Kuinka fysiikka voi vaikuttaa kilpailurobotteihin
Suunnitellessasi robottia VEX Robotics Competitions -kilpailuihin, sinun tulee muistaa, että mikä tahansa moottori taistelee robotin hitautta vastaan aina, kun robotti on käynnissä. Inertia on kohteen vastustuskyky sen nopeuden muutoksille. Inertia kasvaa kappaleen massan ja siten sen liikemäärän kasvaessa. Tämä tarkoittaa, että jos lisäät robottiisi massaa ja teet siitä raskaamman kuin sen pitää olla, moottorit eivät muuta robotin nopeutta yhtä tehokkaasti! Siksi sinun tulee yrittää käyttää mahdollisimman kevyitä ja mahdollisimman vähän materiaaleja, jos haluat maksimoida moottoreiden hyötysuhteet.
Toisaalta kevyen robotin nopea ajaminen voi myös aiheuttaa vaikeuksia. Jos yrität tehdä tarkkoja ja tarkkoja liikkeitä kilpailun aikana, saatat joutua vähentämään voimaa vähentämällä nopeutta liikkeiden aikana.
Tutkitaan ajatusta, että kahden törmäävän esineen liikemäärä ennustaa, mitä tapahtuu niiden törmäyksen jälkeen. Tämä on tärkeä tekijä kilpailuprojekteja kehitettäessä, koska haluat robottisi liikkuvan mahdollisimman nopeasti. Haluat myös, että robottiin on sisäänrakennettu mahdollisimman monta komponenttia, joka antaa sille edun manipuloimiseen ja keräämiseen pelin aikana.
Momentti on kappaleen liikkeen määrä ja sen määrää liikkuvan kohteen massa ja nopeus. Joten kilpailurobotti kaikkine komponentteineen voi olla raskas ja liikkua mahdollisimman nopeasti. Siksi sen vauhti on erittäin korkea. Tällöin sinun on pohdittava, mitä tapahtuu, kun se joutuu kosketuksiin pellon osien tai muiden robottien kanssa.
Katso taaksepäin pöytääsi Exploring Velocity -toiminnosta. Testasit energian siirtymistä törmäysten aikana asettamalla robotille eri nopeudet ja ajamalla sitä eteenpäin, kunnes se osui palloon. Sinun olisi pitänyt huomata, että robotille asetetut suuremmat nopeudet työnsivät pallon kauemmaksi törmäyksen jälkeen kuin pienemmät nopeudet. Tämä on ilmeinen vaikutus robotin liikemäärästä, koska robotin massa pysyi samana, mutta nopeus kasvoi ja sen myötä sen liikemäärä kasvoi.
Tärkeä asia testissä on se, että pallo ei liikkunut. Sen nopeus, liikemäärä ja kiihtyvyys oli kaikkien nollien verran ennen kuin robotti törmäsi siihen. Tärkeää on, että sen massa oli todennäköisesti paljon pienempi kuin robotin massa. Törmäyksen jälkeen sen kiihtyvyys ja siten sen nopeus ja liikemäärä kasvoivat. Se, kuinka nopea pallon nopeus oli törmäyksen jälkeen, riippui osittain pallon massasta. Kevyemmät pallot kiihtyvät ja liikkuvat nopeammin. Jos luokkasi käytti palloa, jolla on enemmän massaa, kuvittele keilapallo, joka on voinut liikkua hitaasti eikä kovin kauas törmäyksen jälkeen.
Tämä on jälleen tärkeää ottaa huomioon kilpailua suunniteltaessa, koska voit rikkoa osia kentästä, robottisi osia tai osia muista roboteista, jos robotin vauhti on liian korkea. Kuvittele, jos robotillasi olisi suuri nopeus ja se törmäsi esineeseen, joka ei voisi vieriä pois kuten pallo edellisessä toiminnassa. Tämä esine olisi voinut rikkoutua törmäyksen iskuvoimien (energian) vaikutuksesta.
Opettajan työkalupakki
-
Törmäyksen selittäminen tarkemmin
Toinen tärkeä seikka nopeuden vaikutuksen ymmärtämisessä liikemäärään on kiihtyvyyden ja nopeuden välinen ero. Kiihtyvyys on nopeuden muutosnopeus. Edellisessä Exploring Velocity -toiminnassa kiihtyvyys oli tärkeä tekijä, koska pallo oli levossa ennen törmäystä. Joten törmäyksen aiheuttaman kiihtyvyyden ansiosta pallo saavuttaa lopullisen nopeudensa.
Tämä liittyy Newtonin toiseen liikkeen lakiin: esineen kiihtyvyys riippuu kahdesta muuttujasta - kohteeseen vaikuttavan voiman (voimien) netto tai summa ja kohteen massa. Palloon vaikuttava nettovoima oli luultavasti nolla, koska se oli levossa. Sen kiihtyvyys robotin osuman jälkeen oli robotin voiman (vauhdin) ja pallon massan tulo. Raskaammat pallot (esim. keilapallo tai koripallo) eivät tässä toiminnassa olisi kiihtyneet yhtä nopeasti kuin kevyemmät pallot (esim. jalkapallo tai pomppiva puhallettava pallo).
Laajenna oppimistasi
-
Baseball
Yhdistääkseen tämän toiminnan muihin törmäyksiin oppilaat voivat tutkia pesäpallomailan heilahduksen nopeutta ja sitä, kuinka nopeasti pesäpallot liikkuvat törmäyksen jälkeen mailaan tai osuessaan siihen. Pyydä heitä harkitsemaan mailan massaa ja kompromisseja mailan massan (puinen vs alumiini), sen nopeuden heilautuksessa ja sen vauhdin välillä, kun se osuu palloon.