Keskeiset käsitteet
Fysiikka
Potentiaalinen energia
Kineettinen energia
Energian säästäminen
Yksinkertainen kone
Johdanto
Myönnä, olet todennäköisesti lanseerannut kuminauhan ainakin kerran – vedit toisen pään taakse ja annat sen lentää. Epäiletkö koskaan, että kuminauhat voivat olla myös hauska tapa oppia fysiikkaa ja tekniikkaa? Ota selvää tästä projektista, mistä rakennat kuminauhalla toimivan auton.
Tausta
Kun venytät kuminauhaa, se tallentaa potentiaalista energiaa. Erityisesti se tallentaa elastisen potentiaalienergian – energian tyyppi, joka varastoidaan, kun materiaali deformoituu (toisin kuin gravitaatiopotentiaalienergia, tyyppi, jonka saat, kun nostat kohteen pois maasta). Kun vapautat kaiken, sen varastoidun energian on mentävä jonnekin. Jos käynnistät kuminauhan huoneen poikki, potentiaalinen energia muuttuu liike-energiaksi, liikeen energiaksi.
Mutta entä jos kaikki varastoitu energia otetaan käyttöön? Voit kiinnittää kuminauhan yksinkertaiseen koneeseen – pyörään ja akseliin – rakentaaksesi yksinkertaisen kuminauhalla toimivan auton. Todellisissa autoissa bensiinin kemiallinen energia tai akun sähköenergia muunnetaan liikkuvan auton kineettiseksi energiaksi. Malliautosi käyttää kuminauhaa energialähteenä. Ajoneuvosi saaminen vaatii vähän tekniikkaa – haasta itsesi nähdäksesi, kuinka pitkälle autosi voi mennä!
Materiaalit
(Huomaa: Tämä on tekninen suunnitteluprojekti. Seuraava on ehdotettu luettelo materiaaleista, mutta voit korvata erilaiset.)
- Aaltopahvi
- Kaksi juomapilliä
- Kaksi puista vartaa
- Neljä CD-levyä (jotka voivat naarmuuntua)
- sieni
- paperiliitin
- erilaisia kuminauhoja
- nauha
- Sakset
- Tasainen, kova pinta auton testaamiseen
- Kuumaliimapistooli (valinnainen)
Valmistelu
- Leikkaa varovasti aaltopahvipala, joka on hieman pidempi ja leveämpi kuin yhden oljen pituus.
- Teippaa kaksi olkea pahviin, yhdensuuntaisesti, yksi kussakin päätä.
- Leikkaa suorakulmainen lovi pahvista toiseen päähän, noin tuumaa kerrallaan. Tämä leikkaa myös segmentin yhden oljen keskeltä.
- Työnnä puinen varta jokaisen oljen läpi. Nämä ovat autosi akselit.
- Leikkaa sienestä neljä pientä neliötä ja paina ne varovasti vartojen päihin.
- Kiinnitä CD-levyjä akseleihin pyörien muodostamiseksi. Tee tämä täyttämällä sienen pala CD-levyn keskellä olevaan reikään ja kiinnittämällä sitten teippi CD-levylle ja estäksesi sen heilumista.
- Varmista, että autosi voi liikkua sujuvasti. Aseta se tasaiselle pinnalle ja työnnä sitä. Säädä tarvittaessa pyöriä siten, että ne ovat kaikki yhdensuuntaiset eivätkä heiluta. Kuinka kauas luulet autosi menevän, kun käytät sitä joustavalla kuminauhalla?
Menettely
- Silmää kuminauha itsensä läpi puisen vartan keskimmäisen, paljaan osan ympärille (josta katkaiset loven pahvi ja olki).
- Teippaa kuminauha vartaan liukastumisen estämiseksi – kun varta pyörii, kuminauhan tulisi pyöriä sen mukana.
- Leikkaa pieni aukko keskellä pahvikappaletta.
- Kiinnitä paperiliitin aukon läpi.
- Kiinnitä kuminauhan vapaa pää paperiliittimeen.
- Kelaa akseli, joka on kytketty kuminauhaan. Purista tarvittaessa kuminauha akselille aloittaessasi, jotta se ei liukastu.
- Aseta auto alas ja vapauta akseli. Mitä tapahtuu? Liikkuvatko autosi eteenpäin? Kuinka pitkälle se menee?
- Jos autosi ei liikkunut, on aika tehdä vianetsintää.
- Jos kuminauha ei löystynyt lainkaan, kelaa se tiukemmin ja yritä uudelleen. Voit myös yrittää vaihtaa paperiliittimen aukon sijaintia kuminauhan kireyden säätämiseksi.
- Jos kuminauha irrotettiin, mutta akseli ei pyöriä, kuminauhaa ei ehkä ole kiinnitetty. riittävän tukevasti vartaan. Yritä kiinnittää se vartaaseen sitomalla tiukka solmu tai käyttämällä kuumaa liimaa.
- Jos pyörät pyörivät, mutta auto ei edes liikkunut lainkaan eteenpäin, CD- ja CD-levyjen välillä ei ehkä ollut tarpeeksi kitkaa. maahan. Yritä käyttää autoa eri pinnalla. Jos se ei vieläkään toimi, yritä antaa CD-levyillesi enemmän otetta venyttämällä kuminauhoja niiden ympärille tai asettamalla helmiä kuumaa liimaa reunoille. (Anna liiman kuivua kokonaan, ennen kuin testaat autoa uudelleen.)
- Jatka kokeilua autossasi. Tee siihen pieniä muutoksia ja testaa se uudelleen. Kuinka pitkälle voit saada auton menemään?
- Extra: Ajattele ” polttoainetalous ”kuminauhavetoiselle autollesi. Bensiinikäyttöiset autot laskevat polttoainetaloutensa mailina gallonaa kohti tai kuinka monta mailia auto voi matkustaa yhdellä gallonalla polttoainetta.Autosi käyttää venytettyä kuminauhaa energialähteenä bensiinin sijaan. Kuinka voit mitata ”polttoainetaloutta” eri malleille? Esimerkiksi kuinka monta jalkaa autosi voi matkustaa akselin ensimmäistä kierrosta kohti? Kuinka tämä muuttuu erilaisilla kuminauhoilla tai erilaisilla paperiliittimien asennoilla? Mikä antaa sinulle parhaan polttoainetalouden?
- Extra: Testaa erityyppisiä kuminauhoja autosi virran saamiseksi. Toimiiko se paremmin pitkien tai lyhyiden kanssa? Paksut tai ohuet?
- Extra: Kokeile käyttää erilaisia materiaaleja autosi rakentamiseen. Mitä tapahtuu, jos käytät pullojen korkkeja pyörien CD-levyjen sijaan tai lyijykyniä akseleiden vartaiden sijasta?
- Extra: Tee tämä projekti ystävien tai perheen kanssa. Jokainen voi rakentaa oman autonsa ja nähdä sitten kenen voi mennä kauimpana.
- Extra: Voit rakentaa auton, joka toimii ilmapallolla kuminauhan sijaan. Katso ohjeet alla olevasta ”Lisää tutkittavaa” -osiosta.
Huomautuksia ja tuloksia
Kun käännät auton akselia, venytät kuminauhaa ja varastoit potentiaalista energiaa. Kun vapautat sen, kuminauha alkaa purkautua ja potentiaalinen energia muuttuu kineettiseksi energiaksi, kun autoa ajetaan eteenpäin. Mitä enemmän venytät kuminauhaa, sitä enemmän potentiaalista energiaa varastoidaan, ja mitä kauemmas ja nopeammin auton pitäisi kulkea.
Kaikki tämä kuulostaa teoriassa hyvältä – mutta käytännössä saatat olla kokenut sen vaikeaksi. Useat asiat voivat estää autosi toimimasta hyvin. Jos pyöriä ei ole kohdistettu oikein, ne voivat heilua tai jumittua ja estää autoa liikkumasta tasaisesti. Kuminauha voi luistaa suhteessa puuakseliin, mikä estää pyöriä pyörimästä. Vaikka pyörät pyörivätkin, kitkaa maan kanssa ei ehkä ole tarpeeksi, mikä saa ne pyörimään paikalleen liikuttamatta autoa. Nämä ovat kaikki haasteet, jotka voit voittaa pienellä suunnittelutyöllä!
Lisää tutkittavaa
Rakenna tiedekumppaneiden Scientific American
Balloon-Powered Car Challenge -palloautoinen auto
Kiihkeä tiede: venytetyt kuminauhat ovat täynnä potentiaalista energiaa !, Scientific Americanilta – Absorboi sokki !, from Scientific American
Science Activities for All Ages !, Science Buddies
Tämä toiminta tuonut sinulle yhteistyössä tiedekavereiden kanssa
