Jobb motor?
A motorunk igaziból nem jó semmire. Túl gyorsan forog, emiatt ha kereket teszel rá, száguld és mindennek nekimenne. Ugyanakkor elég gyenge, és nem tudja magával cipelni az elemet.
Kicsit lassabban...
Hogy lehetne ebből egy kicsit lassabban, de erősebben forgó motort csinálni? Erre való a fogaskerék!
Nagy fogaskerekes hajtómű motorral
A motor tengelyén van egy pici fogaskerék, ami meghajt egy nagyobb fogaskereket. Amíg a motor tengelye egyet fordul, a nagyobb fogaskerék (amin sokkal több fog van) csak egy harmadnyit - így hát a nagyobb fogaskerék lassabban forog.
Ezen az ábrán láthatod a folyamatot - itt a kisebb kerék 20 fogú, a nagyobb meg 40, emiatt a nagy fele olyan gyorsan forog mint a kicsi:
Forognak a fogaskerekek
Feladat: próbáld meg kézzel megtekerni a fogaskerekes hajtómű motorjának tengelyét. Vizsgáld meg, hogy ahogy a motort tekered, minden fogaskerék-áttételnél egyre lassul a forgás. A leglassabb a nagy hosszú tengelyen lesz, amire majd kerekeket teszünk hamarosan.
Fordítva mi történik?
Mi lesz, ha óvatosan megtekered nem a motor kicsi fogaskerekét, hanem a mellette lévő nagyot? Ekkor a nagy fogaskerék tekeri a kicsit, és a kicsi sokkal gyorsabban forog, mint a nagy!Hova tűnik az energia?
A motor ugyanolyan gyorsan forog így is, ugyanannyi energiát fogyaszt az elemből, csak a forgás sebessége kisebb minden lassító fogaskerék-áttételnél. Történik még valami: minél lassabb lesz a forgás, annál erősebb is lesz.
Emlékszel, hogy a motor tengelyét kisujjal le tudtad fogni, hogy ne forogjon? Próbáld meg lefogni a motor melletti nagyobb fogaskereket, majd a továbbiakat! A legutolsó fogaskerék, ami a nagy tengyelyt hajtja már egészen erős, nem?
Mennyi fogaskerék kell?
Minél nagyobb két fogaskerék fogainak száma közti különbség, annál nagyobb a lassítás (vagy gyorsítás) mértéke.
A fogak számának egyenese aránya arányos a nyomaték változásával - tehát ha egy 10 fogú fogaskerék egy 20 fogút hajt meg, az 2x erősebb lesz, és fordítottan arányos a sebesség változásával - tehát ha egy 10 fogú fogaskerék egy 20 fogút hajt meg, az 2x lassabb lesz.
Ahhoz, hogy 1000x erősebb legyen, egy 10 fogú fogaskerékkel egy 10 000 fogú fogaskereket kellene meghajtani. De egy 10 000 fogú fogaskerék hatalmas! Még ettől is nagyobb:
Hatalmas fogaskerék
Ezért ahelyett, hogy egy hatalmas fogaskerék-áttételt használnának, a mérnökök inkább sok kicsit szoktak, pont úgy, mint ebben a fogaskerekes hajtóműben.
Ebben a hajtóműben amit használunk, egy 10 fogú kerék forgat egy 40 fogút (ez 4x-es lassítás), aminek a tengelyén van egy másik 10 fogú ami teker egy másik 40 fogút (az előzővel együtt ez már 4x4 azaz 16-szoros lassítás).
Nézd csak meg, 4 ilyen lassító áttétel van a motor után, ezért 4x4x4x4 azaz 256-szor lassabban és 256-szor erősebben forog a hajtómű végén a nagy tengely, mint a motor.
A gyakorlatban fontos, hogy minél kisebb legyen valami, ezért egy hatalmas áttétel helyett inkább sok picit tesznek egymás után, valahogy így:
