核心概念
物理学
工程学
重力
机械设计
简介
你有没有用过硬币分拣机来分离便士、镍币、角币和四分之一美元？当需要分离混合在一起的东西时，使用机器比手工挑选要快得多。在这个项目中，你将建造一台可以自动分离两种不同尺寸的弹珠的机器——仅靠重力驱动！
背景
分拣机在许多不同的应用中使用，但它们都有一个共同点。它们自动化了手工完成既耗时甚至不可能完成的任务。手动分拣一兜硬币可能并不困难，但如果你在银行工作，必须分拣数千枚硬币呢？如果有一台机器来完成这项工作就好了！采矿是另一个例子。早期的矿工会使用一种称为淘洗的手动过程，将金块从平底锅中的泥土和沙子中分离出来。今天，大型工业机器被用来从其他岩石和泥土中分离出有价值的宝石和矿物。许多回收设施都有可以自动分离纸张、塑料和金属物体的机器——这意味着如果你的城镇有单流回收，你只需将所有可回收物倾倒到一个垃圾箱中即可，无需自己分类！
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机器究竟如何分离所有这些不同的材料？它们利用了不同物体和材料具有不同属性的事实。例如，有些材料是磁性的，有些则不是，所以你可以使用磁铁来分离磁性和非磁性材料。材料具有不同的密度——这意味着有些会漂浮在水中，有些会下沉。有些会被强风轻易吹走，而另一些则足够重，可以留在原地。物体有许多不同的尺寸和形状。有些可能有光滑的圆形形状，可以让它们轻松滚动（例如球），而另一些可能有不规则或扁平的形状，使它们容易卡住（例如扁平的纸板）。较小的物体可以通过格栅中的孔落下，而较大的物体则会卡在顶部。在这个项目中，你将利用最后一个特性来分离直径不同的弹珠。
材料
塑料杯
工艺棒
纸
胶带
胶水
剪刀
几十个“小”弹珠或工艺品店的塑料或木制珠子。 六毫米或大约 1/4 英寸的直径效果很好。
几十个“大”弹珠，或工艺品店的塑料或木制珠子。 12 毫米或大约 1/2 英寸的直径效果很好。
准备
将大小弹珠的混合物倒入一个塑料杯中。摇动或搅拌杯子，确保弹珠混合均匀。
这个项目的目标是建造一台机器，你可以将一杯混合大小弹珠倒入一端，并让机器按大小自动将它们分类到两个不同的杯子中。这是一个工程设计项目，这意味着没有唯一的“正确”方法来完成。该步骤将描述一种可能的方法，但不要害怕修改它或尝试你自己的想法！
步骤
将几根工艺棒粘在一起形成一个格栅，如图所示。木棍之间的间隙应该足够大，小弹珠可以通过，但又足够小，大弹珠不能通过。
使用塑料杯、其他工艺棒、纸、胶水和胶带为你的格栅搭建一个支撑结构，使其以一定角度悬在两个塑料杯上方。（如果你使用胶带，你可能会在以后决定修改机器时轻松拆卸它；使用胶水可能会使此操作更加棘手——但如有必要，你可以建造其他机器。）一个杯子应该直接位于格栅下方，以收集掉落的小弹珠，另一个杯子应该位于格栅的较低端，以收集较大的弹珠。确保收集杯没有永久固定在机器的其余部分——你需要能够轻松移除它们。
卷起一张纸或小心地剪开一个塑料杯，并用它在格栅的顶端制作一个漏斗，这样你就可以将弹珠倒入你的机器中。
将你的一杯混合弹珠倒入漏斗中，观察会发生什么。弹珠如何流过你的机器？小弹珠会穿过格栅掉落吗？
现在，取下两个收集杯，看看它们的内容物。杯子是否完全分类（所有大弹珠在一个杯子中，所有小弹珠在另一个杯子中），或者它们是否被一些错误杯子中的弹珠“污染”了？
将所有弹珠倒回一个杯子中，再次混合。
工程师很少在第一次尝试时就完美地完成事情。“迭代”是工程设计过程的重要组成部分——这意味着你设计一些东西，建造它，测试它，然后返回并重复该过程以改进设计。如果你的收集杯被错误的弹珠污染了，你如何改进你的设计，使其效果更好？
尝试改进或更改你的设计，以便你可以将所有弹珠分类到正确的杯子中。你能否达到样品完美分类，所有弹珠都在正确杯子中的程度？
观察和结果
你不太可能在第一次尝试时就建造出一台完美运行的机器。特别是，一些较小的弹珠可能会在工艺棒的扁平侧面滚动得太快，而永远不会落入孔中，因此它们最终会出现在错误的杯子中。有很多方法可以解决这个问题。你可以加长格栅，以增加小弹珠会掉落孔中的几率。你可以倾斜工艺棒或将其侧立，使“扁平”侧面不水平放置，这样较小的弹珠将始终向下滚动到孔中。你可以将其他与格栅其余部分垂直的工艺棒碎片作为障碍物，使弹珠在向下滚动时弹跳——同样，增加小弹珠会掉落孔中的几率。一旦你改进了格栅，你应该能够建造一台可以完美分类大弹珠和小弹珠的机器。如果你慢慢地将弹珠倒入机器中，而不是一次性倒入，也会有所帮助。
清理
检查地板，确保你没有掉落任何弹珠（它们可能会造成窒息危险）。
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