Kā fizika var ietekmēt sacensību robotus
Izstrādājot robotu VEX robotikas sacensībām, jums jāatceras, ka jebkurš motors cīnīsies pret robota inerci ikreiz, kad robots darbojas. Inerce ir objekta pretestība tā ātruma izmaiņām. Inerce palielinās, palielinoties objekta masai un līdz ar to arī tā impulsam. Tas nozīmē, ka, pievienojot savam robotam masu un padarot to smagāku, nekā tam jābūt, motori nebūs tik efektīvi, lai mainītu robota ātrumu! Tāpēc, ja vēlaties maksimāli palielināt motora efektivitāti, mēģiniet izmantot pēc iespējas vieglāku un pēc iespējas mazāk materiālu.
No otras puses, ļoti ātri palaist vieglu robotu arī var radīt grūtības. Ja jūs mēģināt veikt precīzas un precīzas kustības sacensību laikā, jums var būt nepieciešams samazināt spēku, samazinot ātrumu kustību laikā.
Izpētīsim ideju, ka divu objektu sadursmes impulss paredz, kas notiks pēc to sadursmes. Tas ir svarīgs faktors, kas jāņem vērā, izstrādājot sacensību projektus, jo vēlaties, lai jūsu robots pārvietotos pēc iespējas ātrāk. Jūs arī vēlaties, lai robotā būtu iebūvēts pēc iespējas vairāk komponentu, kas dos tam priekšrocības manipulēšanai un savākšanai spēles laikā.
Impulss ir objekta kustības apjoms, un to nosaka kustīgā objekta masa un ātrums. Tātad sacensību robots ar visām tā sastāvdaļām var būt smags un kustēties pēc iespējas ātrāk. Tāpēc tā impulss ir ļoti augsts. Šajā gadījumā jums jāapsver, kas notiek, saskaroties ar lauka daļām vai citiem robotiem.
Atskatieties uz savu galdu no aktivitātes Exploring Velocity. Jūs pārbaudījāt enerģijas pārnesi sadursmju laikā, iestatot dažādus robota ātrumus un virzot to uz priekšu, līdz tas atsitās pret bumbu. Jums vajadzēja ievērot, ka robotam iestatītie lielāki ātrumi pēc sadursmes pagrūda lodi tālāk nekā ar mazāku ātrumu. Tas ir acīmredzams robota impulsa efekts, jo robota masa palika nemainīga, bet ātrums palielinājās un līdz ar to arī tā impulss palielinājās.
Kaut kas svarīgs, kas jāņem vērā šajā pārbaudē, ir tas, ka bumba nekustējās. Tam bija ātrums, impulss un visu nulles paātrinājums, pirms robots ar to sadūrās. Svarīgi, ka tā masa, visticamāk, bija daudz mazāka par robota masu. Pēc sadursmes palielinājās tās paātrinājums un līdz ar to arī ātrums un impulss. Cik liels bija bumbiņas ātrums pēc sadursmes, daļēji bija atkarīgs no lodes masas. Vieglākas bumbiņas paātrina un pārvietojas ātrāk. Ja jūsu klase izmantoja bumbu ar lielāku masu, iedomājieties boulinga bumbu, iespējams, ka bumba pēc sadursmes ir pārvietojusies lēni un ne tik tālu.
Atkal, tas ir svarīgi ņemt vērā, plānojot sacensības, jo jūs varat salauzt laukuma daļas, sava robota daļas vai citu robotu daļas, ja robota impulss ir pārāk liels. Iedomājieties, ja jūsu robotam būtu liels ātrums un tas ietriecās objektā, kas nevarētu ripot kā bumba iepriekšējā darbībā. Šo objektu varēja salauzt sadursmes trieciena spēki (enerģija).
Skolotāja rīkkopa
-
Sadursmes sīkāka izskaidrošana
Vēl viens svarīgs punkts, lai izprastu ātruma ietekmi uz impulsu, ir atšķirība starp paātrinājumu un ātrumu. Paātrinājums ir ātruma izmaiņu ātrums. Iepriekšējā Exploring Velocity aktivitātē paātrinājums bija svarīgs faktors, jo bumba pirms sadursmes atradās miera stāvoklī. Tātad sadursmes izraisītā paātrinājuma dēļ bumba sasniedz savu galīgo ātrumu.
Tas ir saistīts ar Ņūtona otro kustības likumu: objekta paātrinājums ir atkarīgs no diviem mainīgajiem lielumiem - uz objektu iedarbojošā(-o) spēka(-u) neto vai summas un objekta masas. Tīrais spēks, kas iedarbojas uz bumbu, neapšaubāmi bija nulle, jo tā atradās miera stāvoklī. Tā paātrinājums pēc trieciena ar robotu bija robota spēka (impulsa) un bumbiņas masas reizinājums. Smagākas bumbas (piemēram, boulinga bumba vai basketbols) šajā darbībā nebūtu tik ātri paātrinājušās kā vieglākas bumbas (piemēram, futbola bumba vai piepūšamā bumbiņa).
Paplašiniet savu apmācību
Lai saistītu šo darbību ar citām sadursmēm, skolēni var izpētīt beisbola siksnas sitiena ātrumu un beisbola bumbas pārvietošanos pēc sadursmes ar nūju vai tās sitienu. Lūdziet viņiem apsvērt nūjas masu un kompromisus starp nūjas masu (koka un alumīnija), tā ātrumu šūpošanas brīdī un impulsu, kad tas atsitas pret bumbu.