Conceptos clave
Física
Energía potencial
Energía cinética
Conservación de energía
Máquina simple
Introducción
Admítelo, probablemente hayas lanzado una goma elástica al menos una vez, tiraste de un extremo hacia atrás y lo dejaste volar. ¿Alguna vez sospechó que las gomas elásticas también podrían ser una forma divertida de aprender sobre física e ingeniería? En este proyecto, averigüe dónde va a construir un automóvil impulsado por bandas elásticas.
Antecedentes
Cuando estira una banda elástica, almacena energía potencial. Específicamente, almacena energía potencial elástica, el tipo de energía almacenada cuando un material se deforma (a diferencia de la energía potencial gravitacional, el tipo que se obtiene cuando se levanta un objeto del suelo). Cuando lo liberas todo, esa energía almacenada tiene que ir a alguna parte. Si lanza una goma elástica a través de la habitación, la energía potencial se convierte en energía cinética, la energía del movimiento.
Pero, ¿qué hay de utilizar toda esa energía almacenada? Puede sujetar su banda elástica a una máquina simple, una rueda y un eje, para construir un automóvil simple impulsado por banda elástica. En los automóviles reales, la energía química de la gasolina o la energía eléctrica de una batería se convierte en energía cinética del automóvil en movimiento. Su modelo de automóvil utilizará una goma elástica como fuente de energía. Se necesitará un poco de ingeniería para que su vehículo funcione. ¡Desafíese a sí mismo para ver qué tan lejos puede llegar su automóvil!
Materiales
(Nota: este es un proyecto de diseño de ingeniería. La siguiente es una lista sugerida de materiales, pero puede sustituirlos por otros).
- Cartón corrugado
- Dos pajitas
- Dos brochetas de madera
- Cuatro CD (que pueden rayarse)
- Esponja
- Sujetapapeles
- Varias bandas de goma
- Cinta
- Tijeras
- Superficie plana y dura para probar su automóvil
- Pistola de pegamento caliente (opcional)
Preparación
- Corte con cuidado un trozo de cartón corrugado que sea un poco más largo y más ancho que el largo de una pajita.
- Pegue las dos pajitas al cartón, paralelas entre sí, una en cada final.
- Corte una muesca rectangular en el cartón en un extremo, aproximadamente una pulgada por una pulgada. Esto también cortará un segmento del medio de una de las pajitas.
- Inserte una brocheta de madera a través de cada pajita. Estos serán los ejes de su automóvil.
- Corte cuatro cuadrados pequeños de la esponja y presiónelos con cuidado en los extremos de las brochetas.
- Pegue CD a los ejes para formar ruedas. Haga esto metiendo un trozo de esponja en el orificio en el medio del CD, luego use cinta para asegurar el CD y evitar que se tambalee.
- Asegúrese de que su automóvil pueda rodar sin problemas. Ponlo sobre una superficie plana y dale un empujón. Si es necesario, ajuste las ruedas para que estén todas paralelas y no se tambaleen. ¿Hasta dónde crees que llegará tu coche cuando lo alimentes con la energía de la goma elástica?
Procedimiento
- Enrolle una banda elástica alrededor de la parte central, expuesta del pincho de madera (donde corta una muesca en el cartón y pajita).
- Pegue la banda elástica al pincho para evitar que se resbale; cuando el pincho gira, la banda elástica debe girar con él.
- Corte una pequeña ranura en el centro del pedazo de cartón.
- Engancha un clip a través de la ranura.
- Engancha el extremo libre de la goma elástica en el clip.
- Dale cuerda al eje que está conectado a la banda elástica. Si es necesario, pellizque la banda elástica en el eje cuando comience, para evitar que se resbale.
- Baje su automóvil y suelte el eje. ¿Lo que pasa? ¿Tu coche avanza? ¿Qué tan lejos llega?
- Si su automóvil no se movió, es hora de solucionar algunos problemas.
- Si la banda elástica no se desenrolló en absoluto, enróllela con más fuerza y vuelva a intentarlo. También puede intentar cambiar la ubicación de la ranura del clip para ajustar la tensión de la banda elástica.
- Si la banda elástica se desenrolló pero el eje no giró, es posible que la banda elástica no se haya colocado lo suficientemente seguro al pincho. Intente sujetarlo a la brocheta haciendo un nudo apretado o usando pegamento caliente.
- Si las ruedas giraron pero el automóvil no avanzó en absoluto, es posible que no haya habido suficiente fricción entre los CD y el suelo. Intente usar el automóvil en una superficie diferente. Si eso aún no funciona, intente darle más agarre a sus CD estirando bandas elásticas alrededor de ellos o colocando una gota de pegamento caliente a lo largo de los bordes. (Deje que el pegamento se seque por completo antes de probar su automóvil nuevamente).
- Siga experimentando con su automóvil. Realice pequeños cambios y pruébelo nuevamente. ¿Hasta dónde puede llegar el automóvil?
- Extra: Piense en el » economía de combustible ”para su automóvil impulsado por bandas elásticas. Los automóviles que funcionan con gasolina calculan su economía de combustible en millas por galón, o cuántas millas puede recorrer el automóvil con un galón de combustible.Su automóvil utiliza una goma elástica estirada como fuente de energía en lugar de gasolina. ¿Cómo podría medir la «economía de combustible» para diferentes diseños? Por ejemplo, ¿cuántos pies puede viajar su automóvil por rotación inicial de cuerda del eje? ¿Cómo cambia esto con diferentes bandas de goma o diferentes posiciones de sujetapapeles? ¿Qué le brinda la mejor economía de combustible?
- Extra: pruebe diferentes tipos de bandas elásticas para alimentar su automóvil. ¿Funciona mejor con largos o cortos? ¿Gruesos o delgados?
- Extra: Intente usar diferentes materiales para construir su automóvil. ¿Qué sucede si usa tapas de botellas en lugar de CD para ruedas o lápices en lugar de pinchos para ejes?
- Extra: Haga este proyecto con amigos o familiares. Todos pueden construir su propio automóvil y luego ver quién puede llegar más lejos.
- Extra: Puede construir un automóvil impulsado por un globo en lugar de una goma elástica. Consulte la sección «Más para explorar» a continuación para obtener instrucciones.
Observaciones y resultados
Cuando da cuerda al eje del automóvil, estira la banda elástica y almacena energía potencial. Cuando lo suelta, la banda elástica comienza a desenrollarse y la energía potencial se convierte en energía cinética a medida que el automóvil se impulsa hacia adelante. Cuanto más estire la goma, más energía potencial se almacenará y más lejos y más rápido debería ir el automóvil.
Todo eso suena muy bien en teoría, pero en la práctica puede que le haya resultado difícil. Varias cosas pueden impedir que su automóvil funcione bien. Si las ruedas no están alineadas correctamente, pueden tambalearse o atascarse y evitar que el automóvil ruede suavemente. La goma elástica puede deslizarse en relación con el eje de madera, evitando que las ruedas giren. Incluso si las ruedas giran, es posible que no haya suficiente fricción con el suelo, lo que hace que giren en su lugar sin mover el automóvil. ¡Todos estos son desafíos que puede superar con un poco de esfuerzo de ingeniería!
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