Машина Голдберга, запускающая шарик — различия между версиями

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
 
(не показаны 23 промежуточные версии 2 участников)
Строка 2: Строка 2:
 
==Описание==
 
==Описание==
 
===Актуальность===
 
===Актуальность===
−
Актуальность данного проекта заключается в том, что при создании машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики и научиться использовать оборудование для цифрового производства DFKit. В частности 3D принтер и ЧПУ лазерный станок.
+
Актуальность данного проекта заключается в том, что при создании машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики. Изучение данного предмета в практической форме является наиболее интересным и познавательным, чем обычные решения задач. Также в процессе создания данной машины можно научиться пользоваться различными инструментами, полезными начинающему строителю.
 +
 
 
===Цель проекта===
 
===Цель проекта===
 
Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих к запуску воздушного шара.
 
Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих к запуску воздушного шара.
Строка 35: Строка 36:
 
==Работа по проекту==
 
==Работа по проекту==
 
===Действия, выполняемые машиной Голдберга===
 
===Действия, выполняемые машиной Голдберга===
−
[[File:Goldberg's machine.png|thumb|Схема устройства машины Голдберга, запускающей воздушный шарик]]
+
[[File:1_1_1.jpg|thumb|Схема устройства машины Голдберга, запускающей воздушный шарик]]
−
# Запуск маятника Ньютона опрокидывает стаканчик с шариком
+
# Запуск математического маятника опрокидывает стаканчик с шариком
 
# Шарик катится по желобу до ямки, приводя в работу рычажные весы
 
# Шарик катится по желобу до ямки, приводя в работу рычажные весы
 
# Другой конец весов, поднявшись, толкает новый шарик
 
# Другой конец весов, поднявшись, толкает новый шарик
 
# Шарик катится по желобам и, оттолкнувшись от препятствия снизу, толкает домино, запуская цепную реакцию
 
# Шарик катится по желобам и, оттолкнувшись от препятствия снизу, толкает домино, запуская цепную реакцию
−
# Последняя доминошка толкает тележку с горелкой, которая начинает катиться по слегка наклонной плоскости до препятствия
+
# Последняя доминошка толкает тележку со свечкой, которая начинает катиться по слегка наклонной плоскости до препятствия
−
# Нить пережигается от горелки
+
# Нить пережигается от свечки
 
# Молоток, который удерживался нитью, падает и толкает шарик
 
# Молоток, который удерживался нитью, падает и толкает шарик
 
# Шарик перелетает обрыв и приземляется в кузов машинки
 
# Шарик перелетает обрыв и приземляется в кузов машинки
 
# Машинка скатывается по наклонной плоскости
 
# Машинка скатывается по наклонной плоскости
−
# Ткань, которую держала машинка, ползет за ней
+
# Крышка коробки, которая прикреплена к машинке, поднимается
−
# Шарик, удерживаемый тканью, взлетает
+
# Шарик, удерживаемый крышкой, взлетает
  
 
===Материалы и предметы для создания проекта===
 
===Материалы и предметы для создания проекта===
Строка 53: Строка 54:
 
* Машинка
 
* Машинка
 
* Рычаг
 
* Рычаг
−
* Маятник Ньютона
+
* Маятник  
 
* Фанера
 
* Фанера
 
* Доски
 
* Доски
−
* Сухой спирт/горелка
+
* Свеча
 
* Клей
 
* Клей
 
* Веревка
 
* Веревка
 
* Воздушный шарик
 
* Воздушный шарик
 
* Коробка
 
* Коробка
−
* Ткань
 
 
* Молоток
 
* Молоток
 
* Домино
 
* Домино
 
* Скотч
 
* Скотч
 
* Стаканчик
 
* Стаканчик
 +
 
===Инструменты для создания проекта===
 
===Инструменты для создания проекта===
−
 
+
 +
Для создания машины Голдберга мы решили ограничиться обычными инструментами: шуруповерт, лобзик электронный, пила, молоток, напильник, отвертки. Все это мы смогли отыскать в ФабЛаб.
  
 
===Этапы создания проекта===
 
===Этапы создания проекта===
Строка 77: Строка 79:
 
|'''Что сделано к сроку'''
 
|'''Что сделано к сроку'''
 
|-
 
|-
−
| 27.09.18
+
| 26.02.19
 
| Определить последовательность действий машины Голдберга
 
| Определить последовательность действий машины Голдберга
−
| Каждый предлагает свои идеи. Возникли разногласия по некоторым пунктам.
+
| Каждый предлагает свои идеи. Нужно было придумать такую машину, чтобы каждому хватило по задаче.
−
| Определена основная последовательность.
+
| Определена половина последовательности.
 
|-
 
|-
−
| 04.10.18
+
| 12.03.19
−
| Окончательно определить последовательность действий машины Голдберга
+
| Окончательно определить последовательность действий машины Голдберга.
−
| С трудом пришли к консенсусу.
+
| С трудом пришли к консенсусу. Пришли к идее, что несколько человек будут работать над одной задачей вместе.
 
| Определена последовательность, сделан набросок действий.
 
| Определена последовательность, сделан набросок действий.
 
|-
 
|-
−
| 11.10.18
+
| 25.03.19
−
| Найти материалы для проекта
+
| Найти материалы для проекта. Начать создание вики-страницы.
−
| Материалы было решено искать среди остатков от производства. Взяли все, что не жалко.
+
| Материалы было решено искать среди остатков от производства в ФабЛаб. Отсутствие знаний о создании вики-странички
−
| Необходимые материалы были найдены.
+
| Часть необходимых материалов была найдена. Пустая страничка была создана.
 
|-
 
|-
−
| 18.10.18
+
| 09.04.19
−
| Найти предметы и инструменты для проекта
+
| Найти предметы и инструменты для проекта. Начать сборку основных частей машины.
−
| С этим проблем не возникло. В ФабЛабе есть все необходимые инструменты: ЧПУ лазерный станок DFKit, 3D принтер DFKit и т.д.
+
| Со всеми деревянными частями машины проблем не возникло. Однако такие предметы, как шарики, мячики, машинка, тележка, свечки, пришлось покупать самим.  
−
| Было найдено все необходимое.
+
| Было найдено почти все необходимое.
 
|-
 
|-
−
| 25.10.18
+
| 23.04.19
−
| Разбор этапов для расчетов
+
| Разбор этапов для расчетов, сборка машины.
−
| Сложности в определении задачи в целом
+
| Сложности в определении задачи в целом. Главная часть конструкции собрана наполовину. Обнаружили нехватку времени на сборку.
−
| Начали решать проблему с расчетами.
+
| Начали решать проблему с расчетами. Решили приходить в ФабЛаб каждый четверг, а не только во время пары.
 
|-
 
|-
−
| 01.11.18
+
| 07.05.19
−
| Начало расчетов
+
| Начало расчетов. Частично заполнить вики-страницу. Докупка материалов.
−
| Возникли проблемы с решением задач.  
+
| Возникли проблемы с решением задач. Трудно найти нужную машинку в магазине.
−
| Определились до конца с расчетами. Разделили задания по группам.
+
| Определились до конца с расчетами. Была заполнена сама важная и легкая часть вики-страницы. Машинка не была куплена к сроку, но далее мы нашли ее в Карусели.
 
|-
 
|-
−
| 08.11.18
+
| 20.05.19
−
| Продолжение расчетов
+
| Сборка машины
−
| Трудности с определением, какие законы необходимо применять
+
| Все части машины были собраны. Было решено заменить маятник Ньютона в самом начале на обычный маятник, замена горелки на свечку в связи с пожароопасностью.
−
| Выполнили часть расчетов.
+
| Вся машина была собрана
 
|-
 
|-
−
| 15.11.18
+
| 30.05.19
−
| Анализ этапов
+
| Съемка видео
−
| Пружинящая поверхность оказалась сложна в расчетах и реализации.
+
| После многих попыток запуска машины удалось записать полное видео.
−
| Решили убрать пружинящую поверхность из проекта.
+
| Было записано видео машины Голдберга.
 
|-
 
|-
−
| 22.11.18
+
| 05.06.19
 
| Закончить расчеты
 
| Закончить расчеты
−
| Сложности в подведении итогов расчетов
+
| Сложности в подведении итогов расчетов.
−
| Решили все задачи, выполнили все расчеты.
+
| Часть группы сделала свои расчеты.
−
|-
 
−
| 29.11.18
 
−
| Создать схему
 
−
| Понять, как лучше распределить этапы
 
−
| Распределили этапы по группам. Каждая группа сделала чертеж своего этапа. Объединили все части в единое целое.
 
 
|-
 
|-
−
| 06.12.18
+
| 08.06.19
−
| Сделать рычаги, лестницы, домино, качающийся маятник
+
| Смонтировать ролик
−
| Отсутствие навыков работы с инструментами.
+
| Проблем не возникло
−
| Разделили работу по группам. Изучили, как работать с лазерным станком и 3D принтером, сделали с их помощью необходимые части проекта. Было сделано всё, что планировалось.  
+
| Ролик был смонтирован.
 
|-
 
|-
−
| 13.12.18
+
| 11.06.19
−
| Покрасить домино. Собрать всё вместе. Сделать пробные запуски.
+
| Продолжение заполнения вики-страницы.
−
| С кексиком возникли проблемы. Никто его не купил. Убрали кексик из проекта. Решили использовать зажигалку вместо свечки.
+
| Трудно было понять, как прикреплять изображения и видео к страничке
−
| Попытались несколько раз запустить машину. Устранили недочёты, выявленные на пробных запусках: сделали подставки под лестницы и воронку, отпилили кусок воронки. Рычаг №3 будет нажимать не на кнопку, а на мышь.
+
| Были выложены расчеты некоторых ребят, было выложено видео.
 
|-
 
|-
−
| 20.12.18
+
| 13.06.19
−
| Монтирование видео. Презентация машины Голдберга
+
| Продолжение заполнения вики-страницы.
−
| Первая попытка запуска оказалась не совсем удачной, потому что загорелась краска на веревке. Запускать машину с помощью огня оказалось опасно.  
+
| Не все ребята успели оформить свои расчеты.
−
| Решили покрасить нашу машину Голдберга, чтобы она имела более презентабельный вид. В целях пожарной безопасности исключили зажигалку из проекта. В итоге удалось запустить нашу машину.
+
| Была оформлена большая часть вики-страницы. Осталось загрузить работы тех, кто еще не присылал фотографии.
 
|-
 
|-
−
| 25.12.18
+
| 17.06.19
−
| Создать вики-страницу проекта
+
| Закончить вики-страницу проекта
−
| Отсутствие знаний о создании вики-страниц
+
| Проблем не возникло
 
| Результатом является данная страница
 
| Результатом является данная страница
 
|}
 
|}
  
 
==Расчеты элементов проекта==
 
==Расчеты элементов проекта==
−
*Расчет расстояния и угла, на который необходимо отклонить маятник, чтобы он сбил домино
+
 
 +
 
 +
*На какой угол на какое расстояние нужно отвести маятник, чтобы он сбил стаканчик (Ожигина Елена, Дуванова Анна)
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 
<div class="mw-collapsible-content">  
 
<div class="mw-collapsible-content">  
−
[[File:Угол маятника.png|thumb|250px|Схема для расчета расстояния и угла, на который надо отклонить маятник]]
+
[[File:Задача Ожигина.jpg|thumb|На какой угол на какое расстояние нужно отвести маятник, чтобы он сбил стаканчик (Ожигина)]]
−
::<math>Дано:</math>
+
[[File:Задача Дуванова.jpg|thumb|Причина движения рычага (Дуванова)]]
−
::<math>r_{1}=0{,}02~м</math>
+
</div>
−
::<math>l=0{,}07~м</math>
+
</div>
  
−
::<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^\circ </math>
 
  
−
::<math>Ответ:</math>
+
*Расчет скорости шарика, скатывающегося по желобу, в конце пути (Хамидуллова Евгения)
−
::<math>r=0{,}054~м,~\alpha =49{,}8^\circ </math>
+
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">  
 +
[[File:Задача Хамидуллова.jpg|thumb|Расчет скорости шарика, скатывающегося по желобу, в конце пути ]]
 +
</div>
 +
</div>
  
 +
 +
 +
*Расчет скорости правой части рычага после попадания в него шарика (Васильева Алёна)
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">
 +
[[File:Задача Васильева.jpg|thumb|Расчет скорости правой части рычага после попадания в него шарика ]]
 
</div>
 
</div>
 
</div>
 
</div>
  
  
−
*Проверка условия движения рычага №2 в результате падения шарика №1 на рычаг №1
+
 
 +
*Расчет конечной скорости шарика после прохождения системы желобов (Прохоркина Анна)
 
<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:Задача Прохоркина.jpg|thumb|Расчет конечной скорости шарика после прохождения системы желобов ]]
−
::<math>Дано:</math>
+
</div>
−
::<math>m_{шар}=0{,}03~кг</math>
+
</div>
−
::<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}>\sqrt {gh}=1 ~м/с</math>
 
  
−
::<math>Ответ:</math>
 
−
::<math>v_{рыч}=1{,}065~м/с~>\sqrt {gh}=1 ~м/с,~следовательно, ~вторая ~балка ~придёт ~в ~движение.</math>
 
  
 +
*Расчёт скорости последней домишки, необходимой для начала движения тележки со свечкой (Каликсон Алексей)
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">
 +
[[File:Задача Каликсон..jpg|thumb|Расчёт скорости последней домишки, необходимой для начала движения тележки со свечкой]]
 
</div>
 
</div>
 
</div>
 
</div>
  
  
−
*Расчет импульса, который необходимо придать тележке для начала её движения вниз по склону
+
 
 +
*Какую скорость разовьет тележка после столкновения с доминошкой (Пестова Дарья)
 
<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:Задача Пестова..jpg|thumb|Какую скорость разовьет тележка после столкновения с доминошкой ]]
−
::<math>Дано:</math>
+
</div>
−
::<math>m_{тележка}=0{,}15~кг</math>
+
</div>
−
::<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>
+
*Расчет скорости и импульса молотка в момент удара (Скляров Кирилл)
−
::<math>p=0{,}21~\frac{кг\cdot м}{с}</math>
+
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">  
 +
[[File:Задача, Скляров.jpg|thumb|Расчет скорости и импульса молотка в момент удара]]
 +
</div>
 +
</div>
  
 +
 +
 +
*Под каким углом и с какой скоростью мячик прилетит в кузов (Гиниятуллин Данил)
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">
 +
[[File:Задача, Гиниятуллин, часть 1.jpg|thumb|Под каким углом и с какой скоростью мячик прилетит в кузов]]
 +
[[File:Задача, Гиниятуллин, часть 2.jpg|thumb|С какой скоростью и под каким углом мячик прилетит в кузов]]
 +
</div>
 +
</div>
 +
 +
 +
 +
*Расчет теоретической силы трения, действующей на машинку (Солдатов Станислав)
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">
 +
[[File:Задача Солдатов..jpg|thumb|Расчет теоретической силы трения, действующей на машинку ]]
 
</div>
 
</div>
 
</div>
 
</div>
  
  
−
*Расчет скорости, с которой должна ехать тележка, чтобы запустить цепную реакцию падающих домино
+
 
 +
*Поедет ли машинка при падении в неё мяча данной массы (Иванов Ярослав)
 
<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:Задача Иванов.jpg|thumb|Поедет ли машинка при падении в неё мяча данной массы ]]
−
::<math>Дано:</math>
+
</div>
−
::<math>m_{тележка}=0{,}15~кг</math>
+
</div>
−
::<math>m_{домино}=0{,}02~кг</math>
+
 
−
::<math>t=1~c</math>
 
  
−
::<math>Найти:~v</math>
 
  
−
::<math>Решение:</math>
+
*Расчет скорости машинки в конце наклонной плоскости (Лучакин Сергей)
−
::<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:Задача Лучакин 1.jpg|thumb|Расчет скорости машинки в конце наклонной плоскости 1]]
−
::<math>v=\frac{p_{тележка}}{m_{тележка}}</math>
+
[[File:Задача Лучакин 2.jpg|thumb|Расчет скорости машинки в конце наклонной плоскости 2]]
−
::<math>p_{тележка}=p=F_{т.домино}\cdot dt</math>
+
</div>
−
::<math>v=\frac{F_{т.домино}\cdot dt}{m_{тележка}} = \frac{0{,}2\cdot 1}{0{,}15} = 1{,}33~м/с</math>
+
</div>
  
−
::<math>Ответ:</math>
 
−
::<math>v=1{,}33~м/с</math>
 
  
 +
 +
*Какой массы нужно взять картонку, чтобы она могла удерживать шарик с гелием (Наумова Ксения)
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">
 +
[[File:Задача Наумова, Червоненко.jpg|thumb|Какой массы нужно взять картонку, чтобы она могла удерживать шарик с гелием.]]
 
</div>
 
</div>
 
</div>
 
</div>
  
  
−
*Расчет скорости и импульса молотка после начала движения
+
 
−
[[File:Задача, Скляров.jpg|thumb|Расчет скорости и импульса молотка после начала движения]]
+
*Какую скорость разовьет шарик до остановки (Червоненко Даниил)
 +
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
 +
<div class="mw-collapsible-content">
 +
[[File:Задача Червоненко.jpg|thumb|Какую скорость разовьет шарик до остановки ]]
 +
</div>
 +
</div>
  
 
==Результаты по проекту==
 
==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.
+
Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: запускает воздушный шарик. 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.
  
 
Видео запуска машины Голдберга.
 
Видео запуска машины Голдберга.
  
−
{{#widget:YouTube|id=5enBCKGQ75I}}
+
{{#widget:YouTube|id=5M27L5bBIcY}}
−
 
 
−
Видео, запускаемое на ноутбуке, показывает рабочий процесс создания машины Голдберга.
 
−
 
 
−
{{#widget:YouTube|id=Nns4rjPvjyA}}
 
  
 
==Литература и ссылки==
 
==Литература и ссылки==
Строка 277: Строка 279:
 
# [http://isopromat.ru/teormeh/kratkaja-teoria Краткая теория по теоретической механике]
 
# [http://isopromat.ru/teormeh/kratkaja-teoria Краткая теория по теоретической механике]
 
# [https://ru.wikipedia.org/wiki/Машина_Голдберга Машина Голдберга]
 
# [https://ru.wikipedia.org/wiki/Машина_Голдберга Машина Голдберга]
−
# [http://dfkit.ru Методическое пособие по использованию 3D принтера DFKit]
 
−
# [http://dfkit.ru Методическое пособие по использованию ЧПУ лазерного станка DFKit]
 
 
# Примеры различных машин Голдберга:
 
# Примеры различных машин Голдберга:
 
     [https://www.youtube.com/watch?v=6FzUx2EFk8s 75 Rube Goldberg Ideas & Inventions | DoodleChaos]
 
     [https://www.youtube.com/watch?v=6FzUx2EFk8s 75 Rube Goldberg Ideas & Inventions | DoodleChaos]

Текущая версия на 12:04, 19 декабря 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[править]

Актуальность[править]

Актуальность данного проекта заключается в том, что при создании машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики. Изучение данного предмета в практической форме является наиболее интересным и познавательным, чем обычные решения задач. Также в процессе создания данной машины можно научиться пользоваться различными инструментами, полезными начинающему строителю.

Цель проекта[править]

Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих к запуску воздушного шара.

Задачи проекта[править]

  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[править]

Группа 13151/1

  • Дуванова Анна
  • Васильева Алёна
  • Гиниятуллин Данил
  • Иванов Ярослав
  • Каликсон Алексей
  • Лучакин Сергей
  • Наумова Ксения
  • Ожигина Елена
  • Пестова Дарья
  • Прохоркина Анна
  • Скляров Кирилл
  • Солдатов Станислав
  • Хамидуллова Евгения
  • Червоненко Даниил

Работа по проекту[править]

Действия, выполняемые машиной Голдберга[править]

Схема устройства машины Голдберга, запускающей воздушный шарик
  1. Запуск математического маятника опрокидывает стаканчик с шариком
  2. Шарик катится по желобу до ямки, приводя в работу рычажные весы
  3. Другой конец весов, поднявшись, толкает новый шарик
  4. Шарик катится по желобам и, оттолкнувшись от препятствия снизу, толкает домино, запуская цепную реакцию
  5. Последняя доминошка толкает тележку со свечкой, которая начинает катиться по слегка наклонной плоскости до препятствия
  6. Нить пережигается от свечки
  7. Молоток, который удерживался нитью, падает и толкает шарик
  8. Шарик перелетает обрыв и приземляется в кузов машинки
  9. Машинка скатывается по наклонной плоскости
  10. Крышка коробки, которая прикреплена к машинке, поднимается
  11. Шарик, удерживаемый крышкой, взлетает

Материалы и предметы для создания проекта[править]

  • Мячики
  • Тележка
  • Машинка
  • Рычаг
  • Маятник
  • Фанера
  • Доски
  • Свеча
  • Клей
  • Веревка
  • Воздушный шарик
  • Коробка
  • Молоток
  • Домино
  • Скотч
  • Стаканчик

Инструменты для создания проекта[править]

Для создания машины Голдберга мы решили ограничиться обычными инструментами: шуруповерт, лобзик электронный, пила, молоток, напильник, отвертки. Все это мы смогли отыскать в ФабЛаб.

Этапы создания проекта[править]

Срок Задача Возникающие проблемы Что сделано к сроку
26.02.19 Определить последовательность действий машины Голдберга Каждый предлагает свои идеи. Нужно было придумать такую машину, чтобы каждому хватило по задаче. Определена половина последовательности.
12.03.19 Окончательно определить последовательность действий машины Голдберга. С трудом пришли к консенсусу. Пришли к идее, что несколько человек будут работать над одной задачей вместе. Определена последовательность, сделан набросок действий.
25.03.19 Найти материалы для проекта. Начать создание вики-страницы. Материалы было решено искать среди остатков от производства в ФабЛаб. Отсутствие знаний о создании вики-странички Часть необходимых материалов была найдена. Пустая страничка была создана.
09.04.19 Найти предметы и инструменты для проекта. Начать сборку основных частей машины. Со всеми деревянными частями машины проблем не возникло. Однако такие предметы, как шарики, мячики, машинка, тележка, свечки, пришлось покупать самим. Было найдено почти все необходимое.
23.04.19 Разбор этапов для расчетов, сборка машины. Сложности в определении задачи в целом. Главная часть конструкции собрана наполовину. Обнаружили нехватку времени на сборку. Начали решать проблему с расчетами. Решили приходить в ФабЛаб каждый четверг, а не только во время пары.
07.05.19 Начало расчетов. Частично заполнить вики-страницу. Докупка материалов. Возникли проблемы с решением задач. Трудно найти нужную машинку в магазине. Определились до конца с расчетами. Была заполнена сама важная и легкая часть вики-страницы. Машинка не была куплена к сроку, но далее мы нашли ее в Карусели.
20.05.19 Сборка машины Все части машины были собраны. Было решено заменить маятник Ньютона в самом начале на обычный маятник, замена горелки на свечку в связи с пожароопасностью. Вся машина была собрана
30.05.19 Съемка видео После многих попыток запуска машины удалось записать полное видео. Было записано видео машины Голдберга.
05.06.19 Закончить расчеты Сложности в подведении итогов расчетов. Часть группы сделала свои расчеты.
08.06.19 Смонтировать ролик Проблем не возникло Ролик был смонтирован.
11.06.19 Продолжение заполнения вики-страницы. Трудно было понять, как прикреплять изображения и видео к страничке Были выложены расчеты некоторых ребят, было выложено видео.
13.06.19 Продолжение заполнения вики-страницы. Не все ребята успели оформить свои расчеты. Была оформлена большая часть вики-страницы. Осталось загрузить работы тех, кто еще не присылал фотографии.
17.06.19 Закончить вики-страницу проекта Проблем не возникло Результатом является данная страница

Расчеты элементов проекта[править]

  • На какой угол на какое расстояние нужно отвести маятник, чтобы он сбил стаканчик (Ожигина Елена, Дуванова Анна)
На какой угол на какое расстояние нужно отвести маятник, чтобы он сбил стаканчик (Ожигина)
Причина движения рычага (Дуванова)


  • Расчет скорости шарика, скатывающегося по желобу, в конце пути (Хамидуллова Евгения)
Расчет скорости шарика, скатывающегося по желобу, в конце пути


  • Расчет скорости правой части рычага после попадания в него шарика (Васильева Алёна)
Расчет скорости правой части рычага после попадания в него шарика


  • Расчет конечной скорости шарика после прохождения системы желобов (Прохоркина Анна)
Расчет конечной скорости шарика после прохождения системы желобов


  • Расчёт скорости последней домишки, необходимой для начала движения тележки со свечкой (Каликсон Алексей)
Расчёт скорости последней домишки, необходимой для начала движения тележки со свечкой


  • Какую скорость разовьет тележка после столкновения с доминошкой (Пестова Дарья)
Какую скорость разовьет тележка после столкновения с доминошкой


  • Расчет скорости и импульса молотка в момент удара (Скляров Кирилл)
Расчет скорости и импульса молотка в момент удара


  • Под каким углом и с какой скоростью мячик прилетит в кузов (Гиниятуллин Данил)
Под каким углом и с какой скоростью мячик прилетит в кузов
С какой скоростью и под каким углом мячик прилетит в кузов


  • Расчет теоретической силы трения, действующей на машинку (Солдатов Станислав)
Расчет теоретической силы трения, действующей на машинку


  • Поедет ли машинка при падении в неё мяча данной массы (Иванов Ярослав)
Поедет ли машинка при падении в неё мяча данной массы


  • Расчет скорости машинки в конце наклонной плоскости (Лучакин Сергей)
Расчет скорости машинки в конце наклонной плоскости 1
Расчет скорости машинки в конце наклонной плоскости 2


  • Какой массы нужно взять картонку, чтобы она могла удерживать шарик с гелием (Наумова Ксения)
Какой массы нужно взять картонку, чтобы она могла удерживать шарик с гелием.


  • Какую скорость разовьет шарик до остановки (Червоненко Даниил)
Какую скорость разовьет шарик до остановки

Результаты по проекту[править]

Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: запускает воздушный шарик. 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.

Видео запуска машины Голдберга.

Литература и ссылки[править]

  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. 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
Источник — «http://tm.spbstu.ru/?title=Машина_Голдберга,_запускающая_шарик&oldid=54745»