Momentum'u Akılda Tutarak Tasarım Yapmak
Fizik Rekabetçi Robotları Nasıl Etkileyebilir?
VEX Robotik Yarışmaları için bir robot tasarlarken, robot çalışırken herhangi bir motorun robotun ataletine karşı mücadele edeceğini unutmamalısınız. Eylemsizlik, bir cismin hızındaki değişikliklere karşı gösterdiği dirençtir. Cismin kütlesi ve dolayısıyla momentumu arttıkça eylemsizlik de artar. Bu, robotunuza kütle ekleyip olması gerekenden daha ağır hale getirdiğinizde, motorların robotun hızını değiştirmede o kadar etkili olmayacağı anlamına gelir! Bu nedenle, motorların verimliliğini en üst düzeye çıkarmak istiyorsanız, mümkün olduğunca hafif ve az malzeme kullanmaya çalışmalısınız.
Öte yandan, hafif bir robotu çok hızlı çalıştırmak da zorluklara yol açabilir. Yarışma sırasında hassas ve doğru hareketler yapmaya çalışıyorsanız, hareketleriniz sırasında hızınızı azaltarak gücü azaltmanız gerekebilir.
Çarpışan iki cismin momentumunun, çarpışmadan sonra ne olacağını tahmin ettiği fikrini inceleyelim. Yarışma projeleri geliştirirken göz önünde bulundurulması gereken önemli bir faktördür çünkü robotunuzun mümkün olduğunca hızlı hareket etmesini istersiniz. Ayrıca, oyun sırasında robotun manipüle edilmesi ve toplanması için ona avantaj sağlayacak mümkün olduğunca çok bileşenin robota yerleştirilmesini istersiniz.
Momentum, bir nesnenin sahip olduğu hareket miktarıdır ve hareket eden nesnenin kütlesi ve hızı tarafından belirlenir. Yani bir yarışma robotu tüm bileşenleriyle birlikte ağır olabilir ve mümkün olduğunca hızlı hareket edebilir. Dolayısıyla ivmesi çok yüksek. Bu, alanın parçalarıyla veya diğer robotlarla temas ettiğinde ne olacağını düşünmeniz gereken zamandır.
Hızı Keşfetme etkinliğindeki masanıza geri dönün. Robotu farklı hızlara ayarlayıp topa çarpana kadar ileri doğru sürerek çarpışmalar sırasında enerji transferini test ettiniz. Robot için ayarlanan yüksek hızların, çarpışmadan sonra topu düşük hızlara göre daha uzağa ittiğini fark etmiş olmalısınız. Bu, robotun momentumunun açık bir etkisidir çünkü robotun kütlesi aynı kalırken hızı artmış ve dolayısıyla momentumu da artmıştır.
Bu testte dikkate alınması gereken önemli bir nokta, topun hareket etmiyor olmasıdır. Robot ona çarpmadan önce hızı, momentumu ve ivmesi sıfırdı. Önemli olan, kütlesinin robotun kütlesinden çok daha az olmasıydı. Çarpışmadan sonra ivmesi ve dolayısıyla hızı ve momentumu arttı. Çarpışmadan sonra topun hızı kısmen topun kütlesine bağlıydı. Daha hafif toplar daha hızlı hızlanır ve hareket eder. Sınıfınız daha fazla kütleye sahip bir top kullansaydı, bir bowling topu düşünün, top çarpışmadan sonra yavaşça ve çok da uzak olmayan bir mesafede hareket etmiş olabilirdi.
Yine, bir yarışma planlarken bunu göz önünde bulundurmak önemlidir çünkü robotun momentumu çok yüksekse sahanın parçalarını, robotunuzun parçalarını veya diğer robotların parçalarını kırabilirsiniz. Robotunuzun yüksek bir hıza sahip olduğunu ve bir önceki aktivitede olduğu gibi top gibi yuvarlanamayan bir nesneye çarptığını düşünün. Çarpışmanın çarpma kuvvetleri (enerjisi) ile o cisim kırılmış olabilir.
Öğretmen Araç Kutusu
-
Bir Çarpışmayı Daha Ayrıntılı Açıklama
Hızın momentum üzerindeki etkisini anlamak için bir diğer önemli nokta da ivme ile hız arasındaki farktır. İvme, hızdaki değişim oranıdır. Önceki Hızı Keşfetme etkinliğinde, top çarpışmadan önce hareketsiz olduğundan ivme önemli bir faktördü. Yani çarpışmanın neden olduğu ivmelenme sayesinde top son hızına ulaşır.
Bu, Newton'un İkinci Hareket Yasası ile bağlantılıdır: Bir cismin ivmesi iki değişkene bağlıdır - cisme etki eden kuvvetlerin net veya toplamı ve cismin kütlesi. Top hareketsiz olduğundan, top üzerinde etki eden net kuvvetin sıfır olduğu söylenebilir. Robotun topla çarpışması sonucu kazandığı ivme, robotun kuvveti (momentumu) ile topun kütle miktarının çarpımıdır. Bu aktivitede daha ağır toplar (örneğin bowling topu veya basketbol topu) daha hafif toplar (örneğin futbol topu veya zıplayan şişme top) kadar hızlı ivmelenmeyecektir.
Öğreniminizi Genişletin
-
Beyzbol
Bu etkinliği diğer çarpışmalarla ilişkilendirmek için öğrenciler, bir beyzbol sopasının vuruş hızını ve beyzbol topunun sopayla çarpıştıktan veya vurulduktan sonra ne kadar hızlı hareket ettiğini araştırabilirler. Öğrencilerden sopanın kütlesini ve sopanın kütlesi (tahta mı alüminyum mu), sallandığındaki hızı ve topa vurduğundaki momentumu arasındaki dengeyi göz önünde bulundurmalarını isteyin.