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【LEGO】自転車が倒れない理由。歯車で動く機械の面白さを紹介する

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LEGOで作った自転車で自転車が倒れない理由を説明する。

LEGOの自転車は坂道で勢いをつけて床を走っていく。
本物の自転車同様、キャスター角がついており、2輪で安定して走る。
動画ではキャスター角、ジャイロ効果、オフセットを説明している。

自転車はキャスター角により前輪と地面の接点はハンドルの回転軸より後ろになる。
自転車が傾いた方へハンドルが切れるので、遠心力で倒れることに抵抗する。
試しにハンドルを固定すると、すぐ倒れる。
さらに、キャスター角にはハンドルをまっすぐに戻す効果がある。
前輪と地面の接点がハンドルの回転軸より後ろなのでまっすぐに戻そうとする力が発生する。

ジャイロ効果も自転車の安定に貢献する。
タイヤが回転しているときに自転車が傾くと、ジャイロ効果により、傾いた方へハンドルが切れる。
前輪が回っているときに前輪が左に傾いた場合で考える。
・前輪の一番後ろの部分は上向きに勢いがあるが、前輪が左に傾くと左上に行くことになる。しかし真上に行こうとするので、ハンドルを左に向ける力が発生する。
・前輪の一番前の部分は下向きに勢いがあるが、前輪が左に傾くと右下に行くことになる。しかし真下に行こうとするので、ハンドルを左に向ける力が発生する。
右に傾いた場合も左右が逆なだけで同様である。
結果、タイヤの回転と自転車の傾きにより、自転車が傾いた方へハンドルが切れる。

前輪にオフセットをつけると前輪の重心がハンドルの回転軸より少し前になるので重力だけでハンドルが切れるようになる。

自転車には安定するための様々な工夫があるが器用な人であれば止まっている自転車でもバランスをとれる。
乗っている人間も安定に貢献している。

LEGOは歯車で動く機械を自由に作ることができる素晴らしいおもちゃである。モーター、歯車、車軸、タイヤ等の機構部品や遠隔操作装置さらにマイコンを組み合わせてロボットを作れる。工学やメカトロニクスの勉強になる。プログラミングよりLEGOの方が面白くてためになるかもしれない。

LEGOのはじめ方

①LEGOを買う
Lego Technicの大きめ(1000パーツ以上)の製品がおすすめ。大きいほうが複雑な仕組みを学べるし、パーツも多く手に入る。ネットの方が安く買える場合が多いけど品薄の製品は高騰しやすいので注意。値段÷パーツ数が10以下だとお買い得感がある。モーターや赤外線リモコンなどの装置が多く入っている製品もお買い得である。

②説明書通りに組み立てる
説明書通りに組み立てると基本が分かる。製品は歯車をうまく使っているし、エレガントに設計されているので勉強になる。

③遊んだり、飾ったりする
Lego Technicの製品は非常によくできているので飾ってもかっこいい。

④ばらす
しばらく遊んだ後、ばらして部品として使う。パーツの種類ごとに小分けしておくと便利。

⑤自分で考えて作る
なにか面白いことを考えて作ってみる。ここが一番難しいところ…

BGM:株式会社クリーク・アンド・リバー社

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