Come la fisica può influenzare i robot da competizione
Quando si progetta un robot per le competizioni di robotica VEX, è necessario ricordare che qualsiasi motore combatterà contro l'inerzia del robot ogni volta che il robot è in funzione. L'inerzia è la resistenza di un oggetto ai cambiamenti della sua velocità. L'inerzia aumenta all'aumentare della massa dell'oggetto e quindi della sua quantità di moto. Ciò significa che se aggiungi massa al tuo robot e lo rendi più pesante di quanto dovrebbe essere, i motori non saranno altrettanto efficaci nel modificare la velocità del robot! Pertanto, se vuoi massimizzare l'efficienza dei motori, dovresti cercare di utilizzare il minor numero possibile di materiali e leggerezza.
D’altro canto, anche far funzionare un robot leggero molto velocemente può portare a delle difficoltà. Se stai cercando di eseguire movimenti precisi e accurati nel corso di una competizione, potrebbe essere necessario ridurre la potenza riducendo la velocità durante i movimenti.
Esploriamo l'idea che la quantità di moto di due oggetti in collisione predice cosa accadrà dopo la collisione. Questo è un fattore importante da considerare quando si sviluppano progetti di competizione perché vuoi che il tuo robot si muova il più velocemente possibile. Vuoi anche avere quanti più componenti possibili integrati nel robot che gli diano un vantaggio nella manipolazione e nella raccolta durante il gioco.
La quantità di moto è la quantità di movimento di un oggetto ed è determinata dalla massa e dalla velocità dell'oggetto in movimento. Quindi, un robot da competizione con tutti i suoi componenti può essere pesante e muoversi il più velocemente possibile. Pertanto, il suo slancio è molto elevato. È qui che bisogna considerare cosa succede quando entra in contatto con parti del campo o altri robot.
Guarda indietro il tuo tavolo dall'attività Exploring Velocity. Hai testato il trasferimento di energia durante le collisioni impostando velocità diverse per il robot e spingendolo in avanti finché non ha colpito la palla. Avresti dovuto notare che velocità più elevate impostate per il robot spingevano la palla più lontano dopo una collisione rispetto a velocità più basse. Questo è un effetto evidente della quantità di moto del robot perché la massa del robot è rimasta la stessa ma la velocità è aumentata e quindi la sua quantità di moto è aumentata.
Una cosa importante da considerare riguardo a quel test è che la palla non si muoveva. Aveva una velocità, una quantità di moto e un'accelerazione tutte pari a zero prima che il robot entrasse in collisione con esso. È importante sottolineare che la sua massa era probabilmente molto inferiore a quella del robot. Dopo la collisione, la sua accelerazione e quindi la sua velocità e la sua quantità di moto sono aumentate. La velocità della palla dopo la collisione dipendeva in parte dalla massa della palla. Le palline più leggere accelerano e si muovono più velocemente. Se la tua classe utilizzasse una palla con più massa, immagina una palla da bowling, la palla potrebbe essersi mossa lentamente e non molto lontano dopo la collisione.
Ancora una volta, questo è importante da considerare quando si pianifica una competizione perché puoi rompere parti del campo, parti del tuo robot o parti di altri robot se lo slancio del robot è troppo elevato. Immagina se il tuo robot avesse un'alta velocità e si schiantasse contro un oggetto che non potesse rotolare via come la palla nell'attività precedente. Quell'oggetto potrebbe essere stato rotto dalle forze d'impatto (energia) della collisione.
Strumenti per l'insegnante
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Spiegare ulteriormente una collisione
Un altro punto importante per comprendere l'influenza della velocità sulla quantità di moto è la differenza tra accelerazione e velocità. L'accelerazione è il tasso di variazione della velocità. Nella precedente attività Exploring Velocity, l'accelerazione era un fattore importante perché la palla era ferma prima della collisione. Quindi è grazie all'accelerazione causata dall'urto che la palla raggiunge la sua velocità finale.
Ciò si collega alla Seconda Legge del Moto di Newton: che l'accelerazione di un oggetto dipende da due variabili: la rete o la somma delle forze che agiscono sull'oggetto e la massa dell'oggetto. La forza netta che agisce sulla palla era probabilmente zero perché era ferma. La sua accelerazione dopo essere stata colpita dal robot era il prodotto della forza (momento) del robot e della massa della palla. Le palle più pesanti (ad esempio, una palla da bowling o da basket) in questa attività non avrebbero accelerato così velocemente come le palle più leggere (ad esempio, un pallone da calcio o una palla gonfiabile che rimbalza).
Estendi il tuo apprendimento
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Baseball
Per mettere in relazione questa attività con altre collisioni, gli studenti possono indagare sulla velocità dello swing di un battitore di baseball e sulla velocità con cui viaggiano le palle da baseball dopo essere entrate in collisione con la mazza o essere colpite dalla mazza. Invitali a considerare la massa della mazza e i compromessi tra la massa della mazza (legno vs alluminio), la sua velocità quando viene fatta oscillare e il suo slancio quando colpisce la palla.