XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Скорость. Конструирование полноприводного автомобиля

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Широкородов И.И. 1

---

1МБОУ "СОШ №10"

Широкородова О.А. 1

---

1МБОУ "СОШ №10"

Работа в формате PDF

405.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Автомобили позволяют нам быстрее добраться из одной точки в другую. Эта тема выбрана мной потому, что «автомобилестроение – одна из самых стремительно развивающихся отраслей, а скорость превращается в одну из важнейших характеристик современного автомобиля» (3, стр. 5).

«Первые автомобили передвигались медленнее, чем лошади. Чтобы улучшить конструкцию, разработчики автомобилей искали элементы, которые могли бы повлиять на скорость автомобиля. Инженеры, такие как Иван Кулибин, Карл Бенц, Рудольф Дизель работали над тем, чтобы спроектировать более мощные двигатели. Инженеры улучшали колеса и шины и изменяли их размеры и материалы». Сегодня автомобили могут двигаться быстрее 400 км/ч.

Я задался вопросом: Какие улучшения были сделаны, чтобы заставить автомобили ездить быстрее? Конечно, цвет автомобиля, марку, водителя - я рассматривать в качестве потенциальных элементов для исследования не стал. Ведь есть много действительно важных факторов, которые могут повлиять на скорость автомобиля. Размер колес, мощность двигателя, шестерни, аэродинамика и вес — наиболее распространенные из них.

Цель работы: изучить факторы, помогающие увеличить скорость автомобиля.

Задачи:

1. Изучить информацию об истории развития автомобилестроения.

2. Сконструировать полноприводный автомобиль по инструкции Лего.

3. Запрограммировать его на движение для удобного расчёта времени.

4. Провести исследование по 2 факторам

• Размер колёс

• Мощность мотора

5. Продемонстрировать выводы, о факторах, влияющих на скорость автомобиля. Данный проект посвящен изучению факторов, которые могут увеличить скорость автомобиля, чтобы помочь в прогнозировании его дальнейшего  движения.

Методы проведения исследования:

-практическое моделирование;

- эксперимент;

- обобщение.

Обзор литературы и источников

Основными источниками информации проекта являются: Энциклопедия транспорта для мальчиков А.В. Кокорина и Руководство по использованию комплекта учебного конструктора LEGO® Education WeDo 2.0.

Основная часть

Для решения своей проблемы я сделал предположения, опираясь на свои знания, наблюдения и жизненный опыт:

1. Если поставить на автомобиль колёса большего размера, то и скорость у него будет больше;

2. При увеличении единиц мощности мотора – скорость увеличится;

3. Если шкивы будут равного размера, то скорость будет больше, чем при шкивов разного размера – когда с малого на большой идёт передача движения.

Собирал модель полноприводного автомобиля следуя предоставленным инструкциям программного обеспечения LEGO® Education WeDo 2.0. (см. Приложение 1). Эти типы транспортных средств оптимизированы для быстрого перемещения.

Полный привод — разноплановый комплекс технических решений, обеспечивающий автомобилю постоянную или, как минимум, временную возможность иметь ведущими все свои колёса. Обоснованием применения полного привода на автомобиле является то, что полноприводный автомобиль может реализовывать в силу тяги всю доступную ему мощность при гораздо меньших силах сцепления, действующих на колёса, что напрямую сказывается на улучшении внедорожных и всепогодных способностей автомобиля.

По рекомендации инструкций программного обеспечения, для чистоты эксперимента, использовал минимальное расстояние в 2,2 м. Отметил отправную точку и установил барьер, который заставит автомобиль остановиться. Запрограммировал гоночный автомобиль для расчёта времени, используя образец программы (см. Приложение 2). Затем начал проверку сочетаний, которые позволят машине ехать быстрее.

ВАЖНО:

• Держать руку перед гоночным автомобилем до запуска программы. Программа начинается с отображения знака «0» и ожидания стартового сигнала. Когда я убираю руку, программа запускает двигатель, разгоняет до максимальной мощности, затем повторяет цикл, добавив «1» на экране. Цикл повторяется до окончания гонки. Затем двигатель отключается.

• Не изменять настройки на протяжении всего испытания. Это единственный способ, которым я смог выделить один фактор за одно испытание.

• Стартовая линия должна быть всегда на одинаковом расстоянии от линии финиша.

• Расстояние между стартовой и финишной линиями должно превышать 2 метра.

Основным термином моего проекта является «Скорость» — это мера того, насколько быстро объект движется по отношению к точке отсчета. Скорость рассчитывается путем деления расстояния на время .

Эксперименты.

1. Начал гонку с НЕБОЛЬШИМИ колесами на мощности двигателя «10». При выполнении этого испытания я записал число, показанное на экране. Повторил тест трижды, чтобы убедиться в согласованности результатов. Это значение — приблизительное время в секундах, которое потребовалось автомобилю, чтобы пройти данное расстояние.

2. Заменил колёса. Начал гонку с БОЛЬШИМИ колесами на мощности двигателя «10». Повторил испытание трижды, чтобы убедиться в согласованности результатов. И также записал число, показанное на экране.

Фактор – размер колёс, S = 2 м 20 см, мощность мотора 10 ус.ед.

Результат: 22 c > 19 c, 10 см/с < 12 см/с

t1 > t2, V1 < V2

Вывод 1: После замены колёс с маленьких на большие, гоночный автомобиль потратил меньше времени, чтобы пройти то же расстояние, и, следовательно, развил большую скорость.

3. Изменил уровень мощности двигателя в программе с «10» до «5». Повторил испытание трижды. Заполнил таблицу показаний.

2 фактор – мощность двигателя. S=2 м 20 см, колёса большие.

Результат: 38 c > 19 c 6 см/с < 12 см/с

t3 > t2, Vз < V2

Вывод 2: Изменение уровня мощности двигателя с «10» до «5» привело к тому, что гоночный автомобиль затратил больше времени, чтобы пройти то же расстояние, а следовательно, понизил скорость.

Ожидаемые результаты:

По окончании этого проекта я должен продемонстрировать, какие факторы влияют на скорость автомобиля. Выводы должны отражать тот факт, что большие шины и более мощные двигатели позволяют достичь более высокой скорости автомобиля.

А так же с точки зрения моего развития или любого школьника моего возраста:

1. Развитие технического творчества и формирование научно-технической ориентации у детей школьного возраста.

2. Формирование устойчивых знаний в области окружающего мира, технологии, математики.

3. Умение решать конструктивные и изобразительные задачи.

4. Умение устанавливать причинно-следственные связи.

Перспективы дальнейшего развития проекта

Проект будет представлен в помощь для занятий ребят на кружке «Робототехника» и послужит мотивом, основанием для исследования других факторов, которые, по их мнению, могут повлиять на скорость автомобиля: ширина, длина, высота, вес или любой другой фактор по их выбору. Это заинтересует кружковцев и поможет им спроектировать и построить собственные автомобили, применить свои выводы и сделать автомобили более быстрыми. Группы смогут организовать совместную гонку и посмотреть, чья машина окажется самой быстрой.

А после завершения данного проекта учащиеся легко перейдут на осуществление более сложных проектов.

Заключение

Исследование выполнено в форме изучения факторов, которые могут увеличить скорость автомобиля. Для этого мне потребовалось создать макет полноприводного автомобиля, провести ряд исследований. Для конструирования использовался комплект учебного конструктора LEGO® Education WeDo 2.0. Благодаря моторизированной модели LEGO и простому программированию, удалось наглядно доказать, что на скорость автомобиля, в числе многих, влияют три важных фактора: размер колёс, конфигурация шкивов и мощность двигателя.

Список литературы

1. Кокорин А.В. Энциклопедия транспорта для мальчиков (автомобили -мотоциклы-поезда), Владис, 2017 г.

2. Комарова Л. Г. Строим из LEGO, М: Линка - Пресс, 2001г.

3. Малов В.И. Я познаю мир. Автомобили, Астрель, 2003 г.

4. Хьюго С., Скотт К. Полная энциклопедия мини-фигурок Лего , Эксмо, 2017 г.

5. https://education.lego.com/ru-ru

6. https://www.drive2.ru/b/3150017/

Приложения к работе

«Скорость. Конструирование полноприводного автомобиля»

Приложение 1

Сборка полноприводного автомобиля на кружке «Робототехника»

Приложение 2

Программирование полноприводного автомобиля

1. Начало программы

2. Двигайся со скоростью 8 условных единиц

3. По прямой поверхности машина едет быстро, при подъёме замедляет ход.

4. Конец программы