书城科普读物探索机器人的世界(海洋与科技探索之旅)
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第2章 奇异的行走——不用轮子行进的小车

我们会见到各式各样的汽车,这些汽车都在道路上平稳地运动。

前面的课程中我们亲手制作了形态不同、结构各异的机械小车。通过观察可以发现,这些小车无一例外地使用了圆形的轮子作为车轮。

如果不是圆形的轮子,小车的轮子会是什么样的?小车还能继续前进吗没有轮子的小车是如何前进的呢?我们来分析一下。无轮的小车利用了杠杆的原理。

一个简单的杠杆由支点、动力臂和阻力臂组成。支点是杠杆中一个可以旋转的点,动力臂是动力和支点之间的最短距离,阻力臂是阻力和支点之间的最短距离。无轮小车的支点、阻力臂,车上杠杆转动的阻力为地面与其之间的摩擦力。

杠杆转动时带动小车向上和向前移动,当转到最高点时,小车在重力作用下开始向下运动,但小车在水平方向上受惯性的作用还会向前运动。

杠杆原理杠杆的平衡条件:动力×动力臂:阻力×阻力臂,即:F1L1=F2L2。

上式的意义:动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。

根据上式,杠杆可分为三类:

(1)动力臂大于阻力臂时,为省力杠杆;(2)动力臂等于阻力臂时,为等臂杠杆;(3)动力臂小于阻力臂时,为费力杠杆,也称速度杠杆。由于力点位于支点与阻力点之间,所以当动力臂小于阻力臂时,所需的作用力就比阻力大。这种杠杆使用时虽然费力,但能使距离产生较大的移动,获得较大的运动速度。

思考1:图1中的杠杆属于哪一类的杠杆?

搭建不用轮子行走的小车活动任务制作不用轮子行走的小车。

活动步骤步骤一:搭建小车(1)在制作机器人前,首先需要明确任务。

掌握简单的物理常识和机械原理;进一步熟悉LEGO积木组件,熟练基本的结构搭建;打破思维定势,制作不用轮子行走的小车。

(2)搭建机器人使用的器材。

利用LEGO机器人套装制作这个机器人,这样搭建时很容易操作。

使用的器材包括:LEGO电池盒,2个马达,导线,乐高各类机械配件(梁、块、片、轴、齿轮等)若干。当然,同学们也可选用RCX。

(3)搭建过程①交流讨论没有圆形轮子的小车还能前进吗?怎样使它前进呢一时想不起来什么好办法吗?和同组伙伴好好交流一下:

完成该任务需要使用套装中的哪些材料根据现有材料,提出完成任务的可能和可行方法:

②动手实践经过努力思考,你们是不是想出了很多解决问题、完成任务的方案呢请列出你们想到的方案:

因为材料和时间都有限,需要从多种方案中选择出适合本组条件的最佳方案。

最后确定的方案:

确定好方案后,快一起实现奇思妙想,动手制作吧步骤二:认真调试,精益求精小车搭建好之后,必须对其进行试验和调试。把你们制作好的小车放在地面上,启动后密切注视它的运动情况。查看你们搭建的结构是否符合设计要求,结构是否合理。

思考2:要使小车走得又快又稳,阻力臂(即摩擦力臂)最大应为多少呢实践课堂检测生活中的交通工具为什么都无一例外地选择了圆形的轮子评估作品完成了,你是不是满意?你对其他同学的作品是否充满好奇呢?一起来欣赏大家在这次活动中制作的个性作品吧!在评价其他同学的作品时,思考你在小车机器人的制作和结构搭建过程中遇到的最大困难是什么,同学之间相互交流一下。

知识链接信息机器人发烧友天地:http:∥www.robotdiy.

答案提示阅读与思考思考1:图1中的杠杆属于费力杠杆。

实践与思考思考2:同学们可以在制作的过程中进行实验。保持小车重量和结构不变,改变小车的阻力臂,观察阻力臂为多大才合适。

检测与评估检测:

要使汽车能够在轨道上平稳行驶,驾驶者不会有颠簸的感觉,那么这种交通工具的轮子中心必须与某一特定平面之间的距离保持不变,而圆形是最符合这一要求的。所以,我们一般选择圆形的轮子,这样汽车运行时会更平稳,乘客会感觉更舒服。