Schlüsselkonzepte
Physik
Potenzielle Energie
Kinetische Energie
Energieeinsparung
Einfache Maschine
Einführung
Geben Sie zu, Sie haben wahrscheinlich mindestens einmal ein Gummiband gestartet – ein Ende zurückgezogen und es fliegen lassen. Haben Sie jemals vermutet, dass Gummibänder auch eine unterhaltsame Möglichkeit sein könnten, etwas über Physik und Technik zu lernen? Finden Sie in diesem Projekt heraus, wo Sie ein Auto mit Gummibandantrieb bauen.
Hintergrund
Wenn Sie ein Gummiband dehnen, speichert es potenzielle Energie. Insbesondere speichert es elastische potentielle Energie – die Art von Energie, die gespeichert wird, wenn ein Material deformiert wird (im Gegensatz zu Gravitationspotentialenergie, die Art, die Sie erhalten, wenn Sie ein Objekt vom Boden abheben). Wenn Sie alles freigeben, muss diese gespeicherte Energie irgendwohin gehen. Wenn Sie ein Gummiband quer durch den Raum werfen, wird die potenzielle Energie in kinetische Energie, die Bewegungsenergie, umgewandelt.
Aber wie wäre es, all diese gespeicherte Energie zu nutzen? Sie können Ihr Gummiband an einer einfachen Maschine – einem Rad und einer Achse – befestigen, um ein einfaches Auto mit Gummibandantrieb zu bauen. In echten Autos wird die chemische Energie von Benzin oder die elektrische Energie in einer Batterie in kinetische Energie des fahrenden Autos umgewandelt. Ihr Modellauto verwendet ein Gummiband als Energiequelle. Um Ihr Fahrzeug zum Laufen zu bringen, ist ein wenig Engineering erforderlich. Fordern Sie sich heraus, wie weit Ihr Auto fahren kann!
Materialien
(Hinweis: Dies ist ein Konstruktionsprojekt. Im Folgenden finden Sie eine empfohlene Liste von Materialien, aber Sie können verschiedene ersetzen.)
- Wellpappe
- Zwei Trinkhalme
- Zwei Holzspieße
- Vier CDs (die in Ordnung sind, um zerkratzt zu werden)
- Schwamm
- Büroklammer
- Verschiedene Gummibänder
- Klebeband
- Schere
- Flache, harte Oberfläche zum Testen Ihres Autos
- Heißklebepistole (optional)
Vorbereitung
- Schneiden Sie vorsichtig ein Stück Wellpappe, das etwas länger und breiter als ein Strohhalm ist.
- Kleben Sie die beiden Strohhalme parallel zueinander auf den Karton Ende.
- Schneiden Sie an einem Ende eine rechteckige Kerbe in den Karton, etwa einen Zoll mal einen Zoll. Dadurch wird auch ein Segment aus der Mitte eines der Strohhalme herausgeschnitten.
- Führen Sie einen Holzspieß durch jeden Strohhalm. Dies sind die Achsen Ihres Autos.
- Schneiden Sie vier kleine Quadrate aus dem Schwamm und drücken Sie sie vorsichtig auf die Enden der Spieße.
- Bringen Sie CDs an den Achsen an, um Räder zu bilden. Füllen Sie dazu ein Stück Schwamm in das Loch in der Mitte der CD und befestigen Sie die CD mit Klebeband, um ein Wackeln zu verhindern.
- Stellen Sie sicher, dass Ihr Auto reibungslos rollen kann. Legen Sie es auf eine ebene Fläche und drücken Sie es. Stellen Sie die Räder bei Bedarf so ein, dass sie alle parallel sind und nicht wackeln. Wie weit wird Ihr Auto Ihrer Meinung nach fahren, wenn Sie es mit elastischer Gummiband-Energie versorgen?
Vorgehensweise
- Führen Sie ein Gummiband durch den mittleren, freiliegenden Teil des Holzspießes (wo Sie eine Kerbe in der herausschneiden) Pappe und Stroh).
- Kleben Sie das Gummiband auf den Spieß, um ein Verrutschen zu verhindern. Wenn sich der Spieß dreht, sollte sich das Gummiband mitdrehen.
- Schneiden Sie einen kleinen Schlitz hinein die Mitte des Pappstücks.
- Hängen Sie eine Büroklammer durch den Schlitz.
- Haken Sie das freie Ende des Gummibands in die Büroklammer ein.
- Wickeln Sie die Achse auf, die mit dem Gummiband verbunden ist. Wenn nötig, klemmen Sie das Gummiband an der Achse ein, um ein Verrutschen zu verhindern.
- Stellen Sie Ihr Auto ab und lassen Sie die Achse los. Was geschieht? Bewegt sich Ihr Auto vorwärts? Wie weit geht es
- Wenn sich Ihr Auto nicht bewegt hat, ist es Zeit für eine Fehlerbehebung.
- Wenn sich das Gummiband überhaupt nicht abwickelt, wickeln Sie es fester und versuchen Sie es erneut. Sie können auch versuchen, die Position des Schlitzes für die Büroklammer zu ändern, um die Dichtheit des Gummibands anzupassen.
- Wenn das Gummiband abgewickelt wurde, die Achse sich jedoch nicht drehte, wurde das Gummiband möglicherweise nicht angebracht sicher genug zum Spieß. Versuchen Sie, es am Spieß zu befestigen, indem Sie einen festen Knoten binden oder Heißkleber verwenden.
- Wenn sich die Räder drehten, sich das Auto aber überhaupt nicht vorwärts bewegte, gab es möglicherweise nicht genügend Reibung zwischen den CDs und dem Boden. Versuchen Sie, das Auto auf einer anderen Oberfläche zu benutzen. Wenn dies immer noch nicht funktioniert, versuchen Sie, Ihren CDs mehr Halt zu geben, indem Sie Gummibänder um sie spannen oder eine Perle Heißkleber entlang der Kanten auftragen. (Lassen Sie den Kleber vollständig trocknen, bevor Sie Ihr Auto erneut testen.)
- Experimentieren Sie weiter mit Ihrem Auto. Nehmen Sie kleine Änderungen daran vor und testen Sie es erneut. Wie weit können Sie das Auto bringen?
- Extra: Denken Sie an das “ Kraftstoffverbrauch “für Ihr Auto mit Gummibandantrieb. Benzinbetriebene Autos berechnen ihren Kraftstoffverbrauch in Meilen pro Gallone oder wie viele Meilen das Auto mit einer Gallone Kraftstoff fahren kann.Ihr Auto verwendet anstelle von Benzin ein gespanntes Gummiband als Energiequelle. Wie können Sie den „Kraftstoffverbrauch“ für verschiedene Designs messen? Wie viele Fuß kann Ihr Auto beispielsweise pro anfänglicher Aufziehdrehung der Achse fahren? Wie ändert sich dies bei verschiedenen Gummibändern oder verschiedenen Büroklammerpositionen? Was gibt Ihnen den besten Kraftstoffverbrauch?
- Extra: Testen Sie verschiedene Arten von Gummibändern, um Ihr Auto anzutreiben. Funktioniert es besser mit langen oder kurzen? Dicke oder dünne?
- Extra: Versuchen Sie, Ihr Auto mit verschiedenen Materialien zu bauen. Was passiert, wenn Sie Flaschenverschlüsse anstelle von CDs für Räder oder Bleistifte anstelle von Spießen für Achsen verwenden?
- Extra: Führen Sie dieses Projekt mit Freunden oder der Familie durch. Jeder kann sein eigenes Auto bauen und dann sehen, wer am weitesten fahren kann.
- Extra: Sie können ein Auto bauen, das von einem Ballon anstelle eines Gummibands angetrieben wird. Anweisungen finden Sie im Abschnitt „Weitere Informationen“.
Beobachtungen und Ergebnisse
Wenn Sie die Achse des Autos aufziehen, dehnen Sie das Gummiband und speichern potenzielle Energie. Wenn Sie es loslassen, beginnt sich das Gummiband abzuwickeln und die potentielle Energie wird in kinetische Energie umgewandelt, wenn das Auto vorwärts angetrieben wird. Je mehr Sie das Gummiband dehnen, desto mehr potenzielle Energie wird gespeichert und desto weiter und schneller sollte das Auto fahren.
Das klingt theoretisch alles gut – aber in der Praxis haben Sie es vielleicht schwierig gefunden. Verschiedene Dinge können verhindern, dass Ihr Auto gut funktioniert. Wenn die Räder nicht richtig ausgerichtet sind, können sie wackeln oder verklemmen und verhindern, dass das Auto reibungslos rollt. Das Gummiband kann relativ zur Holzachse durchrutschen und ein Durchdrehen der Räder verhindern. Selbst wenn die Räder durchdrehen, gibt es möglicherweise nicht genügend Reibung mit dem Boden, wodurch sie an Ort und Stelle durchdrehen, ohne das Auto zu bewegen. Dies sind alles Herausforderungen, die Sie mit ein wenig technischem Aufwand bewältigen können!
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