Редактирование: Машина Голдберга, наливающая жидкость в бокал

'''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 цепной реакции.

==Описание==
===Актуальность===
Актуальность данного проекта заключается в том, что при создании машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики и научиться использовать различное оборудование, в частности ЧПУ лазерный станок.

===Цель проекта===
Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих к наливанию жидкости в бокал.
===Задачи проекта===
# Определить последовательность действий, которые будут выполняться машиной Голдберга
# Подобрать необходимые материалы, предметы и инструменты для создания проекта
# Произвести расчеты и вычисления для определения параметров отдельных частей проекта
# Сделать отдельные части проекта
# Собрать машину Голдберга
# Произвести пробные запуски и устранить недочеты
# Смонтировать видео
# Произвести показательный запуск машины Голдберга
# Создать вики-страницу проекта

===Проектная команда===
'''Группа 3532704/80001'''
* Николаева Сабина
* Алексеенко Дмитрий
* Нгуен Куанг
* Нгуен Занг
* Нартов Дмитрий

==Работа по проекту==
===Действия, выполняемые машиной Голдберга===
# Запускается цепная реакция домино разных размеров: от самой маленькой до самой большой
# Последняя доминошка падает на плечо качели и приводит качель в движение
# Нить, подвязанная к поднимаемому плечу качели, выдергивает стопор из желоба и приводит в движение мячик
# Мячик катится по желобу и приводит в движение машинку со свечой
# Свеча пережигает нить, удерживающую качель с бутылкой 
# Качель с бутылкой медленно опускается и выливает жидкость в бокал

===Материалы и предметы для создания проекта===
* Мячик
* Машинка
* Свечка
* Воронка
* Фанера
* Доски
* Резинки
* Клей
* Нитки
* Скотч
* Бутылка
* Бокал
===Инструменты для создания проекта===
* ЧПУ лазерный станок DFKit
* Электроинструменты
* Ручные инструменты

===Этапы создания проекта===
{| class="wikitable"
|-
|'''Срок'''
|'''Задача'''
|'''Возникающие проблемы'''
|'''Что сделано к сроку'''
|-
| 12.09.19
| Определить последовательность действий машины Голдберга
| Каждый предлагает свои идеи
| Определена основная последовательность.
|-
| 26.09.19
| Окончательно определить последовательность действий машины Голдберга
| Не возникло никаких проблем, мы быстро пришли к согласию
| Определена последовательность, сделан набросок действий.
|-
| 03.10.19
| Найти материалы для проекта
| Материалы было решено искать среди остатков от производства. Взяли все, что не жалко
| Необходимые материалы были найдены.
|-
| 17.10.19
| Найти предметы и инструменты для проекта
| С этим проблем не возникло. В ФабЛабе есть все необходимые инструменты: ЧПУ лазерный станок DFKit, ручные и электро-инструменты и т.д.
| Бокал и бутылку принесли с собой. Все необходимые материалы были найдены.
|-
| 31.10.19
| Разбор этапов для расчетов
| Сложности в определении задачи в целом
| Начали расчеты.
|-
| 14.11.19
| Продолжение расчетов
| Трудности с определением, какие законы необходимо применять
| Выполнили часть расчетов.
|-
| 21.11.19
| Закончить расчеты
| Сложности в подведении итогов расчетов
| Решили все задачи, выполнили все расчеты.
|-
| 23.11.19
| Участие в мероприятии "Вызов 2035"
| На этапе реализации возникли трудности с последним шагом: бутылка опускалась резко
| Завершили создание машины и провели несколько успешных запусков.
|-
| 12.12.19
| Создать вики-страницу проекта
| Отсутствие знаний о создании вики-страниц
| Результатом является данная страница.
|}

==Расчеты элементов проекта==
*Найти силу, действующую на первое домино, достаточную для её падения (Нартов Дмитрий)
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content">
[[File:Первый этап.jpg|thumb|250px|Схема для расчета силы, действующей на первое домино]]
::<math>Дано:</math>
::<math>h=5~см</math>
::<math>d=0{,}4~см</math>
::<math>m=0{,}02~кг</math>

::<math>Найти:~F</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>F\cdot h\ge \frac{mgd}{2}</math>
::<math>F\ge \frac{mgd}{2h} =\frac{0{,}02\cdot 9{,}8\cdot 0{,}004}{0{,}1}=0{,}008~Н</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>F\ge 0{,}008~Н</math>

</div>
</div>


*Расчет массы последней домино, достаточной для натяжения нити (Нгуен Куанг)
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content">
[[File:Второй этап.jpg|thumb|250px|Схема для расчета массы последней домино]]
::<math>Дано:</math>
::<math>d_{1}\approx 0{,}04~м</math>
::<math>d_{2}\approx 0{,}08~м</math>
::<math>m_{1}\approx 0{,}01~кг</math>
::<math>m_{2}\approx 0{,}02~кг</math>

::<math>Найти:~m_{домино}</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>\sum{M_{1}\ge M_{2}}, ~где ~M_{1} ~- ~момент ~ силы ~левого ~плеча</math>
::<math>M_{2} ~- ~момент ~силы ~левого ~плеча</math>
::<math>F\cdot d_{1} + m_{1}g\frac{d_{1}}{2}\ge m_{2}g\frac{d_{2}}{2}</math>
::<math>m_{домино}g\cdot \frac{d}{2}=F\cdot d</math>
::<math>F=\frac{Mg}{2} ~или m_{домино}=\frac{2F}{g}</math>
::<math>F\ge \frac{2(m_{2}d_{2}-m_{1}d_{1})g}{d_{1}}</math>
::<math>m_{домино}\ge \frac{2F}{g}=\frac{4(m_{2}d_{2}-m_{1}d_{1})g}{d_{1}g}</math>
::<math>m_{домино}\ge \frac{4(0{,}02\cdot 0{,}08-0{,}01\cdot 0{,}04)}{0{,}04}=0{,}12~кг</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>m_{домино}\ge 0{,}12~кг</math>

</div>
</div>


*Расчет скорости шарика, скатывающегося по желобу, в конце пути (Николаева Сабина)
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
[[File:Третий этап.jpg|thumb|250px|Схема для расчета скорости шарика в конце пути]]
::<math>Дано:</math>
::<math>h=0{,}12~м</math>
::<math>m_{шарика}=13~гр</math>
::<math>V_{0}=0\frac{м}{с}</math>

::<math>Найти:~V</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>Потенциальная ~энергия ~шара ~равна ~сумме ~кинетических ~энергий ~поступательного ~движения</math>
::<math>и ~вращательного ~движения ~шара ~в ~конце ~спуска:</math>
::<math>ЗСЭ:</math>
::<math>E_{п}=E_{к.п}+E_{к.вр}</math>
::<math>mgh=\frac{mv^2}{2} + \frac{Jω^2}{2}</math>
::<math>где ~J ~- ~момент ~инерции, ~ω ~- ~угловая ~скорость ~вращательного ~движения </math>
::<math>J=\frac{2mr^2}{5}</math>
::<math>ω=\frac{V}{r}</math>
::<math>mgh = \frac{mV^2}{2} + \frac{mV^2}{5} =0{,}5mV^2 +0{,}2mV^2 =0{,}7mV^2</math>
::<math>V=\sqrt{\frac{gh}{0{,}7}}</math>
::<math>V=\sqrt{\frac{10\cdot 0{,}12}{0{,}7}}=1,31\frac{м}{с}</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>V=1{,}31\frac{м}{с}</math>


</div>
</div>


*Расчет скорости машинки, после соударения с шариком (Алексеенко Дмитрий)
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
[[File:Четвертый этап.jpg|thumb|250px|Схема для расчета скорости машинки, после соударения с шариком]]
::<math>Дано:</math>
::<math>m_{шар}=13~гр</math>
::<math>m_{маш}=14~гр</math>
::<math>V_{шар}=1{,}31\frac{м}{с}</math>

::<math>Найти:~V_{маш}</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>ЗСИ:</math>
::<math>m_{1}\vec{v_{1}} + m_{2}\vec{v_{2}} = m_{1}\vec{v_{1}}' + m_{2}\vec{v_{2}}'  </math>
::<math>m_{1}V_{шар}=m_{1}V_{шар}+m_{2}V_{маш}</math>
::<math>ЗСЭ:</math>
::<math>\frac{m_{1}V_{шар}^2}{2} =\frac{m_{1}V_{шар}^2}{2} +\frac{m_{2}V_{маш}^2}{2}</math>
::<math>Следовательно:</math>
::<math>V_{маш}=\frac{2m_{1}V_{1}}{m_{1}+m_{2}}</math>
::<math>V_{маш}=\frac{2\cdot 0{,}013\cdot 1{,}31}{0{,}013+0{,}014}=1{,}26\frac{м}{с}</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>V_{маш}=1{,}26\frac{м}{с}</math>


</div>
</div>


*Расчет силы натяжения нити, удерживающей подставку с бутылкой (Нгуен Занг)
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
[[File:Пятый этап+.jpg|thumb|250px|Схема для расчета силы натяжения нити]]
::<math>Дано:</math>
::<math>m=0{,}29~кг</math>
::<math>\alpha =30^\circ</math>

::<math>Найти:~T</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>T_{y}=mg=0{,}29\cdot 9{,}8=2{,}84~Н</math>
::<math>T=\frac{T_{y}}{cos\alpha} =\frac{2{,}84}{cos30^\circ} =3{,}279~Н</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>T\ge 3{,}279~Н</math>


</div>
</div>

==Результаты по проекту==
Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: наливает жидкость в бокал. В процессе расчетов и пробных запусков пришлось модифицировать некоторые этапы.  Возможно, если потестировать побольше, выявились бы незамеченные нами  несовершенства.

Видео запуска машины Голдберга.

{{#widget:YouTube|id=T2u2N5Pf_eU}}


==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]