물리학이 경쟁 로봇에 미치는 영향
VEX 로봇공학 대회를 위한 로봇을 설계할 때 로봇이 작동할 때마다 모든 모터가 로봇의 관성에 맞서 싸우게 된다는 점을 기억해야 합니다. 관성은 속도 변화에 대한 물체의 저항입니다. 관성은 물체의 질량이 증가함에 따라 증가하므로 운동량도 증가합니다. 이는 로봇에 질량을 추가하고 필요 이상으로 무겁게 만들면 모터가 로봇의 속도를 변경하는 데 효과적이지 않다는 것을 의미합니다! 따라서 모터의 효율을 최대화하려면 최대한 가볍고 적은 재료를 사용하도록 노력해야 합니다.
반면, 가벼운 로봇을 매우 빠르게 작동시키는 것도 어려움을 초래할 수 있습니다. 경기 중에 정확하고 정확한 움직임을 시도한다면, 움직임 중에 속도를 줄여 힘을 줄여야 할 수도 있습니다.
충돌하는 두 물체의 운동량이 충돌 후 어떤 일이 일어날지 예측한다는 아이디어를 살펴보겠습니다. 로봇이 가능한 한 빨리 움직이기를 원하기 때문에 이는 경쟁 프로젝트를 개발할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다. 또한 게임 중에 조작하고 수집하는 데 이점을 제공할 수 있도록 로봇에 가능한 많은 구성 요소를 내장하고 싶을 수도 있습니다.
운동량은 물체가 갖는 운동량이며 움직이는 물체의 질량과 속도에 의해 결정됩니다. 따라서 모든 구성요소를 갖춘 경기용 로봇은 무겁고 가능한 한 빠르게 움직일 수 있습니다. 따라서 그 추진력은 매우 높습니다. 현장의 일부나 다른 로봇과 접촉하면 어떤 일이 일어나는지 고려해야 할 때입니다.
속도 탐색 활동에서 테이블을 다시 살펴보세요. 로봇에 다양한 속도를 설정하고 공에 닿을 때까지 로봇을 앞으로 이동시켜 충돌 중 에너지 전달을 테스트했습니다. 로봇에 설정된 높은 속도는 낮은 속도보다 충돌 후 공을 더 멀리 밀었다는 점을 알아차렸어야 합니다. 로봇의 질량은 동일하게 유지되었지만 속도가 증가하여 운동량이 증가했기 때문에 이는 로봇 운동량의 명백한 효과입니다.
해당 테스트에서 고려해야 할 중요한 점은 공이 움직이지 않았다는 것입니다. 로봇이 충돌하기 전에는 속도, 운동량, 가속도가 모두 0이었습니다. 중요한 것은 그 질량이 로봇의 질량보다 훨씬 작을 가능성이 높다는 것입니다. 충돌 후 가속도와 속도, 운동량이 모두 증가했습니다. 충돌 후 공의 속도가 얼마나 빠른지는 부분적으로 공의 질량에 따라 달라집니다. 가벼운 공은 가속되고 더 빠르게 움직입니다. 수업에서 질량이 더 큰 공을 사용했다면 볼링 공을 상상해 보세요. 공은 충돌 후 아주 멀지 않고 천천히 움직였을 것입니다.
다시 말하지만, 로봇의 추진력이 너무 높으면 필드의 일부, 로봇의 일부 또는 다른 로봇의 일부가 파손될 수 있으므로 대회를 계획할 때 이를 고려하는 것이 중요합니다. 로봇의 속도가 빨라서 이전 활동에서 공처럼 굴러갈 수 없는 물체에 충돌했다고 상상해 보세요. 그 물체는 충돌로 인한 충격력(에너지)에 의해 부서졌을 수 있습니다.
교사 도구 상자 - 충돌에 대해 자세히 설명하기
운동량에 대한 속도의 영향을 이해하는 또 다른 중요한 점은 가속도와 속도의 차이입니다. 가속도는 속도의 변화율입니다. 이전 속도 탐색 활동에서는 충돌 전에 공이 정지해 있었기 때문에 가속도가 중요한 요소였습니다. 따라서 공이 최종 속도에 도달하는 것은 충돌로 인한 가속도 때문입니다.
이는 뉴턴의 운동 제2법칙과 연결됩니다. 즉, 물체의 가속도는 물체에 작용하는 힘의 순 또는 합과 물체의 질량이라는 두 가지 변수에 따라 달라집니다. 공에 작용하는 알짜 힘은 공이 정지해 있었기 때문에 틀림없이 0이었습니다. 로봇에 맞은 후의 가속도는 로봇의 힘(운동량)과 공의 질량의 곱이었습니다. 이 활동에서 더 무거운 공(예: 볼링공 또는 농구공)은 더 가벼운 공(예: 축구공 또는 탄력 있는 풍선 공)만큼 빠르게 가속되지 않습니다.
학습 확장 - 야구
이 활동을 다른 충돌과 연관시키기 위해 학생들은 야구 타자의 스윙 속도와 야구 방망이와 충돌하거나 타격을 받은 후 야구 공이 얼마나 빨리 이동하는지 조사할 수 있습니다. 배트의 질량과 배트의 질량(나무 대 알루미늄), 휘두를 때의 속도, 공을 칠 때의 운동량 간의 균형을 고려하게 하십시오.