有趣的“扁地球”

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“扁地球”是一件有趣的小制作。它既可以演示离心力的作用,在一定程度上又可以说明地球呈椭圆形的原因,因此取名为“扁地球”,如图1所示。这个制作十分简单,它主要由底座支架、电动机、电池组及有弹性的金属环组成。当电动机带动弹性的金属圆环高速旋转时,产生的离心力使弹性金属圆环变扁。再利用一个多谐振荡器来控制它,就能更多地观察金属圆环变化的过程,收到很好的示范效果。

图1
图1 🔍原图 (417×461)

一、元器件及材料的准备(见下表)

图2
图2 🔍原图 (863×545)

上表中三极管VT4为中功率管,要求功率Pcm不低于1W,集电极电流Icm不小于1A。

二、机械部分的制作方法

1.按图2(a)制作基座。在一铁质饮料罐距底部35mm处,用小钢锯边锯边转,锯下铁质饮料罐的底部。然后用什锦锉仔细修整锯口,去掉毛刺,使锯口平整光洁,作为基座。

图3
图3 🔍原图 (589×269)

2.按照图2(b)在距基座底边15mm处钻φ3的孔,再用什锦锉修成3×6的长孔。装入小开关,并钻两个φ2.5的固定孔,用螺丝将开关固定在基座上。

3.在基座上面钻一φ3.2的孔,两个φ2的穿线孔,见图2(c)。

4.用剩余铁质饮料罐按图3制作电动机支架。按图4制作电动机固定套。按图5制作旋转轴支架,为了增加它的强度,可用一定20mm的铁皮折叠成双层,敲平后使用。

图4
图4 🔍原图 (339×303)
图5
图5 🔍原图 (277×277)
图6
图6 🔍原图 (463×194)

5.参考图1在基座上分别把3V电池盒、电动机支架用螺丝螺母固定在基座的下面和上面。

6.用电动机固定套把钢旋转轴支架与电动机一起安装在电动机支架上。

7.用剪子从铝质易拉罐上剪下一个宽20mm的圆环。并在圆环上对称的两点处钻φ2.5和φ3的孔各一个,如图6所示。

图7
图7 🔍原图 (349×339)

8.截取长度为90mm的废自行车车条做旋转轴,用锉将旋转轴两端的毛刺去掉,并锉一倒角,如图7所示。把做好的旋转轴插入铝质圆环中,其中φ3的一端用气门芯与电动机的轴相连,如图8所示。再将旋转轴一头插入旋转轴支架上的孔中,调整旋转轴支架与电动机轴的角度,使电动机轴与旋转轴在同一直线上,拧紧固定螺母。

图8
图8 🔍原图 (357×195)
图9
图9 🔍原图 (304×237)

9.调试时,使铝质圆环一端固定在旋转轴上(通过气门芯),另一孔可在旋转轴上自由滑动。

10.把电动机、电池盒用导线焊接起来。装上电池试一下,铝质易拉罐圆环应能顺利旋转。当易拉罐圆环由于离心力的作用变扁时,不应与旋转轴支架碰撞。

三、电路的制作与调试

图10
图10 🔍原图 (607×249)
图11
图11 🔍原图 (587×393)
图12
图12 🔍原图 (599×211)

图9是扁地球的控制电路原理图。图10是它的电路板安装图,图11是它的实物图。组装时先将5只电阻器焊到电路板上。再把两只电解电容器焊到电路板上,并注意电解电容器的正负极性。最后把4只三极管焊到电路板上(参考图11),注意三极管的管脚排列,功率管的管脚排列与小功率三极管的管脚排列可能是不一样的。元器件焊好后,用多股导线连接电动机、电池夹和小开关,注意电池夹的正负极。由于电动机的转向没有要求,所以它的连接也不必考虑极性问题。只要元器件良好,焊接无误,电路是很容易制作的。如果需要改变控制电路间歇时间的长短,可以改变电容器的容量。最后将电路板装在基座内。由于基座是铁质的,所以要避免电路板的导电部分与基座相碰。晶体管多谐振荡器是一个非常简单的小电路,但是它的应用却很多。如“会眨眼的小动物”就是用它来带动两只发光二极管轮流发光的,这里介绍的有趣的扁地球又是一例,供参考。希望能对同学们有所启发,制作出更多更好的作品。 (周海)