ネズミ捕り車

ネズミ捕り車は、ネズミ捕りを唯一の動力源とする小型の乗り物です。動力を増強するために、複数のネズミ捕りや非常に大きなネズミ捕りを使用するものもあります。

ネズミ捕り車は、物理学やその他の物理科学の授業でよく使用され、生徒が問題解決能力を養い、空間認識力を養い、時間配分を学び、協力的な行動を練習するのに役立ちます。

ネズミ捕り車の一般的なスタイルは様々です。^{[1] [2]}多くの業者が設計図、キット、完成車を販売しています。^{[3] [4] [5] [6]}ネズミ捕り車に加えて、ネズミ捕りボートのコンテストも開催されています。^[7]ネズミ捕り飛行機のコンテストも開催されています。^[8]

ネズミ捕りは螺旋状のねじりバネによって動かされます。ねじりバネはフックの法則の角度形に従います。

${\displaystyle \tau =-\kappa \theta \,}$

ここで、はバネによって加えられるトルク（ニュートンメートル単位）、 は平衡位置からのねじれ角度（ラジアン単位）です。はニュートンメートル / ラジアン単位の定数で、バネのねじれ係数、ねじり弾性率、または単にバネ定数とも呼ばれ、バネを 1 ラジアンの角度でねじるのに必要なトルクに等しくなります。これは線形バネのバネ定数に似ています。 ${\displaystyle \tau \,}$${\displaystyle \theta \,}$${\displaystyle \kappa \,}$

ねじりバネに蓄えられた エネルギーU （ジュール）は、次のとおりです。

${\displaystyle U={\frac {1}{2}}\kappa \theta ^{2}}$

ネズミ捕りを組み立てる際、バネは最初に平衡位置を超えてねじられるため、トラップが閉じられたときにバーに大きなトルクがかかります。

この動きを利用して、車の車軸または車輪を回転させる必要があります。最も一般的な解決策は、マウストラップのアームに紐を取り付け、それを車軸に巻き付けることです。バーを放すと、紐が引っ張られ、車軸 (および車輪) が回転します。

しかし、ネズミ捕りのバーに直接紐を結びつけると、バネに蓄えられたエネルギーをうまく利用できません。ネズミ捕りのバーが開いた状態と閉じた状態の間の距離は通常 10 cm なので、引っ張られる紐の長さはこれくらいです。直径の小さい車軸に巻き付けても、この長さの紐では車をできるだけ遠くまで動かすのに十分な回転数にはなりません。

この問題を回避するために、ほとんどのネズミ捕り車ではバーにレバーが追加され、レバーがはるかに長い紐を引っ張って車軸がより多くの回転をするようにしています。

マウストラップ バーにレバーを追加するもう 1 つの理由は、車輪にかかるトルクの量を減らすことです。車輪にかかるトルクが大きすぎると、車輪と地面の間の摩擦係数により、車輪と地面の間の力が最大摩擦力を超えてしまいます。これが起こると、車輪が滑り、バネに蓄えられたエネルギーが無駄になります。マウストラップ バーに長いレバーを使用すると、バネのトルクによる弦の張力が減り、車の車輪にかかるトルクが減ります。

車輪にかかるトルクを減らすことに加えて、より高い摩擦材料を使用することで摩擦係数を改善できる場合があります。

このタイプの車を作るには、バネの力をレバー アームに最大限に伝え、駆動車軸を回転させることが重要です。車の走行距離を最大限に伸ばすには、レバー アームを長くする必要があります。これにより、レバー アームが長くなると弦も長くなるため、車輪の回転量を増やすことができます。次に、駆動輪を大きくします。車輪の直径が大きいほど、走行できる地面が広くなるためです。また、車軸を車輪より小さくして、牽引距離を長くします。摩擦が大きければ大きいほど、車を推進する際に失われるエネルギーが増えるため、摩擦をできるだけ減らします。質量も考慮する必要があります。車の重量が重いほど、マウストラップ スプリングからのエネルギーが多く使用されるため、車を軽量にするのが最善です。

スピード マウス トラップ カーを作るには、短い距離でマウス トラップ スプリングから最大限のエネルギーを引き出す必要があります。レバー アームは、距離を走る車のものより短くする必要があります。アームが短いほど、スプリングが素早くスナップし、スプリングからより多くのトルクを引き出すことができるためです。車の重量のほとんどは、駆動車軸がある後部に分散されます。このように構築すると、車の前部であまり抵抗がかからず、速度が低下しません。車輪は大きすぎる必要はありませんが、車輪に対して車軸は大きくする必要があります。車輪には優れたトラクションが必要です。適切な量の摩擦がないと、駆動車軸に取り付けられた車輪が滑り、追加されたトルクのせいで車を前に押し出せなくなるためです。

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