Модель судна с резиномотором

Что твердые тела при нагревании расширяются, твердо знает каждый из вас. Но еще в XIX в. английский физик Джоуль обратил внимание на странное поведение каучука. Если предварительно растянутую каучуковую ленту слегка нагреть, она, вопреки ожидаемому, не растягивается, а сразу же начинает сжиматься.

Вы можете легко убедиться в этом, проделав следующий опыт. Привяжите к одному концу резиновой ленты гирю, массу которой подберите так, чтобы лента растянулась примерно вдвое. Взяв ленту за другой конец, поднесите ее к батарее центрального отопления, а лучше к рефлектору. В струе теплого воздуха резиновая лента начнет сжиматься. Гиря поднимется на несколько сантиметров вверх. Но стоит отвести ленту от источника тепла в сторону, как гиря возвращается в исходное положение. Как видите, резиновая лента ведет себя, как тепловой двигатель.

Воспользуемся этим эффектом и построим модель судна с резиновым двигателем. Посмотрите на рисунок 124. Не правда ли, модель чем-то напоминает старое речное судно с огромными гребными колесами по бортам? На первый взгляд гребные колеса по отношению к размерам корпуса кажутся непропорционально большими.

Дело в том, что на них установлены резиновые двигатели, а проще говоря, несколько резиновых лент.

Обратите внимание: они расположены так же, как спицы у велосипедного колеса.

Познакомимся с принципом действия столь необычного резинового двигателя. В корпусе модели 1 установлено колесо 2, которое вращается на одной оси. Резиновые ленты 3 сходятся к центру и закреплены на диске 5 другой оси. Эти две оси образуют коленчатый вал 4. В отличие от двигателя внутреннего сгорания этот вал не вращается. В результате смещения осей возникают дополнительные силы, растягивающие ленты. Силы эти тем больше, чем выше разность температур между воздухом и водой. Так как направлены они не на ось вращения колеса, а смещены относительно нее, возникает крутящий момент.

Колесо вращается, гребные лопасти 6 отбрасывают воду назад, модель плывет вперед.

И в заключение несколько советов. Размеры двигателя, а следовательно, и модели можно выбирать практически любые, потому что нагрузка на подшипники будет радиальной, а натяжение от резиновых лент взаимно компенсируют друг друга.

Выходная мощность двигателя может быть увеличена не только за счет диаметра гребного колеса, но также за счет числа резиновых лент или размещения на одном валу сразу нескольких одинаковых колес.

Необходимо знать, что мощность двигателя, использующего воду в качестве теплопередающей среды, зависит от скорости испарения влаги с резиновых лент. При относительной влажности 50 процентов интервал охлаждения можно уменьшить, если увеличить скорость движения воздушной среды, например поставить вентилятор для обдува резиновых лент. Энергию для его привода сможет давать сам двигатель.

Крутящий момент двигателя легко подсчитать, применяя закон Джоуля. Если резиновую ленту растянуть с усилием P=10H при температуре T₁=300°K (27°С) и затем нагреть до T₂=339 °K (66°С), то прирост силы ΔF будет:

Найдя значение прироста силы и зная смещение осей коленчатого вала, а также угол приложения этой силы, определяют крутящий момент.

Хотя натуральную резину можно растянуть в 6 раз, лучшие результаты показывают двигатели с растяжением лент в 3 раза.

Для того чтобы на оси двигателя в первоначальный момент не возникал крутящий момент, необходимо каждую ленту предварительно оттарировать, растянуть с одинаковой силой. Так подбираются ленты с одинаковым удлинением.

Рис. 124. Модель с резиномотором