Vật lý có thể ảnh hưởng đến robot cạnh tranh như thế nào
Khi thiết kế robot cho Cuộc thi Robotics VEX, bạn phải nhớ rằng bất kỳ động cơ nào cũng sẽ chống lại quán tính của robot bất cứ khi nào robot chạy. Quán tính là lực cản của một vật trước sự thay đổi vận tốc của nó. Quán tính tăng khi khối lượng của vật và do đó động lượng của nó tăng. Điều này có nghĩa là nếu bạn thêm khối lượng vào rô-bốt của mình và làm cho nó nặng hơn mức cần thiết thì động cơ sẽ không còn hiệu quả trong việc thay đổi vận tốc của rô-bốt! Vì vậy, bạn nên cố gắng sử dụng càng ít vật liệu càng nhẹ và càng tốt nếu muốn tối đa hóa hiệu suất của động cơ.
Mặt khác, việc chạy một robot hạng nhẹ quá nhanh cũng có thể dẫn đến khó khăn. Nếu bạn đang cố gắng thực hiện các chuyển động chính xác và chính xác trong quá trình thi đấu, bạn có thể cần giảm lực bằng cách giảm vận tốc trong khi chuyển động.
Hãy cùng khám phá ý tưởng rằng động lượng của hai vật va chạm dự đoán điều gì sẽ xảy ra sau khi chúng va chạm. Đây là yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi phát triển các dự án cạnh tranh vì bạn muốn robot của mình di chuyển nhanh nhất có thể. Bạn cũng muốn tích hợp càng nhiều thành phần vào robot càng tốt để nó có lợi thế trong việc thao tác và thu thập trong quá trình chơi game.
Động lượng là lượng chuyển động mà một vật có và được xác định bởi khối lượng và vận tốc của vật chuyển động. Vì vậy, một robot thi đấu với tất cả các bộ phận của nó có thể nặng và di chuyển nhanh nhất có thể. Do đó, động lượng của nó rất cao. Đây là lúc bạn cần xem xét điều gì sẽ xảy ra khi nó tiếp xúc với các bộ phận của hiện trường hoặc các robot khác.
Nhìn lại bảng của bạn từ hoạt động Khám phá Vận tốc. Bạn đã kiểm tra sự truyền năng lượng trong quá trình va chạm bằng cách đặt các vận tốc khác nhau cho rô-bốt và lái nó về phía trước cho đến khi chạm vào quả bóng. Bạn hẳn đã nhận thấy rằng vận tốc cao hơn đặt cho robot đã đẩy quả bóng đi xa hơn sau một vụ va chạm so với vận tốc thấp hơn. Đây là hiệu ứng rõ ràng của động lượng của robot vì khối lượng của robot không đổi nhưng vận tốc tăng lên và do đó động lượng của nó tăng lên.
Điều quan trọng cần xem xét về bài kiểm tra đó là quả bóng không chuyển động. Nó có vận tốc, động lượng và gia tốc bằng 0 trước khi robot va chạm với nó. Điều quan trọng là khối lượng của nó có thể nhỏ hơn nhiều so với khối lượng của robot. Sau va chạm, gia tốc và do đó vận tốc và động lượng của nó đều tăng. Vận tốc của quả bóng sau va chạm nhanh như thế nào phụ thuộc một phần vào khối lượng của quả bóng. Những quả bóng nhẹ hơn tăng tốc và di chuyển nhanh hơn. Nếu lớp của bạn sử dụng một quả bóng có khối lượng lớn hơn, hãy tưởng tượng một quả bóng bowling, quả bóng có thể chuyển động chậm và không xa lắm sau khi va chạm.
Một lần nữa, điều quan trọng cần cân nhắc khi lập kế hoạch cho một cuộc thi vì bạn có thể làm vỡ các bộ phận của sân, các bộ phận của rô-bốt của bạn hoặc các bộ phận của rô-bốt khác nếu động lượng của rô-bốt quá cao. Hãy tưởng tượng nếu robot của bạn có vận tốc cao và đâm vào một vật thể không thể lăn đi như quả bóng trong hoạt động trước. Vật đó có thể đã bị vỡ do lực tác động (năng lượng) của vụ va chạm.
Hộp công cụ dành cho giáo viên
-
Giải thích thêm về va chạm
Một điểm quan trọng khác để hiểu ảnh hưởng của vận tốc lên động lượng là sự khác biệt giữa gia tốc và vận tốc. Gia tốc là tốc độ thay đổi vận tốc. Trong hoạt động Khám phá vận tốc trước đó, gia tốc là một yếu tố quan trọng vì quả bóng đã đứng yên trước khi va chạm. Vì vậy, chính nhờ gia tốc gây ra bởi va chạm mà quả bóng đạt được vận tốc cuối cùng.
Điều này liên quan đến Định luật chuyển động thứ hai của Newton: rằng gia tốc của một vật phụ thuộc vào hai biến số - tổng hoặc tổng các lực tác dụng lên vật và khối lượng của vật. Lực ròng tác dụng lên quả bóng được cho là bằng 0 vì nó đang đứng yên. Gia tốc của nó sau khi bị robot đánh trúng là tích của lực (động lượng) của robot và khối lượng của quả bóng. Những quả bóng nặng hơn (ví dụ: quả bóng bowling hoặc bóng rổ) trong hoạt động này sẽ không tăng tốc nhanh bằng những quả bóng nhẹ hơn (ví dụ: quả bóng đá hoặc quả bóng bơm hơi nảy).
Mở rộng việc học của bạn
-
Bóng chày
Để liên hệ hoạt động này với các va chạm khác, học sinh có thể điều tra tốc độ vung của người đánh bóng chày và tốc độ di chuyển của quả bóng chày sau khi va chạm hoặc bị đánh bởi gậy. Yêu cầu họ xem xét khối lượng của cây gậy và sự cân bằng giữa khối lượng của cây gậy (gỗ và nhôm), tốc độ của nó khi vung lên và động lượng của nó khi đánh vào quả bóng.