Mekaniska system: Skillnad mellan sidversioner
Hoppa till navigering
Hoppa till sök
Hakan (diskussion | bidrag) (→Teori) |
Hakan (diskussion | bidrag) |
||
| (86 mellanliggande sidversioner av samma användare visas inte) | |||
| Rad 1: | Rad 1: | ||
__NOTOC__ | |||
= Teori = | |||
=== Enkla maskiner === | === Enkla maskiner === | ||
[[Fil:Table of Mechanicks, Cyclopaedia, Volume 2.png|thumb| | [[Fil:Table of Mechanicks, Cyclopaedia, Volume 2.png|thumb|300px|Enkla maskiner från Chambers Cyclopedia, 1728.]] | ||
En enkel maskin är inom fysik en inrättning som bara behöver en enkel kraft för att utföra mekaniskt arbete. Den enkla maskinen arbetar enligt principen, att vad som sparas i kraft förloras i väg. | En enkel maskin är inom fysik en inrättning som bara behöver en enkel kraft för att utföra mekaniskt arbete. Den enkla maskinen arbetar enligt principen, att vad som sparas i kraft förloras i väg. | ||
Som enkla maskiner räknas vanligtvis fem anordningar: | Som enkla maskiner räknas vanligtvis fem anordningar: | ||
| Rad 17: | Rad 19: | ||
För att till exempel driva ett föremål uppför ett lutande plan till en viss höjd krävs mindre kraft jämfört med att lyfta föremålet rakt upp till samma nivå. Dock måste föremålet flyttas en längre väg (mekanikens gyllene regel). Den förste att ingående studera de enkla maskinerna var Arkimedes. Antikens större byggnadsverk, till exempel Egyptens pyramider, uppfördes alla enbart med hjälp av enkla maskiner. | För att till exempel driva ett föremål uppför ett lutande plan till en viss höjd krävs mindre kraft jämfört med att lyfta föremålet rakt upp till samma nivå. Dock måste föremålet flyttas en längre väg (mekanikens gyllene regel). Den förste att ingående studera de enkla maskinerna var Arkimedes. Antikens större byggnadsverk, till exempel Egyptens pyramider, uppfördes alla enbart med hjälp av enkla maskiner. | ||
{{svwp|Enkel maskin}} | {{svwp|Enkel maskin}} | ||
{{clear}} | |||
=== Romarnas sågar använde vevstakar === | |||
[[File:Römische Sägemühle.svg|Römische Sägemühle]] | |||
<br> | |||
Romersk såg. Den äldsta kända maskin som kombinerar en vevaxel med en vevstake. Läs om tidig användning av {{svwp| vevstakar}}. | |||
=== Polhems mekaniska alfabet === | |||
[https://sv.wikipedia.org/wiki/Christopher_Polhem Christopher Polhem] levde och verkade år 1661- 1751. Hans betydelse för Sveriges industriella utveckling och ingenjörkonstens framväxt kan inte nog överskattas. | |||
# Läs vad {{svwp|Polhems mekaniska alfabet}} | |||
# Här finns en kortfattad beskrivning av Polhems alfabet och en trevlig animering av en hiss driven av ett vattenhjul. [https://liu.se/cetis/polhem/polhems-teknik/det-mekaniska-alfabetet.shtml Tekniken i skolan]. | |||
# Tekniska museet skriver om [https://www.tekniskamuseet.se/lar-dig-mer/svenska-uppfinnare-och-innovatorer/christopher-polhem-mekaniskt-alfabet/polhems-mekaniska-alfabet/ Polhems mekaniska alfabet]. Beskrivningen berättar vad som hänt med Polhems modeller genom åren och hur faktiskt KTH bildades i dess efterföljd. Polhem dokumenterade även maskiner till fabriker och hantverk, gruvdrift och spisar och kakelugnar. | |||
# Det finns [http://digitalamodeller.se/2016/09/videoanimeringar-av-polhems-mekaniska-alfabet/ videoanimeringar] av tre av Polhems delar i alfabetet. De | |||
# Titta på en mängd [https://sketchfab.com/Tekniskamuseet CAD-modeller från Tekniska museet]. | |||
=== Mekanismer === | === Mekanismer === | ||
[[Fil:hävstång.jpg|miniatyr|300px|Om man tar ett spett som är 1 meter långt och sätter spetsen under en sten och sedan sätter en sten 1 decimeter från spetsen så har man fått en utväxling på 1:9, vilket innebär att spettets spets, om man trycker nedåt med 500 [[Newton (enhet)|N]] på spettets andra ände, utsätter stenen för en kraft av 4 500 N vilket kanske kan få den att lyfta.]] | |||
Mekanism, eller anordning är en sammansättning av stela kroppar - maskinelement - med förmågan att överföra kraft och rörelse enligt mekanikens lagar. Hjulet, hävstången, skruvar, kuggväxlar, kamrörelser och ledrörelser/länkmekanismer är alla exempel på mekanismer. | Mekanism, eller anordning är en sammansättning av stela kroppar - maskinelement - med förmågan att överföra kraft och rörelse enligt mekanikens lagar. Hjulet, hävstången, skruvar, kuggväxlar, kamrörelser och ledrörelser/länkmekanismer är alla exempel på mekanismer. | ||
| Rad 29: | Rad 50: | ||
{{svwp|Mekanism}} | {{svwp|Mekanism}} | ||
== Polhems mekaniska alfabet == | Bra film: [https://www.youtube.com/watch?v=-42Z-_Kq0QU Mechanical principles part 01] | ||
{{clear}} | |||
=== Ångmaskinens mekaniska system === | |||
[[Fil:SteamEngine_Boulton&Watt_1784.png|miniatyr|300px|Tidig 'roterande' dubbelverkande ventilångmaskin med Watts parallellrörelse (1784). Centrifugalregulatorn är kopplad till trotteln T varefter ångan når övre inströmningsventilen V. Samtidigt står nedre utströmningsventilen E öppen. När maskinen når sitt nedre läge påverkar anslaget R hävarmen m så att ventilerna, korsvis kopplade på motstående sidor om balanspunkten hos hävarmen m, kastas om. Luftpumpen, inbyggd i och omsluten av kylvattenbassängen får sin drivning, via Watts linjärrörelse -b-d-c. Samma rörelse förstoras via pantografen -b-d-g till kolvstången. ]] | |||
Ett tekniskt system som banade väg för industrialiseringen är James Watts ångmaskin med Wattmekanismen - James Watts "parallellrörelse". | |||
James Watt var den första att förse en ångmaskin med en linjärrörelse vilket medgav byggandet av dubbelverkande maskiner och var en förutsättning för "roterande" (vevrörelseförsedda) ångmaskiner där roterande rörelse kunde uttas. I och med denna åtgärd kunde industrialismen ta fart på allvar. | |||
Det är mot bakgrund av alla dessa förbättringar inte förvånande att James Watt tillskrivs äran av att ha uppfunnit den moderna ångmaskinen även om Newcomen, den som först byggde praktiskt fungerande kolvångmaskiner, är den egentliga uppfinnaren. | |||
Läsmer på {{svwp|Ångmaskin}} | |||
{{clear}} | |||
=== Bilens mekaniska system === | |||
Många av äldre bilars mekaniska system är idag ersatta av elektriska och elektromekaniska system. Bilens [https://sv.wikipedia.org/wiki/Kamaxel kamaxel] styrde förr ventilerna i motorn. Kopplingen till Polhems mekaniska alfabet är tydlig. | |||
Överföringen av motorkraften till hjulen via en [https://sv.wikipedia.org/wiki/Kardanknut kardanknut] bygger också på Polhems uppfinning. | |||
<gallery caption="Jämför Polhems alfabetsmodell med animeringen av kamaxeln"> | |||
Fil:Mekaniskt alfabet (TM1971).jpg|alt=Modell ur Polhems mekaniska alfabet. Text på föremålet: XIX, XX, XXI, XXII, XXIII, XXIV. Exempel på olika kammekanismer.|Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet. | |||
Fil:Nockenwelle ani.gif|thumb|right|stående|Animerad styrning av två ventiler med överliggande direkttryckande kamaxel. | |||
Fil:Universal joint.gif|thumb|right|Animation av en kardanknut. | |||
Fil:Cardan Shaft.jpg|thumb|right|kardanknuten på en drivaxel. | |||
</gallery> | |||
== Litteratur == | == Litteratur == | ||
| Rad 39: | Rad 88: | ||
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_(mechanics) Transmission (mechanics)] | * [https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_(mechanics) Transmission (mechanics)] | ||
== | = Forska, CAD:a och bygg Polhemsmodeller = | ||
{{#ev:youtube| | |||
I det mekaniska alfabetet ingår bland annat: | |||
* Polhems knut (Kardanknut) | |||
* Lager som till exempel glidlager, rullager och spetslager | |||
* Kamaxel | |||
* Spärrmekanismer för kuggstänger | |||
<gallery caption="Några av polhems alfabetsmodeller"> | |||
Fil:Mekaniskt alfabet (TM1358).tif|alt=Modell ur Polhems mekaniska alfabet. Genom en fram- och återgående rörelse hos armen erhålles en kontinuerlig rotationsrörelse hos hjulet med hjälp av två fjäderbelastade kuggstänger i bygeln.|Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet. | |||
Fil:Mekaniskt alfabet (TM1359).tif|alt=Modell ur Polhems mekaniska alfabet. Text på föremålet: XV. En roterande rörelse hos hjulet, som till hälften är försett med kuggar, överförs till en fram- och återgående rörelse hos den bygelförsedda armen.|Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet. | |||
Fil:Mekaniskt alfabet (TM1971).jpg|alt=Modell ur Polhems mekaniska alfabet. Text på föremålet: XIX, XX, XXI, XXII, XXIII, XXIV. Exempel på olika kammekanismer.|Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet. | |||
Fil:Mekaniskt alfabet (TM1974).jpg|alt=Modell ur Polhems mekaniska alfabet. Text på föremålet: N:o 2, LIX, LX Två stycken spärrmekanismer för kuggstänger.|Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet. | |||
</gallery> | |||
{{svwp|Polhems_mekaniska_alfabet}} | |||
{{uppgruta| '''Hitta fler bokstäver''' | |||
Vilka fler mekaniska modeller hör till Polhems mekaniska alfabet? | |||
Hitta namn, beskriv funktionen och lägg in bilder. | |||
}} | |||
== CAD == | |||
Här laddar du ner en studentversion av [https://www.autodesk.com/products/fusion-360/students-teachers-educators Fusion 360.] | |||
== Stånggången == | |||
[[Fil:Bergkonst animation.gif|400px|höger]] | |||
Stånggången eller [https://sv.wikipedia.org/wiki/Konstg%C3%A5ng konstgången] användes för att pumpa upp vatten ur gruvor mm. | |||
{{clear}} | |||
== Inspiration == | |||
Den här listan har [https://www.youtube.com/watch?v=Rb37-daSLQ4&list=PLhoXNQqrCmEfAaTf0AfQ1Ztxmz2DoZiCk&index=1 hundratals mekaniska konstruktioner]. | |||
== Bra att veta om Fusion 360 och maskiner == | |||
<html><iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/Bw08O6XsfDI" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe></html> | |||
{{clear}} | |||
== Pantografen och en glidande mekanism == | |||
<html><iframe width="535" height="315" align="right" src="https://www.youtube.com/embed/wflCnXvi2PM" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe></html> | |||
<html><iframe width="535" height="300" align="left" src="https://www.youtube.com/embed/HjfshVfOVCI" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe></html> | |||
{{clear}} | |||
== Tutorials av Lars Christensen == | |||
<html><iframe width="540" height="315" align="right" src="https://www.youtube.com/embed/HBJMgkzkaas" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe></html> | |||
<html><iframe width="530" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/KQNgIfjMr84" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe></html> | |||
== En pistong == | |||
<html><iframe width="535" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/SqK81ZQT378" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe></html> | |||
{{clear}} | |||
== En kardanknut == | |||
<html> | |||
<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/TyoUOsz1Juo" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></html> | |||
{{clear}} | |||
== Wintergatan - Marble Machine (music instrument using 2000 marbles) == | |||
Kan inte låta bli att lägga in denna maskin. | |||
<html> | |||
<iframe width="560" height="315" align="right" src="https://www.youtube.com/embed/IvUU8joBb1Q" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe> | |||
</html> | |||
{{clear}} | |||
== Wintergatan - Marble Machine (music instrument using 2000 marbles) == | |||
Kan inte låta bli att lägga in denna maskin. | |||
<html> | |||
<iframe width="560" height="315" align="right" src="https://www.youtube.com/embed/IvUU8joBb1Q" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe> | |||
</html> | |||
{{clear}} | |||
= Exempelrapport = | |||
[[Fil:Exepelmekanism rotation linjär.PNG|400px|höger]] | |||
Det här är en del av en beskrivning av en mekanism som skulle kunna ge betyg A enligt följande kriterium: | |||
''Du CAD:ar en mekanisk konstruktion vilken kombinerar flera mekaniska principer för förändring av kraft eller rörelse. Du förklarar funktionen och reflekterar över ditt eget arbete. Du beskriver de mekaniska principerna och hur de samverkar i konstruktionen som helhet. Du anger vilka tillämpningar konstruktionen har.'' | |||
== Funktionen == | |||
Denna mekanism har en roterande axel (till vänster i bilden) med en arm. I armen är en stång fäst. Stången överför rörelsen till en kloss som glider på en yta. | |||
== Förändring av kraft och rörelse == | |||
I denna mekanism omvandlas en roterande rörelse till en linjär rörelsen. Den linjära rörelsen blir oscillerande likt en sinusfunktion. | |||
Den glidande klossen rör sig mellan ändlägen som befinner sig på ett avstånd av 2 radier för den roterande armen. | |||
== Ursprung == | |||
[[Fil:Mekaniskt alfabet (TM1971).jpg|400px|höger]] | |||
Mekanismen finns med som en av de enklaste modellerna i Polhems mekaniska alfabet. | |||
== Tillämpningar == | |||
Omvandliingen av rotation till linjär rörelse på detta sätt liknar den konstruktion som finns i en klassisk bensinmotor med en roterande kamaxel vilken överför rörelsen till att lyfte ventiler för att släppa in bränslet i cylendern (eller släppa ut avgaserna). | |||
Du finner även denna mekanism i en symaskin. | |||
{{clear}} | |||
= Algodoo = | |||
Algodoo har sin styrka i att det är lätt att skissa på mekaniska system. När det kommer till att realisera en konstruktion är ett CAD-progrsam som Fusion 360 naturligtvis överläägset. | |||
== Visualisering och analys av tekniska system och processer med hjälp av anpassad programvara == | |||
{{#ev:youtube|nJXRvy2pxDw|400|right}} | |||
{{uppgruta| '''Visualisering i Algodoo''' | |||
Det här är den sista punkten i det centrala innehållet. Vi använder Algodoo till att göra en: | |||
# kuggväxel med utväxlingen 1:2. Mät hur kraftmomentet förändras. | |||
# kuggväxel med utväxlingen 10:1. Mät hur kraftmomentet förändras. | |||
# en mekanisk ventillyftare så som det fungerar i äldre [https://sv.wikipedia.org/wiki/Kamaxel bilmotorer]. Leta på nätet hur de fungerar. | |||
# Hitta gärna på egna system, exempelvis en stånggång ([https://sv.wikipedia.org/wiki/Konstg%C3%A5ng konstgång]). | |||
# Prova om du vill! Ett hydrauliskt system med vatten simuleras inte så bra i Algodoo. Ser du varför? Prova exempelvis att göra en hydraulisk domkraft. | |||
Option: '''Lämna in''' en film där du kommenterar i text eller tal hur du har visualiserat dina tekniska system. På Canvas använder du '''Arc''' för att det ska bli enkelt att bedöma. | |||
}} | |||
= Laboration - Bygg några mekanismer = | |||
== Titta på några konkreta exempel == | |||
[[Fil:Römische Sägemühle.svg|thumb|right|Romersk såg. Den äldsta kända maskin som kombinerar en vevaxel med en vevstake.]] | |||
* Vindrutetorkare | |||
* Locklyftare till tunna | |||
Skapa en enkel mekanism som går att driva med ett servo. Det kan vara en överföring av kraft någon dm bort och omvanling av servots roterande rörelse till linjär rörelse. | |||
Använd din fantasi till att skapa en lagom svår utmaning. | |||
= Laboration - Friktion = | |||
''Gör denna laboration om eleverna '''inte''' gjort den i fysiken.'' | |||
== Teori == | |||
[[Krafter_Fysik1|Krafter och friktion i Fysik 1]] | |||
== Gör den klassiska fysiklaborationen == | |||
[https://wikiskola.se/images/3_Laboration_friktion_-_%C3%B6ppen_laboration.pdf Laboration i friktion] | |||
== Fördjupning == | |||
Bestäm friktionskoefficienten för sådana material vi kan tänkas komma att använda i slutprojektet. | |||
Bestäm friktionskoefficienten för olika former (exempelvis en bit rör liggande eller på högkant). | |||
<headertabs /> | |||
Nuvarande version från 31 mars 2021 kl. 07.55