Skip to main content

ห้องปฏิบัติการต้นกำเนิด
ซอยโมเมนตัม นักเรียน

ฟิสิกส์ส่งผลต่อหุ่นยนต์แข่งขันอย่างไร

เมื่อออกแบบหุ่นยนต์สำหรับ VEX Robotics Competitions คุณต้องจำไว้ว่ามอเตอร์ใดๆ ก็ตามจะต่อสู้กับความเฉื่อยของหุ่นยนต์ทุกครั้งที่หุ่นยนต์กำลังทำงาน ความเฉื่อยคือความต้านทานของวัตถุต่อการเปลี่ยนแปลงความเร็ว ความเฉื่อยจะเพิ่มขึ้นตามมวลของวัตถุ ดังนั้น โมเมนตัมของมันจึงเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าหากคุณเพิ่มมวลให้กับหุ่นยนต์ของคุณและทำให้มันหนักเกินกว่าที่ควรจะเป็น มอเตอร์จะไม่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนความเร็วของหุ่นยนต์! ดังนั้นคุณควรพยายามใช้วัสดุที่เบาและใช้ให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้หากต้องการเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ให้สูงสุด

ในทางกลับกัน การใช้หุ่นยนต์ขนาดเบาอย่างรวดเร็วอาจทำให้เกิดปัญหาได้เช่นกัน หากคุณพยายามเคลื่อนไหวอย่างแม่นยำและแม่นยำในระหว่างการแข่งขัน คุณอาจต้องลดกำลังลงโดยการลดความเร็วระหว่างการเคลื่อนไหว

เรามาสำรวจแนวคิดที่ว่าโมเมนตัมของวัตถุสองชิ้นที่ชนกันทำนายว่าจะเกิดอะไรขึ้นหลังจากที่วัตถุทั้งสองชนกัน นี่เป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อพัฒนาโครงการการแข่งขัน เนื่องจากคุณต้องการให้หุ่นยนต์ของคุณเคลื่อนที่เร็วที่สุด นอกจากนี้คุณยังต้องการให้หุ่นยนต์มีส่วนประกอบต่างๆ มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งจะทำให้หุ่นยนต์มีความได้เปรียบในการควบคุมและรวบรวมระหว่างเกม

โมเมนตัมคือปริมาณการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีและถูกกำหนดโดยมวลและความเร็วของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ดังนั้น หุ่นยนต์แข่งขันที่มีส่วนประกอบทั้งหมดจึงสามารถมีน้ำหนักมากและเคลื่อนที่ได้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นโมเมนตัมจึงสูงมาก นี่คือเวลาที่คุณต้องพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อสัมผัสกับส่วนต่างๆ ของสนามหรือหุ่นยนต์อื่นๆ

มองย้อนกลับไปที่โต๊ะของคุณจากกิจกรรม Exploring Velocity คุณทดสอบการถ่ายโอนพลังงานระหว่างการชนโดยการตั้งค่าความเร็วที่แตกต่างกันสำหรับหุ่นยนต์แล้วขับไปข้างหน้าจนกระทั่งกระทบลูกบอล คุณควรสังเกตว่าความเร็วสูงที่ตั้งไว้สำหรับหุ่นยนต์จะผลักลูกบอลให้ไกลขึ้นหลังจากการชนมากกว่าความเร็วที่ต่ำกว่า นี่เป็นผลที่ชัดเจนจากโมเมนตัมของหุ่นยนต์เนื่องจากมวลของหุ่นยนต์ยังคงเท่าเดิมแต่ความเร็วเพิ่มขึ้น ดังนั้น โมเมนตัมจึงเพิ่มขึ้น

สิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาเกี่ยวกับการทดสอบนั้นคือลูกบอลไม่เคลื่อนไหว มันมีความเร็ว โมเมนตัม และความเร่งเป็นศูนย์ทั้งหมดก่อนที่หุ่นยนต์จะชนกับมัน ที่สำคัญมวลของมันน่าจะน้อยกว่ามวลของหุ่นยนต์มาก หลังจากการชน ความเร่ง ความเร็ว และโมเมนตัมของมันจึงเพิ่มขึ้นทั้งหมด ความเร็วของลูกบอลหลังจากการชนนั้นขึ้นอยู่กับมวลของลูกบอลด้วย ลูกบอลที่เบากว่าจะเร่งความเร็วและเคลื่อนที่เร็วขึ้น หากชั้นเรียนของคุณใช้ลูกบอลที่มีมวลมากกว่า ลองนึกภาพลูกโบว์ลิ่ง ลูกบอลอาจจะเคลื่อนที่ช้าๆ และไม่ไกลมากหลังจากการชนกัน

ขอย้ำอีกครั้งว่า นี่เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อวางแผนสำหรับการแข่งขัน เนื่องจากคุณสามารถแยกส่วนของสนาม ส่วนของหุ่นยนต์ของคุณ หรือบางส่วนของหุ่นยนต์อื่นๆ ได้ หากโมเมนตัมของหุ่นยนต์สูงเกินไป ลองนึกภาพถ้าหุ่นยนต์ของคุณมีความเร็วสูงและชนเข้ากับวัตถุที่ไม่สามารถกลิ้งออกไปได้เหมือนกับลูกบอลในกิจกรรมครั้งก่อน วัตถุนั้นอาจแตกหักได้ด้วยแรงกระแทก (พลังงาน) ของการชน

ไอคอนกล่องเครื่องมือครู กล่องเครื่องมือสำหรับครู - อธิบายการชนกันเพิ่มเติม

จุดสำคัญอีกประการหนึ่งในการทำความเข้าใจอิทธิพลของความเร็วที่มีต่อโมเมนตัมคือความแตกต่างระหว่างความเร่งและความเร็ว ความเร่งคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว ในกิจกรรมความเร็วสำรวจครั้งก่อน ความเร่งเป็นปัจจัยสำคัญเนื่องจากลูกบอลอยู่นิ่งก่อนเกิดการชน เนื่องจากการเร่งความเร็วที่เกิดจากการชนทำให้ลูกบอลถึงความเร็วสุดท้าย
สิ่งนี้เชื่อมโยงกับกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน: ความเร่งของวัตถุขึ้นอยู่กับตัวแปรสองตัว - ผลรวมหรือผลรวมของแรงที่กระทำต่อวัตถุ และมวลของวัตถุ แรงลัพธ์ที่กระทำต่อลูกบอลนั้นอาจเป็นศูนย์ได้เพราะมันอยู่นิ่ง ความเร่งหลังจากถูกหุ่นยนต์ชนเป็นผลคูณของแรง (โมเมนตัม) ของหุ่นยนต์และปริมาณมวลของลูกบอล ลูกบอลที่หนักกว่า (เช่น ลูกโบว์ลิ่งหรือบาสเก็ตบอล) ในกิจกรรมนี้ไม่น่าจะเร่งความเร็วได้เร็วเท่าลูกบอลที่เบากว่า (เช่น ลูกฟุตบอลหรือลูกบอลเป่าลมที่เด้งกลับได้)

ขยายไอคอนการเรียนรู้ของคุณ ขยายการเรียนรู้ของคุณ - เบสบอล

เพื่อเชื่อมโยงกิจกรรมนี้กับการชนอื่นๆ นักเรียนสามารถตรวจสอบความเร็วของการสวิงของผู้ตีเบสบอล และความเร็วที่ลูกเบสบอลเดินทางหลังจากชนหรือถูกไม้ตี ให้พวกเขาพิจารณามวลของไม้ตีและการแลกเปลี่ยนระหว่างมวลของไม้ตี (ไม้กับอลูมิเนียม) ความเร็วเมื่อเหวี่ยง และโมเมนตัมของมันในขณะที่ตีลูกบอล