גלגלי שיניים הם גלגלים עם שיניים חתוכות סביב ההיקף שלהם. כאשר שני גלגלי שיניים משתלבים זה בזה, סיבוב של גלגל אחד גורם לסיבוב של הגלגל השני.

השימוש העיקרי בגלגלי שיניים הוא:

1. העברת תנועה: הם מעבירים כוח סיבובי מציר אחד לאחר.

2. שינוי כיוון הסיבוב: כאשר שני גלגלי שיניים מחוברים ישירות, הם תמיד יסתובבו בכיוונים הפוכים זה מזה.

3. שינוי מהירות וכוח (יחסי תמסורת):

   • אם הגלגל המניע (המחובר למקור הכוח) קטן מהגלגל המונע (הגלגל השני): המהירות יורדת, אבל הכוח (המומנט) עולה. קל יותר לסובב, אבל איטי יותר.

   • אם הגלגל המניע גדול מהגלגל המונע: המהירות עולה, אבל הכוח (המומנט) יורד. קשה יותר לסובב, אבל מהיר יותר.

דוגמאות מהדגם

התמונה מציגה שלושה מנגנונים שונים:

1. מנוף (Lever): החלק העליון עם הגלגל האפור והזרוע הלבנה מדגים עקרון של מנוף ומעביר תנועה סיבובית לתנועה קווית.

2. שינוי כיוון (מנוף עם גלגל שיניים): המבנה האמצעי משמאל מדגים איך סיבוב ידית גורם לסיבוב של גלגל שיניים.

3. יחסי תמסורת (Gear Ratio): המבנה התחתון מציג שני גלגלי שיניים בגדלים שונים (או זהים, תלוי ברכיבים הספציפיים שמופיעים בסט 9686), המחוברים יחד. זוהי דרך להדגים את יחסי הכוח והמהירות.

שימו לב בכל מודל צריך לגשת למנחה ולענות על השאלות

שאלות:

• כיוון סיבוב: סובבו את הידית האדומה במבנה התחתון בכיוון השעון. לאיזה כיוון מסתובב גלגל השיניים השני? מה יקרה אם תנסו לסובב את המניע נגד כיוון השעון?

• יציבות המבנה: הסתכלו על המבנה המשולש (טריאנגולציה). נסו להפעיל עליו לחץ קל בצדדים. מדוע צורת המשולש חזקה ויציבה יותר מצורת מלבן עשויה חלקי לגו (הניתנת לשינוי צורה בקלות)?

• מהירות: במבנה התחתון, אם תחליפו את גלגל השיניים הקטן בגלגל שיניים גדול יותר (באותו מקום), האם יהיה לכם קל יותר או קשה יותר לסובב את הידית? האם המערכת תסתובב מהר יותר או איטית יותר?

• כוח מול מהירות: נסו לחבר חוט קטן לגלגל השיניים המונע (השני). איזו מערכת קל יותר לסובב (כלומר, מפיקה יותר כוח): זו שבה הגלגל המניע (הידית) גדול מהמונע, או זו שבה המניע קטן מהמונע?

• חיבור נכון: מה קורה כשאתם מנסים לסובב את הידית אם גלגלי השיניים מחוברים בצורה רופפת, כך שהשיניים שלהם לא משתלבות היטב? מה זה מלמד אותנו על הצורך בתמסורת מדויקת?

• המרת תנועה (המנוף): המבנה העליון הופך תנועה סיבובית של הגלגל האפור לתנועה קוויות של המוט הלבן. איפה בבית או ברכב אנחנו רואים שימוש במנגנון כזה שממיר תנועה סיבובית לתנועה קווית? (רמז: משהו שמנקה לנו את השמשה הקדמית).

• גלגל ביניים: בבנייה שלכם, הוסיפו גלגל שיניים שלישי (בכל גודל) בין שני גלגלי השיניים הקיימים במבנה התחתון. מה קורה עכשיו לכיוון הסיבוב של הגלגל האחרון בהשוואה למצב ההתחלתי?

• כיוון העומס: נסו לחבר משקולת קטנה (קוביה כבדה) לקצה המנוף העליון. האם קל יותר לסובב את הגלגל האפור כשהמוט הלבן ארוך מאוד (כפי שהוא מוצג) או אם תקצרו את המוט הלבן לחצי אורכו? (הדגשת עקרון המנוף).

• יישום בחיים: תארו מצב בחיים האמיתיים בו אנו משתמשים במערכת גלגלי שיניים כדי להגביר את המהירות על חשבון הכוח, ומצב בו אנו משתמשים בה כדי להגביר את הכוח על חשבון המהירות. (רמז: שעון יד לעומת מערבל בטון).