记抛石机比赛感想和结构对比分析

 兴华传媒~谢真莲  随笔

周二下午是我们对上周制作的抛石机进行攻城比赛。在调试的过程中,发现我们的方向总是瞄不准,即使我们使用了激光笔,但由于我们将吸管套入筷子中,其作为转轴很不稳定,而且我们都是在原有的基础上,尽可能的寻找瞄准规律。后来许辉师兄看着我们的命中率实在是太低了,就拿出手机拍摄慢视频对我们抛石机抛出螺母时抛石机的转动情况分析。他发现我们在转轴的结构和配重方面存在问题。作为配重的重物在螺母抛出时,重物由于绳子的拉扯往回进行了旋转,导致抛石机抛出的“子弹”抛出轨迹与直线轨迹存在一个约5°左右的偏差。还有一个问题是动力臂只使用一根筷子,重物导致筷子的形变比较大。

后来基于师兄和胡琦同学的建议,我们针对三个影响因素对抛石机进行改进。首先,使用轴承结构代替之前的吸管转轴结构;其次,重新制作杠杆,效仿平行四边形的结构进行加固;最后,将配重加入磁铁,可以对配重进行增减螺母来调整以及保持重物的稳定。(幸好春禧师兄给了我们半个小时的调试,不然我们也不能在比赛开始前改进完成,也多亏了组员的坚持。)

由于比赛开始的时候去做裁判员了,没有完全参与进小组的比赛过程。据组员的回忆,才知道由于改造工作比较晚,改进以后就直接进行比赛,本组基本就是一边比赛一边调整。由于射手的高超技术和稳定发挥,同时在组员的配合下一步步的探究出命中小人的规律,所以在对战的过程中,积分逐渐提高,我们也在此过程中享受了比赛挥洒的激情。

射手一路发挥稳定,除了将分数拔高,还将本组打进了最后的决赛。在最后的决胜局中,本组射手几乎将每一发“子弹”都命中小人,除了一发打偏以及一发没有看好裁判员的手势抢发以外,在第十发的时候就把所有的小人击落,还剩余两发子弹。其实,在决赛比赛的过程中,不管我们怎么调整释放绳子的长度,都打不到最上边的小人,后来磁铁就发挥了很大的作用。通过增加螺母,能迅速在长暂停的时间里调整并瞄准点,我们也因此在没有打完子弹的情况下就将小人全部击倒。

比赛结束以后,春禧师兄对我们抛石机的结构进行总结,详细的对抛石机的各个结构进行分析,还拿出前人的作品来辅助教学。影响抛石机的几个因素:一、抛石机整体结构的稳定性;二、配重的灵活性和的配重的稳定性,三、杠杆的结构。当然还有其他的辅助工具 。

分割线                                                  

下面,我就以本组的作品和参照比赛小组的抛石机攻城作品进行简单的对比。(图中丑萌丑萌的抛石机就是我们小组的作品)

1、抛石机整体结构稳定性(如图1)

 

图1

通过上图可以发现,在结构上他们前者的支撑架以两根筷子为主,加上两边的支撑,具有很好的稳定性能。而后者底部是以打孔的方式将筷子插进洞里面加固,以及底部支撑架使用一根筷子进行支撑,以及受到底板大小的限制,没有办法将筷子从侧方位进行加固。

2、配重的灵活性和稳定性(如图2)

图2

可以对比上图发现,前者的抛石机重物利用纸杯包裹螺母和将螺母串在一起,它们在发射“子弹”的时候,就可能会因为抖动而产生一个影响抛出螺母的力,从而产生螺母的轨迹发生变化,降低命中率。而后者利用砝码和强磁铁吸附螺母组成,随增随减,在解决了拉扯使重物旋转的问题,这样的设计就大大增加了重物的稳定性以及灵活性。

3、杠杆的结构(图3)

图3

我们可以看到在上图两者杠杆的差别,利用三角形的稳定性可以很好的对杠杆进行加固。

 

本组设计的考虑

1、转轴和转轴高度

没有改进的时候使用的是下方的筷子作为转轴,改进以后使用的是加了轴承的转轴,这样就调整好了转轴的稳定性。从一开始我们的设计思路就是利用转轴越高越好,发射点高的同时射程远。

2、激光笔

激光笔主要的作用就是起到瞄准的效果,但前提是要使激光笔和杠杆是重合的,这样才激光笔的效果才能发挥。

3、调节拉绳的长短和拉绳放置的点

我们在比赛中使用的方法是重物固定的时候,调节拉绳的长短,后来在比赛的过程中发现不管怎么调节拉绳的长短都不能将“子弹”的射程弹射到高处的小人,后来才通过增加重物来使射程变远。

通过调节绳子来击中小人,还需要考虑拉绳放置的点要和杠杆重合,这样才不会对“子弹”的弹射轨迹发生太大的影响。

3、配重

使用磁铁来增减重物,可以尽快的调整到我们想要的效果。实际上,我们对配重的调节都是很随意的,感觉就是像老鼠走迷宫的感觉,在长暂停的时间里一边调节,一边增加配重。

4、量化工具

在比赛的时候发现别的组员使用了量化的工具,这样在调试的过程中就能很快的掌握发射的规律,也能提高击中小人的命中率。其实小组成员最开始也想过加入量化的工具,后来因为制作的时间到了,也就没有继续加入这一工具。以下是别组的工具使用图:

值得一说的是下图的分离式结构,既稳定也设计巧妙,把杠杆和配重分离,减少他们之间的相互影响,在比赛前的调试命中率很高,但比赛前从桌子掉下来,摔坏了本来的拉绳,更换了绳子以后,受到的影响比较大,但是这样的结构值得参考。

总的来说,这一次的抛石机制作和比赛,都让我收获很大,我真的很感谢提供这种动手的机会,虽然有过放弃挣扎的念头,但是,最后我们的努力并没有被辜负。在文中,我其实还有一些关于转动惯量、动力臂和阻力臂的比率这些方面没有讨论,希望接下来的工作能将此探究过程继续下去!(容我有点小私心,给他们战斗的身影一个大大的特写!)

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4 条评论:

  1. 王鹏-王宪邦说道:

    总结很细致,这些都是以后写论文的好素材。可以增加一些此活动在教育教学实践中应用的设想,如学生可能在哪里也出现问题,会有什么反馈等。加油,科技教育探究者!

    1. 兴华传媒~谢真莲说道:

      嗯,感觉自己在教学上的经验很不足,昨天接待了一个大师姐,感觉她的经验杠杠的,向大佬们学习!

  2. 韦显交说道:

    自己亲手做了,思考了,写出来的东西就是不一样!

    1. 兴华传媒~谢真莲说道:

      体验了才知道过程那么难,很佩服科技运动会的小学生!现在就多动手,多思考,多总结,以后能够更加将这些经历带到课堂教学中去。

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