Машина Голдберга, наливающая жидкость в бокал — различия между версиями

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
Строка 110: Строка 110:
 
<div class="mw-collapsible-content">  
 
<div class="mw-collapsible-content">  
 
::<math>Дано:</math>
 
::<math>Дано:</math>
 +
::<math>F_{d1}
 
::<math>r_{1}=0{,}02~м</math>
 
::<math>r_{1}=0{,}02~м</math>
 
::<math>l=0{,}07~м</math>
 
::<math>l=0{,}07~м</math>
Строка 129: Строка 130:
  
  
−
*Проверка условия движения рычага №2 в результате падения шарика №1 на рычаг №1
 
−
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
−
<div class="mw-collapsible-content">
 
−
[[File:Рычаги.png|thumb|300px|Схема взаимодействия шарика и двуплечих рычагов]]
 
−
::{{math| Дано:}}
 
−
::<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>
 
−
 
−
 
−
*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==
 
==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.
+
Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: наливает жидкость в бокал. 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.

Версия 14:32, 12 декабря 2019

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

Актуальность

Актуальность данного проекта заключается в том, что при создании машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики и научиться использовать оборудование для цифрового производства DFKit. В частности ЧПУ лазерный станок.

Цель проекта

Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих к наливанию жидкости в бокал.

Задачи проекта

  1. Определить последовательность действий, которые будут выполняться машиной Голдберга
  2. Подобрать необходимые материалы, предметы и инструменты для создания проекта
  3. Произвести расчеты и вычисления для определения параметров отдельных частей проекта
  4. Сделать отдельные части проекта
  5. Собрать машину Голдберга
  6. Произвести пробные запуски и устранить недочеты
  7. Смонтировать видео
  8. Произвести показательный запуск машины Голдберга
  9. 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

  1. Запускается цепная реакция домино разных размеров: от самой маленькой до самой большой
  2. Последняя доминошка падает на плечо качели и приводит качель в движение
  3. Нить, подвязанная к поднимаемому плечу качели, выдергивает стопор из желоба и приводит в движение мячик
  4. Мячик катится по желобу и приводит в движение машинку со свечой
  5. Свеча пережигает нить, удерживающую качель с бутылкой
  6. 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

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

  • Расчет силы падения домино для натяжения нити стопора
[math]Дано:[/math]
[math]F_{d1} ::\lt math\gt 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]



Результаты по проекту

Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: наливает жидкость в бокал. 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.


Литература и ссылки

  1. Инструкция по оказанию первой доврачебной помощи
  2. Инструкция по охране труда при работе с ручным инструментом
  3. Как создать машину Руба Голдберга самому
  4. Краткая теория по теоретической механике
  5. Машина Голдберга
  6. Методическое пособие по использованию 3D принтера DFKit
  7. Методическое пособие по использованию ЧПУ лазерного станка DFKit
  8. Примеры различных машин Голдберга:
    75 Rube Goldberg Ideas & Inventions | DoodleChaos
    The Dresser - Rube Goldberg Machine for Getting Dressed | Joseph's Machines
    Marble run | Vivify cg
    Мастерская Голдберга | СПб и Мск | Лекториум
Источник — «http://tm.spbstu.ru/?title=Машина_Голдберга,_наливающая_жидкость_в_бокал&oldid=54603»