Harmonograf adalah alat mekanis yang menggunakan pendulum berayun untuk menggambar. Harmonograf khusus ini dirancang oleh Karl Sims tetapi harmonik secara umum diyakini awalnya ditemukan pada tahun 1844 oleh matematikawan Skotlandia Hugh Blackburn. Ada jenis harmonika lainnya, tetapi jenis rotari 3-pendulum ini memberikan berbagai macam hasil yang menyenangkan, dan cukup mudah untuk dibuat setelah Anda menyelesaikan desain dan memperoleh bahan dan alat yang sesuai. Ini adalah proyek yang bagus untuk dilakukan dengan anak-anak dan dapat menghasilkan eksperimen tanpa akhir yang menciptakan jenis desain geometris baru.
Dua bandul lateral berayun bolak-balik pada sudut kanan satu sama lain dengan lengan terhubung ke pena. Yang satu menggerakkan pena dari sisi ke sisi, dan yang kedua memindahkannya dari depan ke belakang di atas kertas. Pendulum "putar" ketiga menggerakkan kertas dengan mengayunkannya pada sumbu apa pun atau dengan gerakan melingkar, sementara pena menggambar di atasnya. Gerakan gabungan dari ketiga bandul menghasilkan gambar yang dihasilkan.
-
Harmograph1_164 -
Harmonograph2_854 -
Harmonograph3_311
Langkah
Langkah 1. Bangun meja yang kokoh
Bagian atas meja ini adalah persegi 3'x3' dari kayu lapis tebal 3/4". Kakinya berukuran 1½" x 1½" persegi dan panjang sekitar 37", dengan kawat gigi segitiga dipotong dari potongan kayu berukuran 1½" x 8"x 12". kaki direntangkan sedikit untuk memberi kekuatan pada meja, dan untuk memungkinkan pendulum berputar berayun tanpa mengenai kaki.
-
Kencangkan dan/atau rekatkan penyangga ke kaki terlebih dahulu, lalu potong bagian atasnya sedikit miring dengan meja atau gergaji bundar.
Membuat Harmonografi Rotary Tiga Bandul Langkah 1 Peluru 1 -
Sesuaikan panjang kaki untuk memberikan ketinggian bagian atas meja sekitar 37.
Membuat Harmonografi Putar Tiga Pendulum Langkah 1 Peluru 2 -
Jika Anda ingin dapat memasukkan meja melalui pintu tanpa melepas kakinya, Anda mungkin membutuhkan kaki dan bandul yang sedikit lebih pendek.
Membuat Harmonografi Putar Tiga Pendulum Langkah 1 Peluru 3
Langkah 2. Bor lubang untuk pendulum
Bor 3 lubang berdiameter 3" melalui permukaan meja agar pendulum dapat digantung. Lubang untuk pendulum putar harus dipusatkan di sudut sekitar 8" dari setiap sisi hanya bersih dari penyangga kaki di bawahnya. Dua lubang lainnya harus disejajarkan di dekat tepi yang berlawanan, sekitar 8" dari sisi yang sama, dan 3" dari yang lain. Anda memerlukan mata bor bundar besar khusus untuk ini. Atau Anda dapat mengebor lubang yang lebih kecil terlebih dahulu, lalu memotong lubang yang lebih lebar dengan gergaji ukir.
Langkah 3. Pasang dua pelat logam (sekitar 1¼" x 4") di sisi dua lubang pendulum lateral, dan bor lekukan kecil di tengah setiap pelat
-
Mulai lekukan di pelat logam dengan mata bor kecil (seperti 1/8") dan kemudian lanjutkan dengan mata bor yang lebih besar (seperti 1/4"). Berhati-hatilah untuk tidak mengebor seluruhnya.
Membuat Harmonografi Rotary Tiga Bandul Langkah 3 Peluru 1 - Kecuali Anda memiliki mesin bor yang baik, mungkin akan lebih mudah untuk menempatkan lekukan pelat di atas meja setelah Anda membuat blok tumpuan dengan sekrup yang menonjol di bawah, karena akan lebih sulit untuk menempatkan sekrup di blok nanti secara akurat untuk disejajarkan dengan lekukan.
Langkah 4. Bangun pendulum
Poros pendulum terbuat dari pasak kayu berdiameter 4' panjang 3/4". Balok kayu keras, kayu ek 3/4" x 1½", digunakan sebagai tumpuan sehingga pendulum dapat beristirahat dan bergoyang di atas meja dengan gesekan minimal. dua pendulum lateral, gunakan balok panjang 5", dan untuk bandul putar, gunakan balok panjang 2¼". Bor lubang 3/4" melalui bagian tengah setiap balok, dan kencangkan sekrup 1¼" #10 melalui setiap ujungnya. Ujungnya sekrup akan berada di lekukan pelat logam di atas meja agar tetap di tempatnya saat digoyang.
Langkah 5. Masukkan dowel melalui lubang 3/4" di setiap blok tumpuan
Rekatkan dan/atau kencangkan sedemikian rupa sehingga ujung sekrup 12" dari ujung atas pasak dan menghadap ke bawah. Pendulum harus menggantung 36" di bawah permukaan atas meja dengan jarak sekitar 1" dari lantai.
Langkah 6. Bangun gimbal
Rotary pendulum membutuhkan mekanisme gimbal yang memungkinkannya berayun ke segala arah. Ini terbuat dari mesin cuci logam besar dengan diameter luar 2½" dan diameter dalam 1". Mesin cuci bertumpu pada ujung sekrup yang menonjol dari bawah meja, dan kemudian pendulum bertumpu pada mesin cuci. Bor pasang lekukan ke dalam mesin cuci di setiap sisi, di antara sisi 90 derajat, untuk memungkinkan goyang pada dua sumbu tegak lurus.
-
Berikut adalah tampilan gimbal pendulum putar dari atas dan bawah meja. Pada tampilan dari bawah, perhatikan balok kayu ek (3/4" x 1½" x 5") yang menopang kedua sekrup (1¾" #10) yang menonjol ke atas dan secara diagonal.
Membuat Harmonografi Putar Tiga Pendulum Langkah 6 Peluru 1
Langkah 7. Rekatkan tepi bawah balok-balok ini sesuai kebutuhan sehingga pendulum tidak mengenainya saat berayun
Demikian juga kikir di sudut-sudut blok tumpuan jika perlu agar tidak membentur meja saat diayunkan.
Langkah 8. Pasang beban
2½ lb mengangkat beban dari toko peralatan olahraga bekerja dengan baik, tetapi biasanya memiliki lubang interior 1". Anda dapat menumpuk beberapa beban dan menggesernya bersama-sama ke paku pendulum 3/4" dengan menggunakan pipa logam panjang 5" 3/4" puting, dengan bushing 3/4" hingga 1" disekrup ke ujung bawah. Penjepit baja 1" yang terpasang pada dowel memperbaiki bobot agar tidak meluncur, dan memungkinkan penyesuaian ketinggian bobot dengan mudah untuk memberikan frekuensi ayun yang berbeda.
Langkah 9. Buat platform kertas
Potong sekitar 1" dari bagian atas pasak pendulum putar, sehingga sedikit lebih rendah dari dua lainnya. Kemudian pasang papan 11"x11" persegi tipis 1/8" ke bagian atas pendulum ini, menggunakan balok kayu ek kecil direkatkan untuk penyangga, dengan lubang 3/4" untuk pasak.
-
Bungkus beberapa selotip di sekitar bagian atas pasak agar pas, atau rekatkan saja.
Membuat Harmonografi Rotary Tiga Pendulum Langkah 9 Peluru 1 -
Gunakan dua karet gelang, atau beberapa klip, untuk menahan kertas di tempatnya pada platform.
Membuat Harmonografi Putar Tiga Pendulum Langkah 9 Peluru 2
Langkah 10. Buat lengan
Hubungkan tongkat balsa panjang 30 ke bagian atas setiap pendulum lateral menggunakan paku tipis. Tekuk paku ke depan dan ke belakang sedikit di balsa untuk memungkinkan lengan berputar dengan lancar dan bergerak sedikit ke atas dan ke bawah. Lubang paku perlahan akan mengendur lebih lanjut selama digunakan.
Langkah 11. Pasang kedua lengan bersama-sama dengan karet gelang berlipat ganda seperti yang ditunjukkan
Perhatikan bahwa jika Anda berencana untuk menggunakan harmonik secara teratur, seperti di museum, solusi yang lebih kuat untuk lengan ini yang tidak akan cepat aus mungkin diperlukan.
Langkah 12. Buat tempat pena
Untuk membuat tempat pena sederhana, bor lubang 1/2" di ujung satu lengan, dan potong sekitar 4" di tengah lengan untuk membuat alat seperti jepitan pakaian. Atau, cukup rekatkan jepitan pakaian asli ke ujung salah satu lengan. Gambar dari kedua versi ditampilkan.
Langkah 13. Buat pengangkat pena
Lebih mudah untuk dapat menaikkan dan menurunkan pena dengan lembut tanpa mengganggu gerakan pendulum. Untuk melakukan ini, masukkan tiang 30" ke dalam lubang di dekat bagian tengah meja, cukup jauh dari platform kertas sehingga tidak akan terkena (sekitar 12" dari lubang pendulum putar).
Langkah 14. Pasang balok kayu ek di bawah meja untuk lubang yang lebih dalam dan penyangga yang lebih baik
Langkah 15. Ikat seutas tali ke lengan balsa di mana mereka terhubung bersama, arahkan melalui mata sekrup di atas tiang, dan kembali ke gerigi atau alur kecil yang dapat menahan pena di tempatnya di atas kertas sampai Anda siap untuk menurunkannya
Video - Dengan menggunakan layanan ini, beberapa informasi dapat dibagikan dengan YouTube
Hasil
- Untuk menyederhanakan, Anda dapat mengunci pendulum putar dengan melepaskan beban tersebut sehingga bertumpu di lantai dan mencegah platform kertas berayun sama sekali. Pasang pemberat lainnya pada posisi terendah untuk memulai, karena kecepatan pena yang lebih lambat cenderung memberikan garis yang lebih halus. Jika dua bandul lain berayun serempak pada frekuensi yang sama, Anda akan mendapatkan pola lingkaran, elips, atau garis sederhana. Jika frekuensinya sedikit berbeda, polanya akan perlahan berubah dari lingkaran ke garis dan kembali lagi saat meluruh, yang akan memberikan desain seperti mata. Ketika frekuensinya sangat berbeda, Anda mungkin mendapatkan hasil yang terlihat kacau. Namun, jika Anda menemukan posisi yang mendekati rasio frekuensi "harmonik" seperti 3:2 atau 4:3, Anda bisa mendapatkan angka Lissajous, angka delapan, atau bentuk seperti ikan yang menyenangkan.
- Efek dari pendulum putar ke-3 meningkatkan variasi hasil yang mungkin. Beberapa desain terbaik terjadi ketika ketiga pendulum berayun pada frekuensi yang sama tetapi sedikit berbeda, dengan pendulum putar berayun dalam gerakan melingkar. Perhatikan bahwa massa platform kertas di atas bandul putar menyebabkannya berayun pada frekuensi yang sedikit lebih lambat ketika semua beban berada pada posisi terendah, jadi Anda akan menaikkannya sedikit jika Anda ingin mencocokkan frekuensi yang lain. dua.
- Berbagai desain berbentuk bintang dapat dibuat dengan menaikkan beban pada kedua bandul lateral, atau hanya bandul putar, untuk memberikan rasio frekuensi harmonik. Rasio 3:2 sering menghasilkan bintang berujung 5 dan rasio 4:3 cenderung memberikan bentuk bintang berujung 7.
Tips
- Sebagai ganti kertas dan pena, cobalah nampan pasir halus atau bubuk, dan paku atau tongkat tajam. Pola tidak permanen tetapi memungkinkan eksperimen terus menerus saat Anda merasakan perangkat.
- Sesuaikan tinggi berat bandul untuk mengubah frekuensi ayunannya. Frekuensi bandul bervariasi dengan kebalikan dari akar kuadrat dari panjangnya, jadi untuk berayun dua kali lebih cepat, panjang antara titik tumpu dan pusat massanya harus 1/4 dari panjang aslinya (yang mungkin tidak praktis dengan harmonisa ini). Untuk peningkatan frekuensi 3:2 atau 4:3, bobot akan dinaikkan masing-masing sekitar 19" atau 15", meskipun Anda mungkin harus melakukan beberapa tes waktu untuk menemukan dan menandai ketinggian ini secara eksperimental.
- Bereksperimenlah dengan pena dan spidol berbagai jenis dan warna. Umumnya pena lebar atau spidol tipis tampaknya bekerja paling baik. Berikut adalah beberapa yang telah dilakukan dengan baik:
- Uniball GEL Impact warna Silver, digunakan pada kertas hitam atau gelap.
- Pigma Graphic 1 (1.0mm) hitam, digunakan pada kertas putih atau tipis.
- Pena Sakura Identi warna hitam, ungu, dll. digunakan di atas kertas putih atau tipis.
- Tambahkan lebih banyak beban pada pendulum untuk melawan gesekan dan membuat ayunan bertahan lebih lama. Saya telah menemukan bahwa 5 lb (2 x 2½) pada pendulum putar, dan 7½ lb (3 x 2½) pada dua pendulum lainnya bekerja dengan cukup baik. Perhatikan bahwa menambahkan lebih banyak berat biasanya tidak mengubah frekuensi bandul.
- Setiap kali Anda mengayunkan bandul untuk membuat gambar baru, fase dan amplitudo relatif dari setiap bandul akan bervariasi. Coba di suatu tempat bandul putar dan bandul lateral awalnya membuat lingkaran dalam arah yang sama, atau berlawanan. Coba di suatu tempat pendulum lateral awalnya berayun dalam fase untuk membuat garis diagonal.
