Kako narediti rotacijski harmonograf s tremi nihali

Harmonograf je mehanska naprava, ki uporablja nihanjenihalarisati slike. Ta harmonograf je zasnoval Karl Sims, vendar naj bi bil harmonograf na splošno izumil leta 1844 škotski matematik Hugh Blackburn. Obstajajo tudi druge vrste harmonografov, toda ta rotacijski tip s tremi nihali daje široko paleto prijetnih rezultatov in ga je dokaj enostavno zgraditi, ko se odločite za obliko in pridobite ustrezne materiale in orodja. To je odličen projekt za otroke in lahko privede do neskončnih poskusov, ki ustvarjajo nove vrste geometrijskih oblik.

Dva bočna nihala se nihata naprej in nazaj pod pravim kotom drug z drugim, roke pa se povezujejo s peresom. Eno pero premika s strani na stran, drugo pa od spredaj nazaj na papir. Tretje 'rotacijsko' nihalo premika papir z nihanjem na kateri koli osi ali s krožnimi gibi, medtem ko pero risa po njem. Kombinirani gibi vseh treh nihal ustvarijo nastalo risbo.

Koraki

1. eno Zgradite trdno mizo . Ta mizna plošča je 3'x3 'kvadrat debelega vezanega lesa 3/4'. Noge so kvadratne velikosti 1 x 1 x 1 x in dolge približno 37 palcev, s trikotnimi oporniki, izrezanimi iz lesenih kosov velikosti 1 x 3 x 8 x 12 palcev. Noge so rahlo razporejene, da dajo mizi moč in omogočajo, da se vrtljivo nihalo niha, ne da bi zadel nogo.
   • Na noge najprej privijte in / ali prilepite naramnice, nato pa z mizo ali krožno žago z rahlim kotom odrežite njihove vrhove.
   • Dolžine nog prilagodite tako, da dobite višino mize približno 37 '.
   • Če želite mizo namestiti skozi vrata brez snemanja nog, boste morda potrebovali nekoliko krajše noge in nihala.
2. 2. Izvrtajte luknje za nihala. Skozi površino mize izvrtajte 3 luknje s premerom 3 ', da se bodo nihala lahko obesila. Luknja za rotacijsko nihalo mora biti centrirana v vogalu približno 8 'z obeh strani, tik pred opornikom za noge spodaj. Drugi dve luknji naj bosta poravnani v bližini nasprotnih robov, približno 8 'od skupne strani in 3' od druge. Za to boste potrebovali poseben velik krožni sveder. Lahko pa najprej izvrtate manjšo luknjo, nato pa z vbodno žago izrežete širšo odprtino.
3. 3. Na stranice obeh bočnih lukenj nihala namestite dve kovinski ploščici (približno 1 x 'x 4') in v sredino vsake plošče izvrtajte majhno vdolbino.
   • Zarezo v kovinski plošči začnite z majhnim svedrom (na primer 1/8 ') in nato nadaljujte z večjim svedrom (na primer 1/4'). Pazite, da ne vrtate do konca.
   • Razen če imate dobro vrtalno stiskalnico, boste morda lažje postavili vdolbine plošč na mizo, potem ko ustvariteoporiščebloki s štrlečimi vijaki spodaj, ker je kasneje težje natančno namestiti vijake v bloke, da se poravnajo z vdolbinami.
4. 4. Zgradite nihala. Nihala so izdelana iz lesenih moznikov s premerom 3/4 3/4. Bloki iz trdega lesa, hrast 3/4 'x 1½', se uporabljajo kot oporišča, tako da se nihala lahko počivajo in zibajo na mizi z minimalnim trenjem. Za dva stranska nihala uporabite 5 'dolga bloka, za rotacijsko nihalo pa 2¼' dolg blok. Skozi sredino vsakega bloka izvrtajte 3/4 'luknjo in skozi vsak konec privijte 1¼' # 10 vijakov. Konice vijakov bodo naslonjene na vdolbine kovinskih plošč na mizi, da bodo med zibanjem ostale na mestu.
5. 5. Vstavite moznik skozi odprtino 3/4 'v vsakem oporišču. Lepite in / ali jih privijte tako, da so konice vijakov oddaljene 12 'od zgornjega konca moznika in obrnjene navzdol. Nihalo naj visi 36 'pod zgornjo površino mize s približno 1' razdaljo od tal.
6. 6. Zgradite gimbal. Vrtljivo nihalo potrebuje kardanski mehanizem, ki mu omogoča nihanje v katero koli smer. Izdelana je iz velike kovinske podložke z zunanjim in notranjim premerom 2½. Podložka se naslanja na vijačne konice, ki štrlijo pod mizo, nato pa nihalo sloni na podložki. Vstavite pare vdolbin v podložko na vsaki strani, za 90 stopinj med stranicama, da omogočite zibanje na dveh pravokotnih oseh.
   • Tukaj so pogledi na vrtljivo nihajno ogrodje od zgoraj in pod mizo. V pogledu od spodaj opazite hrastove bloke (3/4 'x 1½' x 5 '), ki podpirajo dva vijaka (1¾' # 10), ki štrlijo navzgor in diagonalno.
7. 7. Po potrebi spustite spodnje robove teh blokov, da jih nihalo ne udari, ko se zaniha. Po potrebi podložite tudi vogale oporišča, da med nihanjem ne udari po mizi.
8. 8. Pritrdite uteži. Dviganje uteži 2½ lb iz trgovine s športno opremo deluje dobro, vendar ima običajno 1-palčno notranjo luknjo. Lahko naložite več uteži in jih skupaj potisnete na 3/4 'nihajni moznik z uporabo 5' dolgega 3/4 'kovinskega cevnega nastavka, na spodnji konec pa je privita puša 3/4' do 1 '. 1 'jeklena objemka, pritrjena na moznik, pritrdi uteži, da zdrsnejo, in omogoča enostavno nastavitev višine uteži, da dobimo različne frekvence nihanja.
9. 9. Ustvarite papirno platformo. Odrežite približno 1 'z vrha vrtljivega nihala, zato je nekoliko nižji od ostalih dveh. Nato na vrh tega nihala pritrdite kvadrat 11'x11 'tanke plošče 1/8' z uporabo majhnega hrastovega bloka, prilepljenega nanj za podporo, z 3/4 'luknjo za moznik.
   • Na vrh moznika zavijte nekaj traku, da se tesno prilega, ali pa ga le prilepite.
   • Uporabite dve gumijasti trakovi ali nekaj sponk, da držite papir na ploščadi.
10. 10. Ustvari roke. Na vrh vsakega bočnega nihala s tankim žebljem povežite 30 'dolgo palico balze. Žebelj malo upognite naprej in nazaj v balzo, da se roka lahko gladko vrti in rahlo premika gor in dol. Luknja za nohte se bo med uporabo počasi zrahljala.
11. enajst Obe roki pritrdite z dvojno gumico, kot je prikazano. Če nameravate svoj harmonograf uporabljati redno, na primer v muzeju, bo morda potrebna močnejša rešitev za to orožje, ki se ne bo obrabila tako hitro.
12. 12. Oblikujte držalo za pisala. Če želite narediti preprosto držalo za pisalo, na koncu ene roke izvrtajte 1/2 'luknjo in izrežite približno 4' navzdol po sredini roke, da naredite napravo, podobno oblačilom. Druga možnost je, da na konec ene roke prilepite pravi žebljiček za oblačila. Prikazane so slike obeh različic.
13. 13. Naredite dvigalko za peresnik. Priročno je, da lahko pero nežno dvigujete in spuščate, ne da bi pri tem motili gibanje nihal. Če želite to narediti, vstavite 30-palčni drog v luknjo blizu središča mize, ravno toliko stran od papirnate ploščadi, da je ne bo zadel (približno 12 'od vrtljive luknje nihala).
14. 14. Pod globino luknje in boljšo oporo pritrdite hrastov blok pod mizo.
15. petnajst Privežite vrvico na roke balze, kjer so med seboj povezane, jo speljite skozi vijačno ušesce na vrhu stebra in nazaj navzdol do majhne zaponke ali utora, kjer lahko pero drži na mestu nad papirjem, dokler ne pridete do konca. pripravljen, da ga spustite. Oglas

Vprašanja in odgovori v skupnosti

Iskanje Dodaj novo vprašanje

• Vprašanje Kaj je dolžina in širina mize? LeahlovesGod Najboljši odgovor Dolžina je najdaljša meritev tabele. Širina je širina, krajši dve strani mize.

Zastavite vprašanje Še 200 znakov Vključite svoj e-poštni naslov, da boste prejeli sporočilo, ko boste odgovorili na to vprašanje. Pošlji
Oglas

Video . Z uporabo te storitve lahko nekatere podatke delimo z YouTubom.

Rezultati

• Za poenostavitev lahko rotacijsko nihalo zaklenete tako, da odtegnete to utež, tako da se naslanja na tla in prepreči, da bi papirna platforma sploh nihala. Za začetek pritrdite druge uteži na najnižji položaj, saj počasnejša hitrost pisala daje bolj gladke črte. Če se druga dva nihala nihata soglasno z enako frekvenco, boste dobili preproste vzorce krogov, elips ali linij. Če se njihove frekvence nekoliko razlikujejo, se bo vzorec počasi spreminjal iz krogov v črte in nazaj, ko bo propadel, kar bo dalo oko podobne oblike. Ko so frekvence zelo različne, lahko dobite rezultate kaotičnega videza. Če pa najdete položaj, ki je blizu 'harmoničnega' razmerja frekvenc, kot je 3: 2 ali 4: 3, lahko dobite prijetne Lissajousove figure, osmice ali ribe podobne oblike.
• Učinek 3. vrtljivega nihala poveča raznolikost možnih rezultatov. Nekateri najboljši modeli se pojavijo, ko se vsa tri nihala zanihajo na podobnih, a nekoliko drugačnih frekvencah, pri čemer se vrtljivo nihalo niha v krožnem gibanju. Upoštevajte, da masa papirnate ploščadi na vrhu rotacijskega nihala povzroči nihanje z nekoliko počasnejšo frekvenco, ko so vse uteži v najnižjem položaju, zato bi jo nekoliko dvignili, če želite, da se ujema s frekvenco druge dva.
• Različne zasnove v obliki zvezd lahko izdelamo tako, da dvignemo uteži na obeh bočnih nihalih ali samo na vrtljivem nihalu, da dobimo harmonična frekvenčna razmerja. Razmerje 3: 2 pogosto povzroči petkrake zvezde, razmerje 4: 3 pa ponavadi daje 7-krake zvezde.

Nasveti

• Namesto papirja in pisala poskusite pladenj z drobnim peskom ali prahom ter žebelj ali ostro palico. Vzorci niso trajni, vendar omogočajo neprekinjeno eksperimentiranje, medtem ko imate občutek za napravo.
• Prilagodite višino teže nihala, da spremenite njegovo frekvenco nihanja. Frekvenca nihala se spreminja glede na obratno od kvadratnega korena njegove dolžine, zato bi morala biti dolžina med dvema točkama in središčem mase 1/4 prvotne dolžine (kar lahko s tem harmonografom ne biti praktičen). Za povečanje frekvence 3: 2 ali 4: 3 bi se uteži dvignile za približno 19 'oziroma 15', čeprav bi verjetno morali opraviti nekaj časovnih testov, da bi te višine poskusno našli in označili.
• Eksperimentirajte s pisali in markerji različnih vrst in barv. Na splošno se zdi, da najbolje delujejo široka pisala ali tanki markerji. Tu je nekaj, ki so se dobro odrezali:
  
  
  • Uniball GEL Impact v srebrni barvi, uporabite na črnem ali temnem papirju.
  • Pigma Graphic 1 (1,0 mm) v črni barvi, uporabite na belem ali svetlem papirju.
  • Sakura Identi Pen v črni, vijolični barvi itd. Uporabite na belem ali svetlem papirju.
• Nihalu dodajte več teže, da preprečite trenje in omogočite daljše nihanje. Ugotovil sem, da 5 lb (2 x 2½) na rotacijskem nihalu in 7½ lb (3 x 2½) na preostalih dveh deluje dokaj dobro. Upoštevajte, da dodajanje večje teže na splošno ne spremeni frekvence nihala.
• Vsakokrat, ko z nihali zavrtite novo risbo, se relativne faze in amplitude vsakega nihala spreminjajo. Poskusite nekje, ko vrtljivo nihalo in stranska nihala na začetku delajo kroge v isti smeri ali v nasprotni smeri. Poskusite nekje, da se bočna nihala sprva nihajo v fazi, da naredijo diagonalno črto.

Oglas Pošljite namig Vsi prispevki namigov so pred objavo natančno pregledani. Hvala, ker ste namig poslali v pregled!

Stvari, ki jih boste potrebovali

• Les:
  • 1 3/4 'x 3'x3' vezane plošče za mizo
  • 4 1½ 'x 1½' x 40 'za noge (približno 14' skupaj)
  • 4 1½ 'x 8' x 12 'za opornike za noge (približno 4' skupaj)
  • 4 3/4 'x 4' mozniki za dvigalo nihala in peresa
  • 1 3/4 'x 1½' x 30 'hrast za rezanje za opore nihala in drugo
  • 1 11 'x 11' x 1/8 'deska za ploščad za papir
• Trgovina s strojno opremo:
  • 3 3/4 'x 5' dolge kovinske cevne nastavke (vodovodni odsek)
  • 3 3/4 'do 1' kovinske cevne puše
  • 3 1 'jeklene objemke
  • 4 kovinske plošče 1 ¼ 'x 4' (ali 2 plošči 1¼ 'x 8', prerezane na polovico)
  • 1 velika kovinska podložka z 2½ 'zunanjim premerom, 1' notranjim premerom za kardansko palico
  • 1 vijačno ušesce za dvigalo peresa
  • Različni svedri: 3 'krožni, 3/4', 1/8 'itd.
  • Različni # 10 vijaki (1 ', 1¼', 1½ ', 1¾', 2 ', 3')
  • Nekaj ​​tankih nohtov
  • Orodja: vrtalnik, žaga, kladivo, trak, pila, brusni papir itd.
• Trgovina športne opreme:
  • Uteži 2½ lb z 1 'luknjo, od tega 8 do 12
• Trgovina z umetniškim materialom:
  • 2 1/2 'x 1/4' x 30 'balza (in morda rezervna ali dve)
  • Različna pisala, kot so: Silver Uni-Ball GEL Impact, Pigma Graphic 1 (1,0 mm) in Sakura Identi Pen.
  • Nekaj ​​vrvic in gumijastih trakov
  • Papir, 8 'x 11' (ali 9 'x 12') nekaj črnega, nekaj belega