Редактирование: Машина Голдберга: Новый год
Внимание! Вы не авторизовались на сайте. Ваш IP-адрес будет публично видимым, если вы будете вносить любые правки. Если вы войдёте или создадите учётную запись, правки вместо этого будут связаны с вашим именем пользователя, а также у вас появятся другие преимущества.
Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.
Текущая версия | Ваш текст | ||
Строка 1: | Строка 1: | ||
− | '''Машина Голдберга''' | + | '''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». |
==Описание== | ==Описание== | ||
===Актуальность=== | ===Актуальность=== | ||
Строка 6: | Строка 6: | ||
Создать машину Голдберга, которая посредством выполнения цепочки действий, поздравит всех с Новым годом. | Создать машину Голдберга, которая посредством выполнения цепочки действий, поздравит всех с Новым годом. | ||
===Задачи проекта=== | ===Задачи проекта=== | ||
− | # Определить последовательность действий, которые будут выполняться машиной Голдберга | + | # Определить последовательность действий, которые будут выполняться машиной Голдберга |
− | # Создать схему машины Голдберга | + | # Создать схему машины Голдберга |
− | # Подобрать необходимые для создания проекта материалы, предметы и инструменты из предложенных на конкурсе | + | # Подобрать необходимые для создания проекта материалы, предметы и инструменты из предложенных на конкурсе |
− | # Произвести необходимые расчеты | + | # Произвести необходимые расчеты |
− | # Сделать отдельные части проекта | + | # Сделать отдельные части проекта |
− | # Собрать машину Голдберга | + | # Собрать машину Голдберга |
− | # Произвести пробные запуски и устранить недочеты | + | # Произвести пробные запуски и устранить недочеты |
− | # Произвести показательный запуск машины Голдберга | + | # Произвести показательный запуск машины Голдберга |
− | # Снять результат на видео | + | # Снять результат на видео |
− | # Создать вики-страницу проекта | + | # Создать вики-страницу проекта |
===Проектная команда=== | ===Проектная команда=== | ||
Строка 33: | Строка 33: | ||
==Работа по проекту== | ==Работа по проекту== | ||
===Действия, выполняемые машиной Голдберга=== | ===Действия, выполняемые машиной Голдберга=== | ||
− | [[File: | + | [[File:Sketch of the Goldberg's machine.png|thumb|Схема устройства машины Голдберга, запускающей видео на ноутбуке]] |
− | # Ёлочка создает эффект домино, дёргая за нитку запускает следующий шаг | + | # Ёлочка создает эффект домино, дёргая за нитку запускает следующий шаг |
− | # Дергается нитка и из-за её натяжения толкается паровозик | + | # Дергается нитка и из-за её натяжения толкается паровозик |
− | # Скатывается паровозик и толкает нижнюю часть рычага следующего шага | + | # Скатывается паровозик и толкает нижнюю часть рычага следующего шага |
− | # Верхняя часть рычага толкает шарик, находящийся на платформе. Шарик падает в трубу деревянного домика на горку по которой скатывается и сбивает крепёж верёвки следующего шага | + | # Верхняя часть рычага толкает шарик, находящийся на платформе. Шарик падает в трубу деревянного домика на горку по которой скатывается и сбивает крепёж верёвки следующего шага |
− | # Веревка открепляется, затем левая часть весов начинает опускаться, а противоположная поднимаясь опрокидывает коробочку с шариком, который переходит в следующий шаг | + | # Веревка открепляется, затем левая часть весов начинает опускаться, а противоположная поднимаясь опрокидывает коробочку с шариком, который переходит в следующий шаг |
− | # Шарик скатывается вниз по наклонной плоскости и сбивает кубик, подвешенный на нити, который переходит в следующий шаг | + | # Шарик скатывается вниз по наклонной плоскости и сбивает кубик, подвешенный на нити, который переходит в следующий шаг |
− | # Кубик приводит в движение шарик №1, который скатывается по наклонной плоскости, задевая спицу. Верхняя часть спицы приводит в движение шарик №2, который скатывается по желобам, затем этот шарик падает на магнит, соединяющий остальные шарики, в следствии чего крайний шарик №3 начинает движение и переходит в следующий шаг | + | # Кубик приводит в движение шарик №1, который скатывается по наклонной плоскости, задевая спицу. Верхняя часть спицы приводит в движение шарик №2, который скатывается по желобам, затем этот шарик падает на магнит, соединяющий остальные шарики, в следствии чего крайний шарик №3 начинает движение и переходит в следующий шаг |
− | # Шарик катится по желобу, закатываясь на незакреплённую балку, которая падает вместе с шариком, увеличивая его скорость, который катится в следующий шаг | + | # Шарик катится по желобу, закатываясь на незакреплённую балку, которая падает вместе с шариком, увеличивая его скорость, который катится в следующий шаг |
− | # Шарик падает на левую часть качелей, поднимая правую часть, которая натягивает нить следующего шага | + | # Шарик падает на левую часть качелей, поднимая правую часть, которая натягивает нить следующего шага |
− | # Нить убирает перегородку, затем шарик скатывается вниз по желобам, приводя в действие следующий шаг | + | # Нить убирает перегородку, затем шарик скатывается вниз по желобам, приводя в действие следующий шаг |
# Шарик сбивает груз, который приводит в действие механизм "планетарная система шестерёнок", разворачивающий бумагу с поздравлением. | # Шарик сбивает груз, который приводит в действие механизм "планетарная система шестерёнок", разворачивающий бумагу с поздравлением. | ||
===Материалы и предметы для создания проекта=== | ===Материалы и предметы для создания проекта=== | ||
* Металлические шарики | * Металлические шарики | ||
+ | * Изолента | ||
+ | * Шланг от пылесоса | ||
* Домино из фанеры | * Домино из фанеры | ||
* Капроновые нитки | * Капроновые нитки | ||
* Картон | * Картон | ||
* Фанера | * Фанера | ||
+ | * Стаканчики | ||
+ | * Деревянные палочки | ||
+ | * Кабель канал | ||
+ | * Стяжки | ||
* Гвозди | * Гвозди | ||
* Саморезы | * Саморезы | ||
* Гайки | * Гайки | ||
− | * | + | * Скотч |
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
===Инструменты для создания проекта=== | ===Инструменты для создания проекта=== | ||
* ЧПУ лазерный станок DFKit | * ЧПУ лазерный станок DFKit | ||
+ | * Электроинструмент | ||
* Ручной инструмент | * Ручной инструмент | ||
− | |||
− | |||
− | |||
+ | ===Этапы создания проекта=== | ||
+ | {| class="wikitable" | ||
+ | |- | ||
+ | |'''Срок''' | ||
+ | |'''Задача''' | ||
+ | |'''Возникающие проблемы''' | ||
+ | |'''Что сделано к сроку''' | ||
+ | |- | ||
+ | | 05.09.19 | ||
+ | | Придумать основной сюжет для действий Машины Голдберга. Определить конкретные шаги и их последовательность в машине. | ||
+ | | Каждый предлагает свои идеи. Возникли разногласия по некоторым пунктам. | ||
+ | | Определен основной сюжет. | ||
+ | |- | ||
+ | | 12.09.19 | ||
+ | | Окончательно определить последовательность действий машины Голдберга. Нарисовать схему поочередных шагов. | ||
+ | | Нашли компромисс и разделили область ответственности, что предотвращало возможные будущие конфликты | ||
+ | | Определена последовательность, сделан набросок действий. | ||
+ | |- | ||
+ | | 19.09.19 | ||
+ | | Наметить, из каких материалов будет собран наш проект. Определиться, где их будем брать. | ||
+ | | Материалы было решено искать среди остатков от производства. Взяли все, что было не жалко. | ||
+ | | Все шаги были проанализированы и на основе этого необходимые материалы были найдены. | ||
+ | |- | ||
+ | | 26.09.19 | ||
+ | | Найти предметы и инструменты для создания Машины. | ||
+ | | С этим проблем не возникло. В ФабЛабе есть все необходимые инструменты: помимо всевозможных ручных инструментов, ЧПУ лазерный станок DFKit, 3D принтер DFKit и т.д. | ||
+ | | Было найдено все необходимое. | ||
+ | |- | ||
+ | | 03.10.19 | ||
+ | | Разбор этапов для расчетов. Распределение обязанностей и сферы влияния между участниками команды. | ||
+ | | Сложности в определении задачи в целом. | ||
+ | | Начали решать проблему с расчетами. | ||
+ | |- | ||
+ | | 10.10.19 | ||
+ | | Начало расчетов | ||
+ | | Возникли проблемы с решением задач. | ||
+ | | Определились до конца с расчетами. | ||
+ | |- | ||
+ | | 17.10.19 | ||
+ | | Продолжение расчетов | ||
+ | | Трудности с определением, какие законы необходимо применять при том или ином шаге. | ||
+ | | Выполнили часть расчетов. | ||
+ | |- | ||
+ | | 24.10.19 | ||
+ | | Анализ этапов | ||
+ | | Придуманная изначально система с блоками и закрывающимися ножницами, перерезающими нить, оказалась сложна в расчетах и реализации. | ||
+ | | Решили убрать систему с ножницами из проекта. | ||
+ | |- | ||
+ | | 31.10.19 | ||
+ | | Закончить с расчетами. | ||
+ | | Сложности в объяснении друг другу смысла своих расчетов. | ||
+ | | Решили все задачи, выполнили и подвели итоги всех расчетов. | ||
+ | |- | ||
+ | | 7.11.19 | ||
+ | | Создать схему. | ||
+ | | Понять, как целесоообразнее будет разделить этапы между участниками команды. | ||
+ | | Распределили этапы между собой. Каждый участник сделал чертеж своего этапа. Объединили все части в единое целое. | ||
+ | |- | ||
+ | | 14.11.19 | ||
+ | | Сделать лестницу, домино, желобы, привязать шарики | ||
+ | | 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. | ||
+ | |- | ||
+ | | 23.11.19 | ||
+ | | Собрать всё вместе. Оформить деревянный куб в задуманном стиле, добавить декор. Сделать пробные запуски. | ||
+ | | Достаточно долго и нервно расставлять домино перед каждым запуском. Но на этом этапе проблем с функционированием не возникло. | ||
+ | | Собранная машина Голдберга отработала так, как и задумывалось, с первого же запуска. | ||
+ | |- | ||
+ | | 24.11.19 | ||
+ | | Съемка и монтирование видео. Презентация машины Голдберга и контрольный запуск в цепочке других машин в формате конкурса "Вызов 2035" | ||
+ | | Не смогли удачно состыковаться с машиной, стоявшей до и после нас. Также мяч, вылетавший из машины наших коллег не подходил по размеру для старта нашей конструкции. | ||
+ | | Приняли меры и поменяли положение входной и выходной труб. Поставили подпорку для закрепления вылетающего мячика и привели в граничное состояние между покоем и движением наш первый шар. Сняли итоговое видео результата | ||
+ | |- | ||
+ | | 14.12.19 | ||
+ | | Создать вики-страницу проекта | ||
+ | | Отсутствие знаний о создании вики-страниц | ||
+ | | Результатом является данная страница | ||
+ | |} | ||
==Расчеты элементов проекта== | ==Расчеты элементов проекта== | ||
− | *Расчет расстояния и угла, на | + | *Расчет расстояния и угла, на который необходимо отклонить маятник, чтобы он сбил домино |
<div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | <div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
− | [[File: | + | [[File:Угол маятника.png|thumb|250px|Схема для расчета расстояния и угла, на который надо отклонить маятник]] |
− | + | ::<math>Дано:</math> | |
− | + | ::<math>r_{1}=0{,}02~м</math> | |
− | + | ::<math>l=0{,}07~м</math> | |
− | |||
+ | ::<math>Найти:~\alpha ,~r</math> | ||
− | </ | + | ::<math>Решение:</math> |
− | </ | + | ::<math>r_{1}=l\cdot sin\alpha _{1}</math> |
+ | ::<math>\alpha _{1}=arcsin(r_{1}/l)</math> | ||
+ | ::<math>\alpha = 3\alpha _{1} = 3arcsin(r_{1}/l)</math> | ||
+ | ::<math>r=l\cdot sin\alpha = l\cdot sin(3arcsin(r_{1}/l)) = 0{,}07\cdot sin(3arcsin(0{,}02/0{,}07))= 0{,}054~м</math> | ||
+ | ::<math>\alpha = 3arcsin(0{,}02/0{,}07) = 49{,}8^\circ </math> | ||
− | + | ::<math>Ответ:</math> | |
− | + | ::<math>r=0{,}054~м,~\alpha =49{,}8^\circ </math> | |
− | < | ||
− | < | ||
− | |||
</div> | </div> | ||
Строка 97: | Строка 170: | ||
− | * | + | *Проверка условия движения рычага №2 в результате падения шарика №1 на рычаг №1 |
<div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | <div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
− | [[File: | + | [[File:Рычаги.png|thumb|300px|Схема взаимодействия шарика и двуплечих рычагов]] |
− | + | ::<math>Дано:</math> | |
+ | ::<math>m_{шар}=0{,}03~кг</math> | ||
+ | ::<math>m_{рыч}=0{,}1~кг</math> | ||
+ | ::<math>h=0{,}1~м</math> | ||
− | </ | + | ::<math>Решение:</math> |
− | </ | + | ::<math>Перед ~соударением ~шарика ~с ~рычагом ~по ~закону ~сохранения ~энергии:</math> |
+ | ::<math>m_{шар}gh=\frac{m_{шар} \cdot v_{шар}^2}{2}</math> | ||
+ | ::<math>v_{шар}=\sqrt {2gh}=1{,}41~м/с </math> | ||
+ | ::<math>После ~соударения ~по ~закону ~сохранения ~энергии:</math> | ||
+ | ::<math>\frac{m_{шар} \cdot v_{шар}^2}{2}=\frac{m_{рыч} \cdot v_{рыч}^2}{2} + \frac{m_{шар} \cdot v_{шар~после}^2}{2}</math> | ||
+ | ::<math>По~закону ~сохранения ~импульса:</math> | ||
+ | ::<math>m_{рыч} \cdot v_{шар} = \frac{m_{рыч} \cdot v_{рыч}}{2} + v_{шар~после}\cdot m_{шар}</math> | ||
+ | ::<math>v_{рыч} = \frac{2\cdot m_{шар} \cdot v_{шар}}{m_{шар}+m_{рыч}/2} = \frac{2\cdot 0{,}03 \cdot 1{,}41}{0{,}03+0{,}1/2} = 1{,}065~м/с</math> | ||
+ | ::<math>По~закону ~сохранения ~импульса:</math> | ||
+ | ::<math>m_{шар} \cdot v_{шар} = m_{шар} \cdot v_{шар~после} + \frac{m_{рыч} \cdot v_{рыч}}{2}</math> | ||
+ | ::<math>Чтобы ~привести ~в ~движение ~рычаг ~№2, ~необходимо:</math> | ||
+ | ::<math>v_{рыч}>\sqrt {gh}=1 ~м/с</math> | ||
− | + | ::<math>Ответ:</math> | |
− | + | ::<math>v_{рыч}=1{,}065~м/с~>\sqrt {gh}=1 ~м/с,~следовательно, ~вторая ~балка ~придёт ~в ~движение.</math> | |
− | < | ||
− | < | ||
− | |||
− | |||
− | < | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | < | ||
− | |||
− | |||
</div> | </div> | ||
Строка 126: | Строка 200: | ||
− | *Расчет импульса, который необходимо придать | + | *Расчет импульса, который необходимо придать тележке для начала её движения вниз по склону |
<div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | <div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
− | [[File: | + | [[File:Тележка схема.png|thumb|200px|Схема для расчета импульса, необходимого для начала движения тележки]] |
::<math>Дано:</math> | ::<math>Дано:</math> | ||
− | ::<math> | + | ::<math>m_{тележка}=0{,}15~кг</math> |
− | + | ::<math>t=1~c</math> | |
− | ::<math> | + | ::<math>\alpha=45^\circ</math> |
− | + | ::<math>\mu=0{,}2</math> | |
− | ::<math> | ||
− | |||
− | ::<math>\mu= | ||
− | ::<math>Найти:~ | + | ::<math>Найти:~p</math> |
::<math>Решение:</math> | ::<math>Решение:</math> | ||
− | ::<math> | + | ::<math>p=F_{взаимод}\cdot t</math> |
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
::<math>\vec{F} + \vec{N} + m\vec{g} = 0</math> | ::<math>\vec{F} + \vec{N} + m\vec{g} = 0</math> | ||
::<math>OX:~-F_{тр}+mg\cdot sin\alpha = 0</math> | ::<math>OX:~-F_{тр}+mg\cdot sin\alpha = 0</math> | ||
::<math>OY:~N=mg\cdot cos\alpha</math> | ::<math>OY:~N=mg\cdot cos\alpha</math> | ||
− | ::<math>F_{тр}=\mu \cdot N=\mu \cdot mg\cdot | + | ::<math>F_{тр}=\mu \cdot N=\mu \cdot mg\cdot sin\alpha</math> |
− | ::<math>F_{тр}= | + | ::<math>F_{тр}=0{,}2\cdot 0{,}15\cdot 10\cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = 0{,}21~H</math> |
− | ::<math> | + | ::<math>p=0{,}21\cdot 1 = 0{,}21~\frac{кг\cdot м}{с}</math> |
::<math>Ответ:</math> | ::<math>Ответ:</math> | ||
− | ::<math> | + | ::<math>p=0{,}21~\frac{кг\cdot м}{с}</math> |
</div> | </div> | ||
Строка 163: | Строка 228: | ||
− | *Расчет скорости | + | *Расчет скорости, с которой должна ехать тележка, чтобы запустить цепную реакцию падающих домино |
<div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | <div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
− | [[File: | + | [[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> | ||
Строка 184: | Строка 254: | ||
− | *Расчет | + | *Расчет массы рычага для нажатия на кнопку компьютерной мыши |
<div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | <div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <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> | ||
Строка 214: | Строка 268: | ||
==Результаты по проекту== | ==Результаты по проекту== | ||
− | Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: | + | 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 | + | Видео запуска машины Голдберга. |
− | {{#widget:YouTube|id= | + | {{#widget:YouTube|id=QhjAM8IdloU}} |
− | Видео показывает рабочий процесс создания машины Голдберга | + | Видео показывает рабочий процесс создания машины Голдберга. |
− | {{#widget:YouTube|id= | + | {{#widget:YouTube|id=nUgb1Yq4_qE}} |
==Литература и ссылки== | ==Литература и ссылки== |