Редактирование: Участник:Isi1313188

'''Машина Голдберга''', '''машина Руба Голдберга''', '''машина Робинсона-Голдберга''', '''Машина Робинсона''' или '''заумная машина''' — это устройство, которое выполняет очень простое действие чрезвычайно сложным образом — как правило, посредством длинной последовательности взаимодействий по «принципу домино».
По принципу работы Машины Голдберга мы сооружаем установку "Фотоаппарат Голдберга"
==Описание==
===Актуальность===
Данный проект является актуальным за счет того, что при создании данной машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики, развить прикладные способности, а также научиться использовать разнообразное оборудование. 
===Цель проекта===
Воссоздать машину Голдберга, результатом работы которой будет осуществление фотоснимка.
===Задачи проекта===
# Обозначить последовательность действий, которые будут выполняться машиной Голдберга
# Создать схему Машины Голдберга.
# Создать цифровую модель данной установки
# Подобрать необходимые материалы и инструменты для проекта
# Сделать отдельные этапы проекта
# Произвести необходимые расчеты и вычисления для определения параметров отдельных частей проекта.
# Собрать воедино все этапы Машины Голдберга.
# Произвести пробные запуски и устранить недочеты.
# Смонтировать видео.
# Произвести показательный запуск Машины Голдберга.
# Создать вики-страницу проекта

===Проектная команда===
'''Группа 13131/8'''
* Войтенко Мария
* Вишнев Артем
* Данилова Дарья
* Егунова Анастасия
* Ефимов Евгений
* Лось Полина
* Нахимовский Алексей
* Панова Юлия
* Савчиков Артем
* Сиротина Анастасия
* Филиппенкова Алина
* Хайбулина Олеся
* Шестаков Данил

==Работа по проекту==
===Действия, выполняемые машиной Голдберга===
[[File:Goldberg's machine.png|thumb|Схема устройства машины Голдберга, запускающей воздушный шарик]]
# Запуск резинки, толкающей машинку
# Машинка совершает элемент "мертвая петля" на трассе
# Машинка толкает шарик
# Шарик скатывается по наклонной плоскости и толкает маятник
# Маятник толкает домино
# В процессе падают все доминошки
# Последняя из домино толкает кеглю
# Кегля толкает машинку
# Машинка толкает кубик
# Кубик падает на рычаг
# Рычаг поднимается с другой стороны
# Блок перевешивает на другую сторону
# Груз блока толкает шарик
# Шарик катится и падает на кнопку
# Совершается фотоснимок

===Материалы и предметы для создания проекта===
* Мячики
* Элемент "мертвая петля"
* 2 машинки
* Рычаг
* Нить
* Фанера
* Доски
* Клей
* Кегля
* Стул
* Неподвижный блок
* Резинка
* Кнопка дистанционного управления
* Домино
* Скотч

===Инструменты для создания проекта===


===Этапы создания проекта===
{| class="wikitable"
|-
|'''Срок'''
|'''Задачи'''
|'''Возникающие проблемы'''
|'''Что сделано к сроку'''
|-
| 05.03.19
| Обсуждение этапов работы Машины Голдберга
| Возникновение разногласий по поводу последовательности действий, этапов машины
| Нахождение оптимальной схемы машины, создание чернового варианта модели
|-
| 19.03.19
| Утверждение этапов модели, создание списка материалов и распределение по мини-группам 
| Неравномерное распределение по группам; прения по поводу того, на чем будет машина стоять, сколько места займет и на каких этапах потребуются более высокие конструкции 
| Определение наиболее подходящего распределения по группам, распределение задач и постановка целей; нахождение компромисса по поводу спорных моментов  
|-
| 02.04.19
| Нахождение материалов, создание начальных этапов
| Проблематичность обеспечения некоторыми изначально включенными в список материалами, количество провальных запусков машины на первых этапах, преобладавшее над удачными 
| Замена труднодоставаемых материалов другими ("мёртвой" петли, изначально планировавшейся быть напечатанной на 3D-принтере, на установку из детского набора), возникновение понимания того, как лучше всего дать машинке старт, создание "бортиков" на 2 этапе, дабы обеспечить удачный спуск машинки  
|-
| 15.04.19
| .
| .
| .
|-
| 16.04.19
| .
| .
| .
|-
| 29.04.19
| .
| . 
| .
|-
| 30.04.19
| .
| .
| .
|-
| 14.05.19
| .
| .
| .
|-
| 22.11.18
| Закончить расчеты
| Сложности в подведении итогов расчетов
| Решили все задачи, выполнили все расчеты.
|-
| 29.11.18
| Создать схему
| Понять, как лучше распределить этапы
| Распределили этапы по группам. Каждая группа сделала чертеж своего этапа. Объединили все части в единое целое.
|-
| 06.12.18
| Сделать рычаги, лестницы, домино, качающийся маятник
| Отсутствие навыков работы с инструментами. 
| Разделили работу по группам. Изучили, как работать с лазерным станком и 3D принтером, сделали с их помощью необходимые части проекта. Было сделано всё, что планировалось. 
|-
| 13.12.18
| Покрасить домино. Собрать всё вместе. Сделать пробные запуски.
| С кексиком возникли проблемы. Никто его не купил. Убрали кексик из проекта. Решили использовать зажигалку вместо свечки.
| Попытались несколько раз запустить машину. Устранили недочёты, выявленные на пробных запусках: сделали подставки под лестницы и воронку, отпилили кусок воронки. Рычаг №3 будет нажимать не на кнопку, а на мышь.
|-
| 20.12.18
| Монтирование видео. Презентация машины Голдберга
| Первая попытка запуска оказалась не совсем удачной, потому что загорелась краска на веревке. Запускать машину с помощью огня оказалось опасно. 
| Решили покрасить нашу машину Голдберга, чтобы она имела более презентабельный вид. В целях пожарной безопасности исключили зажигалку из проекта. В итоге удалось запустить нашу машину.
|-
| 25.12.18
| Создать вики-страницу проекта
| Отсутствие знаний о создании вики-страниц
| Результатом является данная страница
|}

==Расчеты элементов проекта==
*Расчет скорости машины, с которой она поедет при запуске пружины
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 

[[File:Схема для расчета скорости машины.png|thumb|250px|Схема для расчета скорости машины, с которой она поедет при запуске пружины]]
::<math>Дано:</math>
::<math>k=0{,}1~кН/м</math>
::<math>m=40~г</math>
::<math>х=6~см</math>

::<math>Найти:~v</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>Согласно ~закону ~сохранения ~энергии ~при ~отсутствии ~неконсервативных ~сил ~полная ~механическая ~энергия ~системы ~тел ~сохраняется.</math>
::<math>E=const E _{1}=E _{2}</math>
::<math>Конечная ~энергия ~системы ~определяется ~только ~кинетической ~энергией ~машинки, ~которая ~определяется ~по ~формуле:</math>
::<math>E _{2}=\frac{(m\cdot v^2)}{2}</math>
::<math>Начальная ~энергия ~системы ~определяется~потенциальной ~энергией ~растянутой ~резинки:</math>
::<math>E _{1} = \frac{(k\cdot x^2)}{2} </math>
::<math>В ~итоге:</math>
::<math>\frac{(m\cdot v^2)}{2} = \frac{(k\cdot x^2)}{2}</math>
::<math>v = x\cdot \sqrt{(\frac{k}{m}}) </math>
::<math>v\approx3~м/c </math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>v\approx3~м/c. </math>

</div>
</div>


*Расчет скорости машинки при соударении с шариком
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
[[File:2 zadacha.png|thumb|Схема прохождения машинки мертвой петли и соударения с шариком]]
::<math>Дано:</math>
::<math>v_{0}=2{,}8~м/c</math>
::<math>t_{1}=0{,}125~c</math>
::<math>t_{2}=0{,}375~c</math>
::<math>t_{3}=0{,}125~c</math>
::<math>S_{1}=0{,}36~м</math>
::<math>S_{3}=0{,}155~м</math>
::<math>R=0{,}1125~м</math>

::<math>Найти:~v_{3}</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>Расстояние, ~пройденное ~машинкой ~от ~пускового ~механизма ~до ~начала ~мертвой ~петли:</math>
::<math>S_{1}=v_{0} \cdot t_{1}-\frac{a_{1} \cdot t_{1}^2}{2}</math>
::<math>При ~этом, ~движение ~машинки ~будет ~равнозамедленным.</math>
::<math>Найдем ~ускорение, ~такого ~движения: </math>
::<math>a_{1}=\frac{v_{0} \cdot t_{1} \cdot 2}{t_{1}^2} - \frac{S_{1} \cdot 2}{t_{1}^2}</math>
::<math>a_{1}=\frac {2{,}8 \cdot 0{,}125 \cdot 2}{0{,}125^2} - \frac {0{,}36 \cdot 2}{0{,}125^2}=-1{,}28~м/с^2</math>
::<math>Пусть ~v_{1}- ~скорость ~машинки ~в ~самом ~начале ~петли, ~а ~v_{2}- ~в ~конце.</math>
::<math>Выразим ~v_{1} ~через ~ускорение:</math>
::<math> a_{1}=\frac{dv_{1}}{dt} </math>
::<math> a_{1} \cdot (\int\limits_0^t_{1} \,dt)=(\int\limits_v_{0}^v_{1} \,dv) </math>
::<math> a_{1}=\frac{v_{1}-v_{0}}{t_{1}} </math>
::<math> v_{1}=a_{1} \cdot t_{1}+v_{0}</math>
::<math> v_{1}=-1{,}28 \cdot 0{,}125+2{,}8=2{,}64 ~м/с</math>
::<math>Ускорение ~машинки ~в ~мертвой ~петле:</math>
::<math> a_{2}=a_{ц}= \frac {v_{ср}^2}{R}</math>
::<math>v_{ср} - ~средняя ~скорость ~машинки ~при ~движении ~по ~петле.</math>
::<math>S_{2} - ~расстояние, ~пройденное ~машинкой ~по ~мертвой ~петле.</math>
::<math> v_{ср}= \frac {S_{2}}{t_{2}}= \frac {2 \cdot \pi \cdot R}{t_{2}}</math>
::<math>Представим ~среднюю ~скорость ~как ~полусумму ~скоростей ~v_{1} ~и ~v_{2}:</math>
::<math> v_{ср}= \frac {v_{1}+v_{2}}{2}</math>
::<math> \frac{v_{1}+v_{2}}{2}= \frac {2 \cdot \pi \cdot R}{t_{2}}</math>
::<math>Отсюда ~v_{2} ~будет:</math>
::<math> v_{2}= \frac {4 \cdot \pi \cdot R-v_{1} \cdot t_{2}}{t_{2}}</math>
::<math> v_{2}= \frac {4 \cdot 3{,} 14 \cdot 0{,}1125-2{,}64 \cdot 0{,}375}{0{,}375}=1{,}128 ~м/с</math>
::<math>Расстояние, ~пройденное ~телом ~от ~конца ~мертвой ~петли ~до ~точки ~столкновения ~машинки ~с ~шариком:</math>
::<math> S_{3}=v_{2} \cdot t_{3}-\frac {a_{3} \cdot t_{3}^2}{2}</math>
::<math> a_{3}= \frac {2 \cdot v_{2} \cdot t_{3}-2 \cdot S_{3}}{t_{3}^2}</math>
::<math> a_{3}= \frac {2 \cdot 1{,}128 \cdot 0{,}125-2 \cdot 0{,}155}{0{,}125^2}=-1{,}792 ~м/с^2</math>
::<math>Таким ~образом, ~скорость ~машинки ~при ~ударе ~о ~шарик ~будет:</math>
::<math> v_{3}=a_{3} \cdot t_{3}+v_{2}</math>
::<math> v_{3}=-1{,}792 \cdot 0{,}125+1{,}128=0{,}904 ~м/с</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>v_{3}=0{,}904~м/с.</math>

</div>
</div>



*Расчет импульса, который необходимо придать тележке для начала её движения вниз по склону
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
[[File:Тележка схема.png|thumb|200px|Схема для расчета импульса, необходимого для начала движения тележки]]
::<math>Дано:</math>
::<math>m_{тележка}=0{,}15~кг</math>
::<math>t=1~c</math>
::<math>\alpha=45^\circ</math>
::<math>\mu=0{,}2</math>

::<math>Найти:~p</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>p=F_{взаимод}\cdot t</math>
::<math>\vec{F} + \vec{N} + m\vec{g} = 0</math>
::<math>OX:~-F_{тр}+mg\cdot sin\alpha = 0</math>
::<math>OY:~N=mg\cdot cos\alpha</math>
::<math>F_{тр}=\mu \cdot N=\mu \cdot mg\cdot sin\alpha</math>
::<math>F_{тр}=0{,}2\cdot 0{,}15\cdot 10\cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = 0{,}21~H</math>
::<math>p=0{,}21\cdot 1 = 0{,}21~\frac{кг\cdot м}{с}</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>p=0{,}21~\frac{кг\cdot м}{с}</math>

</div>
</div>


*Расчет скорости, с которой должна ехать тележка, чтобы запустить цепную реакцию падающих домино
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
[[File:Тележка и домино.png|thumb|300px|Схема для расчёта скорости, с которой тележка должна сбивать домино]]
::<math>Дано:</math>
::<math>m_{тележка}=0{,}15~кг</math>
::<math>m_{домино}=0{,}02~кг</math>
::<math>t=1~c</math>

::<math>Найти:~v</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>p=F_{взаимод}\cdot t</math>
::<math>F_{взаимод}>F_{т.домино}=m_{домино}\cdot g = 0{,}02\cdot 10 = 0{,}2~H</math>
::<math>p_{тележка}=m_{тележка}\cdot v</math>
::<math>v=\frac{p_{тележка}}{m_{тележка}}</math>
::<math>p_{тележка}=p=F_{т.домино}\cdot dt</math>
::<math>v=\frac{F_{т.домино}\cdot dt}{m_{тележка}} = \frac{0{,}2\cdot 1}{0{,}15} = 1{,}33~м/с</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>v=1{,}33~м/с</math>

</div>
</div>


*Расчет массы рычага для нажатия на кнопку компьютерной мыши
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
::<math>Минимальное ~значение ~силы ~для ~нажатия ~кнопки:~F=0{,}68~H</math>
::<math>F=m\cdot a=m\cdot g</math>
::<math>m=\frac{F}{g} = \frac{0{,}68}{10} = 0{,}069~кг</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>m=0{,}069~кг</math>

</div>
</div>

==Результаты по проекту==
Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: нажимает на кнопку для запуска видео. В процессе расчетов и пробных запусков пришлось убрать или модифицировать некоторые этапы. Вычисления немного подвели: пришлось исправлять высоту и длину некоторых конструкций. Возможно, если потестировать побольше, выявились бы еще несовершенства.

Видео запуска машины Голдберга.

{{#widget:YouTube|id=5enBCKGQ75I}}

Видео, запускаемое на ноутбуке, показывает рабочий процесс создания машины Голдберга.

{{#widget:YouTube|id=Nns4rjPvjyA}}

==Литература и ссылки==
# [https://dzhmao.ru/info/instruktsiya-po-okazaniyu-pervoy-dovrachebnoy-pomoshchi-.php Инструкция по оказанию первой доврачебной помощи]
# [https://ohranatruda.ru/ot_biblio/instructions/166/146184/ Инструкция по охране труда при работе с ручным инструментом]
# [https://ru.wikihow.com/%D1%81%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D1%83-%D0%A0%D1%83%D0%B1%D0%B0-%D0%93%D0%BE%D0%BB%D0%B4%D0%B1%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B0-%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D0%BC%D1%83 Как создать машину Руба Голдберга самому]
# [http://isopromat.ru/teormeh/kratkaja-teoria Краткая теория по теоретической механике]
# [https://ru.wikipedia.org/wiki/Машина_Голдберга Машина Голдберга]
# [http://dfkit.ru Методическое пособие по использованию 3D принтера DFKit]
# [http://dfkit.ru Методическое пособие по использованию ЧПУ лазерного станка DFKit]
# Примеры различных машин Голдберга:
     [https://www.youtube.com/watch?v=6FzUx2EFk8s 75 Rube Goldberg Ideas & Inventions | DoodleChaos]
     [https://www.youtube.com/watch?v=UFSn8IwgQfw The Dresser - Rube Goldberg Machine for Getting Dressed | Joseph's Machines]
     [https://www.youtube.com/watch?v=Di352crQeMA Marble run | Vivify cg]
     [https://www.youtube.com/watch?v=0tRaSUwh5gM Мастерская Голдберга | СПб и Мск | Лекториум]