Може ли топлината да движи играчка — без батерии, без мотор, без ток? Може. Достатъчни са една чаена свещ и малко парче „умен“ метал. В този STEM проект учениците сглобяват термо-везна: дървена люлка с две фигурки, която се накланя сама щом запалите свещта под нея, и се връща обратно, когато изгасне. Зад „магията“ стои един от най-красивите опити за топлинно разширение.

Физиката накратко: защо металът „помни“ топлината

В сърцето на проекта стои биметална пружина — две тънки метални ленти, споени заедно. Двата метала се разширяват различно при нагряване: единият повече, другият по-малко. Понеже са слепени и не могат да се плъзгат, лентата се принуждава да се извие към метала, който се разширява по-малко. Това е топлинно разширение на телата в действие.

Когато запалите свещта, биметалът се нагрява, извива се и избутва люлеещото рамо — везната се накланя. Щом пламъкът изгасне и металът изстине, той се изправя и люлката се връща. Същият принцип работи в старите термостати, в мигачите на колите и в пожарните датчици.

Темата ляга директно върху учебната програма по физика и астрономия (7. клас) — топлинно разширение на твърди тела — и върху „Технологии и предприемачество“ като практически конструкторски проект (планиране, обработка на материали, сглобяване, изпитване).

Какво има в комплекта

Инструменти: зеге, ножовка за метал, ножовка за дърво, пила, шкурка, бормашина (свредла ø2 и ø3), керн (пробой), клещи, ножица, линия, молив, лепило за дърво, топлийник (силиконов пистолет), отвертка.

Сглобяване стъпка по стъпка

Стъпка 1 — Отвори в люлеещото рамо

Маркирайте отворите върху квадратната летва (2) по размерите и ги набийте с керна. Пробийте двата отвора ø2 mm и отвора ø3 mm.

Стъпка 2 — Детайли за кръстачката за свещта

Пренесете 4-те детайла за кръстачката за свещта върху летвата (3). Маркирайте отворите (ø2,5 и ø3), набийте и пробийте. Отрежете детайлите на дължина и почистете срезовете.

Стъпка 3 — Вдлъбнатина в заготовките

Поставете две заготовки една до друга, маркирайте вдлъбнатината на горния ръб и я отрежете. Почистете срезовете. Повторете с другите две заготовки.

Стъпка 4 — Вариант 1: челно лепене

Залепете две заготовки челно една към друга.

Стъпка 5 — Вариант 2: с изрез

Поставете летвите една върху друга и маркирайте мястото на среза. Изрежете среза от долната летва и залепете летвите, както е показано.

Стъпка 6 — Вариант 3: надлепване

Изрежете вдлъбнатината от две огледални летви по размерите и ги залепете (стъпки A–C). Повторете с другите две заготовки.

Стъпка 7 — Сглобяване на кръстачката за свещта

Отрежете 4 парчета по 30 mm от облата пръчка (4). Залепете ги в отворите на едната кръстачка. Поставете втората кръстачка отгоре и я залепете.

Стъпка 8 — Ос на въртене

Отрежете ~60 mm от заваръчния тел (5) и обработете ръбовете. Прокарайте тела (5) през централния отвор на квадратната летва (2) и през централния отвор на кръстачката за свещта. Сложете шайба (9) откъм летвата и залепете по едно дървено топче (13) от двете страни. Важно: летвата трябва да остане свободно въртяща се.

Стъпка 9 — Огъване на тел (5)

Огънете останалия заваръчен тел (5) по шаблона за огъване (стр. 7 от упътването). Използвайте тръба с диаметър ~ø90 mm или бутилка като помощно средство.

Стъпка 10 — Огъване на тел (6) във форма на скоба

Огънете тела (6) във форма на скоба по шаблона за огъване (стр. 7). Отрежете излишъка и обработете краищата.

Стъпка 11 — Лустер клема

Поставете лустер клемата (10) върху огънатия тел и затегнете съответния винт.

Стъпка 12 — Монтаж на биметалната пружина

Залепете дървеното топче (8) върху телената скоба (6). Поставете биметалната пружина (7) и я фиксирайте с крайната кукичка.

Стъпка 13 — Изпитване на механизма

Поставете фиксиращото рамо на биметалната пружина (7) в лустер клемата и затегнете винта. Проверете действието! Запалете свещта (11): след кратко време биметалната пружина се разтяга и люлеещото рамо се накланя на другата страна. При изстиване везната се връща в изходно положение.

Стъпка 14 — Монтаж върху основата

Маркирайте центъра на основата (1) и залепете готовото люлеещо рамо.

Стъпка 15 — Изработка на фигурките

Отрежете 2 парчета по 150 mm и 2 по 50 mm от синелката (14). Огънете ги и ги усучете, за да се свържат. Залепете дървените топчета (12/13) за глави и ръце.

Стъпка 16 — Дрешки от филц

Изрежете две ленти (70 mm) и два кръга (ø22) от филца (15) и ги залепете на фигурките.

Стъпка 17 — Фигурките върху люлеещото рамо

Залепете двете готови фигурки на двата края на летвата (люлеещото рамо).

Стъпка 18 — Готово!

Поставете чаената свещ (11) и я запалете. Готово! Наблюдавайте как фигурките се люлеят, движени единствено от топлината.

Какво да наблюдаваме и обсъдим в час

• Колко време минава от запалването до накланянето? А при изстиване?
• Какво ще стане, ако пламъкът е по-голям или по-малък — по-бързо ли реагира везната?
• Къде в ежедневието срещаме биметал? (термостати, мигачи, пожарни датчици)
• Защо двата метала трябва да са споени, за да се извива лентата?

За учители

Термо-везната е готов проект за час по физика (топлинно разширение) или по „Технологии и предприемачество“: съчетава обработка на материали с ясно физично явление и ефектен резултат, който мотивира учениците. Подходяща и за STEM клуб или ателие.