Nøglebegreber
Fysik
Potentiel energi
Kinetisk energi
Bevarelse af energi
Enkel maskine
Introduktion
Indrøm det, du har sandsynligvis lanceret et gummibånd mindst én gang – trukket den ene ende tilbage og lad det flyve. Har du nogensinde mistanke om, at elastikker også kan være en sjov måde at lære om fysik og teknik på? Find ud af i dette projekt, hvor du bygger en gummibåndsdrevet bil.
Baggrund
Når du strækker et gummibånd, gemmer den potentiel energi. Specifikt lagrer den elastisk potentiel energi – den type energi, der er lagret, når et materiale deformeres (i modsætning til tyngdepotentialenergi, den type, du får, når du løfter et objekt fra jorden). Når du frigiver det hele, skal den lagrede energi gå et eller andet sted. Hvis du lancerer et elastik over rummet, omdannes den potentielle energi til kinetisk energi, bevægelsesenergien.
Men hvad med at bruge al den lagrede energi til at bruge? Du kan fastgøre din gummibånd til en simpel maskine – et hjul og en aksel – for at bygge en simpel gummibåndsdrevet bil. I rigtige biler omdannes benzinens kemiske energi eller den elektriske energi i et batteri til kinetisk energi i den bevægende bil. Din modelbil bruger et elastik som energikilde. Det tager lidt teknik at få dit køretøj til at fungere – udfordre dig selv til at se, hvor langt din bil kan gå!
Materialer
(Bemærk: Dette er et teknisk designprojekt. Følgende er en foreslået liste) af materialer, men du kan erstatte forskellige.)
- Bølgepap
- To sugerør
- To træspyd
- Fire cder (det er okay at blive ridset)
- Svamp
- Paperclip
- Assorterede elastikker
- Tape
- Sakse
- Flad, hård overflade til test af din bil
- Hot-limpistol (valgfri)
Forberedelse
- Skær forsigtigt et stykke bølgepap, der er lidt længere og bredere end længden af et halm.
- Tape de to sugerør på pap parallelt med hinanden, et på hver ende.
- Skær et rektangulært hak i pap i den ene ende, ca. en tomme og en tomme. Dette vil også skære et segment ud af midten af et af sugerørene.
- Indsæt et træspyd gennem hvert sugerør. Disse vil være din bils aksler.
- Skær fire små firkanter fra svampen og tryk dem forsigtigt på enderne af spydene.
- Fastgør cder til akslerne for at danne hjul. Gør dette ved at stoppe et stykke svamp ind i hullet i midten af cden og derefter bruge tape til at fastgøre cden og forhindre den i at vippe.
- Sørg for, at din bil kan rulle glat. Læg den ned på en plan overflade og skub den. Hvis det er nødvendigt, skal du justere hjulene, så de alle er parallelle og ikke vippes. Hvor langt tror du, at din bil vil gå, når du driver den med elastisk elastik energi?
Fremgangsmåde
- Løft et elastik gennem sig selv rundt om den midterste, udsatte del af træspydet (hvor du skærer et hak ud i pap og halm).
- Tape gummibåndet til spydet for at forhindre, at det glider – når spydet roterer, skal gummibåndet rotere med det.
- Skær et lille hul i midten af papstykket.
- Hæng en papirclips gennem åbningen.
- Hæng den frie ende af gummibåndet fast på papirclipsen.
- Vind op akslen, der er forbundet med elastikken. Hvis det er nødvendigt, skal du klemme gummibåndet på akslen, når du starter, for at forhindre den i at glide.
- Sæt din bil ned, og slip akslen. Hvad der sker? Går din bil fremad? Hvor langt går det?
- Hvis din bil ikke bevægede sig, er det tid til fejlfinding.
- Hvis elastikken overhovedet ikke varede, skal du vinde den tættere op og prøve igen. Du kan også prøve at ændre placeringen af åbningen til papirclipsen for at justere elastikens tæthed.
- Hvis elastikbåndet rullede ud, men akslen ikke drejede, var elastikbåndet muligvis ikke fastgjort sikkert nok til spydet. Prøv at fastgøre det til spydet ved at binde en tæt knude eller bruge varm lim.
- Hvis hjulene drejede, men bilen slet ikke kørte fremad, var der muligvis ikke nok friktion mellem cderne og jord. Prøv at bruge bilen på en anden overflade. Hvis det stadig ikke fungerer, så prøv at give dine cder mere greb ved at strække elastikker rundt om dem eller ved at lægge en perle af varm lim langs kanterne. (Lad limen tørre helt, før du tester din bil igen.)
- Fortsæt med at eksperimentere med din bil. Foretag små ændringer i den, og test den igen. Hvor langt kan du få bilen til at gå?
- Ekstra: Tænk på ” brændstoføkonomi ”til din gummibåndsdrevne bil. Benzindrevne biler beregner deres brændstoføkonomi i miles pr. Gallon, eller hvor mange miles bilen kan rejse på en liter brændstof.Din bil bruger et strakt elastik som energikilde i stedet for benzin. Hvordan kunne du måle “brændstoføkonomi” for forskellige designs? For eksempel hvor mange fødder kan din bil bevæge sig pr. Indledende afvikling af akslen? Hvordan ændrer dette sig med forskellige elastikker eller forskellige papirclipspositioner? Hvad giver dig den bedste brændstoføkonomi?
- Ekstra: Test forskellige typer elastikker for at drive din bil. Fungerer det bedre med lange eller korte? Tykke eller tynde?
- Ekstra: Prøv at bruge forskellige materialer til at bygge din bil. Hvad sker der, hvis du bruger flaskehætter i stedet for cder til hjul eller blyanter i stedet for spyd til aksler?
- Ekstra: Lav dette projekt med venner eller familie. Alle kan bygge deres egen bil og derefter se, hvem der kan komme længst.
- Ekstra: Du kan bygge en bil, der drives af en ballon i stedet for et elastik. Se afsnittet “Mere at udforske” nedenfor for at få instruktioner.
Observationer og resultater
Når du afvikler bilens aksel, strækker du elastikken og lagrer potentiel energi. Når du slipper det, begynder gummibåndet at slappe af, og den potentielle energi omdannes til kinetisk energi, når bilen køres fremad. Jo mere du strækker elastikken, jo mere lagres potentiel energi, og jo længere og hurtigere skal bilen gå.
Det lyder alt sammen godt i teorien – men i praksis har du måske fundet det svært. Flere ting kan forhindre din bil i at fungere godt. Hvis hjulene ikke er justeret korrekt, kan de vippes eller sætte sig fast og forhindre, at bilen ruller glat. Gummibåndet kan glide i forhold til træakslen, hvilket forhindrer hjulene i at dreje rundt. Selv hvis hjulene drejer, er der muligvis ikke nok friktion med jorden, hvilket får dem til at dreje på plads uden at bevæge bilen. Dette er alle udfordringer, du kan overvinde med en lille ingeniørindsats!
Mere at udforske
Byg en ballondrevet bil fra Scientific American
Balloon-Powered Car Challenge, fra Science Buddies
Snappy Science: Strakte gummibånd er fyldt med potentiel energi !, fra Scientific American
Absorbér chokket !, fra Scientific American
Science-aktiviteter i alle aldre !, fra Science Buddies
Denne aktivitet bragt til dig i partnerskab med Science Buddies
