Начиная с 2024 года в кодификаторе ОГЭ по физике в конце каждого раздела появилась тема -технические устройства. Она подразумевает проверку знаний учащихся об устройстве и принципе действия различных приборов и конструкций. Понимание применения законов физики в основе их действия.
В структуре экзаменационного листа эти знания будут проверятся заданием №18. В качестве примера приведем одно из таких заданий из сборника подготовки к ОГЭ по физики.
В данной статье разберем принцип действия электромеханического спидометра.
Спидометр (от англ. speed — скорость + греч. μέτρον — мера) — измерительный прибор для определения модуля мгновенной скорости движения.
Все начинается с небольшой шестеренки, насаженной на вторичный вал коробки передач. Вторичный вал соединяет КПП с колесами, поэтому его скорость вращения равна скорости вращения колес и не зависит от оборотов двигателя. Шестеренка соединена со второй, насаженной на конец гибкого вала – троса в пластиковой оболочке. Этот вал ведет от коробки передач к приборной панели и присоединяется с обратной стороны к корпусу спидометра. Здесь на конец вала насажен диск с постоянным магнитом.
На одной оси с ним — но без соединения — насажен другой диск, сделанный из алюминия. На его ось насажена также кольцевая пружина и, собственно, стрелка спидометра.
Когда колеса и вторичный вал коробки передач начинают вращаться, с ними начинает вращаться и гибкий вал, и диск с магнитом. Движение магнита вызывает вихревые токи в алюминиевом диске, увлекая и его во вращение. Однако пружина мешает ему сильно отклониться. Возникает баланс сил, зависящий от скорости вращения:
- чем быстрее вращается магнит, тем сильнее может отклониться диск.
- поэтому и стрелка спидометра сильнее отклоняется от нулевого положения.
У механических спидометров есть ряд недостатков: невысокая точность, обилие трущихся деталей и большой вес. Поэтому со временем их сменили более продвинутые варианты.
Вторым поколением можно считать электромеханические приборы. Гибкий вал в нем может быть, а может и не быть. Как и в механическом спидометре, есть вращающийся по кругу магнит, но напротив него расположен не вращающий диск, а индукционная катушка. Чем быстрее вращается магнит, тем сильнее возникающий в катушке ток. А сам спидометр работает как амперметр, меряющий силу этого тока.
Таким образом, в основе принципа действия спидометра лежат два процесса:
1) передача вращательного движения от вала коробки передач через систему шестеренок и червячных механизмов тросику, а вместе с ним постоянному магниту;
2) поворот алюминиевого диска вместе с указателем (стрелкой), в результате взаимодействия вихревых токов в нем с вращающимся магнитным полем постоянного магнита.