Машина Голдберга, зажигающая лампочку — различия между версиями
IZOTOP (обсуждение | вклад) (→Расчеты элементов проекта) |
(→Этапы создания проекта) |
||
(не показана 21 промежуточная версия 3 участников) | |||
Строка 1: | Строка 1: | ||
'''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». | '''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 143: | Строка 144: | ||
::<math>m_{1}=m_{2}=...=m_{n}</math> | ::<math>m_{1}=m_{2}=...=m_{n}</math> | ||
::<math>V_{2}(t=0)=V_{3}(t=0)=...=V_{n}(t=0)=0</math> | ::<math>V_{2}(t=0)=V_{3}(t=0)=...=V_{n}(t=0)=0</math> | ||
+ | ::<math>m_{т},μ,S,R</math> | ||
+ | |||
::<math>Найти:~h</math> | ::<math>Найти:~h</math> | ||
Строка 176: | Строка 179: | ||
Из ЗСЭ для первого шара: | Из ЗСЭ для первого шара: | ||
− | ::<math>m_{1}gh=\frac {{m_{ | + | ::<math>m_{1}gh=\frac {{m_{т}V_{1}^2}}{2}</math> |
− | |||
− | |||
− | ::<math>h=\frac {V_{1}^2}{2g};~F_{тр}=N~\frac {μ}{R}</math> | + | ::<math>h=\frac {V_{1}^2}{2g};~F_{тр.к}=N~\frac {μ}{R}=\frac {μm_{т}g}{R}</math> |
− | ::<math>V_{1}^2=V_{2}'^2=\frac {2E}{m_{2}}=\frac {2F_{тр}S}{m_{2}}=\frac {2μNS}{Rm_{2}}=\frac { | + | ::<math>V_{1}^2=V_{2}'^2=\frac {2E}{m_{2}}=\frac {2F_{тр.к}S}{m_{2}}=\frac {2μNS}{Rm_{2}}=\frac {2μm_{т}gS}{Rm_{2}}</math> |
− | ::<math>h=\frac { | + | ::<math>h=\frac {2μm_{т}gS}{2gRm_{2}}=\frac {μm_{т}S}{Rm_{2}};~F_{тр}=N~\frac {μ}{Rm_{2}}=\frac {μS}{R}</math> |
::<math>Ответ:</math> | ::<math>Ответ:</math> | ||
− | ::<math>h=\frac { | + | ::<math>h=\frac {μm_{т}S}{Rm_{2}}</math> |
</div> | </div> | ||
</div> | </div> | ||
+ | <gallery> | ||
+ | Расчет высоты отклонения маятника.jpg|Задача 1 | ||
+ | </gallery> | ||
*Задача 2. (Сухотерина Анна) Расчет импульса, передаваемого бруску при повороте рычага | *Задача 2. (Сухотерина Анна) Расчет импульса, передаваемого бруску при повороте рычага | ||
Строка 200: | Строка 204: | ||
[[File:Задача2.jpg|thumb|Расчет импульса, передаваемого бруску]] | [[File:Задача2.jpg|thumb|Расчет импульса, передаваемого бруску]] | ||
::<math>Дано:</math> | ::<math>Дано:</math> | ||
− | ::<math>m = 21{,}17~г~-~масса~груза</math> | + | ::<math>m = 21{,}17~г = 21{,}17\cdot 10^{-3}~кг~-~масса~груза</math> |
− | ::<math>l = 12{,}3~см~ | + | ::<math>l = 12{,}3~см = 12{,}3\cdot 10^{-2}~м–~плечо~рычага</math> |
::<math>Найти:~p</math> | ::<math>Найти:~p</math> | ||
Строка 226: | Строка 230: | ||
<div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | <div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
+ | |||
+ | |||
+ | [[File:Задача 3 (1).jpg|thumb|Задача 3 (1)|Рассчитать энергии, который передал куб мячику]] | ||
::<math>Дано:</math> | ::<math>Дано:</math> | ||
− | ::<math>m = 25{,}79~ | + | ::<math>m = 25{,}79 \cdot 10^{-3} ~кг~-~масса~куба</math> |
− | ::<math>p_{0} = 41\cdot 10^{-3} | + | ::<math>p_{0} = 41\cdot 10^{-3} м/с</math> |
− | ::<math>h = | + | ::<math>h = 0,1~м~</math> |
::<math>Найти: E_{кон}</math> | ::<math>Найти: E_{кон}</math> | ||
Строка 239: | Строка 246: | ||
::Найдём начальныю скорость через импульс: | ::Найдём начальныю скорость через импульс: | ||
::<math>p_{0}=m*V</math> | ::<math>p_{0}=m*V</math> | ||
− | ::<math>V=\frac{p_{0}}{m}=\frac{41\cdot 10^{-3}~кг\cdot м/с}{25{,}79~ | + | ::<math>V=\frac{p_{0}}{m}=\frac{41\cdot 10^{-3}~кг\cdot м/с}{25{,}79 \cdot 10^{-3} ~кг~}=1{,}58~м/c~</math> |
::Найдём начальныю кинетическую энергию куба: | ::Найдём начальныю кинетическую энергию куба: | ||
− | ::<math>E_{0}=\frac{m*V^{2}}{2}=\frac{25{,}79~ | + | ::<math>E_{0}=\frac{m*V^{2}}{2}=\frac{25{,}79 \cdot 10^{-3}~кг~*1{,}58~м/c^{2}}{2}=32{,}6\cdot 10^{-3}~Дж~</math> |
::<math>А_{тр}=0</math> | ::<math>А_{тр}=0</math> | ||
::Энергия, которая передаётся шарику: | ::Энергия, которая передаётся шарику: | ||
− | ::<math>E_{кон}=E_{0}+mgh=32{,}6\cdot 10^{-3}~Дж~+25{,}79~ | + | ::<math>E_{кон}=E_{0}+mgh=32{,}6\cdot 10^{-3}~Дж~+25{,}79 \cdot 10^{-3}~кг~\cdot 10 н/м \cdot 10 \cdot 10^{-2} м =58{,}39 \cdot 10^{-3}~Дж~</math> |
::<math>Ответ:</math> | ::<math>Ответ:</math> | ||
Строка 252: | Строка 259: | ||
</div> | </div> | ||
+ | *Задача 4. (Овчинников Влад) Расчет горизонтального расстояния от трубы до тележки | ||
− | + | <gallery> | |
− | + | Задача 4.jpg|Задача 4 | |
− | + | </gallery> | |
− | < | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
<gallery> | <gallery> | ||
− | Задача 4 | + | Задача 4 решение1.jpg|Задача 4 |
</gallery> | </gallery> | ||
Строка 320: | Строка 305: | ||
</div> | </div> | ||
+ | <gallery> | ||
+ | Задача 5 решение.jpg|Задача 5 | ||
+ | </gallery> | ||
*Задача 6. (Лысенко Мария) Расчет скорости шарика, запускаемого катапультой | *Задача 6. (Лысенко Мария) Расчет скорости шарика, запускаемого катапультой | ||
Строка 462: | Строка 450: | ||
::<math>m_{1}≤2T/g+M-m</math> | ::<math>m_{1}≤2T/g+M-m</math> | ||
+ | |||
+ | [[File:Задача 9 решение .jpg|thumb]] | ||
</div> | </div> | ||
</div> | </div> | ||
− | |||
*Задача 10. (Халявина Наталья) Расчет скорости математического маятника перед ударом о шарик | *Задача 10. (Халявина Наталья) Расчет скорости математического маятника перед ударом о шарик | ||
Строка 519: | Строка 508: | ||
</div> | </div> | ||
</div> | </div> | ||
+ | |||
+ | <gallery> | ||
+ | Задача 11 решение.jpg|Задача 11 | ||
+ | </gallery> | ||
*Задача 12. (Цветков Евгений) Расчёт энергии,переданной крестообразным вращающимся стержнем тележке | *Задача 12. (Цветков Евгений) Расчёт энергии,переданной крестообразным вращающимся стержнем тележке | ||
− | < | + | <gallery> |
− | + | Задача 12 решение.jpg|Задача 12 | |
− | + | </gallery> | |
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | </ | ||
− | |||
− | |||
*Задача 13. (Гринёва Диана) Расчет конечной скорости тележки | *Задача 13. (Гринёва Диана) Расчет конечной скорости тележки | ||
Строка 568: | Строка 541: | ||
</div> | </div> | ||
+ | <gallery> | ||
+ | Задача 13 решение.jpg|Задача 13 | ||
+ | </gallery> | ||
*Задача 14. (Игнатьева Анна) Расчет угла для необходимой силы натяжения нити | *Задача 14. (Игнатьева Анна) Расчет угла для необходимой силы натяжения нити | ||
Строка 573: | Строка 549: | ||
<div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | <div class="mw-collapsible mw-collapsed"> | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
− | [[File: | + | [[File:Задача 14 (1).jpg|thumb]] |
::<math>Дано:</math> | ::<math>Дано:</math> | ||
::<math>V_{бр}=32,3*4*2,8 см_{2}</math> | ::<math>V_{бр}=32,3*4*2,8 см_{2}</math> |
Текущая версия на 01:50, 12 июня 2020
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».
Содержание
Описание[править]
Актуальность[править]
Актуальность данного проекта заключается в том, что при создании машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики.
Цель проекта[править]
Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих ко включению лампочки.
Задачи проекта[править]
- 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
- Создать схему машины Голдберга
- 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[править]
Группа 13151/2
- Беляускас Антонина
- Брюхова Ангелина
- Гринёва Диана
- Игнатьева Анна
- Лепская Алёна
- Лысенко Мария
- Овчинников Влад
- Панфилова София
- Сидельников Егор
- Собко Ксения
- Сухотерина Анна
- Тарханова Софья
- Халявина Наталья
- Цветков Евгений
- Широкова Вероника
Работа по проекту[править]
Действия, выполняемые машиной Голдберга[править]
- Груз на нити передает импульс ряду маятников, последний из которых ударяет по шарику. Шарик скатывается по желобу
- Шарик ударяет по стержню, удерживающему маятник. Маятник поворачивается и приводит в движение брусок квадратного сечения
- Брусок скатывается по цилиндрам и сбивает шар
- Шар попадает в трубу, падает на наклонную плоскость и отскакивает в тележку
- Тележка с шариком катится и толкает домино, которое находится на лестнице
- Последняя доминошка с лезвием падает и перерезает нить, которая держит молоток
- Молоток падает на одно из плеч катапульты и запускает шарик под углом 45 градусов
- Катапульта забрасывает шарик в одно из колен сообщающихся сосудов. Шарик своим весом вытесняет воду во втором плече и поднимает поршень, на котором находится другой шарик, так что он за счет наклона верхней грани поршня скатывается в воронку
- Пройдя через воронку и с помощью системы блоков поднимает груз, который держит нить
- Нить, которая удерживала математический маятник, отпускает его. Маятник приходит в движение и ударяет по шарику
- Шарик скатывается по спиральному желобу
- Шарик толкает вертушку, расположенную в вертикальной плоскости, которая толкает тележку с иголкой
- Тележка с иголкой катится по криволинейной траектории и, выезжая, лопает шарик, который удерживает в равновесии рычаг
- Рычаг поворачивается за счет груза на одном из его плеч
- Груз, присоединенный к выключателю через блок, падает и включает лампочку
Материалы и предметы для создания проекта[править]
- Шарики разных масс
- Математические маятники
- Машинки
- Гофрированная сантехническая труба, гладкая трубка
- Фанера, доски, деревянные бруски
- Клей
- Саморезы, болты, гайки, шурупы, гвозди
- Пластик
- Картон
- Булавка, нить
- Молоток
- Лампочка
- Пластилин
- Бутылки и коробка из-под сока
- Пенопласт
- Песок
- Краска
Инструменты для создания проекта[править]
- Наждачная бумага
- Отвертки
- Пила
- Молоток
- Шуруповерт
- Электролобзик
- Шлифовальная машина
- Лазерный станок
Этапы создания проекта[править]
Срок | Задача | Возникающие проблемы | Что сделано к сроку |
21.02.19 | Определить последовательность действий машины Голдберга | Каждый предлагает свои идеи. Возникли разногласия по некоторым пунктам | Определена основная последовательность |
07.03.19 | Подобрать материалы и инструменты для проекта | Были найдены не все материалы, некоторые пришлось докупать | Необходимые материалы и инструменты были найдены |
21.03.19 | Произвести расчеты и создать схему машины Голдберга | Возникли проблемы с формулированием задач | Выполнили часть расчетов, создали схему |
04.04.19 | Сделать отдельные части проекта | Некоторые детали были потеряны, пришлось создавать их заново. Возникли сложности с созданием некоторых этапов, их пришлось заменить другими. Из-за недостатка времени на занятиях занимались сборкой в свое свободное время | Выполнили некоторые части проекта |
18.04.19 | Собрать машину; снять рабочий процесс | Возникли трудности с распределением задач между членами команды. Из-за недостатка времени на занятиях занимались сборкой в свое свободное время | Начали собирать машину из имеющихся частей |
16.05.19 | Произвести пробные запуски, устранить недочеты | Из-за недостатка времени не успели собрать машину полностью | Произвели пробные запуски на отдельных этапах |
30.05.19 | Произвести показательный запуск машины Голдберга. Смонтировать видео и создать вики-страницу проекта | При создании вики-страницы возникли сложности с сохранением изменений и оформлением задач | Завершили проект, создали страницу и произвели показательный запуск |
Расчеты элементов проекта[править]
- Задача 1. (Собко Ксения) Расчет высоты, на которую необходимо поднять первый маятник в ряду, чтобы шар достиг наклонной плоскости
- Задача 2. (Сухотерина Анна) Расчет импульса, передаваемого бруску при повороте рычага
- Задача 3. (Беляускас Антонина) Рассчитать энергии, который передал куб мячику
- Задача 4. (Овчинников Влад) Расчет горизонтального расстояния от трубы до тележки
- Задача 5. (Лепская Алёна) Нахождение коэффициента трения качения
- Задача 5. (Тарханова Софья) Расчет импульса, который нужно сообщить тележке, чтобы она запустила цепную реакцию домино
- Задача 6. (Лысенко Мария) Расчет скорости шарика, запускаемого катапультой
- Задача 7. (Лепская Алёна) Расчет траектории полета шарика, запускаемого катапультой
- Задача 8. (Широкова Вероника) Расчет начального уровня воды в сообщающихся сосудах
В начальном положении поршни находятся на уровнях h(a), h(b). По закону Паскаля давление в обоих коленах трубки на уровне одинаково:
На поршень c площадью kS (k>1) попадает шарик. Так как грузы имеют одинаковые массы, то в состоянии равновесия по закону Паскаля в сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне. Запишем условие равенства:
Первое, что необходимо отметить – это то, что объем воды не изменится. Объем жидкости, вытесняемый из правого колена равен объему прибавившемуся в левом, так как она не сжимаема.
- Задача 9. (Брюхова Ангелина) Расчет массы груза, который необходимо поднять с помощью системы из двух блоков
- Задача 10. (Халявина Наталья) Расчет скорости математического маятника перед ударом о шарик
- Задача 11. (Сидельников Егор) Расчет скорости шарика, вылетающего из спирали
- Задача 12. (Цветков Евгений) Расчёт энергии,переданной крестообразным вращающимся стержнем тележке
- Задача 13. (Гринёва Диана) Расчет конечной скорости тележки
- Задача 14. (Игнатьева Анна) Расчет угла для необходимой силы натяжения нити
- Задача 15. (Панфилова София) Расчет силы, необходимой, чтобы выдернуть картонку из-под груза
Результаты по проекту[править]
Несмотря на то что в процессе расчетов и пробных запусков пришлось убрать или модифицировать некоторые этапы, машина Голдберга выполняет необходимую задачу: включает лампочку.
Видео запуска машины Голдберга.
Рабочий процесс создания машины Голдберга.
Литература и ссылки[править]
- Инструкция по оказанию первой доврачебной помощи
- Инструкция по охране труда при работе с ручным инструментом
- Как создать машину Руба Голдберга самому
- Краткая теория по теоретической механике
- Машина Голдберга
- Методическое пособие по использованию 3D принтера DFKit
- Методическое пособие по использованию ЧПУ лазерного станка DFKit
- 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