невеликий отвір служить для того, щоб надіти маятник на. сталеву товсту голку або відрізок в'язальної спиці, забитий у верхню частину вертикальної стійки (рис. 2).
Маятник треба повісити на голку так, щоб його нижня частина, згорнута трубочкою, доводилася якраз над кінцями полюсів магніту, що виступають, майже торкаючись їх, але
при розгойдуванні не зачіпала б виступаючі кінці сердечника.
Щоб уникнути тертя маятника про дерев'яну стійку, надягніть на вісь невеликий відрізок мідної трубочки з добре відшліфованими краями. З боків верхнього виступу маятника треба встановити два мідні гвоздики. Вони утримуватимуть маятник від надто великих розмахів.
Електричний струм підводиться від батарейки або трансформатора (4 - 6 вольт), за схемою, вказаною на малюнку 2. Усі місця з'єднання зволікань повинні бути добре зачищені та припаяні.
На малюнку 2 ви бачите тоненьку, пружну тяганину-переривник П. Переривник забезпечує безперервне розгойдування маятника. Перший розмах маятника треба зробити легким рухом пальця, довівши його бічну частинудо переривача. При цьому електричний ланцюг замкнеться через один з верхніх шпеньків, струм побіжить по обмотці електромагніту, і його сердечник миттєво притягне нижній кінець якоря. Як тільки нижня частина маятника потягнеться донизу, ланцюг розімкнеться і маятник перейде на протилежний бік. Тут інший бік маятника знову зустріне переривник, який змусить магніт притягнути маятник вниз.
Так розгойдуватиметься маятник доти, доки ви не від'єднаєте всю модельку від джерела струму - трансформатора або батарейки.
Дуже цікаву модель електромаятника можна зробити у вигляді гойдалки, а на сидінні їх зміцнити фігурку Буратіно, вирізану з паперу або пробки. Маленька людина - улюблений герой хлопців - злітатиме і опускатиметься вниз загадковим чином.
Інші оригінальні видигодин. Пропоновані в цій інструкції годинники хоч і теж електронні, але використовують для відліку часу коливальний рух маятника. Це так звані годинники з вільним маятником.
Точність таких годинників залежить від конструкції його маятника, від мінімізації впливу температури, від способу підведення енергії, що підтримує коливальний рух маятника та отримання енергії від маятника. У класичних механічних годинниках відповідає за це механізм захоплення і набір зубчастих коліс.
Щоб точність годинника була якнайкраще, маятник повинен коливатися абсолютно вільно, не обтяжений механізмами. А енергія передаватиметься дуже маленькими порціями в момент, коли маятник знаходиться в нижньому положенні і тільки в тому випадку, коли амплітуда коливань маятника зменшується нижче допустимої величини. Передача енергії в занадто великих дозах викликає збільшення амплітуди коливань, що призводить до зниження точності. Амплітуда коливань маятника має перевищувати кількох градусів.
Принципова схема годинника
Основою маятникового годинника виступає конструкція з прикріпленим на кінці підшипником з неодимовим магнітом. На підставі розміщена індукційна котушка. В результаті рух маятника безпосередньо над котушкою, в котушці індукується напруга, яка передається в процесор PIC12F683, що аналізує наведену напругу і в потрібний момент подає на котушку імпульс напруги, що підтримує рух маятника.
- Коли магніт на кінці маятника наближається до котушки - у котушці наведена напруга негативна,
- коли він проходить над серединою котушки - напруга має нульове значення,
- коли відходить – позитивне значення.
Амплітуда імпульсів індукованих в котушці залежить від швидкості переміщення магніту над котушкою, отже, і від амплітуди коливань маятника. Шляхом вимірювання напруги після певного часу проходу через маятник точки рівноваги, можна оцінити яка амплітуда коливань, а отже, слід надати імпульс стимулятору коливань, чи ні. Чим вище буде добротність системи, тим рідше потрібно буде створювати цей імпульс.
Для відображення часу застосований кварцовий механізм годинника, що приводиться в дію батареєю 1,5 В. У ньому знімаємо пластину з кварцовим резонатором і схемою, використовуючи тільки сам механізм. Висновки двигуна-котушки підключаємо до портів мікроконтролера. МК генерує імпульс кожну секунду по черзі то одному, то другому виведенні котушки.
Усього було зроблено кілька різних годин із різною довжиною маятника. Найбільшим був маятник з довжиною 1000 мм, де напівперіод коливань становив рівно 1 секунду. Ще були з напівперіодом коливань 1/3 секунди (110 мм) та 1/4 секунди (60 мм). Таким чином, імпульс для крокового двигуна був сформований відповідно на перше, третє або четверте проходження маятника над точкою рівноваги.
Годинник харчується літій-іонним акумуляторомтипу 18650 їх вистачить на кілька місяців роботи. Для процесора використовується стабілізатор LM385-1.2, що дає напругу 1,2 вольта. Коли процесор виявляє, що напруга акумулятора впала нижче 3,28, це сигналізується кожні дві секунди. Таймер може працювати і з батареєю, що сіла до 2 В, але слід уникати такого глибокого розряду через можливість псування батареї.
Індукційна котушка повинна мати кілька тисяч витків. У цьому годиннику мотали 2000-3000 витків дроту 0,12. Котушки не мають сердечника і намотані на каркасі діаметром 6 мм. Стрижень маятника необхідно виконати з матеріалу з можливо малим коефіцієнтом теплового розширення, що добре підходить вудилище з вуглецевого волокна. Довжину маятника слід підібрати так, щоб отримати потрібний період коливань. Слід враховувати можливість точного налаштування періоду коливань, чому слугує додатковий вантаж розміщений на маятнику - латунна гайка, поворот якої змінює розподіл маси на маятнику.
Увага: поряд з магнітом на кінці маятника не повинні бути феромагнітні матеріали — сталеві цвяхи та гвинти. Також будьте обережні з латунними та мідними елементами. Магніт, що рухається в їхній безпосередній близькості, збуджує в них вихрові струми, які гальмують рух магніту. Тому основу годинника варто робити з дерева, пластику, ламінату, мармуру і т.д.
Електронна схема містить тільки процесор у підставку, стабілітрон через резистор 100 кому та роз'єми для батареї, котушки та крокового двигуна. Зібрано схему на невеликий друкованій платівирізані з універсальної пластини. Файли hex, що містять прошивку процесора - .
В інших будинках вони є - великий старовинний годинник у шафі полірованого червоною деревини, з маятником і двома великими блискучими гирями на ланцюжках. У таких годинниках криється щось загадкове — через них ніби сам час говорить з нами і про минуле, і про сьогодення, і про майбутнє…
Про годинник з маятником мені мріялося дуже давно, однак у спадок від троюрідних бабусь вони мені якось не діставалися, а в комісійках за них просили такі гроші, за які можна було купити цілком пристойний автомобіль типу ВАЗ.
Але одного разу в магазині мені потрапив на очі звичайний настінний електронний годинник — і саме з таким циферблатом, який бачився мені в мріях. Недовго думаючи, я купив їх — вони коштували зовсім не дорого. Купив тому, що в думках миттєво з'явився він — годинник, про який я так довго мріяв і який відрізнявся від електронних лише шафою із заскленими дверцятами і маятником, що мірно гойдався. Але шафа і маятник я намагаюся зробити сам!
Корпус для годинника вийшов зі старої книжкової полиці — я розпилив її вздовж на дві нерівні частини, і менша з них шириною 120 мм стала основою шафи. Ну а з дощечок, що залишилися після цієї операції, я вирізав заготовки для дверцят, склеїв їх епоксидною смолоюі засклив. До речі, для кріплення скла цілком підійшов Ш-подібний пластиковий профіль— такий зазвичай використовують для встановлення «движків» у шафах та книжкових полицяхОднак він непогано замінив штапики при склінні дверцят.
Найбільшу складність викликало воєтворення маятникового механізму. Звичайно, можна було б спроектувати справжній маятник, що задає точність ходу електронним годинникам, проте створювати такий складний прилад не було ніякого резону, і я розробив набагато простіший електромеханічний пристрій, що повністю імітує рухи маятника.
Маятник являє собою стрижень, виготовлений з полірованої дюралюмінієвої трубки діаметром 12×1 мм, що має точку підвіски на лінії, що ділить його у співвідношенні 1:2. Шарнір підвіски - це сталева скоба з вгорнутими в неї двома настановними гвинтами М5 з конічними кінцевими частинами. У стрижні маятника висвердлюються, відповідно, два циліндричні отвори діаметром 2 мм. У нижній частині маятника закріплюються декоративний диск і вантаж – перший зроблений із компакт-диска, а другий – із сталевої смужки. За потреби, зменшуючи або збільшуючи вантаж, можна змінювати частоту коливань маятника.
1-електронний годинник; 2 корпус корпусу; 3-електромагніт; 4-якір маятника; 5-дверцята шафки; 6-перемичка для кріплення комутаторів; 7-петля; 8-контакна пелюстка комутатора; 9-замикач; 10-шарнір маятника; 11-полиця для кріплення електронного годинника і маятника; 12-стрижень маятника; 13 - імітація годинної гирі; 14-імітація диска маятника; 15-задня стінка корпусу; 16-вантаж маятника
1-контактний пелюстка (фольгований текстоліт s2); 2 - сполучний провід; 3 - корпус комутатора (Д16 лист 1,5); 4-шайба (поліетилен); 5 - гвинт центрування поворотної пружини; 6-поворотна пружина; 7-стрижень центрування зворотної пружини
А-маятник починає рух, при цьому замикач стосується контактної пелюстки першого комутатора, включаючи тим самим ланцюг живлення електромагніту; Б-при підході якоря до осі електромагніта контактна пелюстка зісковзує з замикача-і ланцюг живлення електромагніту розривається; В - після зупинки в мертвій точці маятник починає рух у протилежний бік, замикач при цьому стосується контактного пелюстки другого комутатора і включає ланцюг живлення електромагніту.
Цифрами на схемі позначені:
1-електромагніт; 2-якір маятника; 3-замикач; 4-стрижень маятника; 5-вісь гойдання маятника; 6-комутатори
У верхній частині стрижня м'ятника закріплений якір — йому знадобиться смуга з м'якої (отожженной) сталі товщиною 4 мм. Для кріплення його на стрижні в отворі, просвердленому якорі, нарізається різьблення М12х0,5 мм.
"Двигуном" маятника є електромагніт - зробити його можна з вихідного трансформатора або дроселя від старого лампового приймачаабо трансляційного гучномовця. Потрібно лише перебрати його осердя, що складається з основних Ш-подібних і замикаючих прямокутних пластин, при цьому останні слід видалити (для електромагніту вони не знадобляться), а з перших скласти новий осердя у вигляді товстої літери «Ш». Обмотку доведеться перемотати відповідно до величини струму, який може забезпечити джерело — наприклад, зарядний пристрійдля мобільного телефона. Практика показала, що з використанням джерела постійного струмунапругою 5 цілком підійде обмотка з дроту типу ПЕ діаметром 0,3 мм при намотуванні її внавал до заповнення каркаса. До речі, вести намотування найзручніше за допомогою ручного дриля, закріпленої у настільних лещатах. Сам каркас доведеться зафіксувати на різьбовому стрижні за допомогою двох пар шайб і гайок, а стрижень — у патроні дриля.
На жаль, за допомогою тільки одного електромагніту привести в рух маятник не вдасться — знадобляться два комутатори, які включають електромагніт лише в ті моменти, коли якір маятника рухається у його бік.
Кожен із комутаторів складається з контактної пелюстки, зробленої з одностороннього фольгованого текстоліту. Пелюстка шарнірно закріплена в дюралюмінієвому корпусі і утримується у вертикальному положенні за допомогою пари пружин.
Процес комутування електромагніта зображено на схемі. При русі якоря до електромагніту замикач, встановлений на стрижні маятника, торкається провідної сторони контактної пелюстки першого комутатора, включаючи при цьому живлення електромагніту. Останній починає притягувати до себе якір, але при підході до центру електромагніту контактна пелюстка зісковзує з замикача, розриваючи при цьому ланцюг живлення, і маятник продовжує рух за інерцією. Далі на шляху замикача — ізольована сторона контактної пелюстки другого комутатора, тому замикач безперешкодно відхиляє його і продовжить рух до зупинки в мертвій точці, а потім хитнеться в бік електромагніту, і на півдорозі до нього замикач доторкнеться провідної сторони контактної пелюстки електромагніт. Ну а далі процес повторюватиметься до тих пір, поки пристрій підключено до джерела струму.
Ось, власне, і все.
Складання маятникового механізму не становить складності. Головне тут – забезпечити мінімальний зазор між якорем та електромагнітом (близько 0,5 мм) та відрегулювати положення контактних пелюсток комутатора щодо замикача. Щоб привести маятник у рух, досить його просто хитнути.
Годинник буде невідмінним від справжніх старовинних маятникових, якщо за склом дверцята будуть підвішені на ланцюжках дві «гирі» — зробити їх найпростіше з обрізків дюралюмінієвих труб, які слід відполірувати до дзеркального блиску.
До того ж на достовірність сприйняття годинника значною мірою впливатиме "ретельність обробки їх корпусу.
Помітили помилку? Виділіть її та натисніть Ctrl+Enter , щоб повідомити нас.
