8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások

Bevezetés

1. Tudomány

Ismerje meg a súrlódási erőt — a súrlódó felületek érdessége.

2. Matematika Nincs.

3. Technológia

Legyen képes három szervomotor forgásszögének beállítására és azok összehangolására.

4. Mérnöki ismeretek

Szimulálja a kígyó mozgását három szervomotor felhasználásával.

5. Művészet és kreativitás

A kígyó fejének és farkának díszítése.

Láttál már valaha kígyót? A kígyók karcsúak, nincs szemhéjuk és külső fülük, és a fejüktől a farkukig pikkely borítja a testüket. Ragadozó hüllők. A legtöbb kígyó szárazföldön él, de vannak olyanok is, amelyek életük egy részét vízben töltik. Néhány fajuk pedig szinte egész életét vízben tölti.

A kígyók olyan állatoktól származnak, amelyeknek valaha négy lábuk volt. Ezek a végtagok fokozatosan tűntek el az evolúció folyamán. A napjainkban ismert kígyók a hasi pikkelyeik és hajlékony gerincük segítségével gyorsan mozognak, ami segíti túlélésüket.

Előzetes ismeretek

A csigának, amelyet az utolsó leckében építettünk, szintén nem volt lába. A kígyók és a csigák közös jellemzője, hogy mindkettő felemelkedik a felszínről, hogy haladni tudjon. A különbség az, hogy a csiga a csúszótalpán mászik, míg a kígyó hasi pikkelyeire támaszkodik. Tudjuk, hogy egy csiga mozgásának sebessége függ a súrlódástól. Van-e kapcsolat a kígyó sebessége és a súrlódás között? Miért nem „csúsznak el” a kígyók, amikor mozognak?

[Jegyezd meg!] Súrlódás

Milyen jelenségeket tapasztalunk a mindennapi életben a súrlódással összefüggésben? Mint mindannyian tudjuk, sokkal könnyebb egy tárgyat kerekeken tolni, mint a nélkül. Ennek az az oka, hogy a tárgy és a talaj közötti súrlódás kisebb az első esetben. Amikor a csigát vizsgáltuk, megtudtuk, hogy a súrlódás akadályozhatja vagy elősegítheti (felgyorsíthatja) a mozgást. A jármű mozgását a kerekek és a föld között súrlódás teszi lehetővé.

Ez olyan nehéz! Olyan könnyű!

Tolni egy tárgyat kerekek nélkül Tolni egy tárgyat kerekeken

A súrlódás pozitív erő előrehaladáskor és ellenálló erő megálláskor.

Összefoglalva: az ember mindennapi élete elválaszthatatlan a súrlódás jelenségétől. Ha nem lenne súrlódás, akkor nem lennénk képesek járni, és a járművek sem tudnának mozogni. Tehát a súrlódás nagyon fontos.

A mechanikai szerkezet építési útmutatója

Milyen a kígyó testfelépítése? Az utolsó leckében láttuk, hogy a csiga teste három részre osztható, nagyjából ugyanez vonatkozik a kígyóra is. Van feje, törzse és farka.

fej

törzs farok

Ne feledjük ezeket a részeket. A csiga lábát két szervomotorral építettük meg. Működni fog ez a kígyó esetében is? A kígyó teste hosszú. A világ leghosszabb kígyója 15 méter, míg a legrövidebb is 11 cm. Tehát a kígyó testéhez legalább három szervomotorra van szükség.

fej test

Modellezés (összeszerelés)

farok

A C3-as szervomotor dekorálása

Általánosságban elmondható, hogy a robotok „puszta csontvázának” a látványa nagyban befolyásolja a megjelenésüket. A szervomotoron található csatlakozási helyek alkalmasak arra, hogy dekoráció segítségével módosítsuk a robot kinézetét.

A fenti alkatrészek használhatóak a díszítésre.

A farok díszítése

A farok összeszereléséhez a P27-es építőelemet használhatjuk díszítésként. Ez a használható a kígyó és majd egy későbbi leckében a skorpió farkának a díszítésére is.

Csatlakozó vezeték

Hosszabb modellnél (több szervomotor esetében) a távolabbi szervomotor közvetett módon, a közbenső szervomotoron keresztül, csatlakoztatható a vezérlőegységhez.

Tervezés (szoftverprogramozás)

A kígyó egyedülállóan sokféle módon mozog. Leggyakrabban kígyózó vagy hullámmozgással halad előre, ilyenkor a kígyótest vízszintesen ívelt. Másodszor, egy kígyó „mászhat” is – ilyenkor bordái előre-hátra szabadon mozoghatnak. Harmadszor, ott van a harmonikamozgás - a kígyó a teste első részét megemeli, és amennyire csak lehetséges, előre nyújtja magát. Miután elért valamit, amire támaszkodhat, a kígyó a hátsórészét is előre húzza. Ez az alternatíva, amikor előre kinyúlik és összehúzódik, lehetővé teszi a kígyónak az egy irányba való folyamatos mozgást.

Ebben a leckében a kígyó hullámmozgását fogjuk utánozni három szervomotor segítségével.

A test hullámzása: Íves csúszka

A hullámzó mozgást két mozdulattal állíthatjuk be: balra és jobbra kanyarodva. Balra kanyarodás: csúsztasd balra az íves csúszkát. Jobbra kanyarodás: csúsztasd jobbra az íves csúszkát.

Állítsd be a jobbra kanyarodás szögét. Állítsd be a balra kanyarodás szögét.

A test feltekeredése

Tudod, mit jelent, amikor egy kígyó feltekeri a testét? Amikor egy kígyó támadni készül, feltekeredik, hogy lecsapjon.

Három szervomotor szimulál egy összetekeredett kígyót. Tekeredés: Állítsd be az íves csúszkákat mindhárom szervomotornál. Annak érdekében, hogy a kígyó teste feltekeredjen, egy irányba kell forgatni a három szervomotort.

Próbáld meg irányítani a szervomotorokat, hogy a robotkígyó elvégezze a bal és a jobb kanyarodást és a tekeredést. Írd be a három szervomotor megfelelő szögét az alábbi táblázatba.

01-es szervomotor (fok) 02-es szervomotor (fok) 03-as szervomotor (fok)

Balra kanyarodás Jobbra kanyarodás Tekeredés

A kanyarodás és tekeredés mozgásának programozása után kattints az „Action Edit” menüpontra, és hagyd, hogy a kígyórobot tekeredjen. Megjegyzés: a programozás során a három szervomotort integráltan együtt kell használni.

Megfigyelés és következtetés

Változtassuk meg a súrlódó felület érdességét.

Ebben a leckében megvizsgálunk egy olyan tényezőt a kígyórobotjainkkal, amely befolyásolja a súrlódás mértékét: a felület érdességét. Előkészítő munka: Használj átlátszó ragasztószalagot a papír és a szövet rögzítéséhez az asztalon. Használj törölhető tollat a keretek rajzolásához; a keret ugyanolyan méretű legyen, mint az asztalon lévő papír.

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

83 Figyeld meg, hogy a kanyarodások száma és az egyes kanyarodások időtartama attól függ, hogy a kígyó az asztalon, a papíron vagy a szöveten mozog. Írd meg a szükséges három programrészt, és hajtsd végre azokat a kísérletben a különböző felületek esetében. A program minden végrehajtását kanyarodásonként rögzítsd. (Háromnál több mozdulatot is tervezhetsz, de minimálisan szükséges három mozdulatfázis.)

Első fázis Második fázis Harmadik fázis

A robotkígyó akkor is ugyanolyan módon kanyarodik, amikor nincs előtte cél, mint amikor az egyik helyről a másikra csúszik. Helyezd a robotkígyót a kiválasztott felület egyik végére. Mérd meg a kígyó kanyarodásának és kanyarodási idejének számát, amíg eléri a felület másik végét. Jegyezd fel ezeket a számokat az alábbi táblázatba. Tipp: Amikor a robotkígyó kanyarodik, akkor szabályok nélkül teszi azt. Alkossunk szabályt, hogy milyen módon fogjuk rögzíteni a kanyarodások számát és a kanyarodási időt. 1. javaslat: Amikor a robotkígyó feje megérinti a célvonalat, akkor hagyjuk abba a számlálást és az időmérést. 2. javaslat: Amikor a robotkígyó farka keresztezi a célvonalat, akkor hagyjuk abba a számlálást és az időmérést.

1. kísérlet: asztal 3. kísérlet: szövet

2. kísérlet: papír

Súrlódó felület

kanyarok száma mért idő (s)

asztal (sima) papír (félig sima) szövet (durva)

Rövid összefoglaló:A megfigyelés alapján megállapíthatjuk, hogy ________ a súrlódási felület, ________ a kanyarok száma és ________ kanyarodások ideje. Vagyis ______ a súrlódási erő, ______ a kanyarok száma.

További lehetőség

Gondolkodás és megbeszélés

A kígyó nagyon gyakori hüllő. Milyen más hüllőkről hallottál már a kígyókon kívül?

Jegyezd meg!

A tárgyak érintkezési felületének egyenetlensége (a súrlódó felület érdessége) befolyásolja a súrlódás mértékét; minél simább a súrlódó felület, annál kisebb a súrlódás.