машина голдберга что это
Машина Голдберга в реальной жизни. Сложный ли алгоритм действия для сложного механизма?
Внимание! Данная статья относится к механической/электрической машине Голдберга и алгоритмам её работы.
Я начал писать эту статью в виде заметок чтобы как-то упорядочить процесс продолжительного, но прерывистого, “мозгового штурма” и потому статья будет в некотором роде последовательным изложением идей и улучшений, которые были придуманы по ходу выстраивания алгоритма. К тому же, это лишь первая, можно сказать “теоретическая”, часть общего цикла разработки самой машины Голдберга (устройства, которое выполняет простое действие нетривиальным способом), а потому будет продолжена последующими статьями.
Надеюсь, статья окажется интересной и, возможно, полезной для каждого. Начнём.
Вступление
Начать я хотел бы коротким описанием того, как появилась сама идея и зачем вообще нужна именно машина Голдберга, а, собственно, и алгоритм её действия. Это лишь лирическое отступление, а потому может быть пропущено с последующим переходом сразу к разделу “Начало разработки”.
Зимним ноябрьским днём на физическом факультете КНУ им. Тараса Шевченко мы с другом решили “почему бы нам не сделать что-то полезное самим? Мы же физики, для нас не проблема придумать что-то невероятно крутое и сделать это. Всего два дня и готово”. Остаток той пары теории групп был потрачен на попытку придумать, что же мы будем делать.
“Цитируя великих”, можно сказать: “Отсюда, очевидно, следует…”, что не так всё просто даже с определением, чего же мы хотим сделать. В конце концов ответ был найден. Мы хотим включить свет. Но не просто включить его, а включить лишь когда станет темнеть. Вроде простая задача – тут и думать не надо. Достаточно загуглить двухстраничный How To и готово. Но ведь это не интересно нам. Мы хотим включать свет механически. То бишь, нам нужна рука для МКС, как у Говарда Воловица.
Постепенно задача расширялась и изменялась, неспешно переходя в “314 способов включить свет”. Варианты, которые мы рассматривали были постепенно откинуты в связи со сложностью выполнения и просто с невозможность договорённости между собой.
Неожиданно вспомнив своё детство, проведённое за различными играми-вариациями “The Incredible Machine”, я решил, что будет здорово сделать именно так. Сделать эффектный механизм, а не только полезный и сложный. Посему, добро пожаловать в мир машин Голдберга!
P.S.: Далее по тексту я буду называть наше творение роботом, а не машиной Голдберга для экономии ресурса клавиши Shift.
Машина Голдберга и возможности реализации
Машина Голдберга – устройство, которое сложным и совершенно нетривиальным методом выполняет простое действие. Подробнее про такие механизмы можно прочитать в Википедии, а потому я не буду останавливать внимание на исторической справке.
Такие машины можно условно поделить на два основных класса: одноразовые и постоянные. В первом случае, как следует из названия действие возможно выполнить лишь один раз, а дальнейшая работа механизма требует вмешательства извне. Во втором же случае возможен лишь механический износ, что влияет на выполнение действия несущественно и только в перспективе. Последний вариант, очевидно, существенно полезнее в жизни, особенно при достаточно регулярном выполнении цикла работы, а поскольку темнеет за окном и в комнате каждый день, то было бы совсем неплохо не “заводить” выключатель так часто.
Задача про освещённость
Предположим, источник освещает замкнутое пространство формы параллелепипеда размером с небольшую лабораторию через отверстие в одной из граней, замаскированное под окно. Определите зависимость средней освещённости от времени, если учесть, что время циклично освещённость.
Для решения подобной задачи построим некоторый алгоритм А.
Рис. 1. Простой алгоритм определения освещённости
Таким образом нам необходимо всего 2 шага для перехода к дальнейшим действиям:
1. Получить информацию
2. Проверить её
Но, если всё так просто, зачем вообще морочить себе голову? Потому алгоритм легко можно усложнить. Для начала воспользуемся исключительно полезным усложнением. К примеру, увеличением точности (алгоритм Б).
Рис. 2. Усложнённый алгоритм определения освещённости
1. Получение информации
2. Проверка
3. Запрос дополнительных данных, если 2 выполнен
4. Получение дополнительных данных
5. Проверка дополнительных данных
6. Продолжение работы
Благодаря усложнению алгоритма и получению дополнительных данных мы можем увеличить точность. К примеру, раз мы включаем свет, то освещённость увеличится, значит свет надо выключить? Боюсь, мы так зациклимся, а прохожие будут в недоумении, что за азбука Морзе доносится из окна.
Теперь осталось лишь придумать, каким образом механически всё усложнить. Что первое приходит в голову, когда мы задумываемся о свете? Не о белом свете, а о том полезном компоненте нашей жизни, который делает жизнь немного приятнее.
Не знаю, как у вас, но у меня в голове сразу же возникает сложнейшая схема из зеркал, линз, фильтров и поляризаторов, соответственно она нам и нужна. Но нет, мы не будем ничего прожигать. Или будем? Этот вопрос пока находится на рассмотрении, т.к. наш робот должен быть достаточно автономным.
Тем не менее, начать нужно с простого, иначе сложное у вас никогда не получится таким, как хочется и будет жить своей жизнью. Итак, 3 примера реализации простого алгоритма определения освещённости.
Рис. 3. Схемы разных реализаций простого алгоритма
I. Электричество и фотоэлемент
Одна из простейших реализаций. Берём, к примеру, фоторезистор (диод, транзистор и т.д.) у которого меняются электрические характеристики в зависимости от освещённости и подключаем к электрической цепи. В результате изменения освещённости изменится падение напряжения на таком резисторе.
II. Весы, давление, линза и вода (невыполнимый алгоритм)
Уже менее тривиальная реализация, к тому же требующая большой точности. Небольшое количество воды наливается в ёмкость на точных весах. Собирающая линза ставится так, чтобы поверхность воды была в фокусе. При достаточном световом потоке, вода станет испарятся чуть быстрее, чем в отсутствии оного что и должны измерить весы. К сожалению, это всё хорошо в теории, но на практике не выполнимо. Кроме того, запасы воды нужно будет регулярно пополнять с помощью дополнительного механизма либо вручную.
III. Линза, нитка, груз и таймер (трудно повторяемый)
Схема существенно результативнее предыдущей. При увеличении светового потока, нитка, находящаяся в фокусе линзы будет пережигаться быстрее, что и будет зафиксировано таймером. К сожалению, данный алгоритм требует дополнительный механизм, который выполнял бы полезную работу – поднимал груз и натягивал новую нитку (много и ещё больше раз в день).
Понятное дело, что подобных алгоритмов можно придумать уйму, однако точность каждого следующего вряд ли будет увеличиваться, что нам совершенно не нужно. Наша задача теперь усложнить самый точный из алгоритмов с системой проверки так, чтобы механизм стал немного ближе к “идеально сложному” роботу. Для себя я лично выбрал алгоритм I. Тем не менее, я не утверждаю, что он лучший из всех возможных. Перейдём к модификациям.
Наш усложнённый алгоритм подразумевает использование проверки полученного результата. А поскольку мы разрабатываем машину Голдберга, проверять идентичным способом, которым выполняется обычный сбор информации – не логично и не интересно. Попробуем несколько механических модификаций.
I.1. Рельсы и перемещение датчика
Ремарка. Для упрощения схемы перемещения будем считать, что в одну сторону перемещения всегда происходят под действием гравитации, а в обратную с помощью внешней силы (поезда, кто же в детстве не мечтал о железной дороге?).
После каждой успешной проверки будем перемещать датчик в другую точку и проверять освещённость там. Естественно, после выполнения, датчик необходимо возвращать в исходное положение.
I.2. Рельсы и стеклянный шар
Второй вариант использования рельс. После первой проверки в сторону датчика скатывается стеклянный шарик, изменяя этим освещённость датчика благодаря рассеиванию либо фокусировке света (в зависимости от взаимного положения датчика и шарика)
I.3. Поляризационный или частотный фильтр (цветной светофильтр)
Закрывая датчик фильтром можно определить источник света (солнечный рассеянный или свет от уже включённой лампы). Требует должного знания спектральных или поляризационных характеристик источника освещения (лампы). Закрывать датчик фильтром можно разными методами. К примеру, поворотом фильтра вокруг некоторой оси, перпендикулярной ему, либо опусканием фильтра ближе к сенсору.
“Где же здесь сложный механизм?” – спросите вы. На этом вопрос я могу легко ответить. Наш алгоритм не ограничивает схему физически или философски, то есть никак не ограничивает. Соответственно, что мешает нам учесть, что каждый элемент на блок-схеме – это целая отдельная схема?
Потому перейдём к следующей задаче.
Задача про механическую кнопку, которая убегает
Предположим, дана кнопка, которая постоянно перемещается в одномерном пространстве (перемещается вдоль произвольной, в общем случае, заданной линии). Как на неё нажать?
Зачем нам это нужно? Что бы было эффектнее. Что если кнопка включения света не стоит на месте? К примеру, она может перемещаться по круговой траектории. Рассмотрим схему с использованием специального рычага для нажимания на кнопку.
Рис. 4. Схема работы рычага
Рис. 5. Схема с перемещением кнопки вокруг рычага
Или же мы можем использовать не одну, а несколько кнопок. Тогда нам надо нажать на нужную. Вариант от обратного – рычаг перемещается, и мы должны успеть нажать на нужную кнопку в нужный момент.
Рис. 6. Схемы с перемещающимися кнопками и с перемещающимся рычагом
Однако, последние варианты можно использовать и для простой реализации разных функций механизма.
Алгоритм, выполняемый в простом случае, идентичный простому алгоритму для определения освещённости. В усложнённом же случае:
Рис. 7. Усложнённый алгоритм выполнения механического задания
Можно заметить, что усложнить алгоритм в данном случае для таких себе “мышц” робота не получится. Мы лишь можем увеличить количество шагов.
Нужно ли нам разветвление в алгоритме? Будет ли это полезно для реализации машины Голдберга? Если бы я сам только знал. Однако, механическая реализация существенно ограничивает количество возможных разветвлений алгоритмов, одновременно внося такую эффектность в выполнение сего алгоритма.
Вывод
Очевидно, что для реализации механической машины Голдберга нет необходимости в сложном алгоритме. Тем не менее это никак не влияет на само исполнение. Таким образом, машина Голдберга – идеальный представитель линейной, а соответственно и простейшей алгоритмической логики.
Машина Голдберга
Машина Голдберга, машина Руба Голдберга, машина Робинсона-Голдберга, Машина Робинсона или заумная машина — это устройство, которое выполняет очень простое действие чрезвычайно сложным образом — как правило, посредством длинной последовательности взаимодействий по «принципу домино».
Содержание
История
В течение всего XX века в различных странах карикатуристы использовали образ очень сложных машин, выполняющих неожиданно простые действия для создания комического эффекта. Как правило, такие механизмы получают в этих странах названия, связанные с изображающим эти механизмы художником.
В Индии юморист и детский писатель Сукумар Рай в своём стихотворении «Странное и случайное» показывает персонажа Дядю, который создаёт абсурдно сложный механизм. В разговорном бенгальском «Дядино изобретение» стало обозначать сложный и бесполезный предмет.
В Испании механизмы, похожие на машины Голдберга, называют «Изобретение TBO» (исп. Inventos del TBO ) или сокращённое «tebeo», названные так из-за журнала комиксов «TBO», где показывались «великие изобретения профессора Франца из Копенгагена».
В Норвегии карикатурист Челль Аукруст создал мультипликационного персонажа Реодора Фелгена, постоянно создающего из различных подручных средств сложную технику, которая невероятным образом работает.
В Турции такие устройства известны как Zihni Sınır Proceleri, от имени их изобретателя, вымышленного профессора Zihni Sınır (Раздражительный ум), созданного Ирфаном Саяром в 1977 году для журнала комиксов Gırgır. Карикатурист позже открыл студию, продающую работающие реализации таких механизмов.
В Японии есть близкое понятие — тиндогу, но оно включает все малополезные изобретения, вне зависимости от сложности.
Профессиональные художники
Американский скульптор Тим Хоукинсон создал несколько инсталляций, использующих принцип домино.
Фишли и Вайс — дуэт швейцарских художников, известных прежде всего короткометражным фильмом «Ход вещей», в котором показана сложная машина, состоящая из повседневных вещей.
Конкурсы
Существует несколько регулярных конкурсов по постройке машин Голдберга.
На телевидении
В короткометражном телефильме «Крюк и Лестница» (1932) из серии «Пострелята» показано несколько подобных механизмов.
Один из эпизодов научно-фантастического телесериала «Секретные материалы» («Вариант Голдберга») повествует о человеке, необыкновенное везение которого складывается из замысловатых последовательностей событий.
В кино
В короткометражном мультфильме «Designs on Jerry» из серии «Том и Джерри» кот Том создаёт проект сложного механизма для поимки мышонка Джерри, но тот меняет одну цифру в чертеже, в результате чего после запуска построенной машины достаётся коту.
Компьютерные игры
Презентация исследовательской работы «Машина Голдберга»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Машина Голдберга Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных дисциплин №9» Автор работы: ученик 3б класса Зыбин Давид, Научный руководитель: Богданова Виктория Ивановна, учитель начальных классов Исследовательский проект
Актуальность исследования заключается в том, что конструирование машины позволяет познакомиться с понятиями механики и законами физики, а само умение конструировать формирует развитие инженерного мышления и первые шаги к будущей профессии. Актуальность:
Цель: Разработать и сконструировать машину Руба Голдберга для демонстрации цепной реакции по принципу «домино»
Задачи: Изучить учебную литературу и интернет- источники по теме. Изучить основные понятия: машина Голдберга, цепная реакция, механическая энергия и т.д. Построить машину Голдберга. Опытным путем продемонстрировать цепную реакцию.
Рубен Люциус Голдберг (Руб Голдберг) (1883–1970) американский художник-карикатурист.
Машина Голдберга – это цепная реакция взаимодействия самых обычных предметов, которые используются нестандартным способом.
Цепная реакция по «принципу домино» – это цепная реакция, где изменение одного элемента в цепи вызывает аналогичные изменения соседнего и последующих в линейной последовательности.
Классификация: Одноразовые Постоянные
Области применения Профессиональные художники Конкурсы На телевидении В кино Видеоклипы Компьютерные игры Настольные игры
игры живопись Соревнования кино
Машина Голдберга «Включи свет» Схема
Лист ДСП Деревянные бруски Спиннер Шарики Пластиковые желоба Воронка Конструктор знаток Материалы
Схема «Включение лампочки путем замыкания электрической цепи» на конструкторе знаток
Машина Голдберга «Включи свет»
Вывод Машина Голдберга была создана для того, чтобы наглядно продемонстрировать, что людям свойственно усложнять даже самые простые вещи. Конструкция работает по «принципу домино», поэтому все действия взаимосвязаны. Чем богаче фантазия у изобретателя – тем интереснее наблюдать.
Спасибо за внимание!
Курс повышения квалификации
Охрана труда
Курс профессиональной переподготовки
Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе
Курс профессиональной переподготовки
Охрана труда
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №9»
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
Машина Руба Голдберга
Автор работы:
Зыбин Давид Эдуардович,
ученик 3 б класса МАОУ СОШ №9
Научный руководитель:
Богданова Виктория Ивановна,
учитель начальных классов
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Машина Руби Голдберга — это некое устройство, которое выполняет очень простое действие чрезвычайно сложным образом — как правило, посредством длинной цепочки последовательных взаимодействий. Обычно оно состоит из различных механизмов, выстроенных таким образом, что предыдущий механизм, завершая свою работу, запускает работу следующего. Машины Голдберга бывают разной сложности, самого разнообразного качества исполнения и разных, в том числе невероятных, масштабов [1].
Я люблю играть в компьютерные игры, чтобы совместить приятное с полезным мама предложила поиграть в логическую игру «Заработало». Принцип игры основан на создании машин Голдберга. Для прохождения игры, необходимо сделать механизм, чтобы при ограниченном количестве подручных средств он заработал. И мне стало интересно, что такое машина Голдберга, где она применяется и можно ли ее собрать в действительности.
Актуальность данной работы заключается в том, что конструирование машины позволяет закреплять изучаемые в школе понятия и законы физики, а само умение конструировать важно любому инженеру — это первый шаг на пути к будущей профессии.
Цель данной работы заключалась в создании машины Голдберга для демонстрации цепной реакции по принципу «домино».
Для поставленной цели необходимо решить следующие задаси:
История
В течение всего XX века в различных странах карикатуристы использовали образ очень сложных машин, выполняющих неожиданно простые действия для создания комического эффекта. Как правило, такие механизмы получают в этих странах названия, связанные с изображающим эти механизмы художником.
В 1915 году нью-йоркский художник РубГолдберг, имеющий инженерное образование, создаёт для газет карикатуры с изображением механизмов, выполняющих очень простые действия, чрезвычайно запутанным, сложным и зачастую комическим образом. В числе этих работ выделяется цикл изобретений безумного профессора Люцифера Горгонзолы.
Эти работы становятся популярными, и уже в 1931 году «RubeGoldberg» включено в словарь Уэбстера как прилагательное, означающее достижение чего-то простого сложными средствами.
Чуть раньше английский художник Уильям Хит Робинсон (англ.) публикует в газетах карикатуры сумасшедших изобретений, которые сложным и запутанным образом производят до смешного простые результаты, пародируя разнообразные бессмысленные изобретения времён Первой мировой войны. Он получил известность, иллюстрируя книги Нормана Хантера о профессоре Брейнстоме — эксцентричном и забывчивом изобретателе сложных механизмов. В Великобритании такие сложные механизмы известны как «машины Робинсона».
В это же время датский художник Роберт СтормПетерсен, известный под псевдонимом Storm P, создаёт рисунки с подобными сложными машинами. Поэтому в Дании такие механизмы называют «машинами СтормаП».
В Индии юморист и детский писатель Сукумар Рай в своём стихотворении «Странное и случайное» показывает персонажа Дядю, который создаёт абсурдно сложный механизм. В разговорном бенгальском «Дядино изобретение» стало обозначать сложный и бесполезный предмет.
В Испании механизмы, похожие на машины Голдберга, называют «Изобретение TBO» (исп. Inventosdel TBO) или сокращённое «tebeo», названные так из-за журнала комиксов «TBO», где показывались «великие изобретения профессора Франца из Копенгагена».
В Норвегии карикатурист ЧелльАукруст создал мультипликационного персонажа РеодораФелгена, постоянно создающего из различных подручных средств сложную технику, которая невероятным образом работает.
В Турции такие устройства известны как ZihniSınırProceleri, от имени их изобретателя, вымышленного профессора ZihniSınır (Раздражительный ум), созданного ИрфаномСаяром в 1977 году для журнала комиксов Gırgır. Карикатурист позже открыл студию, продающую работающие реализации таких механизмов.
В советском детском журнале «Мурзилка» карикатуры с машинами Голдберга долгие годы рисовал художник Александр Семёнов.
В Японии есть близкое понятие — тиндогу, но оно включает все малополезные изобретения, вне зависимости от сложности.
РубГолдберг родился 4июля 1883 годав Калифорнии, США. Его отец, Макс, был полицейским и пожарным комиссаром в Сан-Франциско, а мать, Ханна, происходила из немецких еврейских иммигрантов. Сам Руб интересовался искусством с самого раннего возраста, и к 8 годам эта любовь переросла в страсть. С 11 лет юный Голдберг стал посещать занятия по рисованию. Это не помешало ему окончить среднюю школу, а затем и Калифорнийский университет в Беркли со степенью в области инженерии.
Рис. 1 Рубен Люциус Голдберг
Области применения
Машины Руба Голдберга, а в частности цепную реакцию по принципу «домино» используют в различных сферах человеческой деятельности. Например:
Американский скульптор Тим Хоукинсон создал несколько инсталляций, использующих принцип домино.
Существует несколько регулярных конкурсов по постройке машин Голдберга.В 1949 году в университете Пердью (Индиана, США) возникла традиция соревнований по постройке машин Голдберга между студенческим братством инженеров Треугольника и отделением Пи технического братства Тета Тау. Они проходили ежегодно до 1956, когда временно прекратились. В 1983 году конкурс был возрождён отделением Пи, но уже для всех студентов Пердью. С 1988 года конкурс стал национальным и проходит в Пердью каждый март при участии победителей местных конкурсов, организуемых при поддержке Тета Тау.В2009 году отделение Эпсилон того же братства создало аналогичный ежегодный конкурс в университете Калифорнии, Беркли.Входе соревнования различные команды состязаются в выполнении определённого задания, например, налить сок в стакан или заменить лампочку.
С 1998 года кинетический скульптор Артур Гансон является ведущим ежегодного конкурса «Пятница после Дня благодарения», спонсируемого Музеем массачусетского технологического института в Кембридже, штат Массачусетс.
В заставке японского телешоу для детей «Переключатель Пифагора» показана машина Голдберга, которая составляет название передачи. Заставка много раз меняется, представляя новые машины Голдберга.
В 10-м спецвыпуске телепередачи «Разрушители легенд» ведущие создали заумную машину из «Кока-колы», «Ментоса», шара для боулинга, игрушек, жареной индейки и «хлама в мастерской» длиной в 30 метров с 60 движущимися частями. Позже главные ведущие — Джейми Хайнеман и Адам Сэвидж создали телешоу «Цепная реакция» (англ. UnchainedReaction), в которой две команды энтузиастов соревнуются в создании машин Голдберга на определённую тему из предоставленных материалов, а ведущие— Хайнеман и Сэвидж, оценивают их, исходя из изобретательности, соблюдения темы и эстетичности.
В 2003 году был выпущен рекламный ролик «Cog» (сангл. — «Винтик»), рекламирующий автомобиль «HondaAccord», в котором машина Голдберга была создана из деталей автомобиля. Фишли и Вайс грозили компании Honda обвинением в плагиате, но в итоге не стали подавать в суд. Тем не менее, ролик получил многочисленные награды, положительные отзывы критиков и популярность у зрителей.
Один из эпизодов научно-фантастического телесериала «Секретные материалы» («Вариант Голдберга») повествует о человеке, необыкновенное везение которого складывается из замысловатых последовательностей событий.
Машина Голдберга используется в заставке сериала «Элементарно».
В короткометражном мультфильме «DesignsonJerry» из серии «Том и Джерри» кот Том создаёт проект сложного механизма для поимки мышонка Джерри, но тот меняет одну цифру в чертеже, в результате чего после запуска построенной машины достаётся коту.Вкороткометражном мультфильме «ShutterBuggedCat» (который является компиляцией нескольких прошлых, включая DesignsonJerry) Том анализирует свои ошибки в прошлых попытках поймать мышонка и строит такую же ловушку и опять Джерри меняет одну цифру и сейф падает на Тома.Вкинофильме «Назад в будущее» один из главных героев доктор Эмметт Браун создаёт машину Голдберга для кормления собаки, а в «Назад в будущее 3»— похожую машину для производства льда.
В фильме «Большое приключение Пи-Ви» главный герой использует сложную машину для приготовления завтрака. «Машина для завтрака» Пи-Ви была спародирована в мультсериале «Гриффины» в эпизоде «8 SimpleRulesforBuyingMyTeenageDaughter».
В «Эдвард Руки-ножницы» показано одно из воспоминаний главного героя, в котором в замке его создателя стоит сложная машина для приготовления пищи.
В фильме «Не оставляющий следа» маньяк убивает людей с помощью хитроумных машин, скорость убийств зависела от количества посещений его интернет-сайта.
Американская рок-группа из Чикаго OK Go в одном из видеоклипов на песню «ThisTooShallPass» использует машину Голдберга в качестве основной идеи. Она включает в себя металлические шарики, лампы, зонтики, пианино, конторку, тележку из супермаркета, самих участников группы и многое другое.
Американская рок-группа из Нью-Йорка TheBravery в видеоклипе на песню «AnHonestMistake» использует машину Голдберга на протяжении всего клипа.
В компьютерных играх «TheIncredibleMachine», «CrazyMachines», «FantasticContraption» игроку необходимо создавать машины Голдберга из доступных предметов для выполнения поставленных задач.
В играх «ArmadilloRun», «WorldofGoo», «CrayonPhysicsDeluxe» игровой процесс похож на создание механизмов Голдберга.
Существует игра для Android, под названием Rubeworks. Геймплейпредставляет из себя создание машин Голдберга из данного набора предметов. Машины повторяют по схемам работы Руба, а после прохождения уровня показывается оригинальный рисунок — изображение этой машины.
В игре «AmazingAlex», созданной для операционных систем Android и iOS, необходимо из повседневных предметов собирать «механизмы», детали которых не всегда связаны между собой физически (чаще — физическими законами). Что в некоторой степени тоже можно назвать созданием просто занимательных машин.
Garry’sMod— модификация Half-Life 2, позволяющая игроку манипулировать объектами и экспериментировать с физикой. С её помощью многие энтузиасты создают виртуальные машины Голдберга. Её же используют для тренировок и экспериментов участники соревнований в университете Пердью.
В 60-х годах XX века в продаже появилась настольная игра «Мышеловка», в которой цель игроков — загнать «мышей» соперника в «мышеловку», построив машину Голдберга. Существуют различные варианты игры включая трёхмерные варианты.
Конструирование машины Руба Голдберга
При этом машинаГолдберга со всех точек зрения является типичной технической системой, сохраняющей все признаки технического средства. В частности, любая действующая машина должна подчиняться закону полноты частей системы (рис. 2):
рис. 2 Схематическая система управления
Машина Голдберга — конструкция из обычных материалов, которые используются нестандартным способом. Их выстраивают и соединяют определенным образом, чтобы с помощью цепочки разнообразных действий, построенных по принципу домино, выполнить простую задачу.
Рассмотрим основные понятия, связанные с построением и применением машины Голдберга.
Механическая энергия — это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.
Наиболее часто встречающаяся нам в повседневной жизни – механическая энергия. Это энергия непосредственного взаимодействия и движения физических тел и их частей. В рамках Механики (раздела физики), механическую энергию подразделяют на потенциальную (для покоящихся тел) и кинетическую (для движущихся тел).
Цепная реакция по «принципу домино» – это цепная реакция, где изменение одного элемента в цепи вызывает аналогичные изменения соседнего и последующих в линейной последовательности.
Принцип домино означает, что небольшое изменение первого элемента цепи вызывает аналогичные изменения соседних элементов, которые затем вызывают подобные изменения следующих, и так далее в линейной последовательности.
Этот термин чаще всего используется в качестве описания механического воздействия, но иногда применяется в качестве аналогии с падением костяшек домино. Как правило, говорят о связанной последовательности событий, когда время между ними является относительно небольшим.
Машины Голдбергаможно условно поделить на два основных класса: одноразовые и постоянные. В первом случае, как следует из названия действие возможно выполнить лишь один раз, а дальнейшая работа механизма требует вмешательства извне. Во втором же случае возможен лишь механический износ, что влияет на выполнение действия несущественно и только в перспективе. Последний вариант, очевидно, существенно полезнее в жизни, особенно при достаточно регулярном выполнении цикла работы, а поскольку темнеет за окном и в комнате каждый день, то было бы совсем неплохо не «заводить» выключатель так часто.
Построим машину Голдберга «Включи свет». Для этого нам потребуется: лист ДСП, деревянные бруски, спиннер, шарики, пластиковые желоба, воронка и конструктор знаток. Схема машины приведена на рисунке 2.
рис. 2 Схема машины Голдберга «Включи свет»
Машина выполнена на листе фанеры размером 0,8х0,7 метра, закреплённом на рамке из деревянных брусков. Мы поставили простую задачу — включить сет. Для выполнения этой задачи наша машина за 25 секунд совершает более 15 последовательных механических действий со стальными шариками. В результате этих действий происходят превращения потенциальной энергии шариков в кинетическую и обратно.
В работе машины задействовано 3 стальныхшарика диаметром 1,4 сантиметраи 1 шарик диаметром 1сантиметр, 1 колесо диаметром 5 сантиметров, 8 наклонных плоскостей, 1 спиннер, 1 рычаг,различные упоры и собранная схема «Включение лампочки путем замыкания электрической цепи» на конструкторе «Знаток». До запуска машины Голдбергастальные шарики и все её элементы расставляются на своё место. Запускается машина спуском шарика с верхней наклонной плоскости на вторую, где он ударяется о рычаг и прокатывается по следующей наклонной плоскости, ударяется о спиннер, который толкает маленький шарик. Шарик маленький попадает в лунку образуя мост и по нему прокатывается шарик, попадая во вторую лунку, также образуя мост.Рычаг выталкивает из отсека шарик и он скатывается по поверхности ударяя по рычагу и снова из отсека выталкивается еще один шарик. Оба шарика прокатываются по наклонным плоскостям толкая колесо и проваливаются в отверстие в предпоследней и последней наклонной плоскости попадая в воронку, расположенную на кнопке «Включения света» происходит замыкания цепи и включается свет. Наша машина Голлдберга «Включи сет» готова.
Заключение
Создание машины Голдберга способствует развитию у учащихся мотивированного предметного интереса к фундаментальным и прикладным научным исследованиям, программированию, раскрытие их творческого потенциала. Возможность творчески подойти к созданию авторских конструкций, макетов и действующих моделей открывает перед детьми перспективу реализации собственных идей, развивает навыки проектной композиции, моделирования и конструирования. С точки зрения науки создание таких машин позволяет детям применить изученные ранее научные принципы на практике, при сборке тех или иных конструкций, а также повышает их уровень понимания научных закономерностей. С точки зрения технологии помогает учащимся понять способы использования энергетических технологий, транспортной логистики, а также информационных технологий, учит школьников применять те или иные технологии на практике. С точки зрения инженерной мысли создание различных моделей машины Голдберга дает детям возможность самостоятельно построить работающий механизм и изыскать решения по обеспечению бесперебойной, стабильной работы конструкции. А математика требует от учащихся умения применять математические формулы, понимания законов пропорции и симметрии, которые помогут им создать стабильные и сбалансированные модели.
Созданная нами модель наглядно демонстрирует основную идею-принцип действия машины Голдберга.
Наглядно показывает превращения механической энергии: потенциальной силы тяготения в кинетическую, кинетической в потенциальную силы тяжести или силы упругости.
Сборка машины своими руками это увлекательное и интересное занятие.
Мы научились конструировать и собирать такой механизм.
Очень многое мы узнали из Internet: откуда взялась идея этой машины, кто ее создавал и создаёт, почерпнули много новых идей, просматривая ролики на youtube, узнали о том, какие машины придумывают ребята во всем мире и как используют энергию солнца, ветра и воды люди в своей жизни.
Несмотря на очевидную конечную бесполезность этих машин, они являются очень хорошим инструментом для изучения физических законов. В них, как правило, применяются совершенно разные механизмы, передающие первоначальную энергию от тела к телу. Конструируя их можно изучать на практике динамику жидкостей и газов, законы механики Ньютона, силы трения скольжения и качения, инерцию, равновесие и т. д. — всё зависит лишь от фантазии изобретателя.
Машины Руба Голдберга обладают ещё и магическим эффектом — для тех, кто видит не процесс их постройки, а конечное «действие», кажется невероятным то, как это создатели всё это придумали и смастерили, учли все тонкости и нюансы. И конечный результат зачастую не так важен — интерес вызывает, скорее, наблюдение за этой цепочкой «событий». Наша машина небесполезна — в будущем станет одним из поучительных экспонатов школьной лаборатории занимательной науки «Умникум».
Машина Голдберга была создана для того, чтобы наглядно продемонстрировать, что людям свойственно усложнять даже самые простые вещи. Конструкция работает по «принципу домино», поэтому все действия взаимосвязаны. Чем богаче фантазия у изобретателя – тем интереснее наблюдать.