Машина Голдберга, зажигающая лампочку — различия между версиями
IZOTOP (обсуждение | вклад) (→Расчеты элементов проекта) |
IZOTOP (обсуждение | вклад) (→Расчеты элементов проекта) |
||
Строка 239: | Строка 239: | ||
::<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~г~}=1{,}58~м/c~</math> | ::<math>V=\frac{p_{0}}{m}=\frac{41\cdot 10^{-3}~кг\cdot м/с}{25{,}79~г~}=1{,}58~м/c~</math> | ||
+ | ::Найдём начальныю кинетическую энергию куба: | ||
::<math>E_{0}=\frac{m*V^{2}}{2}=\frac{25{,}79~г~*1{,}58~м/c^{2}}{2}=32{,}6\cdot 10^{-3}~Дж~</math> | ::<math>E_{0}=\frac{m*V^{2}}{2}=\frac{25{,}79~г~*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: | ||
::<math>E_{кон}=E_{0}+mgh=32{,}6\cdot 10^{-3}~Дж~+25{,}79~г~\cdot 10 н/м \cdot 10 \cdot 10^{-2} м =58{,}39 \cdot 10^{-3}~Дж~</math> | ::<math>E_{кон}=E_{0}+mgh=32{,}6\cdot 10^{-3}~Дж~+25{,}79~г~\cdot 10 н/м \cdot 10 \cdot 10^{-2} м =58{,}39 \cdot 10^{-3}~Дж~</math> | ||
Версия 11:29, 14 июня 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».
Содержание
Описание
Актуальность
Актуальность данного проекта заключается в том, что при создании машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики.
Цель проекта
Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих ко включению лампочки.
Задачи проекта
- 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
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
Действия, выполняемые машиной Голдберга
- 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
- 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
- Наждачная бумага
- Отвертки
- Пила
- Молоток
- Шуруповерт
- Электролобзик
- Шлифовальная машина
- Лазерный станок
Этапы создания проекта
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
- 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
Напишем закон сохранения энергии:
- Найдём начальныю кинетическую энергию куба:
- Энергия, которая передаётся шарику:
- Задача 4. (Овчинников Влад) Расчет скорости тележки после попадания в нее шарика
- 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
Можно заменить крестообразную конструкцию на такую же систему, в которой вес будет сосредоточен на концах стержня:
Система не будет вращаться после взаимодействия с тележкой, т.к. является массивной и уравновешенной. Следовательно, изменение энергии характеризуется только изменением потенциальной энергии. Получаем энергию, передаваемую стержнем тележке:
- Задача 13. (Гринёва Диана) Расчет конечной скорости тележки
- Задача 14. (Игнатьева Анна) Расчет высоты рычага
- Задача 15. (Панфилова София) Расчет силы, необходимой, чтобы выдернуть картонку из-под груза
Результаты по проекту
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.
Видео, запускаемое на ноутбуке, показывает рабочий процесс создания машины Голдберга.
Литература и ссылки
- 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