Опубликованные материалы

30-04-2024

Бычкова Ольга Валерьевна

 учитель информатики и математики

Проектная работа "Гоночный автомобиль"

ВВЕДЕНИЕ 

Данный проект является по виду исследовательским, индивидуальным, межпредметным проектом. Он выполнен в форме изучения факторов,

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

 ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПРОЕКТА

 

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» . В качестве модуля привода в данном проекте используется шкив. Систему шкивов можно собрать в двух различных положениях: положение для снижения скорости (маленький шкив и большой шкив) или положение для нормальной скорости (два больших шкива). «Ременная передача, возможно, была одной из первых передач, которую применил человек. Менялся материал для изготовления ремня и шкивов, но неизменным оставалось передаточное отношение (число), определяемое как результат деления числа оборотов ведущего и ведомого вала (шкива). Точно также, как определяется передаточное число цилиндрической зубчатой передачи. Ременная передача используется в автомобилях с начала их изобретения» . «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 задалась вопросом: Какие улучшения были сделаны, чтобы заставить автомобили ездить быстрее? Конечно, цвет автомобиля, марку,  водителя - я рассматривать в качестве потенциальных элементов для исследования не стала. Ведь есть много действительно важных факторов, которые могут повлиять на скорость автомобиля. Размер колес, мощность двигателя, шестерни, аэродинамика и вес — наиболее распространенные из них.

 

 

 

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА

 

Цель:

Изучить факторы, помогающие увеличить скорость автомобиля.

 

Задачи:

1. Изучить информацию об истории развития автомобилестроения.
2. Сконструировать гоночный автомобиль по инструкции из кубиков лего.
3. Запрограммировать его на движение для удобного расчёта времени.
4. Провести исследование по 3 факторам

• Размер колёс
• Конфигурация шкивов
• Мощность мотора

5. Продемонстрировать выводы, о факторах, влияющих на скорость автомобиля.

 ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА

 

Данный проект посвящен изучению факторов, которые могут увеличить скорость автомобиля, чтобы помочь в прогнозировании его дальнейшего  движения. Для решения своей проблемы я сделала 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.

Собрала первую модель гоночного автомобиля следуя предоставленным инструкциям программного обеспечения LEGO® Education WeDo 2.0. Эти типы транспортных средств оптимизированы для быстрого перемещения.

  По рекомендации инструкций программного обеспечения, для чистоты эксперимента,  использовала минимальное расстояние в 2,2 м. Отметила отправную точку и установила барьер, который заставит автомобиль остановиться. Запрограммировала гоночный автомобиль для расчёта времени, используя образец программы. И начала 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 смога 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. Начала гонку с НЕБОЛЬШИМИ колесами на мощности двигателя «10». При выполнении этого испытания я записала число, показанное на экране. Повторила тест трижды, чтобы убедиться в согласованности результатов. Это значение — приблизительное время в секундах, которое потребовалось гоночному автомобилю, чтобы пройти данное расстояние.
2. Заменила колёса. Начала гонку с БОЛЬШИМИ колесами на мощности двигателя «10». Повторила испытание трижды, чтобы убедиться в согласованности результатов. И также записала число, показанное на экране.

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

	Время прохождения трассы (t), с
Размер колёс	1 попытка	2 попытка	3 попытка	Среднее значение	Скорость (V)
Маленькие колёса	22 с	21 с	22 с	t1 ≈ 22 с	V1=220:22=10см/с
Большие колёса	19 с	19 с	18 с	t2 ≈19 с	V2=220:19≈12см/с

 

 

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». Повторила испытание трижды. Заполнила таблицу показаний.

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

	Время прохождения трассы (t), с
Мощность двигателя, усл. ед.	1 попытка	2 попытка	3 попытка	Среднее значение	Скорость (V)
5	38	38	38	t3 = 38 с	V3=220:38≈6см/с
10	19	19	18	t2 ≈ 19 с	V2=220:19≈12см/с

 

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.

4. Изменила механизм привода (конфигурацию шкивов) из нормального положения в положение пониженной скорости.

3 фактор – конфигурация шкивов. S=2м20см, колёса большие, мощность мотора=5 усл. ед.

	Время прохождения трассы (t), с
Конфигурация шкивов (прямая ремённая передача).	1 попытка	2 попытка	3 попытка	Среднее значение	Скорость (V)
Два больших шкива	38	38	38	t3 = 38 с	V3=220:38≈6см/с
С маленького на большой	54	55	54	t4 ≈ 54	V4=220:54≈4см/с – пониженная скорость

 

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

                                      t3 < t2,                  Vз < V2

Вывод 3: Изменение механизма привода из нормального положения в положение пониженной скорости заставило гоночный автомобиль потратить больше времени, чтобы пройти то же расстояние.

РЕСУРСЫ

 

• конструктор LEGO® Education WeDo 2.0.
• Программное обеспечение к учебному конструктору LEGO® Education WeDo 2.0.
• Ноутбук

 

ПАРТНЁРЫ

 

• Руководитель кружка «Легоконструирование»
• Родители

 

ЦЕЛЕВАЯ АУДИТОРИЯ

Проект рассчитан на аудитория обучающихся в возрасте от 8 до 13 лет.

 

 

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

 

По окончании этого проекта я должна  продемонстрировать, какие факторы влияют на скорость автомобиля. Выводы должны отражать тот факт, что большие шины, конфигурация шкивов при передаче ремня «от большого к маленькому»  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.
5. Переход на новую робототехническую платформу LEGO MINDSTORMS Education EV3.

 

ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ПРОЕКТА

 

        Проект будет представлен в помощь для занятий ребят на кружке «Лего-конструирования» и послужит мотивом, основанием  для исследования других факторов, которые, по их мнению, могут повлиять на скорость гоночного автомобиля: ширина, длина, высота, вес или любой другой фактор по их выбору. Это заинтересует кружковцев и поможет им

спроектировать и построить собственные гоночные 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, уже с открытым решением (т.е. без пошаговых  инструкций по выполнению проекта, направленные на применение фантазии, собственных замыслов) – такие как «Исследование космоса» и «Перемещение материалов». Рекомендации находятся в комплекте учебных проектов.