Машина Голдберга, доставляющая корм Собаке — различия между версиями

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
(→‎Расчеты элементов проекта)
(→‎Расчеты элементов проекта)
Строка 142: Строка 142:
 
*1  Задача по определению материала шарика
 
*1  Задача по определению материала шарика
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
−
[[File:Screenshot.jpg|thumb]]
+
[[File:Screenshot 2.jpg]]
  
 
</div>
 
</div>
  
 +
*2 Задача по нахождению конечной скорости шарика
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">
 +
[[File:Screenshot33.jpg]]
  
−
*Проверка условия движения рычага №2 в результате падения шарика №1 на рычаг №1
+
</div>
 +
</div>
 +
 
 +
*3 Задача по нахождения минимального диаметра воронки
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible-content">  
 
<div class="mw-collapsible-content">  
−
[[File:Рычаги.png|thumb|300px|Схема взаимодействия шарика и двуплечих рычагов]]
+
[[File:Screenshot5.jpg]]
−
::<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>
+
</div>
−
::<math>Перед ~соударением ~шарика ~с ~рычагом ~по ~закону ~сохранения ~энергии:</math>
+
</div>
−
::<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}>\sqrt {gh}=1 ~м/с</math>
 
  
−
::<math>Ответ:</math>
+
*4 Задача по нахождению скорости машинки в конце наклонной плоскости
−
::<math>v_{рыч}=1{,}065~м/с~>\sqrt {gh}=1 ~м/с,~следовательно, ~вторая ~балка ~придёт ~в ~движение.</math>
+
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">  
 +
[[File:Screenshot 66.jpg]]
  
 
</div>
 
</div>
 
</div>
 
</div>
  
 +
*5 Задача по нахождению расстояния, на которое сдвигается резинка, чтобы шарик из следующего этапа начал свое движение
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">
 +
[[File:Img1-lq3X8bmB5XCLm.jpg]]
  
−
*Расчет импульса, который необходимо придать тележке для начала её движения вниз по склону
+
</div>
 +
</div>
 +
 
 +
*6 Задача по определению импульса, который шарик передаст стакану
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible-content">  
 
<div class="mw-collapsible-content">  
−
[[File:Тележка схема.png|thumb|200px|Схема для расчета импульса, необходимого для начала движения тележки]]
+
[[File:Screenshot9.jpg]]
−
::<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>
+
</div>
 +
</div>
  
−
::<math>Решение:</math>
+
*7 Задача по определению угла наклона стакана из экспериментальных данных
−
::<math>p=F_{взаимод}\cdot t</math>
+
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
−
::<math>\vec{F} + \vec{N} + m\vec{g} = 0</math>
+
<div class="mw-collapsible-content">  
−
::<math>OX:~-F_{тр}+mg\cdot sin\alpha = 0</math>
+
[[File:77.jpg]]
−
::<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>
+
</div>
−
::<math>p=0{,}21~\frac{кг\cdot м}{с}</math>
+
</div>
 +
 
 +
*8 Задача по определению скорости, с которой стакан с шариком стукнется об блок
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">  
 +
[[File:Screenshot12.jpg]]
  
 
</div>
 
</div>
 
</div>
 
</div>
  
 +
*9 Задача по нахождению скорости вылета шарика из стакана
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">
 +
[[File:99.jpg]]
  
−
*Расчет скорости, с которой должна ехать тележка, чтобы запустить цепную реакцию падающих домино
+
</div>
 +
</div>
 +
 
 +
*10 Задача по нахождению максимальной массы бруска
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible-content">  
 
<div class="mw-collapsible-content">  
−
[[File:Тележка и домино.png|thumb|300px|Схема для расчёта скорости, с которой тележка должна сбивать домино]]
+
[[File:Screenshot15.jpg]]
−
::<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>
+
</div>
 +
</div>
  
−
::<math>Решение:</math>
+
*11 Задача по нахождению импульса, который необходимо передать грузу на линейке
−
::<math>p=F_{взаимод}\cdot t</math>
+
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
−
::<math>F_{взаимод}>F_{т.домино}=m_{домино}\cdot g = 0{,}02\cdot 10 = 0{,}2~H</math>
+
<div class="mw-collapsible-content">  
−
::<math>p_{тележка}=m_{тележка}\cdot v</math>
+
[[File:Screenshot16.jpg]]
−
::<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>
 
  
 
</div>
 
</div>
 
</div>
 
</div>
  
−
 
+
*12 Определение максимального значения массы корма для мопса
−
*Расчет массы рычага для нажатия на кнопку компьютерной мыши
 
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible-content">  
 
<div class="mw-collapsible-content">  
−
::<math>Минимальное ~значение ~силы ~для ~нажатия ~кнопки:~F=0{,}68~H</math>
+
[[File:Screenshot17.jpg]]
−
::<math>F=m\cdot a=m\cdot g</math>
 
−
::<math>m=\frac{F}{g} = \frac{0{,}68}{10} = 0{,}069~кг</math>
 
−
 
 
−
::<math>Ответ:</math>
 
−
::<math>m=0{,}069~кг</math>
 
  
 
</div>
 
</div>

Версия 21:40, 4 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».

Описание

Актуальность

Актуальность данного проекта заключается в том, что при конструировании машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики, а само умение конструировать важно любому инженеру — это первый шаг на пути к будущей профессии.

Цель проекта

Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих к доставке корма питомцу.

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 схему 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. Создать вики-страницу проекта

Проектная команда

Группа 13131/11

  • Миша Дурново
  • Ира Михайлова
  • Миша Груничев
  • Андрей Анисимов
  • Аня Гавриченко
  • Ксения Кожевникова
  • Данила Горянин
  • Михаил Левит
  • Никита Резанов
  • Настя Шклярова
  • Александр Кальмбах

Работа по проекту

Действия, выполняемые машиной Голдберга

Схема устройства машины Голдберга, доставляющая корм Собаке
  1. Запускаем шарик который скатывается по 3 книгам разной высоты
  2. Шарик, падая с последней книги, попадает в воронку, по которой скатывается на наклонную поверхность
  3. На наклонной поверхности стоит машинка, на которую падает шарик и запускает её
  4. Машинка съезжает и толкает нижний конец палки, удерживающей с помощью привязанной к ней нити шарик
  5. Верхний конец данной палки дергает нить, из за этого шарик № 2 начинает движение
  6. Шарик №2 скатывается по наклонной плоскости и попадает в стакан
  7. Стакан с шариком скатывается по наклонной поверхности и ударяется о преграду
  8. Шарик выпадает из стакана и сбивает домино
  9. Цепная реакция домино приводит к падению со стола последней костяшки домино, к которой привязаны бусы
  10. Бусы тоже падают, утягивая за собой брусочек, удерживающий «качалку», на другой стороне которой находится корм
  11. Корм перевешивает и скатывается в миску
  12. Мопс получает корм

Материалы и предметы для создания проекта

  • Машинка
  • Воронка
  • Фанера
  • Доски
  • Клей
  • Крепежные уголки
  • Саморезы
  • Скотч
  • Мячики
  • Книги
  • Стакан
  • Линейка
  • Канцелярские резинки
  • Бусы
  • Домино

Инструменты для создания проекта

  • ЧПУ лазерный станок DFKit
  • Электроинструмент
  • Ручной инструмент

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
01.03.19 Окончательно определить последовательность действий машины Голдберга Некоторые этапы вызывали разногласия Определена последовательность
07.03.19 Создать схему машины Голдберга. Определиться с материалами для работы Разногласия по поводу, из какого материала лучше конструировать Создана схема. Написан список того, что необходимо принести к следующей встрече
21.03.19 Найти предметы и инструменты для проекта. Создать необходимые чертежи деталей, которые нужно было вырезать из фанеры Покупка нужной фанеры Было найдено почти все необходимое. Чертежи созданы
04.04.19 Вырезать из фанеры детали С этим проблем не возникло. В ФабЛабе есть все необходимые инструменты Все необходимое было вырезано
11.04.19 Разбор этапов для расчетов Сложности в определении задачи в целом Начали решать проблему с расчетами
18.04.19 Анализ этапов Реализация этапа со спинерами оказалась сложной Решили заменить спинеры на фонтанирующие бусы и качели.
25.04.19 Закончить расчеты Сложности в подведении итогов расчетов Выполнили расчеты
30.04.19 Скрепить вырезанные детали Отсутствие навыков работы с инструментами. Детали скреплены
07.05.19 Сделать качели, выставить книги под нужными углами, прикрепить воронку Отсутствие навыков работы с инструментами Задачи выполнены
10.05.19 Собрать все части вместе. Сделать пробные запуски Первые запуски были не очень удачны. Появились трудности на этапе с машинкой Возникающие трудности были решены
30.05.19 Создать вики-страницу Отсутствие знаний о создании вики-страниц Результатом является данная страница

Расчеты элементов проекта

  • 1 Задача по определению материала шарика

Screenshot 2.jpg

  • 2 Задача по нахождению конечной скорости шарика

Screenshot33.jpg

  • 3 Задача по нахождения минимального диаметра воронки

Screenshot5.jpg

  • 4 Задача по нахождению скорости машинки в конце наклонной плоскости

Screenshot 66.jpg

  • 5 Задача по нахождению расстояния, на которое сдвигается резинка, чтобы шарик из следующего этапа начал свое движение

Img1-lq3X8bmB5XCLm.jpg

  • 6 Задача по определению импульса, который шарик передаст стакану

Screenshot9.jpg

  • 7 Задача по определению угла наклона стакана из экспериментальных данных

77.jpg

  • 8 Задача по определению скорости, с которой стакан с шариком стукнется об блок

Screenshot12.jpg

  • 9 Задача по нахождению скорости вылета шарика из стакана

99.jpg

  • 10 Задача по нахождению максимальной массы бруска

Screenshot15.jpg

  • 11 Задача по нахождению импульса, который необходимо передать грузу на линейке

Screenshot16.jpg

  • 12 Определение максимального значения массы корма для мопса

Screenshot17.jpg

Результаты по проекту

Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: доставляет корм собаке. В процессе расчетов и пробных запусков пришлось убрать или модифицировать некоторые этапы. Созданная нами модель наглядно демонстрирует основную идею-принцип действия машины Голдберга. На наш взгляд, конечный результат зачастую не так важен — интерес вызывает, скорее, наблюдение за этой цепочкой «событий».

Видео запуска машины Голдберга.

Литература и ссылки

  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 ЧПУ лазерного станка DFKit
Источник — «http://tm.spbstu.ru/?title=Машина_Голдберга,_доставляющая_корм_Собаке&oldid=53505»