Kaikki onnistuvat tunnilla! Vinkit klippimoottorin tekoon muovituksesta kennolevystä

Tiedekouluttaja Ken Kuwako. Joka päivä on uusi koe!

Takaisin ”Otobutsu” -erikoissivulle

Oletko koskaan kuullut ”klipsimoottorista”? Se on superyksinkertainen moottori, joka rakennetaan paristosta, emalilangasta ja paperiliittimistä. Olet ehkä törmännyt siihen aiemmin fysiikan tunnilla tai jossain vapaa-ajan projektissa. Onhan se kuin ”tieteen taikaa”, kun sähkövirta saa kelan pyörimään. Mutta tässä onkin pieni ansa: Vaikka klipsimoottori näyttää helpolta, sen toimimaan saaminen on yllättävän vaikeaa.

Jos olet yrittänyt rakentaa sitä perinteisellä tavalla, olet ehkä kokenut sen turhauttavan hetken, kun ”olet yrittänyt kaikin voimin, mutta moottori ei liiku mihinkään…”. Ongelma on yleensä kelan käämimisessä, sillä siihen tarvitaan tiettyjä niksejä, joista moni on hämmentynyt. Miksi näin tapahtuu? Syynä on se, ettei moottori pyöri, jos kela ei ole täydellisen pyöreä tai akselit eivät ole suorassa linjassa, jolloin se ei voi olla vuorovaikutuksessa magneetin kanssa. Ehkä joku on luovuttanut ja ajatellut, ettei tämä ole heidän juttunsa.

Mutta älä luovuta vielä! Tällä kertaa esittelen supernerokkaan tavan, jolla voit kertaheitolla ratkaista kaikki nämä yleiset klipsimoottorin rakentamiseen liittyvät ongelmat. Uskomatonta, mutta totta: käyttämällä ”muovista aaltopahvia” tukena kuka tahansa voi saada klipsimoottorin toimimaan, ja vieläpä varmasti! Sain tämän huikean vinkin opettaja Eiji Komorilta. Oletko valmis kokemaan tieteen ihmeitä omin käsin?

Ymmärrä klipsimoottorin toimintaperiaate!

Klipsimoottori soveltaa sähkömagnetismin periaatteita muuntaessaan sähköenergian liike-energiaksi.

1. Sähkövirta ja magneettikentän synty: Kun paristosta tuleva sähkövirta kulkee emalilangasta tehdyn kelan läpi, kelan ympärille syntyy magneettikenttä.
2. Vuorovaikutus magneetin kanssa: Kelan magneettikenttä ja lähellä olevan magneetin magneettikenttä vaikuttavat toisiinsa. Tämä vuorovaikutus synnyttää voiman, joka saa kelan pyörimään.
3. Flemingin vasemman käden sääntö: Sähkövirran, magneettikentän ja voiman suunnat noudattavat tiettyä säännönmukaisuutta, joka tunnetaan ”Flemingin vasemman käden sääntönä”. Sähkövirran ja magneettikentän vuorovaikutuksen synnyttämä voima saa kelan liikkeelle, mikä synnyttää pyörivän liikkeen.

Avain onnistumiseen on kelan käämiminen! Miksi perinteinen tapa on vaikea?

Tähän asti klipsimoottorin kela on yleensä tehty käämimällä emalilanka suoraan pariston ympärille. Tällä menetelmällä yli puolet yrityksistä epäonnistuu. Jopa aikuisten on usein vaikea onnistua. Tärkeimmät syyt ovat nämä:

• Akselit eivät ole suorassa: Jos kelan molemmista päistä ulottuvat akselit eivät ole suorassa, kela ei pyöri tasaisesti. Pieni mutka voi saada tasapainon järkkymään, jolloin moottori ei toimi.
• Tasaisen pyöreän kelan tekeminen on hankalaa: Tasaisen magneettikentän luomiseksi kelan on oltava täydellisen pyöreä. Tasaisen muodon tekeminen käsin on yllättävän hankalaa.

”Muovinen aaltopahvi” on pelastus!

Tässä kohtaa mukaan tulee ”muovinen aaltopahvi”! Käyttämällä muovista aaltopahvia apuvälineenä, voimme ratkaista nämä ongelmat kerralla.

Muovisen aaltopahvin käyttämisellä on monia etuja:

• Kelan muoto on helppo saada tasaiseksi!: Ohjaimen ansiosta kuka tahansa voi helposti tehdä täydellisen pyöreän kelan.
• Lyhyempi lanka on taloudellisempaa!: Lankaa ei mene hukkaan, joten säästät materiaalikustannuksissa.
• Akselin säätäminen on helpompaa!: Muovisen aaltopahvin paksuus auttaa pitämään akselit suorassa linjassa.

Käytimme noin 45 cm:n pituista ja 0.5 mm:n paksuista emalilankaa. Tällä paksuudella saat aikaan tukevan moottorin.

Nyt rakentamaan!

Emalilankaa käytetään noin 45 cm, ja sen paksuus on halkaisijaltaan 0.5 mm. Tämä paksuus tekee moottorista tukevan. Tarvitset noin 45 cm pitkän emalilangan, jonka halkaisija on 0.5 mm. Tämä paksuus tekee moottorista tukevan.

Aloitetaan käämimisestä. Leikkaa muovinen aaltopahvi tällä tavalla.

Katso tarkemmat ohjeet videolta.

Leikkaa pala, joka on 2.5 cm pitkä ja jossa on kolme reikää poikittain. Pujota lanka keskimmäisen reiän läpi ja jätä noin 5 cm päähän.

Seuraa kuvan ohjeita pujottaessasi lankaa. Lopuksi kiristä hieman muodon viimeistelemiseksi ja katkaise ylimääräinen lanka.

Nyt kuori lanka. Toisesta päästä kuori koko emali pois hiomapaperilla. Toisesta päästä kuori vain ylempi puoli. Varmista, että kuorit hyvin aivan juuresta.

Kuvassa harmaa osa on kuorittu osa. Taita paperiliitin seuraavasti.

Tee niistä tämän muotoisia ja kiinnitä ne paristoon.

Kun magneetti on kiinnitetty paristoon, moottori on valmis. Aseta kela telineeseen, kuten kuvassa.

Kun annat sille pienen alkusysäyksen, se alkaa pyöriä.

Mitä pidit tästä? Kokeile tätä ihmeellistä projektia kotona!

Mitä tapahtuu, jos kuorit emalin kokonaan?

① Kelan kallistus ja magneettikentän suunta ovat samat (0°), jolloin klipsimoottorissa kulkeva sähkövirta ja magneetin magneettikenttä ovat vuorovaikutuksessa ja synnyttävät voiman. Kela pyörii vastapäivään.

※ Tässä kuvassa on vain yksi kierros, jotta periaate on helpompi ymmärtää. Oikeassa moottorissa on useampi kierros.

② Kun kela on kääntynyt 90° kulmaan, voima vaikuttaa molempiin päihin ja pyrkii työntämään kelaa auki, eikä synnytä pyörimisvoimaa.

③ Kun kela on kääntynyt 180° kulmaan ja siinä ei ole kommutaattoria, sähkövirran suunnan vuoksi voima muuttuu myötäpäiväiseksi, jolloin moottori ei enää pyöri.

Mitä tapahtuu, kun teemme kommutaattorin?

Siksi emalilangan etummaisesta osasta kuoritaan pois vain yläpuolinen metallikerros (keltainen osa seuraavassa kuvassa).

①’ Kun kela on 0° kulmassa, sähkövirta kulkee alaosan läpi, joka on kosketuksessa paperiliittimeen.

②’ Kun kela kääntyy 90° kulmaan, sähkövirta jatkaa kulkuaan, koska alapuoli on edelleen kosketuksessa paperiliittimeen.

③’ Kun kela kääntyy 180° kulmaan, kuorimaton osa on alhaalla, jolloin sähkövirta katkeaa. Tämän ansiosta kela jatkaa vastapäivään pyörimistä ja palaa tilanteeseen ①’.

Siinä kaikki! Mitä pidit tästä? Klipsimoottori on yksinkertainen moottori, joka hyödyntää sähkövirtaa ja magneetin voimaa, mutta sen toimimaan saamisessa on olennaista kelan käämimisessä. Muovisen aaltopahvin avulla saat kelasta oikean muotoisen, mikä lisää onnistumisen todennäköisyyttä. Hyödynnä siis tieteen saloja ja nauti rakentamisesta!

Mielestäni on hyvä antaa oppilaille vain kelan muoto paperilla, ja pyytää heitä piirtämään virtajohdot ja virran suunta. Tässä on materiaalia. Ole hyvä ja käytä niitä, jos haluat.

　

Takaisin ”Otobutsu” -erikoissivulle

Kyselyt ja pyynnöt

Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta helpommin lähestyttävää! Olen koonnut selkeitä vinkkejä hauskoihin tieteellisiin kokeisiin, joita voit tehdä kotona. Etsikää ja tutkikaa!
・Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, löydät täältä
・Erilaiset pyynnöt (kirjoitukset, luennot, kokeelliset työpajat, TV-konsultointi, esiintymiset jne.) voi lähettää täältä
・Päivitystietoja on saatavilla X-tilillä!

Tiedeaiheiden kanavalla julkaistaan kokeellisia videoita!