Новогодняя машина голдберга — различия между версиями

Версия 03:10, 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

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

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 3532704/80001

• Кирюшин Виталий Алексеевич
• Гуськов Кирилл Сергеевич
• Бевз Игорь Викторович
• Худяков Артём Андреевич

Работа по проекту

Действия, выполняемые машиной Голдберга

Схема устройства машины Голдберга, играющей в боулинг

1. Стальной шарик скатывается по наклонной плоскости и ударяется в спиннер
2. Спиннер передаёт импульс домино
3. Домино толкает спиннер №2
4. Спиннер №2 толкает Стеклянный шарик
5. 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

Расчеты элементов проекта

• Расчет импульса, который передастся спиннеру №1, когда в него ударится шарик стальной

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]

• Расчёт минимальной силы, которую нужно приложить к домино, чтобы перевернуть её

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]

• Расчет импульса, который необходимо придать тележке для начала её движения вниз по склону

Схема для расчета импульса, необходимого для начала движения тележки

[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]

[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]

[math]p=0{,}21~\frac{кг\cdot м}{с}[/math]

• Расчет скорости, с которой должна ехать тележка, чтобы запустить цепную реакцию падающих домино

Схема для расчёта скорости, с которой тележка должна сбивать домино

[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]

[math]Решение:[/math]

[math]p=F_{взаимод}\cdot t[/math]

[math]F_{взаимод}\gt F_{т.домино}=m_{домино}\cdot g = 0{,}02\cdot 10 = 0{,}2~H[/math]

[math]p_{тележка}=m_{тележка}\cdot v[/math]

[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]

• Расчет массы рычага для нажатия на кнопку компьютерной мыши

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.

Пока не загружено☹☹☹☹☹☹

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 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