Cara Membuat Harmonograf Putar Tiga Pendulum: 15 Langkah

2024 Pengarang: Robert Blare | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 07:55

Harmonograf adalah alat mekanikal yang menggunakan pendulum berayun untuk melukis gambar. Harmograf khusus ini direka oleh Karl Sims tetapi harmograf pada umumnya dipercayai mula dicipta pada tahun 1844 oleh ahli matematik Scotland Hugh Blackburn. Terdapat jenis harmograf lain, tetapi jenis putar 3-bandul ini memberikan pelbagai hasil yang menyenangkan, dan cukup mudah dibina setelah anda menyelesaikan reka bentuk dan memperoleh bahan dan alat yang sesuai. Ini adalah projek yang bagus untuk anak-anak dan boleh menghasilkan eksperimen tanpa henti membuat jenis reka bentuk geometri baru.

Dua bandul lateral berayun ke depan dan ke arah sudut tepat antara satu sama lain dengan lengan yang menyambung ke pen. Yang satu menggerakkan pen dari sisi ke sisi, dan yang kedua menggerakkannya dari depan ke belakang di atas kertas. Pendulum "putar" ketiga menggerakkan kertas dengan mengayun pada paksi mana pun atau dalam gerakan bulat, sementara pena melukisnya. Gerakan gabungan ketiga-tiga bandul menghasilkan lukisan yang dihasilkan.

• 

• 

• 

Langkah-langkah

Langkah 1. Bina meja yang kukuh

Bahagian atas meja ini adalah papan lapis setebal 3'x3 '3/4 ". Kaki berukuran 1½" x 1½ "persegi dan panjang kira-kira 37", dengan pendakap segi tiga dipotong dari kepingan kayu 1½ "x 8" x 12 ". kaki dilenturkan sedikit untuk memberi kekuatan meja, dan membiarkan bandul putar berayun tanpa memukul kaki.

• Skru dan / atau tempelkan pendakap ke kaki terlebih dahulu, dan kemudian potong bahagian atasnya sedikit pada sudut dengan meja atau gergaji bulat.

  

• Sesuaikan panjang kaki untuk memberikan ketinggian atas meja kira-kira 37.

  

• Sekiranya anda ingin memasang meja melalui pintu tanpa melepaskan kaki, anda mungkin memerlukan kaki dan bandul yang lebih pendek.

  

Langkah 2. Bor lubang untuk bandul

Bor 3 lubang berdiameter 3 "melalui permukaan meja agar bandul digantung. Lubang untuk bandul berpusing harus dipusatkan di sudut kira-kira 8" dari setiap sisi tepat dari pendakap kaki di bawahnya. Dua lubang yang lain harus diselaraskan di tepi yang bertentangan, kira-kira 8 "dari sisi yang sama, dan 3" dari yang lain. Anda memerlukan gerudi bulat besar khas untuk ini. Sebagai alternatif, pertama-tama anda dapat menggerudi lubang yang lebih kecil, dan kemudian memotong bukaan yang lebih luas dengan jigsaw.

Langkah 3. Pasang dua plat logam (kira-kira 1¼ "x 4") di sisi dua lubang pendulum lateral, dan gerudi lekukan kecil di tengah-tengah setiap plat

• Mulakan lekukan di plat logam dengan bit gerudi kecil (seperti 1/8 ") dan kemudian teruskan dengan bit yang lebih besar (seperti 1/4"). Hati-hati untuk tidak menggerudi sepanjang jalan.

  

• Kecuali anda mempunyai gerudi tekan yang baik, mungkin lebih mudah meletakkan lekukan plat di atas meja setelah anda membuat blok fulkrum dengan skru yang menonjol di bawah, kerana lebih sukar untuk meletakkan skru di blok kemudian dengan tepat lekukan.

Langkah 4. Bina bandul

Poros pendulum dibuat dari dowel kayu berdiameter 4/3 "panjang. Blok kayu keras, oak 3/4" x 1½ ", digunakan sebagai fulkrum sehingga pendulum dapat berehat dan bergoyang di atas meja dengan geseran minimum. Untuk dua bandul lateral, gunakan blok panjang 5 ", dan untuk bandul putar, gunakan blok panjang 2¼". Bor lubang 3/4 "ke tengah setiap blok, dan pasangkan skru 1¼" # 10 di setiap hujungnya. Petua skru akan berada di lekukan plat logam di atas meja untuk memastikannya tetap di tempat semasa menggegarkan.

Langkah 5. Masukkan dowel melalui lubang 3/4 "di setiap blok fulkrum

Lekatkan dan / atau pasangkannya sehingga hujung skru berada 12 "dari hujung atas dowel dan menghadap ke bawah. Pendulum harus tergantung 36" di bawah permukaan atas meja dengan jarak kira-kira 1 "dari lantai.

Langkah 6. Membina gimbal

Pendulum putar memerlukan mekanisme gimbal yang membolehkannya berayun ke arah mana pun. Ini dibuat dari mesin basuh logam besar dengan diameter dalaman 2 outer "luar dan 1". Mesin cuci bersandar pada hujung skru yang menonjol dari bawah meja, dan kemudian bandul terletak di mesin basuh. Pasang lekukan lekukan ke mesin cuci di setiap sisi, dari jarak 90 darjah di antara sisi, untuk membolehkan goyang pada dua paksi tegak lurus.

• Berikut adalah pandangan gimbal pendulum putar dari atas dan bawah jadual. Pada pandangan dari bawah, perhatikan blok oak (3/4 "x 1½" x 5 ") yang menyokong kedua skru (1¾" # 10) yang menonjol ke atas dan menyerong.

  

Langkah 7. Failkan tepi bawah blok ini seperti yang diperlukan supaya bandul tidak memukulnya ketika berayun

Begitu juga failkan sudut blok fulkum jika perlu sehingga tidak memukul meja ketika berayun.

Langkah 8. Pasangkan berat

Berat mengangkat 2½ lb dari kedai barang sukan berfungsi dengan baik, tetapi biasanya mempunyai lubang dalaman 1 ". Anda boleh menumpuk beberapa berat dan meluncurkannya bersama ke dowel pendulum 3/4" dengan menggunakan paip logam 5/3 "panjang puting, dengan bushing 3/4 "hingga 1" yang disekat ke hujung bawah. Pengapit keluli 1 "yang dipasang pada dowel memperbaiki bobot daripada meluncur, dan memungkinkan penyesuaian ketinggian berat dengan mudah untuk memberikan frekuensi ayunan yang berbeza.

Langkah 9. Buat platform kertas

Potong kira-kira 1 "dari bahagian atas dowel pendulum putar, sehingga sedikit lebih rendah daripada yang lain. Kemudian pasangkan papan 11" x11 "persegi 1/8" tipis ke bahagian atas pendulum ini, menggunakan blok oak kecil terpaku untuk sokongan, dengan lubang 3/4 "untuk dowel.

• Balut pita di bahagian atas dowel untuk mendapatkan ketat, atau hanya lekatkan.

  

• Gunakan dua gelang getah, atau beberapa klip, untuk memegang kertas di tempatnya.

  

Langkah 10. Buat lengan

Sambungkan batang balsa sepanjang 30 ke bahagian atas setiap bandul lateral menggunakan paku nipis. Bengkokkan kuku sedikit ke belakang ke balsa untuk membolehkan lengan berputar dengan lancar dan bergerak ke atas dan ke bawah sedikit. Lubang kuku perlahan-lahan akan melonggarkan lebih jauh semasa penggunaan.

Langkah 11. Pasangkan kedua lengan bersama dengan gelang getah berlipat ganda seperti yang ditunjukkan

Perhatikan bahawa jika anda merancang untuk menggunakan harmograf anda secara berkala, seperti di lokasi muzium, penyelesaian yang lebih mantap untuk lengan ini yang tidak akan cepat dipakai mungkin diperlukan.

Langkah 12. Fesyen pemegang pen

Untuk membuat pena sederhana, gerudi lubang 1/2 "di hujung satu lengan, dan potong kira-kira 4" di bahagian bawah lengan untuk membuat alat seperti pin-pakaian. Sebagai alternatif, hanya tempelkan jepit baju yang sebenar di hujung salah satu lengan. Gambar kedua versi ditunjukkan.

Langkah 13. Buat pena pengangkat

Adalah senang untuk menaikkan dan menurunkan pen dengan lembut tanpa mengganggu pergerakan bandul. Untuk melakukan ini, masukkan tiang 30 "ke dalam lubang di dekat tengah meja, cukup jauh dari platform kertas sehingga ia tidak akan terkena (kira-kira 12" dari lubang pendulum berputar).

Langkah 14. Pasang blok oak di bawah meja untuk lubang yang lebih dalam dan sokongan yang lebih baik

Langkah 15. Ikat tali ke lengan balsa di mana mereka disambungkan bersama, pimpin melalui mata skru di atas tiang, dan kembali ke selat kecil atau alur di mana ia dapat memegang pen di tempat di atas kertas sehingga anda bersedia menurunkannya

Video - Dengan menggunakan perkhidmatan ini, beberapa maklumat dapat dikongsi dengan YouTube

Keputusan

• Untuk mempermudah sesuatu, anda boleh mengunci bandul putar dengan memotong potongan itu sehingga ia berada di atas lantai dan mengelakkan platform kertas berayun sama sekali. Pasang berat yang lain pada kedudukan terendah untuk memulakan, kerana kelajuan pen yang lebih perlahan cenderung memberikan garis yang lebih lancar. Sekiranya dua bandul lain berayun serentak pada frekuensi yang sama, anda akan mendapat corak bulatan, elips, atau garis sederhana. Sekiranya frekuensi mereka sedikit berbeza, corak perlahan-lahan akan berubah dari bulatan ke garis dan kembali lagi ketika ia merosot, yang akan memberikan reka bentuk seperti mata. Apabila frekuensi sangat berbeza, anda mungkin mendapat hasil yang kelihatan kacau. Namun, jika anda menjumpai kedudukan yang hampir dengan nisbah frekuensi "harmonik" seperti 3: 2 atau 4: 3, anda dapat memperoleh angka Lissajous, angka delapan, atau bentuk seperti ikan yang menyenangkan.
• Kesan bandul putaran ke-3 meningkatkan pelbagai kemungkinan hasil. Sebilangan reka bentuk terbaik berlaku apabila ketiga-tiga bandul itu berayun pada frekuensi yang sama tetapi sedikit berbeza, dengan bandul putaran berayun dalam gerakan bulat. Perhatikan bahawa jisim platform kertas di atas bandul putar menyebabkannya berayun pada frekuensi yang sedikit lebih perlahan apabila semua berat berada pada kedudukan terendah, jadi anda akan menaikkannya sedikit jika anda mahu ia sepadan dengan frekuensi yang lain dua.
• Pelbagai reka bentuk berbentuk bintang dapat dibuat dengan menaikkan bobot pada kedua bandul lateral, atau hanya bandul putar, untuk memberikan nisbah frekuensi harmonik. Nisbah 3: 2 sering menghasilkan bintang berujung 5 dan nisbah 4: 3 cenderung memberikan bentuk bintang 7-titik.

Petua

• Sebagai ganti kertas dan pena, cubalah dulang pasir atau serbuk halus, dan paku atau tongkat tajam. Corak tidak kekal tetapi memungkinkan untuk melakukan eksperimen berterusan semasa anda merasakan peranti ini.
• Sesuaikan ketinggian pendulum untuk mengubah frekuensi ayunannya. Kekerapan bandul berbeza dengan kebalikan dari akar kuadrat panjangnya, jadi untuk berayun dua kali lebih cepat, panjang antara titik dan pusat jisimnya mestilah 1/4 dari panjang asalnya (yang mungkin tidak praktikal dengan harmonograf ini). Untuk kenaikan frekuensi 3: 2 atau 4: 3, berat akan dinaikkan masing-masing sekitar 19 "atau 15", walaupun anda mungkin harus melakukan beberapa ujian masa untuk mencari dan menandakan ketinggian ini secara eksperimen.
• Eksperimen dengan pen dan penanda pelbagai jenis dan warna. Umumnya pena lebar atau penanda nipis kelihatan paling berkesan. Berikut adalah beberapa yang berjaya:
• Uniball GEL Impact in Silver, gunakan pada kertas hitam atau gelap.
• Pigma Graphic 1 (1.0mm) berwarna hitam, gunakan pada kertas putih atau ringan.
• Pena Sakura Identi dengan warna hitam, ungu, dan lain-lain.
• Tambahkan lebih banyak berat pada bandul untuk mengatasi geseran dan menjadikan ayunan tahan lebih lama. Saya mendapati bahawa 5 lb (2 x 2½) pada bandul putar, dan 7½ lb (3 x 2½) pada dua yang lain berfungsi dengan baik. Perhatikan bahawa menambah berat badan secara amnya tidak mengubah frekuensi pendulum.
• Setiap kali anda mengayunkan bandul untuk membuat gambar baru, fasa dan amplitud relatif setiap bandul akan berbeza-beza. Cuba di suatu tempat bandul putar dan bandul lateral pada mulanya membuat bulatan dengan arah yang sama, atau berlawanan. Cuba di suatu tempat pendulum lateral pada awalnya berayun secara fasa untuk membuat garis pepenjuru.