Skip to main content

STEM-лаборатории
Momentum Alley Студент

Как физика может повлиять на роботов для соревнований

Проектируя робота для соревнований VEX Robotics, вы должны помнить, что любой двигатель будет бороться с инерцией робота, когда робот работает. Инерция – это сопротивление объекта изменению его скорости. Инерция увеличивается по мере увеличения массы объекта и, следовательно, его импульса. Это означает, что если вы добавите массу своему роботу и сделаете его тяжелее, чем он должен быть, двигатели не смогут эффективно изменять скорость робота! Поэтому вам следует стараться использовать как можно меньше материалов и легких материалов, если вы хотите максимизировать эффективность двигателей.

С другой стороны, очень быстрое управление легким роботом также может привести к трудностям. Если вы пытаетесь совершать точные и точные движения во время соревнований, вам, возможно, придется снизить мощность, уменьшив скорость во время движений.

Давайте исследуем идею о том, что импульс двух сталкивающихся объектов предсказывает, что произойдет после их столкновения. Это важный фактор, который следует учитывать при разработке конкурсных проектов, поскольку вы хотите, чтобы ваш робот двигался как можно быстрее. Вы также хотите, чтобы в робота было встроено как можно больше компонентов, которые дадут ему преимущество в манипулировании и сборе во время игры.

Импульс — это количество движения, которое имеет объект, и определяется массой и скоростью движущегося объекта. Таким образом, робот для соревнований со всеми его компонентами может быть тяжелым и двигаться максимально быстро. Поэтому его динамика очень высока. Здесь нужно учитывать, что происходит при контакте с частями поля или другими роботами.

Вернитесь к своей таблице из упражнения «Изучение скорости». Вы протестировали передачу энергии во время столкновений, установив разные скорости для робота и двигая его вперед, пока он не ударится о мяч. Вы должны были заметить, что более высокие скорости, установленные для робота, толкали мяч после столкновения дальше, чем более низкие скорости. Это очевидный эффект импульса робота, поскольку масса робота осталась прежней, но скорость увеличилась и, следовательно, его импульс увеличился.

В этом тесте важно учитывать то, что мяч не двигался. До того, как робот столкнулся с ним, его скорость, импульс и ускорение были равны нулю. Важно отметить, что его масса, вероятно, была намного меньше массы робота. После столкновения его ускорение и, следовательно, его скорость и импульс увеличились. Насколько высокой была скорость мяча после столкновения, частично зависело от массы мяча. Более легкие шары ускоряются и движутся быстрее. Если бы в вашем классе использовался шар большей массы, представьте себе шар для боулинга, шар мог бы двигаться медленно и не очень далеко после столкновения.

Опять же, это важно учитывать при планировании соревнований, потому что вы можете сломать части поля, части вашего робота или части других роботов, если импульс робота слишком велик. Представьте, что ваш робот имел большую скорость и врезался в объект, который не мог откатиться, как мяч в предыдущем упражнении. Этот объект мог быть разрушен ударной силой (энергией) столкновения.

Значок панели инструментов учителя Инструменты учителя Подробное объяснение столкновения.

Еще одним важным моментом в понимании влияния скорости на импульс является разница между ускорением и скоростью. Ускорение – это скорость изменения скорости. В предыдущем упражнении «Исследование скорости» ускорение было важным фактором, поскольку перед столкновением мяч находился в состоянии покоя. Таким образом, именно из-за ускорения, вызванного столкновением, мяч достигает своей конечной скорости.
Это связано со вторым законом движения Ньютона: ускорение объекта зависит от двух переменных - чистой или суммы сил, действующих на объект, и массы объекта. Чистая сила, действующая на мяч, возможно, была равна нулю, поскольку он находился в состоянии покоя. Его ускорение после удара робота было произведением силы (импульса) робота и массы мяча. Более тяжелые мячи (например, шар для боулинга или баскетбольный мяч) в этом упражнении не будут ускоряться так же быстро, как более легкие мячи (например, футбольный мяч или надувной мяч).

Значок «Расширьте свое обучение» Расширьте свое обучение

Чтобы связать это занятие с другими столкновениями, учащиеся могут исследовать скорость замаха бейсбольного мяча и то, как быстро летят бейсбольные мячи после столкновения с битой или удара ею. Попросите их рассмотреть массу биты и соотношение между массой биты (деревянной и алюминиевой), ее скоростью при взмахе и импульсом при ударе по мячу.