Модель судна з гумомотор

Що тверді тіла при нагріванні розширюються, твердо знає кожен з вас. Але ще в XIX в. англійський фізик Джоуль звернув увагу на дивну поведінку каучуку. Якщо попередньо розтягнуту гумову стрічку злегка нагріти, вона, всупереч очікуваному, не розтягується, а відразу ж починає стискатися.

Ви можете легко переконатися в цьому, виконавши наступний досвід. Прив`яжіть до одного кінця гумової стрічки гирю, вага якої підберіть так, щоб стрічка розтягнулася приблизно вдвічі. Взявши стрічку за інший кінець, піднесіть її до батареї центрального опалення, а краще до рефлектора. У струмені теплого повітря гумова стрічка почне стискатися. Гиря підніметься на кілька сантиметрів вгору. Але варто відвести стрічку від джерела тепла в сторону, як гиря повертається у вихідне положення. Як бачите, гумова стрічка поводиться, як тепловий двигун.

Скористаємося цим ефектом і побудуємо модель судна з гумовим двигуном. Подивіться на малюнок 1.

Мал. 1 Модель судна з гумомотор

Чи не правда, модель чимось нагадує старе річкове судно з величезними гребними колесами по бортах? На перший погляд гребні колеса по відношенню до розмірів корпусу здаються непропорційно великими.

Відео: Модель літака з гумомотор

Справа в тому, що на них встановлені гумові двигуни, а простіше кажучи, декілька гумових стрічок.

Зверніть увагу: вони розташовані так само, як спиці у велосипедного колеса.
Познайомимося з принципом дії такого незвичайного гумового двигуна. У корпусі моделі 1 встановлено колесо 2, яке обертається на одній осі. Гумові стрічки 3 сходяться до центру і закріплені на диску 5 інший осі. Ці дві осі утворюють колінчастий вал 4. На відміну від двигуна внутрішнього згоряння цей вал не обертається. В результаті зсуву осей виникають додаткові сили, що розтягують стрічки. Сили ці тим більше, чим вище різниця температур між повітрям і водою. Так як спрямовані вони не на вісь обертання колеса, а зміщені щодо неї, виникає крутний момент.
Колесо обертається, гребні лопаті 6 відкидають воду назад, модель пливе вперед.

І на закінчення декілька порад. Розміри двигуна, а, отже, і моделі можна вибирати практично будь-які, тому що навантаження на підшипники буде радіальної, а натягу від гумових стрічок взаємно компенсують один одного.

Вихідна потужність двигуна може бути збільшена не тільки за рахунок діаметра гребного колеса, але також за рахунок числа гумових стрічок або розміщення на одному валу відразу декількох однакових коліс.

Необхідно знати, що потужність двигуна, що використовує воду в якості теплопередающей середовища, залежить від швидкості випаровування вологи з гумових стрічок. При відносній вологості 50 відсотків інтервал охолодження можна зменшити, якщо збільшити швидкість руху повітряного середовища, наприклад, поставити вентилятор для обдування гумових стрічок. Енергію для його приводу зможе давати
сам двигун.

Крутний момент двигуна легко підрахувати, застосовуючи закон Джоуля. Якщо гумову стрічку розтягнути із зусиллям Р = 10Н при температурі Т1 = 300 ° К (27 ° С) і потім нагріти до Т2 = 339 ° К (66 ° С), то приріст сили ( F) буде:

Знайшовши значення приросту сили, і знаючи зміщення осей колінчастого вала, а також кут додатки цієї сили, визначають крутний момент.

Хоча натуральну гуму можна розтягнути в 6 разів, кращі результати показують двигуни з розтягуванням стрічок в 3 рази.

Для того щоб на осі двигуна в початковий зараз не виникало крутний момент, необхідно кожну стрічку попередньо розтягнути з однаковою силою. Так підбираються стрічки з однаковим подовженням.

Відео: Плаваючі моделі кораблів і вітрильників