Ogniowa wiertarka bezwładnościowa

Uwaga, będzie podchwytliwe pytanie, z czym się wam kojarzy puszczanie bąka? :)
Obawiam się, że dla większości niestety nie z atrakcyjną zabawką dla dzieci, a fizjologią człowieka. Mi się z dzieciństwem, jestem ostatnim pokoleniem wychowanym bez elektronicznych zabawek. Kiedyś ktoś mnie zapytał jak działa wiertarka bezwładnościowa, bo nie potrafił sobie tego wyobrazić, mimo zdjęć i opisu. Nakręciłem filmik by wspomóc skurczoną wyobraźnię :)

Działanie wiertarki bezwładnościowej i bąka zabawki oparte jest na zbliżonej zasadzie, edukacyjne i ciekawe pokazanie praw fizyki i mechaniki w praktycznym zastosowaniu. Konkretnie chodzi o działanie siły bezwładności w nieinercjonalym układzie odniesienia. Zabrzmiało groźnie? Wektorów i rachunku tensometrycznego nie będzie, za to potrzebna jest wyobraźnia i odrobina umiejętności technicznych :)
Podam praktyczne wskazówki jak zbudować wiertarkę, opiszę jej działanie oraz wymienię wady i zalety.

Pierwotnym i najszerzej znanym zastosowaniem wiertarki bezwładnościowej było wiercenie otworów, zaś ogień jest wtórnym. Wiertarki tego typu były znane już w neolicie, stosowane do wiercenia otworów w np. bursztynie i kości. Ogniowa wiertarka bezwładnościowa pomimo niezbyt skomplikowanej budowy i łatwości obsługi rzadko była stosowane do krzesania ognia.

Wiertarka bezwładnościowa składa się z pionowego wiertła, obciążnika, poziomego ramienia i sznurka. Pionowe wiertło może być jednoczęściowe lub z wymiennym bitem - dwu lub trzy częściowe. Jednoczęściowe wiertło jest najprostsze do wykonania, składa się z prostego kija, ma zasadniczą wadę, pod wpływem tarcia ściera się jego dolna część, jego żywotność ogranicza się do ok. kilkunastu razy.

Ponieważ swoje wiertarki używam na pokazach zdecydowałem się na wiertło z wymiennym bitem, jest to wygodne rozwiązanie, mogę bez problemu zmieniać bity na te wykonane z rożnych gatunków drzew oraz  średnicy i długości (w pewnych granicach). Mogę w ten sposób testować inne gatunki, wymiana bitu jest prosta, zajmuje kilka minut, jeden bit wystarcza na 5-10 prób.

Na górnym końcu zrobiłem otwór przez który przechodzi sznurek, można też zrobić poprzeczne nacięcie lub zmniejszyć średnicę i obwiązać. Materiał na wiertło jest taki sam jak przy łuku ogniowym, do wiertarki zwykle używam lipy. Ze względu na twardość jak i rurkowatą budowę na wiertło z wymiennym bitem użyłem pędu dzikiego bzu. Koniec wiertła wzmacniam naturalnymi jelitami lub ścięgnami by uchronić go przed pękaniem.

Obciążnik można wykonać z kamienia, ceramiki, drewna lub połączenia tych materiałów. Kamień jest bardzo dobry pod warunkiem, że mamy czym wywiercić otwór, co w prymitywnych terenowych warunkach okazać się może niewykonalne, chyba że są to miękkie skały. Miękkie i zwykle lekkie skały są mało wytrzymałe, zdarza się, że pękają w trakcie użytkowania wiertarki. Drgania powstałe podczas wiercenia przenoszone są na obciążnik. Pozostaje poszukać kamienia o naturalnej formie dysku ewentualnie go obrobić do takiego kształtu, a następnie wywiercić otwór. W warunkach domowych obróbka kamienia, nawet z tych twardych skał nie jest już czymś skomplikowanym. Ceramiczny obciążnik jest łatwy do wykonania, bez problemu możemy nadać mu dowolny kształt i wielkość. Mam taki obciążnik w wiertarce mniejszej, przeznaczonej do wiercenia otworów. Ceramika jest bardziej niż drewno czy kamień narażona na pęknięcia w czasie przenoszenia i użytkowania pod wpływem drgań przenoszonych z wiertła na obciążnik.

Wykonanie obciążnika z kamienia czy ceramiki jest czaso- i pracochłonne, dlatego wykonałem w swoich ogniowych wiertarkach bezwładnościowych obciążenie z drewna lub połączenia drewna i kamienia. Wybieramy ciężkie drewno  i tniemy piłką plaster. Jeśli dysponujemy elektryczną wiertarką to zrobienie otworu nie nastręcza problemów, ale spróbujcie tego samego w lesie, w prymitywnych warunkach bez współczesnych urządzeń.  Najłatwiejszy do zrobienia w warunkach polowych obciążnik wg mnie to połączenie drewna i kamieni, pomiędzy kawałkami płaskich deszczułek umieszczamy dodatkowo  kamienie dla zwiększenia masy i mocujemy wszystko razem sznurkiem lub jak ja to zrobiłem jelitami. Otwory w deseczkach bez problemy przewiercimy łukiem ogniowym, mają 2-3 centymetry grubości, a nie jak w obciążniku wykonanym tylko z plastra pnia 10 cm lub więcej.
Drewniany obciążnik w mniejszej wiertarce to plaster z dębowego pnia o średnicy ok. 12 cm i grubości 8 cm, kamienie w większej wiertarce mają wielkość dużej cytryny.

Masa, a zatem i wielkość obciążnika jest nie bez znaczenia, dobieramy ją odpowiednio do wielkości wiertarki, średnicy wiertła i jego twardości. Zasada jest podobna jak w łuku ogniowym, większa średnica i twardsze drewno to większy nacisk, tu większa masa obciążnika. Jeśli nasz obciążnik będzie za lekki to wiertko nie będzie się ścierać i produkować czarnego, gorącego pyłu. Jeśli masa będzie zbyt duża, to duża bezwładność wiertarki wpłynie na jej szybkość, tak też będzie źle. Tutaj przydaje się doświadczenie i wyczucie. Jeśli mamy nieco za lekki obciążnik to możemy spróbować zmniejszyć średnicę wiertła (bita), stosujemy taka samą zasadę jak przy innych metodach ciernych (łuk ogniowy, świder ręczny), mniejszy nacisk to mniejsza średnica, i odwrotnie, wzrost średnicy oznacza większy nacisk. Drugi sposób to dołożenie kamieni lub wymiana na większe. Jeśli wykonamy obciążnik o zbyt dużej masie próbujmy do ''odchudzić'', z drewnianym nie powinno być problemu.

Poziome ramię wykonujemy z drewna, do końców mocujemy sznurek. Aby wiertarka sprawnie działała przyjmuje się, że powinny być zachowane odpowiednie proporcje. Stosunek długości wiertła do ramienia i sznurka powinien wynosić 4:3:5. Długość wiertła liczymy od miejsca zamocowania sznurka na górze do ramienia, ramię tyko 1/2, bo mamy dwa trójkąty, a długość sznurka to przeciwprostokątna w trójkącie.
Dla przykładu moja większa wiertarka ma wymiary: długość wiertła 67 cm, długość ramienia 45, długość sznurka 49 cm, mniejsza odpowiednio: 55, 33 i 39 cm, są to orientacyjne wielkości.

Średnica wymiennych bitów ok. 10-12 mm i długość 6-8 cm, mają zmienną średnice na długości, tak by się blokowały w wiertle z bzu. Podstawkę robię z tego samego materiału co bity.

Wiertarkę wprawiamy w ruch obrotowy skręcając sznurek wokół wiertła a następnie naciskamy w dół na ramię, To spowoduje rozkręcenie sznurka i obrót obciążnika wraz ze świdrem aż do skręcenia sznurka w przeciwnym kierunku. Wiertarka pracuje raz w jedna, a raz w drugą stronę. Zaczynamy od lekkiego nacisku stopniowo go zwiększając co spowoduje zwiększenie obrotów. Łatwej było mi to zrobić niż opisać.

Jak wygląda ogniowa wiertarka bezwładnościowa na tle innych metod. Jej budowa jest skomplikowana w porównaniu do świdra czy łuku i pracochłonna. Czas, w jakim uzyskujemy żar jest porównywalny z innymi metodami. Niektórzy mają problem z utrzymaniem obrotów i właściwą pracą, tak jak i inne metody wymaga opanowania. Jest ciężka i zajmuje dość dużo miejsca, przenoszenie w plecaku elementów na świder czy łuk jest dużo łatwiejsze. Wiertarka zyskuje jedynie w przypadku porównania wysiłku włożonego w uzyskanie żaru, przy mniejszych można to zrobić nawet jedna ręką. Podsumowując ogniowa wiertarka ma więcej minusów jak plusów, to było powodem sporadycznego jej stosowania. Dobra metoda na pokazy, gdyż mogą z niej korzystać 2 osoby jednocześnie, również dzieci. Miłej zabawy :)