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物理学如何影响竞赛机器人

在为 VEX 机器人竞赛设计机器人时,您必须记住,任何电机在机器人运行时都会与机器人的惯性作斗争。 惯性是物体对其速度变化的抵抗力。 随着物体质量的增加,惯性也会增加,因此其动量也会增加。 这意味着如果你增加机器人的质量并使其比应有的重量更重,那么电机在改变机器人速度方面就不会那么有效! 因此,如果想最大限度地提高电机的效率,就应该尝试使用尽可能轻、尽可能少的材料。

另一方面,轻型机器人快速运转也会带来困难。 如果您试图在比赛过程中做出精确而准确的动作,您可能需要通过降低动作速度来减轻力量。

让我们探讨一下这个想法:两个碰撞物体的动量可以预测它们碰撞后会发生什么。 这是开发竞赛项目时需要考虑的一个重要因素,因为您希望机器人移动得尽可能快。 您还希望在机器人中内置尽可能多的组件,以使其在游戏过程中具有操纵和收集优势。

动量是物体的运动量,由运动物体的质量和速度决定。 因此,竞赛机器人及其所有部件都必须很重,并且移动速度必须尽可能快。 因此它的势头非常强劲。 这时您需要考虑当它与场地或其他机器人接触时会发生什么。

回顾一下探索速度活动中的表格。 您通过为机器人设置不同的速度并驱动它向前直到击中球来测试碰撞过程中的能量传递。 您应该已经注意到,与较低的速度相比,机器人设置的较高速度在碰撞后将球推得更远。 这是机器人动量的明显影响,因为机器人的质量保持不变,但速度增加,因此其动量也增加。

关于该测试需要考虑的重要一点是球没有移动。 在机器人与它相撞之前,它的速度、动量和加速度都为零。 重要的是,它的质量可能远小于机器人的质量。 碰撞后,它的加速度、速度和动量都增加了。 碰撞后球的速度在一定程度上取决于球的质量。 较轻的球加速并且移动得更快。 如果您的课程使用质量更大的球,想象一下保龄球,碰撞后球可能会移动得很慢而且不会移动很远。

再次强调,在规划比赛时考虑这一点很重要,因为如果机器人的动量过高,你可能会损坏场地的某些部分、你的机器人的某些部分或其他机器人的某些部分。 想象一下,如果您的机器人速度很快并且撞上了一个无法像上一个活动中的球一样滚走的物体。 该物体可能因碰撞的冲击力(能量)而破碎。

教师工具箱图标 教师工具箱 - 进一步解释碰撞

理解速度对动量的影响的另一个重点是加速度和速度之间的区别。 加速度是速度变化的率。 在之前的探索速度活动中,加速度是一个重要因素,因为球在碰撞之前处于静止状态。 因此,由于碰撞引起的加速度,球才达到其最终速度。0 这与牛顿第二运动定律有关:物体的加速度取决于两个变量 - 作用于物体的力的净值或总和,以及物体的质量
由于球处于静止状态,因此作用于球上的净力可以说为零。 它被机器人击中后的加速度是机器人的力(动量)和球的质量的乘积。 在此活动中,较重的球(例如保龄球或篮球)的加速速度不会像较轻的球(例如足球或有弹性的充气球)那样快。

扩展您的学习图标 扩展您的学习 - 棒球

为了将此活动与其他碰撞联系起来,学生可以研究棒球击球手挥棒的速度以及棒球与球棒相撞或被球棒击中后的运动速度。 让他们考虑球棒的质量以及球棒的质量(木质与铝质)、挥棒时的速度以及击球时的动量之间的权衡。