Čista moč

1. Uvod

Tek je v grobem sestavljen iz dveh faz: faze leta in faze kontakta. V fazi leta je tekač z obema nogama v zraku, medtem ko se med fazo kontakta z eno nogo dotika tal. Če z nogo zadene ob tla pred težiščem telesa, na nogo delujeta dve sili: sila navzgor, ki poskrbi, da se lahko tekač znova odrine v zrak, in sila, ki je nasprotna smeri gibanja in tako tekača zavira. Zato je pomembno, da se noga dotakne tal pod telesom in ne pred njim. Ko je noga v položaju za težiščem, sila deluje v smeri gibanja in poskrbi, da se tekač premika naprej. Dober tekač teče s približno 180 koraki na minuto, kar pomeni, da je med dvema korakoma 300 milisekund, kontaktni čas pa okoli 170 milisekund, torej je v zraku slabo polovico časa, 130 milisekund.

2. Vztrajnik

Pri teku na tekaški stezi to pomeni, da tekač trak potiska samo del časa. Če trak, po katerem teče tekač, ne bi imel vztrajnosti, bi se ta v trenutku, ko bi se noga z njega dvignila, ustavil. V našem primeru, ko s steze še jemljemo energijo s pomočjo elektromotorja, je ta pojav še toliko bolj izrazit.
S podobnim izzivom se srečujejo tudi številni stroji, na primer motor z notranjim izgorevanjem (bencinski ali dizelski). Da je hitrost vrtenja pri tovrstnih strojih vseeno čim bolj konstantna, se uporabljajo vztrajniki.

V osnovi je vztrajnik rotirajoča masa. Ko na gred delujemo z dodatnim momentom, da bi jo hitreje zavrteli, del energije porabimo tudi za to, da pospešimo vztrajnik. Ko pa dodatnega momenta ni več, se hitrost rotacije zmanjšuje počasneje, saj vztrajnik energijo oddaja. Koliko energije vztrajnik ima, je odvisno od njegove oblike, mase in hitrosti vrtenja. Energijo vztrajnika izračunamo kot:

kjer je E kinetična energija vztrajnika, Iz vztrajnostni moment telesa okoli osi vrtenja in ω kotna hitrost vrtenja. Vztrajnostni moment valja, ki se vrti okoli simetrijske osi, pa izračunamo kot

pri čemer je Jz vztrajnostni moment, m masa valja (vztrajnika) in r radij valja.
V našem primeru z vztrajnikom zagotovimo, da se v času, ko je tekač v zraku, hitrost traku vsaj nekoliko ohrani.

3. Prestavno razmerje

Elektro-motor pretvarja mehansko energijo v električno, ko vrtimo njegovo gred. Da pa se gred zavrti, je treba nanjo delovati z momentom. Moment (ali navor) je enak produktu sile in dolžini ročice. Če torej za vrtenje motorja potrebujemo 10 Nm navora, lahko na 1 m dolgi ročici pritiskamo z 10 N sile ali pa na ročici dolgi 10 m, s silo 1 N. Predstavljajte si primer, ko želite odviti močno privit vijak: to je precej lažje storiti z dolgim kot s kratkim ključem.

Jermenski prenos je namenjen prenosu momenta z ene gredi na drugo. V našem primeru z gredi, ki jo vrtimo s tekom po tekaški stezi (odgonska gred), na gred elektromotorja (pogonska gred). Razmerje polmerov jermenic (jermenica je strojni element, ki poganja jermen, ekvivalent verižniku (po domače zobniku) pri verižnem prenosu) na obeh gredeh pa nam določa prestavo. Če je prestava 1:2, se bo gred na motorju zavrtela 2-krat, medtem ko se bo v istem času gred, ki jo poganja tekač, zavrtela 1-krat. Motor se vrtenju upira z določenim momentom. Tega lahko premagujemo bodisi tako, da imamo nizko prestavno razmerje, kar pomeni, da bo treba na trak tekaške steze delovati z veliko silo, a počasi ali pa z visokim prestavim razmerjem, kjer je ta sila lahko manjša, a je zato treba hitreje vrteti trak.

4. Zunanjost e-steze

Da smo v stezo lahko implementirali vse elemente, je sledil 3D načrt z dimenzijami in prerezi.

Temu je sledil načrt za izvedbo. Izvedba je vključevala laserski izrez pločevine, ki mu je sledilo ukrivljanje. Vse sestavne dele je bilo treba privariti skupaj, čemur je sledilo še barvanje končnega izdelka.

Z laserjem smo izrezali še akrilno steklo, iz katerega je narejena fronta steze in površina ročaja.