Машина Голдберга, запускающая видео на ноутбуке — различия между версиями

Версия 21:55, 26 декабря 2018

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 работать с оборудованием ФабЛаба, как с ручным инструментом, так и с цифровыми станками.

Цель проекта

Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих ко включению видео на ноутбуке.

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. Создать чертеж машины Голдберга
5. Сделать отдельные части проекта
6. Собрать машину Голдберга
7. Произвести пробные запуски и устранить недочеты
8. Смонтировать видео
9. Произвести показательный запуск машины Голдберга
10. Порадоваться
11. Вспомнить, сколько у тебя еще долгов, и рыдать два часа
12. Создавать эту вики-страницу вместо расчеток по вычмату
13. Повторить п.11 необходимое количество раз

Проектная команда

Группа 23533/1

• Александров Роман
• Аристова Анастасия
• Бурячек Ирина
• Головаков Илья
• Гребенюк Денис
• Гусева Анастасия
• Докучаева Татьяна
• Иванова Валерия
• Иванчев Юрий
• Курочкина Валентина
• Марина Диана
• Огнев Денис
• Орлова Валерия
• Пересвет Варвара
• Семенов Андрей
• Сулейманов Артур
• Хитрова Яна

Работа по проекту

Действия, выполняемые машиной Голдберга

Набросок устройства машины Голдберга, запускающей видео на ноутбуке

1. Свечка на кексике пережигает верёвку, которая удерживает качающийся маятник
2. Маятник качается и сбивает домино
3. Цепная реакция домино доходит до лестницы №1, домино, стоящие на ней, тоже падают
4. Домино на верхней ступени лестницы №1 падает и сбивает мячик №1
5. Мячик падает на двуплечий рычаг №1
6. Плечо рычага, на которое упал мячик №1, опускается, второе поднимается
7. Поднимающееся плечо рычага №1 приводит в действие двуплечий рычаг №2
8. С рычага №2, как с катапульты, запускается мячик №2
9. Мячик №2 попадает в пружинящую поверхность и отскакивает от неё в воронку
10. Скатившись по воронке, мячик №2 попадает в тележку и толкает её
11. Поехавшая тележка толкает домино
12. Падающие домино создают цепную реакцию и сбивают домино на ступенях лестницы №2
13. Домино на верхней ступени лестницы №2 падает и сбивает мячик №3
14. Мячик №3 толкает рычаг №3
15. Рычаг №3 падает и нажимает на кнопку ноутбука
16. Видео включается

Материалы и предметы для создания проекта

• Мячики
• Тележка
• Кексик
• Свечка
• Воронка
• Фанера
• Доски
• Пенопласт
• Пеноплекс
• Клей
• Крепежные уголки
• Веревка
• Гвозди
• Саморезы
• Гайки
• Скотч

Инструменты для создания проекта

• Лазерный станок
• Настольный сверлильный станок
• Лобзик
• Пила ручная
• Молоток
• Отвертки
• Линейка
• Рулетка
• Карандаш
• Руки

Этапы создания проекта

Расчеты элементов проекта

• Расчет расстояния и угла, на который необходимо отклонить маятник, чтобы он сбил домино

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^\cdot [/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]r=0{,}054~м,~\alpha =49{,}8^\cdot [/math]

• Проверка условия движения рычага №2 в результате падения шарика №1 на рычаг №1

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}\gt \sqrt {gh}=1 ~м/с[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]v_{рыч}=1{,}065~м/с~\gt \sqrt {gh}=1 ~м/с,~следовательно, ~вторая ~балка ~придёт ~в ~движение.[/math]

• Расчет импульса, который необходимо придать тележке для начала её движения вниз по склону

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]

• Расчет скорости, с которой должна ехать тележка, чтобы запустить цепную реакцию падающих домино

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}\gt 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]

• Расчет массы рычага для нажатия на кнопку компьютерной мыши

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, но кому это надо. Всё остальное великолепно, прекрасно, замечательно.

Вот, посмотрите, насколько всё превосходно!

Видео, запускаемое на ноутбуке, показывает рабочий процесс создания машины Голдберга.

Литература и ссылки

1. Инструкция по оказанию первой доврачебной помощи
2. Инструкция по охране труда при работе с ручным инструментом
3. Как бороться со стрессом, вызванным учебой
4. Как перестать плакать, когда вы очень расстроены
5. Как разнять двух подравшихся людей
6. Как создать машину Руба Голдберга самому
7. Краткая теория по теоретической механике
8. Машина Голдберга
9. 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