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 | ||
− | + | ||
− | |||
− | |||
==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 93: | ||
− | * | + | *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 123: | ||
− | *Расчет импульса, который необходимо придать кубику для начала его движения | + | *Расчет импульса, который необходимо придать кубику для начала его движения |
<div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | <div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
Строка 163: | Строка 160: | ||
− | *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 186: | ||
− | *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 200: | ||
==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== |