Участник:Кабанова2019 — различия между версиями

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
(Новая страница: «'''Машина Голдберга''', '''машина Руба Голдберга''', '''машина Робинсона-Голдберга''', '''Машина…»)
 
Строка 35: Строка 35:
 
==Работа по проекту==
 
==Работа по проекту==
 
===Действия, выполняемые машиной Голдберга===
 
===Действия, выполняемые машиной Голдберга===
−
[[File:Sketch of the Goldberg's machine.png|thumb|Схема устройства машины Голдберга, запускающей видео на ноутбуке]]
+
[[File:Sketch of the Goldberg's machine.png|thumb|Схема устройства машины Голдберга, приводящяя к ударам арбизов по барабану]]
−
# Потом
+
# Шарик-1 катиться по доске
 +
# Шарик падает в стакан-1
 +
# Стакан-2 поднимается
 +
# Стакан-2 ударяет по системе рычагов
 +
# Игла протыкает воздушный шар
 +
# Пенопласт падает и ударяет доминошки
 +
# Доминошки падают и толкают шарик-2
 +
# Шарик-2 падает и толкает рычаг-1
 +
# Рычаг-1 отталкивает стоппер
 +
# Мячик-3 падает и опрокидывает бутылку с арбизами
 +
# Арбизы катяться и падают в мельницу
 +
# Арбизы падают из мельницы
 +
# Арбизы бьют по барабану
  
 
===Материалы и предметы для создания проекта===
 
===Материалы и предметы для создания проекта===
Строка 49: Строка 61:
 
* Краска
 
* Краска
 
* Подшипник
 
* Подшипник
−
* Стаканчики
+
* Пластиковые стаканы
 
* Веревка
 
* Веревка
 
* Барабан
 
* Барабан
 
* Мячики для большого тенниса
 
* Мячики для большого тенниса
 
* Скотч
 
* Скотч
−
* Что-то еще
+
* Бутылка
 +
* Металлические шарики
 +
* Шурупы
 +
 
 
===Инструменты для создания проекта===
 
===Инструменты для создания проекта===
−
* Потом
+
* Станок для лазерной резки с ЧПУ
 +
* Фрезеровочный станок
 +
* Шлифовальный станок
 +
* Шуруповерт
 
* Ручной инструмент
 
* Ручной инструмент
  
Строка 201: Строка 219:
  
 
==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.
+
ВЫВОД
  
 
Видео запуска машины Голдберга.
 
Видео запуска машины Голдберга.
Строка 207: Строка 225:
 
{{#widget:YouTube|id=5enBCKGQ75I}}
 
{{#widget:YouTube|id=5enBCKGQ75I}}
  
−
Видео, запускаемое на ноутбуке, показывает рабочий процесс создания машины Голдберга.
+
Барабанная дробь символизирует успешное выполнение всех действий машины Голдберга.
  
 
{{#widget:YouTube|id=Nns4rjPvjyA}}
 
{{#widget:YouTube|id=Nns4rjPvjyA}}

Версия 22:45, 16 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 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.

Цель проекта

Создать машину Голдберга, которая будет выполнять цепочку взаимодействий, приводящих к ударам арбизов по барабану.

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 13151/3

  • Буданова Алиса
  • Иванов Андрей
  • Иванов Евгений
  • Кабанова Анна
  • Косачева Дарья
  • Луганская Анастасия
  • Медникова Валерия
  • Налимов Егор
  • Помошников Георгий
  • Сергеев Евгений
  • Смальков Алексей
  • Сорокина Анна
  • Хорошева Мария
  • Юдина Юлия

Работа по проекту

Действия, выполняемые машиной Голдберга

Схема устройства машины Голдберга, приводящяя к ударам арбизов по барабану
  1. Шарик-1 катиться по доске
  2. Шарик падает в стакан-1
  3. Стакан-2 поднимается
  4. Стакан-2 ударяет по системе рычагов
  5. Игла протыкает воздушный шар
  6. Пенопласт падает и ударяет доминошки
  7. Доминошки падают и толкают шарик-2
  8. Шарик-2 падает и толкает рычаг-1
  9. Рычаг-1 отталкивает стоппер
  10. Мячик-3 падает и опрокидывает бутылку с арбизами
  11. Арбизы катяться и падают в мельницу
  12. Арбизы падают из мельницы
  13. Арбизы бьют по барабану

Материалы и предметы для создания проекта

  • Арбизы
  • Пенопласт
  • Клей
  • Гвозди
  • Двусторонний скотч
  • Фанера
  • Шарик для настольного тенниса
  • Пенопласт
  • Краска
  • Подшипник
  • Пластиковые стаканы
  • Веревка
  • Барабан
  • Мячики для большого тенниса
  • Скотч
  • Бутылка
  • Металлические шарики
  • Шурупы

Инструменты для создания проекта

  • Станок для лазерной резки с ЧПУ
  • Фрезеровочный станок
  • Шлифовальный станок
  • Шуруповерт
  • Ручной инструмент

Этапы создания проекта

Срок Задача Возникающие проблемы Что сделано к сроку
Дата 1 Определить последовательность действий машины Голдберга Каждый предлагает свои идеи. Возникли разногласия по некоторым пунктам. Определена основная последовательность.
Дата 2 Окончательно определить последовательность действий машины Голдберга С трудом пришли к консенсусу. Определена последовательность, сделан набросок действий.

Расчеты элементов проекта

  • Расчет расстояния и угла, на который необходимо отклонить маятник, чтобы он сбил домино
Схема для расчета расстояния и угла, на который надо отклонить маятник
[math]Дано:[/math]
[math]r_{1}=0{,}02~м[/math]
[math]l=0{,}07~м[/math]
[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]
[math]r=0{,}054~м,~\alpha =49{,}8^\circ [/math]


  • Проверка условия движения рычага №2 в результате падения шарика №1 на рычаг №1
Схема взаимодействия шарика и двуплечих рычагов
[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]
[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}\gt \sqrt {gh}=1 ~м/с[/math]
[math]Ответ:[/math]
[math]v_{рыч}=1{,}065~м/с~\gt \sqrt {gh}=1 ~м/с,~следовательно, ~вторая ~балка ~придёт ~в ~движение.[/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
[math]Минимальное ~значение ~силы ~для ~нажатия ~кнопки:~F=0{,}68~H[/math]
[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]

Результаты по проекту

ВЫВОД

Видео запуска машины Голдберга.

Барабанная дробь символизирует успешное выполнение всех действий 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 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
Источник — «http://tm.spbstu.ru/?title=Участник:Кабанова2019&oldid=53823»