Машиностроение и робототехника

Предисловие

Дорогой друг!

В практикуме ты найдешь много интересных идей, сможешь погрузиться в увлекательный мир LEGO® Education WeDo. Познакомишься и с простыми механизмами и сложными, с некоторыми характеристиками машины, и сможешь осознать сложность их реализации, а также увидишь, как они используются в машиностроении и робототехнике.

Практикум позволит решить некоторые вопросы механики (передача крутящего момента в различных плоскостях и под различным углом, преобразование крутящего момента в линейное движение), робототехники (создание шагающего робота на четырёх ногах, на двух ногах с опорой, на двух ногах). Знакомясь с характеристиками автомобиля, ты осознаешь общую картину многогранности машины. Реализуя шагающего робота, познакомишься с основными методами его сборки, посредством использования различных механизмов (одного или сразу нескольких).

В практикуме ты будешь конструировать с помощью LEGO® Education WeDo, моделировать в программе LEGO® Digital Designer 4.3, проводить исследования в программе «Живая геометрия».

Практикум состоит из теоретической и практической части. В каждой из них ты найдёшь интересные вопросы, на которые нужно ответить.

Рассмотри условные обозначения, которые использует автор:

– дополнительный материал, который нужно найти.

– выполнить проект или провести исследование.

Выполняя задания практикума, ты сможешь не только исследовать различные области наук, но и реализовать проектную деятельность.

В книге ты также найдешь много полезных идей для сборки собственных моделей.

Удачи при сборке!

Глава 1. Знакомство с простыми механизмами. Основные теоретические сведения о моделировании

§1. Механика от античности до наших дней

Началом расцвета механики как науки можно считать XVII век – век бурного развития математического естествознания. Именно тогда сформировались основные законы классической механики. Однако зарождение механических знаний относится к глубокой древности, а термин «механика» применялся в античном мире. Правда, ему в течение долгого времени, по крайней мере, до середины XVII в., придавали иной смысл. Происходит он от древнегреческого слова mechane, которым называли все искусно придуманное, понимая при этом механическое искусство. Это относилось как к различным машинам и механизмам, так и вообще к «хитроумным» изобретениям. Слово mechane употреблялось и в более узком смысле. Первоначально оно обозначало название подъемных машин, в частности машин, с помощью которых в греческих театрах поднимали и опускали актеров, и вообще механизмов, позволяющих посредством силы поднимать значительные тяжести на достаточно большую высоту.

Механизмы в театре

Позже этим словом стали называть различные метательные машины, применявшиеся в античной технике.

Онагр

В настоящее время теория машин и механизмов является одним из разделов механики, а название «механика» распространено на науку о всех видах механического движения. [4]

Подготовьте реферат или презентацию по одной из тем.

– Водяная мельница – первая машина в мировой истории.

– «Механические проблемы», приписанные Аристотелю.

– Использование простейших механизмов для создания военных машин.

– Архимедов винт.

– Филон Византийский «Свод механики».

– Ктесибий поршневой насос.

– Герон Александрийский и его работы.

– Марка Витрувия, архитектор эпохи Августа.

– «Математическое собрание» Паппы Александрийского.

– Механик эпохи эллинизма Клавдий Птолемей.

– «Книге знаний» Ибн-Сина.

– «Ключи наук» Абу Абдаллаха ал-Хорезми.

– «Книга о механике» – трех братьям Бану Муса.

– Трактаты Иордана «О тяжестях», «Элементы доказательств, относящихся к тяжестям».

– Буридан переменная «сила импетуса».

– Труд Николо Тартальей «новая наука».

– Гвидо Убальди дель Монтет «Книга о механике» и «Замечания по поводу трактата Архимеда «О равновесии плоских фигур».

– Творчество Бенедетти как существенная веха на пути к созданию классической механики.

– Влияние гелиоцентрической системы Н. Коперника на развитие механики.

– «Механика» Эйлера.

– «Аналитическая механика» Лагранжа.

– Трактат о простых машинах Декарта.

– «Беседа» с Галилеем.

– «Начала» Ньютона.

– Механика Лейбница.

– Труды Эйлера по механике.

§2. Простейшие механизмы

Что такое простые механизмы? Каждый день мы используем простые механизмы – когда открываем дверь, поворачиваем кран, открываем консервную банку или едем на велосипеде. Простые механизмы облегчают нашу жизнь. Сила (толкающая или тянущая) – это то, что заставляет двигаться груз или, например, ваше тело. В простых механизмах работа выполняется одним элементом, и в них очень мало или совсем нет движущихся деталей. Примером простого механизма может служить рычаг. Рычаг, например лом, можно использовать для перемещения тяжелого груза, с помощью лома перемещать груз гораздо легче, чем без него. Сила, которую нужно приложить к лому, чтобы сдвинуть груз с места, меньше силы, которую для того же действия вам пришлось бы приложить к самому грузу. Таким образом, механизмы облегчают работу человека. [5]

Ещё в первом веке до нашей эры Герон Александрийский впервые исследовал 5 типов простых механизмов: рычаг, блок, ворот, клин и винт.

Для подъема и горизонтального передвижения тяжестей греки и римляне применяли ворот. В строительном деле употреблялись блоки и системы блоков – полиспасты. Вращательные движения преобразовывали с помощью систем зубчатых колес. Более сложные механические орудия (водяное колесо, червячная передача, винт, насос, и т. д.) применялись сравнительно редко – рабский труд препятствовал распространению механических приспособлений.

Для подробного изучения этих механизмов рекомендую ознакомиться с комплектом заданий к набору 9689 «Простые механизмы» (Компания LEGO® Education).