Kaip fizika gali paveikti konkuruojančius robotus
Kurdami robotą VEX robotikos varžyboms, turite atsiminti, kad bet kuris variklis kovos su roboto inercija, kai robotas veikia. Inercija – tai objekto pasipriešinimas jo greičio pokyčiams. Inercija didėja didėjant objekto masei, taigi ir jo impulsui. Tai reiškia, kad jei pridėsite prie savo roboto masės ir padarysite jį sunkesnį nei turi būti, varikliai ne taip efektyviai keis roboto greitį! Todėl, jei norite maksimaliai padidinti variklių efektyvumą, stenkitės naudoti kuo lengvesnes ir kuo mažiau medžiagų.
Kita vertus, labai greitai paleidus lengvą robotą taip pat gali kilti sunkumų. Jei bandote atlikti tikslius ir tikslius judesius varžybų metu, jums gali tekti sumažinti jėgą sumažinant greitį judesių metu.
Išnagrinėkime idėją, kad dviejų susidūrusių objektų impulsas numato, kas atsitiks jiems susidūrus. Tai svarbus veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti kuriant varžybų projektus, nes norite, kad jūsų robotas judėtų kuo greičiau. Taip pat norite, kad į robotą būtų įmontuota kuo daugiau komponentų, kurie suteiktų jam pranašumą manipuliuojant ir renkant žaidimo metu.
Impulsas yra objekto judesio kiekis, kurį lemia judančio objekto masė ir greitis. Taigi, varžybų robotas su visais jo komponentais gali būti sunkus ir judėti kuo greičiau. Todėl jo pagreitis yra labai didelis. Tai yra tada, kai reikia apsvarstyti, kas atsitinka, kai jis liečiasi su lauko dalimis ar kitais robotais.
Pažvelkite į savo stalą iš „Exploring Velocity“ veiklos. Jūs išbandėte energijos perdavimą susidūrimų metu, nustatydami skirtingus roboto greičius ir važiuodami jį į priekį, kol jis atsitrenks į kamuolį. Turėjote pastebėti, kad didesni robotui nustatyti greičiai po susidūrimo rutulį nustūmė toliau nei mažesni greičiai. Tai akivaizdus roboto impulso poveikis, nes roboto masė išliko ta pati, bet greitis padidėjo, todėl jo impulsas padidėjo.
Atliekant šį testą svarbu atsižvelgti į tai, kad kamuolys nejudėjo. Jis turėjo greitį, impulsą ir visų nulių pagreitį, kol robotas su juo susidūrė. Svarbu tai, kad jo masė greičiausiai buvo daug mažesnė už roboto masę. Po susidūrimo jo pagreitis, taigi ir greitis, ir impulsas padidėjo. Kaip greitai rutulio greitis buvo po susidūrimo, iš dalies priklausė nuo rutulio masės. Lengvesni rutuliai įsibėgėja ir juda greičiau. Jei jūsų klasė naudojo didesnės masės rutulį, įsivaizduokite boulingo kamuoliuką, kuris po susidūrimo galėjo pajudėti lėtai ir nelabai toli.
Vėlgi, į tai svarbu atsižvelgti planuojant varžybas, nes galite sulaužyti lauko dalis, savo roboto dalis ar kitų robotų dalis, jei roboto impulsas yra per didelis. Įsivaizduokite, jei jūsų robotas turėjo didelį greitį ir atsitrenkė į objektą, kuris negalėtų riedėti kaip kamuolys ankstesnėje veikloje. Tą objektą galėjo sulaužyti susidūrimo smūgio jėgos (energija).
Mokytojo įrankių rinkinys
-
Išsamesnis susidūrimo paaiškinimas
Kitas svarbus momentas norint suprasti greičio įtaką impulsui yra skirtumas tarp pagreičio ir greičio. Pagreitis yra greičio kitimo greitis. Ankstesnėje „Exploring Velocity“ veikloje pagreitis buvo svarbus veiksnys, nes prieš susidūrimą kamuolys buvo ramybėje. Taigi dėl susidūrimo sukelto pagreičio rutulys pasiekia galutinį greitį.
Tai susiję su Antruoju Niutono judėjimo dėsniu: kad objekto pagreitis priklauso nuo dviejų kintamųjų – objektą veikiančios jėgos (-ių) grynosios arba sumos ir objekto masės. Grynoji jėga, veikianti kamuolį, tikriausiai buvo lygi nuliui, nes jis buvo ramybės būsenoje. Jo pagreitis po smūgio robotui buvo roboto jėgos (impulso) ir rutulio masės sandauga. Sunkesni kamuoliai (pvz., boulingo ar krepšinio) šioje veikloje nebūtų įsibėgėję taip greitai, kaip lengvesni kamuoliai (pvz., futbolo kamuolys ar šokinėjantis pripučiamas kamuolys).
Išplėskite savo mokymąsi
Siekdami susieti šią veiklą su kitais susidūrimais, mokiniai gali ištirti beisbolo mušės siūbavimo greitį ir tai, kaip greitai beisbolo kamuoliai slenka susidūrę su lazda arba jai atsitrenkę. Paprašykite jų atsižvelgti į šikšnosparnio masę ir kompromisus tarp šikšnosparnio masės (medinės ir aliuminio), jo greičio siūbuojant ir jo momento, kai jis smūgiuoja į kamuolį.