Машина Голдберга "Полив рассады" — различия между версиями

Версия 14:22, 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».

Описание

Актуальность

Идея создания машины Голдберга, сложного механизма для осуществления простого действия, появилась ещё в ХХ веке, но такие устройства до сих пор не утратили актуальности из-за интересного процесса создания. Конструирование машины позволяет наглядно продемонстрировать многие законы теоретической механики и классической физики в действии. В данном проекте необходимо умение нестандартно использовать подручные материалы и различные инструменты.

Цель проекта

Создать машину Голдберга, которая будет выполнять определённую последовательность действий, в результате которых будет полита рассада.

Задачи проекта

1. Определить последовательность действий, которые будут выполняться в машине Голдберга.

2. Создать схему машины Голдберга.

3. Произвести необходимые расчеты.

4. Подобрать необходимые для создания проекта материалы, предметы и инструменты.

5. Создать отдельные части машины Голдберга.

6. Произвести пробные запуски и устранить недочеты.

7. Объединить части и произвести итоговое тестирование.

8. Произвести показательный запуск машины Голдберга.

9. Снять результат на видео.

10. Создать вики-страницу проекта.

Автор

Студентка Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого инженерно-строительного института группы 3130801/90011 Марченко Елизавета Сергеевна.

Работа над проектом

Действия, выполняемые машиной Голдберга

1. Цилиндрический объект катится по наклонной поверхности, падает в ёмкость, прикреплённую к первому грузу, связанному со вторым грузом нерастяжимой нитью, перекинутой через неподвижный блок.

2. Первый груз вместе с цилиндрическим объектом перевешивают второй груз, система, состоящая из двух грузов, связанных нерастяжимой нитью, ёмкости и цилиндрического объекта, приходит в движение.

3. Рулетка освобождается от второго груза, приходит в движение и ударяется о стакан, приводя его в движение. Стакан, после удара рулеткой, катится по круговой траектории, поворачивается на 90.

4. Стакан падает на ткань, с которой соскальзывает мячик. Мячик катится по наклонной плоскости и толкает свечку, стоящую на этой плоскости.

5. Мячик и свечка врезаются в вертикальную плоскость, останавливаются. Свечка пережигает нитку, на которой крепится груз.

6. Груз падает в сосуд с водой, тонет, вода в сосуде переливается через край в горшок с рассадой.

Материалы и предметы для создания проекта

• Цилиндрический объект

• Грузы

• Рулетка

• Нитки

• Банки

• Вода

• Стакан

• Ткань

• Мячик

• Свечка

• Клей

• Доски

• Книги

• Скотч

• Стул

• Шурупы

• Табуретка

• Бумага

Инструменты для создания проекта

• Ножницы

• Нож

• Шуруповёрт

• Шило

• Пила

Этапы создания проекта

машины Голдберга.

Расчеты элементов проекта

1. Цилиндрический объект катится по наклонной поверхности, падает в ёмкость, прикреплённую к первому грузу. Система, состоящая из двух грузов, связанных нерастяжимой нитью, ёмкости и цилиндрического объекта приходит в движение. Второй груз поднимается, и рулетка освобождается. Необходимо рассчитать, какое ускорение имел второй груз, если он поднялся на высоту рулетки (6,4 см) за 2 секунды. Решение доступно по ссылке:

2. Рулетка освобождается от второго груза. Её начальная скорость равна 0 м/с. На рулетку действует постоянная сила упругости и постоянная сила трения. Рулетка движется равноускорено, прямолинейно. Через 0,8 секунды после начала движения рулетка сталкивается со стаканом. Расстояние, которое она прошла – 43 см. Необходимо рассчитать, какую скорость имела рулетка в момент столкновения. Решение доступно по ссылке:

3. Стакан, после удара рулеткой, катится по круговой траектории, поворачивается на 90 за 2,1 секунды. Найдём угловую скорость этого стакана. Решение доступно по ссылке:

4. Свечка изначально должна стоять на наклонной плоскости и не катится по ней. Необходимо рассчитать максимальный угол наклона плоскости, при котором свечка всё ещё будет стоять на ней. Для этого сначала приведём плоскость в горизонтальное положение, прикрепим к свечке динамометр. Потянем динамометр. Как только свечка придёт в движение, зафиксируем значение силы, которое показывает динамометр. Это значение - сила трения свечки о поверхность. Fтр.=0,9 Н. Вес свечки: P=1,3 Н. Следовательно, коэффициент трения равен К=Fтр./P=0,69. Рассчитаем максимальный угол наклона плоскости. Решение доступно по ссылке:

5. Груз подвешивается на нитке, которая перегорает, когда к ней приближается свечка. Чтобы определить максимальный вес груза, который может быть подвешен за эту нитку, проведём эксперимент. Возьмём нитку, закрепим её за один конец и будем вешать грузы различных масс на другой конец. Оказалось, что при массе груза 7350 граммов нитка рвётся, значит, максимальная сила натяжения нити Tmax=7,35кг*g=7,35кг*9,8Н/кг=72,03 Н. Найдём силу натяжения нити, убедимся, что она не порвётся. Решение доступно по ссылке:

6.

Результаты проекта

В результате проекта была достигнута поставленная цель: машина Голдберга работает и поливает рассаду в горшке. В процессе работы были выполнены все необходимые измерения и расчёты, произведены многочисленные пробные запуски. В ходе создания машины были изучены и продемонстрированы многие основные законы теоретической механики. В частности: статика твёрдого тела, кинематика твёрдого тела. Посмотреть видео машины Голдберга можно перейдя по ссылке: https://drive.google.com/file/d/1w1pqLi9YWFq9A10wxjItrHFwrH3OtphY/view?usp=sharing

Литература и ссылки

1. Машина Голдберга.

2. Краткий курс теоретической механики.

3. Примеры машин Голдберга.

4. Как создать машину Руба Голдберга самому?

5. Инструкция по оказанию первой помощи.

6. Виды конструкций машин Голдберга.

7. Руб Голдберг.

8. Лига Голдберга.