Машина Голдберга, делающая селфи

Машина Голдберга – это механизм, выполняющий очень простое действие посредством длинной последовательности взаимодействий по «принципу домино».

Описание

Актуальность проблемы

Актуальность данного проекта заключается в практическом применении курса теоретической механики и классической физики при создании проекта.

Цель работы

Создать машину Голдберга,выполняющую ряд действий, приводящих к фотографированию людей.

Задачи, решаемые при выполнении работы

• 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

Состав проектной команды

Группа 13151/2:

• Атюшева Виктория
• Дунаев Никита
• Иванов Александр
• Калашников Егор
• Кожусь Алексей
• Макарцев Павел
• Мирзаханян Баграт
• Нарядчикова Екатерина
• Пономарев Никита
• Федорова Александра
• Федорченко Илларион
• Южаков Лев

Работа по проекту

Действия, выполняемые машиной Голдберга

Схема установки машины Голдберга, делающей селфи

1. Выведение из равновесия шарика магнитом
2. Молоток сбивает домино
3. Падающее домино сбивает шарик
4. Шарик попадает в корзинку
5. Корзинка с шариком нажимает кнопку включения вентилятора
6. Вентилятор приводит в движение кораблик
7. Плывущий кораблик сбивает шарик
8. Шарик прокалывает шар, наполненный водой
9. Вытолкнутый водой шарик попадает в корзину, которая затем скатывается по наклонной плоскости
10. Корзина толкает брусок
11. Брусок приводит в действие рогатку
12. Летящий шарик попадает в воронку
13. Шарик, спустившийся по воронке, накатывается на стилус и толкает его
14. Стилус нажимает на кнопку фотографирования на телефоне

Материалы и предметы, используемые в работе

• Шарики
• Проволока
• Магниты
• Молоток
• Домино
• Пластиковые бутылки
• Нитки
• Вентилятор
• Пенопласт
• Бумага
• Иголки
• Воздушный шар
• Рогатка
• Воронка
• Лампочка
• Стилус
• Телефон
• Древесина
• Клей
• Крепежные уголки
• Саморезы

Инструменты, необходимые для создания проекта

• Отвертки
• Пила
• Молоток

Этапы создания проекта

Срок	Задача	Возникающие проблемы	Что сделано к сроку
21.02.19	Разработка планов проекта	Разрозненность мнений членов команды	Определена основная последовательность действий, выполняемых машиной
07.03.19	Расчет этапов проекта	Сложности в решении задач	Теоретически рассчитаны этапы проекта
21.03.19	Поиск материалов и инструментов, необходимых для создания машины	Отсутствие некоторых материалов, ограниченность финансовых ресурсов	Найдено всё необходимое
04.04.19	Создание отдельных элементов машины	Неумение работать с некоторыми инструментами	Созданы элементы машины и стенд, на котором они будут размещены
18.04.19	Сборка проекта	Проблемы, связанные с креплением элементов машины	Полностью собрана машина
02.05.19	Пробный запуск машины	Несрабатывание некоторых этапов проекта	Устранены недочеты
16.05.19	Окончательный запуск машины, съёмка видео и его монтирование	Не возникло	Создана машина Голдберга
30.05.19	Оформление работы в электронном виде	Отсутствие знаний в области создания вики-страниц	Создана вики-страница проекта

Расчеты элементов проекта

• Задача 1. (Кожусь Алексей) Определение силы магнита, необходимой для выведения дощечки из пазов

[math]Дано:[/math]

[math]m_{1} = 10~г[/math]

[math]m_{2} = 200~г[/math]

[math]μ = 0{,}5~[/math]

[math]Найти:~F[/math]

[math]Решение:[/math]

[math]F = 0{,}5\cdot (10+200)г\cdot 10~м/с^{2} = 1{,}05~H[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]F = 1{,}05~H[/math]

• Задача 2. Определение высоты подвеса молотка и его конечной скорости

[math]Дано:[/math]

[math]M = 800~г[/math]

[math]l = 20~см[/math]

[math]T = 5~Н[/math]

[math]h = 4~см[/math]

[math]x = 1~см[/math]

[math]m = 5~г[/math]

[math]Найти:~H{,}~u[/math]

[math]Решение:[/math]

[math]H = 0{,}5\cdot (\frac {5~Н\cdot 20~см}{800~г\cdot 10~м/с^{2}}-1~см)+4~см = 9{,}75~см[/math]

[math]u = \frac {800~г}{5~г}\cdot \sqrt {\frac {5~Н\cdot 20~см-800~г\cdot 10~м/с^{2}\cdot 1~см}{800~г} } = 2~см/с[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]H = 9{,}75~см[/math]

[math]u = 2~см/с[/math]

• Задача 3. (Никита Дунаев) Определение скорости последней костяшки домино

[math]Дано:[/math]

[math]m_{1} = 5~г[/math]

[math]v_{0} = 2~м/с[/math]

[math]Найти:~v[/math]

[math]Решение:[/math]

[math]v = v_{0} = 2~см/с[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]v = 2~см/с[/math]

• Задача 4. (Егор Калашников) Определение скорости, которую сообщила последняя костяшка домино шарику

[math]Дано:[/math]

[math]m_{1} = 5~г[/math]

[math]v_{1} = 2~см/с[/math]

[math]m_{2} = 10~г[/math]

[math]v_{2} = 0[/math]

[math]Найти:~u_{2}[/math]

[math]Решение:[/math]

[math]u_{2} = \frac {2\cdot 5~г\cdot 2~см/с}{5~г+10~г} = 1~см/с[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]u_{2} = 1~см/с[/math]

• Задача 5. (Баграт Мирзаханян) Определение скорости падающей корзины с грузом и давления, создаваемого корзиной на кнопку

[math]Дано:[/math]

[math]m = 10~г[/math]

[math]M = 200~г[/math]

[math]h = 6~см[/math]

[math]S = 1~см^{2}[/math]

[math]Найти:~u{,}~p[/math]

[math]Решение:[/math]

[math]u = \frac{10~г}{10~г+200~г} \cdot \sqrt{2\cdot 6~см \cdot 1~см^{2}} = 3~см/с[/math]

[math]p = (10~г+200~г) \cdot \frac{10~м/с{2}}{1~см^{2}} = 0{,}2~Па[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]u = 3~см/с[/math]

[math]p = 0{,}2~Па[/math]

• Задача 6. (Павел Макарцев) Определение скорости, которую сообщил вентилятор кораблю

[math]Дано:[/math]

[math]N = 2{,}7~Вт[/math]

[math]P = 0{,}5~Па[/math]

[math]a = 7~см[/math]

[math]b = 20~см[/math]

[math]Найти:~v[/math]

[math]Решение:[/math]

[math]v = \frac{2{,}7~Вт}{7~см \cdot 20~см \cdot 0{,}5~Па} = 4~см/с[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]v = 4~см/с[/math]

• Задача 7. (Виктория Атюшева) Определение скоростей корабля и шарика после столкновения

[math]Дано:[/math]

[math]m_{1} = 25~г[/math]

[math]v_{1} = 4~см/с[/math]

[math]m_{2} = 15~г[/math]

[math]v_{2} = 0[/math]

[math]Найти:~u_{1}~u_{2}[/math]

[math]Решение:[/math]

[math]u_{1} = 4~см/с\cdot \frac {25~г-15~г}{25~г+15~г} = 1~см/с[/math]

[math]u_{2} = \frac {2\cdot 25~г\cdot 4~см/с}{25~г+15~г} = 5~см/с[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]u_{1} = 1~см/с[/math]

[math]u_{2} = 5~см/с[/math]

• Задача 8. (Александра Федорова) Определение времени движения тела

[math]Дано:[/math]

[math]v_{0} = 6~см/с[/math]

[math]a = 2~см/с^{2}[/math]

[math]Найти:~t[/math]

[math]Решение:[/math]

[math]t = \frac{6~см/с}{2~см/с^{2}} = 3~с[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]t = 3~с[/math]

• Задача 9. (Екатерина Нарядчикова) Определение высоты падения шарика

[math]Дано:[/math]

[math]m_{1} = 12~г[/math]

[math]v_{1} = 7{,}5~см/с[/math]

[math]m_{2} = 16~г[/math]

[math]α = 30^{o}[/math]

[math]Найти:~h[/math]

[math]Решение:[/math]

[math]h = \frac{16~г \cdot (7{,}5~см/с \cdot sin30^{o})^{2}}{2 \cdot 12~г \cdot 10~м/с^{2}} = 8{,}66~см[/math]

[math]Ответ:[/math]

[math]h = 8{,}66~см[/math]

• Задача 10. (Илларион Федорченко) Определение пройденного по наклонной плоскости пути бруска

• Задача 11. (Никита Пономарев) Определение скорости шарика, вылетевшего из рогатки

• Задача 12. (Александр Иванов) Определение высоты и дальности полета шарика, вылетевшего из рогатки

• Задача 14. (Лев Южаков) Определение угла, на который отклонится стилус, подвешенный на нитях, после удара с мячиком

Результаты по проекту

Видео запуска машины Голдберга.

Используемые источники

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