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Laboratorio STEM
Callejón del impulso Alumno

Cómo la física puede afectar a los robots de competición

Al diseñar un robot para las competiciones de robótica VEX, debes recordar que cualquier motor luchará contra la inercia del robot siempre que esté en funcionamiento. La inercia es la resistencia de un objeto a los cambios en su velocidad. La inercia aumenta a medida que aumenta la masa del objeto y, por lo tanto, su impulso. Esto significa que si agrega masa a su robot y lo hace más pesado de lo necesario, ¡los motores no serán tan efectivos para cambiar la velocidad del robot! Por lo tanto, debe intentar utilizar la menor cantidad de materiales posible y la menor cantidad de materiales posible si desea maximizar la eficiencia de los motores.

Por otro lado, hacer funcionar un robot ligero muy rápidamente también puede generar dificultades. Si estás intentando realizar movimientos precisos y precisos durante una competición, es posible que necesites reducir la potencia reduciendo la velocidad durante tus movimientos.

Exploremos la idea de que el impulso de dos objetos en colisión predice lo que sucederá después de que colisionen. Este es un factor importante a considerar al desarrollar proyectos de competencia porque desea que su robot se mueva lo más rápido posible. También querrás tener tantos componentes como sea posible integrados en el robot, lo que le dará una ventaja para manipular y recolectar durante el juego.

El momento es la cantidad de movimiento que tiene un objeto y está determinado por la masa y la velocidad del objeto en movimiento. Así, un robot de competición con todos sus componentes puede ser pesado y moverse lo más rápido posible. Por tanto, su impulso es muy alto. Aquí es cuando hay que considerar qué sucede cuando entra en contacto con partes del campo u otros robots.

Vuelve a mirar tu tabla de la actividad Explorando la velocidad. Probaste la transferencia de energía durante las colisiones estableciendo diferentes velocidades para el robot y empujándolo hacia adelante hasta que golpeó la pelota. Deberías haber notado que las velocidades más altas establecidas para el robot empujaron la pelota más lejos después de una colisión que las velocidades más bajas. Este es un efecto obvio del impulso del robot porque la masa del robot permaneció igual pero la velocidad aumentó y, por lo tanto, su impulso aumentó.

Algo importante a considerar de esa prueba es que la pelota no se movía. Tenía una velocidad, un impulso y una aceleración de todos ceros antes de que el robot chocara con él. Es importante destacar que su masa probablemente era mucho menor que la masa del robot. Después de la colisión, su aceleración y, por tanto, su velocidad y su impulso aumentaron. La velocidad de la pelota después de la colisión dependió en parte de la masa de la pelota. Las bolas más ligeras aceleran y se mueven más rápido. Si su clase usó una pelota con más masa, imagine una bola de boliche, es posible que la pelota se haya movido lentamente y no muy lejos después de la colisión.

Nuevamente, es importante tener esto en cuenta al planificar una competencia porque puedes romper partes del campo, partes de tu robot o partes de otros robots si el impulso del robot es demasiado alto. Imagínese si su robot tuviera una gran velocidad y chocara contra un objeto que no pudiera rodar como la pelota de la actividad anterior. Ese objeto podría haberse roto por las fuerzas de impacto (energía) de la colisión.

Ícono de la Caja de herramientas del maestro Teacher Toolbox - Explicando más detalladamente una colisión

Otro punto importante para comprender la influencia de la velocidad sobre el impulso es la diferencia entre aceleración y velocidad. La aceleración es la tasa de cambio en la velocidad. En la actividad anterior de Exploración de la velocidad, la aceleración fue un factor importante porque la pelota estaba en reposo antes de la colisión. Entonces, debido a la aceleración causada por la colisión, la pelota alcanza su velocidad final.
Esto se conecta con la Segunda Ley del Movimiento de Newton: que la aceleración de un objeto depende de dos variables: la suma o red de las fuerzas que actúan sobre el objeto y la masa del objeto. Podría decirse que la fuerza neta que actúa sobre la pelota fue cero porque estaba en reposo. Su aceleración después de ser golpeado por el robot fue el producto de la fuerza (momento) del robot y la cantidad de masa de la pelota. Las pelotas más pesadas (p. ej., una pelota de bolos o de baloncesto) en esta actividad no habrían acelerado tan rápido como las pelotas más livianas (p. ej., una pelota de fútbol o una pelota inflable que rebota).

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Para relacionar esta actividad con otras colisiones, los estudiantes pueden investigar la velocidad del swing de un bateador de béisbol y qué tan rápido viajan las pelotas de béisbol después de chocar o ser golpeadas por el bate. Pídales que consideren la masa del bate y las compensaciones entre la masa del bate (de madera o de aluminio), su velocidad cuando se balancea y su impulso cuando golpea la pelota.