Редактирование: Новогодняя машина голдберга

'''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 создании машины Голдберга можно на практике применить знания полученные на лекциях по теоретической механики и научиться использовать оборудование для цифрового производства DFKit. В частности и ЧПУ лазерный станок.
===Цель проекта===
Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих к сбиванию кеглей в виде ёлок.
===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 3532704/80001'''
* Кирюшин Виталий Алексеевич
* Гуськов Кирилл Сергеевич
* Бевз Игорь Викторович
* Худяков Артём Андреевич

==Работа по проекту==
===Действия, выполняемые машиной Голдберга===
[[File:Goldberg.jpg|thumb|Схема устройства машины Голдберга, играющей в боулинг ]]
# Стальной шарик скатывается по наклонной плоскости и ударяется в спиннер
# Спиннер передаёт импульс домино
# Домино толкает спиннер №2
# Спиннер №2 толкает Стеклянный шарик
# Стеклянный шарик скатывается по ступенькам, падает на наклонную плоскость и сбивает кегли, в виде новогодних ёлок

===Материалы и предметы для создания проекта===
* Стеклянный шарик
* Стальной шарик
* Фанера
* Доски
* Клей
* Крепежные уголки
* Веревка
* Гвозди
* Саморезы
* Гайки
* Скотч
===Инструменты для создания проекта===
* ЧПУ лазерный станок DFKit
* Электроинструмент
* Ручной инструмент

===Этапы создания проекта===
{| class="wikitable"
|-
|'''Срок'''
|'''Задача'''
|'''Возникающие проблемы'''
|'''Что сделано к сроку'''
|-
| 27.09.18
| Определить последовательность действий машины Голдберга
| Каждый предлагает свои идеи. Возникли разногласия по некоторым пунктам.
| Определена основная последовательность.
|-
| 04.10.18
| Окончательно определить последовательность действий машины Голдберга
|
| Определена последовательность, сделан набросок действий.
|-
| 11.10.18
| Найти материалы для проекта
| Материалы было решено искать среди остатков от производства. Взяли всё.
| Необходимые материалы были найдены.
|-
| 18.10.18
| Найти предметы и инструменты для проекта
| С этим проблем не возникло. В ФабЛабе есть все необходимые инструменты: ЧПУ лазерный станок DFKit, 3D принтер DFKit и т.д.
| Было найдено все необходимое.
|-
| 25.10.18
| Разбор этапов для расчетов
| Сложности в определении задачи в целом
| Начали решать проблему с расчетами.
|-
| 01.11.18
| Начало расчетов
| Возникли проблемы с решением задач. 
| Определились до конца с расчетами. Разделили задания по группам.
|-
| 08.11.18
| Продолжение расчетов
| Трудности с определением, какие законы необходимо применять
| Выполнили часть расчетов.
|-
| 15.11.18
| Анализ этапов
| Пружинящая поверхность оказалась сложна в расчетах и реализации.
| Решили убрать пружинящую поверхность из проекта.
|-
| 22.11.18
| Закончить расчеты
| Сложности в подведении итогов расчетов
| Решили все задачи, выполнили все 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
| Сделать наклонную плоскость, ступеньки, 70 домино
| Отсутствие навыков работы с инструментами. 
| 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. 
|-
| 13.12.18
| Покрасить домино. Собрать всё вместе. Сделать пробные запуски.
|
| Попытались несколько раз запустить машину. Устранили недочёты, выявленные на пробных запусках.
|-
| 20.12.18
| Монтирование видео. Презентация машины Голдберга
|
| Решили покрасить нашу машину Голдберга в новогоднем стиле, чтобы она имела более презентабельный вид.
|-
| 25.12.18
| Создать вики-страницу проекта
| Отсутствие знаний о создании вики-страниц
| Результатом является данная страница
|}

==Расчеты элементов проекта==
*Расчет импульса, который передастся спиннеру №1, когда в него ударится шарик стальной
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
[[File:First1.jpg|thumb| Схема расчета импульса, который передастся спиннеру №1, когда в него ударится шарик стальной]]
::<math>Дано:</math>
::<math>h=0{,}13~м</math>
::<math>m_{шарика}=1~гр</math>
::<math>v_{0}=0\frac{м}{с}</math>

::<math>Найти:~p</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>\frac{mv_{1}^2}{2}=mgh-\frac{I_{0}ω^2}{2}</math>
::Так как шар катится по желобу прямоугольного сечения, его угловую скорость следует вычислять по формуле ω=V/R. Используя формулы: момент инерции шара относительно его центра масс I0=0,4mR2, R – радиус шара; V=ωR – связь между линейной и угловой скоростью, получим:
::<math>mgh = 0{,}7mv^2</math>
::<math>v_{1}=\sqrt{\frac{gh}{0{,}7}} </math>
::<math>p = mv_{1} = m\sqrt{\frac{gh}{0{,}7}} = 0{,}0014~\frac{кг\cdot м}{c}</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>p=0{,}0014\frac{кг\cdot м}{с}</math>


</div>
</div>

*Расчёт минимальной силы, которую нужно приложить к домино, чтобы перевернуть её
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
[[File:Second2.jpg|thumb| Схема для расчёта минимальной силы, которую нужно приложить к домино, чтобы перевернуть её ]]
::<math>Дано:</math>
::<math>m = 0{,}016~кг</math>
::<math>h=0{,}05~м</math>
::<math>l=0{,}008~м</math>

::<math>Решение:</math>
::В момент удара спиннера об домино, она начинает поворачиваться вокруг ребра А. Сила реакции опоры и трения покоя, приложены к этому ребру. Тогда как сила тяжести приложена к центру масс домино.
::Вращение начинается при условии, что момент силы F (спиннера), компенсирует момент силы тяжести.
::<math>Fh\ge mg\frac{l}{2}</math>
::<math>F=\frac{l}{2h}\cdot mg = 0,0128‬~Н</math>

::<math>Ответ:</math>
::<math>F=0,0128‬~Н</math>

</div>
</div>


*Расчет силы необходимой, чтобы сдвинуть стеклянный шарик с места
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
[[File:Pmp.jpg|thumb| Схема для расчёта силы необходимой, чтобы сдвинуть стеклянный шарик с места]]
::<math>Дано:</math>
::<math>m_{шар}=0{,}021~кг</math>
::<math>μ=0,5</math>

::<math>Найти:~F</math>

::<math>Решение:</math>
::<math>F\ge F_{трения}</math>
::<math>F\ge μmg</math>
::<math>F_{min} = μmg = 0,105~Н</math>
::<math>Ответ:</math>
::<math>F\ge 0,105~Н</math>

</div>
</div>
*Расчет начальной скорости стеклянного шарика
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible-content"> 
::<math>Дано:</math>
::<math>b = 0{,}048~м</math>
::<math>h = 0{,}008~м</math>


::<math>Найти:~v_{нач}</math>

::<math>Решение:</math>
Расчитаем начальную скорость, чтобы шарик упал на первую ступеньку
Уравнение движения по горизотали: vt
По вертикали: <math> \frac{gt^2}{2} </math>
Если шарик упадет на n-ю ступеньку то по горизотаи он пройдет n*h по горизонтали n*b

Тогда найдем время за которое он упадет на n-ю ступеньку:
::<math> \frac{gt^2}{2} = nh </math>

::<math> t =\sqrt{\frac{2nh}{g}} </math>
::<math> x = \frac{\sqrt{2nh}}{g} </math>
и тогда получается что это расстояние должно быть меньше n*b чтобы шарик упал на первую ступеньку 1*n
::<math> 1<\frac{2v^2h}{gb^2} </math>
отсюда находим начальную скорость
::<math> v = \sqrt{\frac{gb^2}{h}}</math>


::<math>Ответ:</math>
::<math>v = 0{,}139~\frac{м}{c}</math>

</div>
</div>
==Результаты по проекту==
Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: сбивает кегли. 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 недочёты.

Видео запуска машины Голдберга.

{{#widget:YouTube|id=KjOt4i6VOrg}}






==Литература и ссылки==
# [https://dzhmao.ru/info/instruktsiya-po-okazaniyu-pervoy-dovrachebnoy-pomoshchi-.php Инструкция по оказанию первой доврачебной помощи]
# [https://ohranatruda.ru/ot_biblio/instructions/166/146184/ Инструкция по охране труда при работе с ручным инструментом]
# [https://ru.wikihow.com/%D1%81%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D1%83-%D0%A0%D1%83%D0%B1%D0%B0-%D0%93%D0%BE%D0%BB%D0%B4%D0%B1%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B0-%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D0%BC%D1%83 Как создать машину Руба Голдберга самому]
# [http://isopromat.ru/teormeh/kratkaja-teoria Краткая теория по теоретической механике]
# [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]