W technice układy pneumatyczne są niezwykle popularne i szeroko stosowane. Znamy je z codziennego życia i spotykamy praktycznie każdego dnia. I to nie tylko na budowach, halach fabrycznych czy tam, gdzie pracuje specjalistyczny sprzęt. Każdy kto wsiada do autobusu, obserwuje zatrzymujący się ciągnik siodłowy z naczepą lub pracującą śmieciarkę słyszy charakterystyczne syczenie układów pneumatycznych i widzi efekt pracy jaką wykonuje sprężone powietrze. Także w małej skali spotykamy się z pneumatyką, ot choćby używając sprężarki lub zwykłej ręcznej pompki do roweru czy piłki, malując aerografem czy tylko wydmuchując kurz z zakamarków komputera przy pomocy puszki ze sprężonym powietrzem, korzystamy ze efektów ściskania i rozprężania powietrza!
ILUSTRACJE: fotografie i filmy z pracującymi maszynami wyposażonymi w układy pneumatyczne, jak np. podnośniki, młoty udarowe, maszyny budowlane, systemy sterowania drzwiami w autobusach, układy hamulcowe w ciężarówkach etc.
EKSPONATY POKAZOWE i POMOCE NAUKOWE: sprężarka, pompka do piłki, roweru lub samochodu, baloniki gumowe, piłka z wentylem, strzykawki małe i duże, butla plastikowa z dopasowanym korkiem gumowym i zamontowanym w nim zaworem połączona wężykiem z pompką.
NARZĘDZIA: piła do drewna, wkrętak, wiertarka stołowa lub ręczna, wiertła śr. 2 mm, 4 mm, nożyczki, nóż introligatorski, ołówek, linijka.
MATERIAŁY:
- listwa drewniana 10 x 50 mm, dł. 250 mm
- listwa drewniana 10 x 40 mm, dł. 80 mm
- listwa drewniana 15 x 15 mm, dł. 50 mm
- strzykawka lekarska 5 ml
- strzykawka lekarska 20 ml
- wężyk igelitowy śr. 5 mm, dł. ~220 mm
- uchwyt śr. 12 mm
- uchwyt śr. 20 mm
- pokrywka metalowa typu „twist” , śr. 85 mm
- wkręt do drewna 3 x 30, 5 szt.
- śruba M4 x 20
- nakrętka samokontrująca M4
- podkładka M4
- arkusik gumy ~ 2 mm
- taśma klejąca dwustronna
MONTAŻ:
1. Przyciąć z listwy 10 x 50 mm podstawę o długości 250 mm.
2. Przyciąć z listwy 10 x 40 mm element o długości 80 mm.
3. Przyciąć z listwy 15 x 15 mm element o długości 50 mm.
4. W elemencie 10 x 40 x 80 wywiercić otwór o śr. 4 mm w odległości 20 mm od górnej krawędzi.
5. Rozmieścić elementy wsporników koła i strzykawki 5 ml na podstawie, nawiercić odpowiednie otwory i przymocować wkrętami do drewna. 6. Rozmieszczenie poszczególnych elementów na podstawie wyjaśnia ilustracja. Należy zwrócić uwagę, żeby koło oraz cylinder małej strzykawki zamontować w osi symetrii (czerwona linia na fotografii).
7. W pokrywce wywiercić koncentrycznie otwór wiertłem o średnicy 4 mm 8. Zamocować przy pomocy uchwytów i wkrętów strzykawki: 5 ml na elemencie 15 x 15 x 50 mm, 20 ml na podstawie, zwracając uwagę na to, aby jeden z wystających elementów dociśnięty został do krawędzi.
8. Na trzon tłoka strzykawki 5 ml nakleić przy pomocy taśmy okładkę hamulca z gumy o wymiarach ~20 x 20 mm.
9. Przymocować koło modelu (pokrywkę 85 mm) do wspornika śrubą M4 z podkładką i nakrętką samokontrującą. Docisk dobrać tak, żeby koło obracało się swobodnie bez dużych oporów tarcia.
10. Połączyć wężykiem wyloty cylindrów strzykawek. Należy zwrócić uwagę, żeby przed założeniem wężyka w strzykawce 20 ml tłok ustawiony został na wartości pomiędzy 5 a 10 ml. Strzykawka 5 ml powinna mieć tłok wciśnięty maksymalnie do oporu.
Doświadczenia ze sprężonym powietrzem:
Nadmuchujemy gumowy balonik. Co czujemy trzymając go w dłoniach? Jak zmienia się jego objętość w miarę wtłaczania do środka powietrza?
Ustawiamy tłoczek strzykawki lekarskiej mniej więcej w połowie skali i zatykamy palcem wylot. Co się stanie, jeśli teraz będziemy naciskać tłoczek? A co się stanie, jeśli (przy zatkanym wylocie) przesuniemy tłoczek w przeciwnym kierunku?
Wysuwamy tłoczek strzykawki do maksymalnego położenia. Wylot zatykamy np. kostką o wymiarach ok. 10 x 10 x 10 mm wyciętą z surowego ziemniaka. Mocno i gwałtownie wbijamy tłoczek do oporu (uderzając dłonią albo np. o blat stołu), Co się stanie z kawałkiem ziemniaka? Właśnie zbudowaliśmy najprostszy model pistoletu pneumatycznego, czyli tzw. wiatrówki.
Do sprężarki podłączamy gumowy balonik. Pompujemy powietrze do maksimum. Jak się zachowuje balonik? Co się stanie jeśli ciśnienie wewnątrz balonika wzrośnie powyżej wytrzymałości gumowych ścianek? Doświadczenie można wykonać podłączając do sprężarki zamiast balonika – np. gumową rękawiczkę…
Pompkę do piłek łączymy wężykiem z korkiem butelki plastikowej zaopatrzonym w zawór (wentyl) pneumatyczny. Pompujemy powietrze do wnętrza butli (stojącej na podłodze, stole lub przytrzymywanej ręką). Co się stanie gdy ciśnienie powietrza wewnątrz butli osiągnie pewną wartość krytyczną? Co zaobserwujemy gdy podczas pompowania powietrza trzymać będziemy korek a butla zostanie odwrócona dnem do góry?
Pod wpływem wzrastającego ciśnienia w butelce korek zostaje wypchnięty, ale jednocześnie zostaje odrzucona butelka. Jeśli butelka stoi na stole nie zauważymy jej ruchu, ponieważ stół działa na butelkę siłą, która nie pozwala na przemieszczenie…
Jeśli ułożymy zestaw odwrotne: tj. korkiem w dół – butelka wystartuje jak rakieta, a korek pozostanie na miejscu. Najlepiej położyć butelkę poziomo, a jeszcze lepiej – np. na wózku lub na wodzie.
Model hamulca pneumatycznego można wykorzystać do demonstracji pracy urządzeń, w których sprężone powietrze umożliwia zdalne sterowanie układami mechanicznymi.
Rozpędzając koło modelu naciskamy lekko na tłok dużego cylindra a tym samym powodujemy uruchomienie tłoka w małym cylindrze, który zatrzymuje rozpędzone koło. Podobnie dzieje się w oryginalnych konstrukcjach tego typu.
Proszę się zastanowić czy wymiana wężyka łączącego obydwa cylindry na dłuższy, zmieniłoby czas reakcji hamulca? A jak układ będzie pracował, gdy zamiast powietrza napełnimy go cieczą? Np. zabarwioną wodą?
ILUSTRACJE: fotografie i filmy z pracującymi maszynami wyposażonymi w układy pneumatyczne, jak np. podnośniki, młoty udarowe, maszyny budowlane, systemy sterowania drzwiami w autobusach, układy hamulcowe w ciężarówkach etc.
EKSPONATY POKAZOWE i POMOCE NAUKOWE: sprężarka, pompka do piłki, roweru lub samochodu, baloniki gumowe, piłka z wentylem, strzykawki małe i duże, butla plastikowa z dopasowanym korkiem gumowym i zamontowanym w nim zaworem połączona wężykiem z pompką.
NARZĘDZIA: piła do drewna, wkrętak, wiertarka stołowa lub ręczna, wiertła śr. 2 mm, 4 mm, nożyczki, nóż introligatorski, ołówek, linijka.
MATERIAŁY:
- listwa drewniana 10 x 50 mm, dł. 250 mm
- listwa drewniana 10 x 40 mm, dł. 80 mm
- listwa drewniana 15 x 15 mm, dł. 50 mm
- strzykawka lekarska 5 ml
- strzykawka lekarska 20 ml
- wężyk igelitowy śr. 5 mm, dł. ~220 mm
- uchwyt śr. 12 mm
- uchwyt śr. 20 mm
- pokrywka metalowa typu „twist” , śr. 85 mm
- wkręt do drewna 3 x 30, 5 szt.
- śruba M4 x 20
- nakrętka samokontrująca M4
- podkładka M4
- arkusik gumy ~ 2 mm
- taśma klejąca dwustronna
MONTAŻ:
1. Przyciąć z listwy 10 x 50 mm podstawę o długości 250 mm.
2. Przyciąć z listwy 10 x 40 mm element o długości 80 mm.
3. Przyciąć z listwy 15 x 15 mm element o długości 50 mm.
4. W elemencie 10 x 40 x 80 wywiercić otwór o śr. 4 mm w odległości 20 mm od górnej krawędzi.
5. Rozmieścić elementy wsporników koła i strzykawki 5 ml na podstawie, nawiercić odpowiednie otwory i przymocować wkrętami do drewna. 6. Rozmieszczenie poszczególnych elementów na podstawie wyjaśnia ilustracja. Należy zwrócić uwagę, żeby koło oraz cylinder małej strzykawki zamontować w osi symetrii (czerwona linia na fotografii).
7. W pokrywce wywiercić koncentrycznie otwór wiertłem o średnicy 4 mm 8. Zamocować przy pomocy uchwytów i wkrętów strzykawki: 5 ml na elemencie 15 x 15 x 50 mm, 20 ml na podstawie, zwracając uwagę na to, aby jeden z wystających elementów dociśnięty został do krawędzi.
8. Na trzon tłoka strzykawki 5 ml nakleić przy pomocy taśmy okładkę hamulca z gumy o wymiarach ~20 x 20 mm.
9. Przymocować koło modelu (pokrywkę 85 mm) do wspornika śrubą M4 z podkładką i nakrętką samokontrującą. Docisk dobrać tak, żeby koło obracało się swobodnie bez dużych oporów tarcia.
10. Połączyć wężykiem wyloty cylindrów strzykawek. Należy zwrócić uwagę, żeby przed założeniem wężyka w strzykawce 20 ml tłok ustawiony został na wartości pomiędzy 5 a 10 ml. Strzykawka 5 ml powinna mieć tłok wciśnięty maksymalnie do oporu.
Doświadczenia ze sprężonym powietrzem:
Nadmuchujemy gumowy balonik. Co czujemy trzymając go w dłoniach? Jak zmienia się jego objętość w miarę wtłaczania do środka powietrza?
Ustawiamy tłoczek strzykawki lekarskiej mniej więcej w połowie skali i zatykamy palcem wylot. Co się stanie, jeśli teraz będziemy naciskać tłoczek? A co się stanie, jeśli (przy zatkanym wylocie) przesuniemy tłoczek w przeciwnym kierunku?
Wysuwamy tłoczek strzykawki do maksymalnego położenia. Wylot zatykamy np. kostką o wymiarach ok. 10 x 10 x 10 mm wyciętą z surowego ziemniaka. Mocno i gwałtownie wbijamy tłoczek do oporu (uderzając dłonią albo np. o blat stołu), Co się stanie z kawałkiem ziemniaka? Właśnie zbudowaliśmy najprostszy model pistoletu pneumatycznego, czyli tzw. wiatrówki.
Do sprężarki podłączamy gumowy balonik. Pompujemy powietrze do maksimum. Jak się zachowuje balonik? Co się stanie jeśli ciśnienie wewnątrz balonika wzrośnie powyżej wytrzymałości gumowych ścianek? Doświadczenie można wykonać podłączając do sprężarki zamiast balonika – np. gumową rękawiczkę…
Pompkę do piłek łączymy wężykiem z korkiem butelki plastikowej zaopatrzonym w zawór (wentyl) pneumatyczny. Pompujemy powietrze do wnętrza butli (stojącej na podłodze, stole lub przytrzymywanej ręką). Co się stanie gdy ciśnienie powietrza wewnątrz butli osiągnie pewną wartość krytyczną? Co zaobserwujemy gdy podczas pompowania powietrza trzymać będziemy korek a butla zostanie odwrócona dnem do góry?
Pod wpływem wzrastającego ciśnienia w butelce korek zostaje wypchnięty, ale jednocześnie zostaje odrzucona butelka. Jeśli butelka stoi na stole nie zauważymy jej ruchu, ponieważ stół działa na butelkę siłą, która nie pozwala na przemieszczenie…
Jeśli ułożymy zestaw odwrotne: tj. korkiem w dół – butelka wystartuje jak rakieta, a korek pozostanie na miejscu. Najlepiej położyć butelkę poziomo, a jeszcze lepiej – np. na wózku lub na wodzie.
Model hamulca pneumatycznego można wykorzystać do demonstracji pracy urządzeń, w których sprężone powietrze umożliwia zdalne sterowanie układami mechanicznymi.
Rozpędzając koło modelu naciskamy lekko na tłok dużego cylindra a tym samym powodujemy uruchomienie tłoka w małym cylindrze, który zatrzymuje rozpędzone koło. Podobnie dzieje się w oryginalnych konstrukcjach tego typu.
Proszę się zastanowić czy wymiana wężyka łączącego obydwa cylindry na dłuższy, zmieniłoby czas reakcji hamulca? A jak układ będzie pracował, gdy zamiast powietrza napełnimy go cieczą? Np. zabarwioną wodą?
