Kulcsfogalmak
Fizika
Potenciális energia
Kinetikus energia
Energia megőrzése
Egyszerű gép
Bevezetés
Valld be, valószínűleg már legalább egyszer elindítottál egy gumiszalagot – az egyik végét hátrahúzta, és elengedte. Gyanította volna, hogy a gumiszalagok szórakoztató módon is elsajátíthatják a fizikát és a mérnököket? Tudja meg, ebben a projektben hol fog gumiszalaggal működő autót építeni.
Háttér
A gumiszalag nyújtásakor az potenciálisan energiát tárol. Konkrétan elasztikus potenciális energiát tárol el – azt az energiát, amelyet egy anyag deformációja során tárolnak (szemben a gravitációs potenciális energiával, azzal a típussal, amelyet akkor kapunk, amikor egy tárgyat felemelünk a földről). Amikor felszabadítja az egészet, annak a tárolt energiának el kell jutnia valahova. Ha gumiszalagot indít át a helyiségen, a potenciális energia átalakul kinetikus energiává, mozgás energiává.
De mi van azzal, ha felhasználja az összes tárolt energiát? Ragaszthatja gumiszalagját egy egyszerű géphez – kerékhez és tengelyhez -, hogy egyszerű gumiszalaggal működő autót építsen. Valódi autókban a benzin kémiai energiája vagy az akkumulátor elektromos energiája a mozgó autó mozgási energiájává alakul. Autómodellje gumiszalagot fog használni energiaforrásként. Egy kis mérnöki munkára lesz szükség ahhoz, hogy a járműve működőképes legyen – hívja ki magát, hogy megnézze, meddig mehet el autója!
Anyagok
(Megjegyzés: Ez egy mérnöki tervezési projekt. Az alábbiakban egy javasolt lista található. anyagból, de különbözőeket is helyettesíthet.)
- Hullámkarton
- Két itatószál
- Két fa nyárs
- Négy CD (amelyeknek rendben van a karcolás)
- Szivacs
- Papírcsipesz
- Válogatott gumiszalagok
- Szalag
- Olló
- Sima, kemény felület az autó teszteléséhez
- Forró ragasztópisztoly (opcionális)
Előkészületek
- Óvatosan vágjon le egy hullámkarton darabot, amely valamivel hosszabb és szélesebb, mint egy szalma hossza.
- A két szívószálat ragassza fel a kartonra, egymással párhuzamosan, egyenként. vége.
- Vágjon egy téglalap alakú bemetszést a karton egyik végén, kb. Ezzel az egyik szalmaszál közepéből kivág egy szegmenst is.
- Helyezzen egy fa nyársat minden szalmába. Ezek lesznek az autójának tengelyei.
- Vágjon négy kis négyzetet a szivacsból, és óvatosan nyomja rá a nyárs végeire.
- Csatlakoztasson CD-ket a tengelyekhez a kerekek kialakításához. Ehhez töltsön be egy darab szivacsot a CD közepén lévő lyukba, majd ragasztószalaggal rögzítse a CD-t és megakadályozza annak megingását.
- Győződjön meg arról, hogy autója gördülékenyen gördülhet. Tegye le egy sima felületre, és nyomja meg. Szükség esetén állítsa be a kerekeket úgy, hogy mind párhuzamosak legyenek és ne ingadozzanak. Mit gondolsz, meddig fog eljutni az autó, amikor rugalmas gumiszalag energiával hajtod?
Eljárás
- Hurkozzon át egy gumiszalagot a fa nyárs középső, szabadon lévő része körül (ahol kivágott egy rést a karton és szalma).
- A gumiszalagot ragassza a nyársra, hogy ne csúszjon el – amikor a nyárs forog, akkor a gumiszalagnak együtt kell forognia.
- Vágjon egy kis rést a kartondarab közepe.
- Akassza be a nyílásba egy gemkapcsot.
- Akassza be a gumiszalag szabad végét a gemkapcsba.
- Tekerje fel a gumiszalaghoz csatlakozó tengelyt. Ha szükséges, csavarja be a gumiszalagot a tengelyre, amikor elindul, hogy megakadályozza a csúszást.
- Tegye le autóját, és engedje el a tengelyt. Mi történik? Az autója halad előre? Meddig megy?
- Ha autója nem mozdult, itt az ideje néhány hibaelhárításnak.
- Ha a gumiszalag egyáltalán nem lazult ki, tekerje szorosabban és próbálja újra. Megpróbálhatja megváltoztatni a gemkapocs résének helyét is, hogy beállítsa a gumiszalag feszességét.
- Ha a gumiszalag letekeredett, de a tengely nem forgott meg, akkor előfordulhat, hogy a gumiszalag nincs rögzítve. elég biztosan a nyárshoz. Próbáljon szoros csomó kötésével vagy forró ragasztóval felhelyezni a nyársra.
- Ha a kerekek megpördültek, de az autó egyáltalán nem haladt előre, akkor lehet, hogy nem volt elég súrlódás a CD-k és a lemez között. talaj. Próbálja meg használni az autót egy másik felületen. Ha ez még mindig nem működik, próbálja meg jobban megragadni a CD-ket úgy, hogy gumiszalagokat nyújt köréjük, vagy forró ragasztó gyöngyöt helyez el a szélek mentén. (Hagyja, hogy a ragasztó teljesen megszáradjon, mielőtt újra tesztelné autóját.)
- Kísérletezzen tovább az autójával. Végezzen apró változtatásokat rajta, és tesztelje újra. Meddig juthat el az autó?
- Extra: Gondoljon a ” üzemanyag-takarékosság ”a gumiszalaggal hajtott autójához. A benzinüzemű autók üzemanyag-fogyasztását mérföldenként mérik gallonban, vagy hány mérföldet tud megtenni az autó egy liter üzemanyaggal.Autója feszített gumiszalagot használ energiaforrásként benzin helyett. Hogyan tudná mérni az “üzemanyag-takarékosságot” a különböző kiviteleknél? Például hány lábat tud megtenni autója a tengely kezdeti szélsebességi forgatásánként? Hogyan változik ez a különbözõ gumiszalagok vagy különbözõ gemkapocspozíciók esetén? Mi adja a legjobb üzemanyag-fogyasztást?
- Extra: Tesztelje a különböző típusú gumiszalagokat az autó meghajtásához. Jobban működik hosszú vagy rövidekkel? Vastag vagy vékony?
- Extra: Próbálja meg különböző anyagok felhasználásával megépíteni autóját. Mi történik, ha a kerekekhez használt CD-k helyett kupakot vagy a tengelyhez való nyárs helyett ceruzát használunk?
- Extra: Ezt a projektet végezze el barátaival vagy családjával. Mindenki elkészítheti saját autóját, majd megnézheti, kinek lehet a legmesszebb menni.
- Extra: gumiszalag helyett léggömb meghajtású autót építhet. Az utasításokat lásd az alábbi “További felfedezésre” részben.
Megfigyelések és eredmények
Amikor felhúzza az autó tengelyét, kinyújtja a gumiszalagot és tárolja a potenciális energiát. Amikor elengedi, a gumiszalag kiengedni kezd, és a potenciális energia átalakul kinetikus energiává, amikor az autó halad előre. Minél többet feszíted meg a gumiszalagot, annál több potenciális energia tárolódik, és minél előrébb és gyorsabban kell haladni az autónak.
Mindez elméletileg remekül hangzik – de a gyakorlatban előfordulhat, hogy ezt nehéznek találta. Számos dolog megakadályozhatja az autó megfelelő működését. Ha a kerekek nincsenek megfelelően beállítva, meginghatnak vagy elakadhatnak, és megakadályozhatják az autó gördülékeny gördülését. A gumiszalag a fa tengelyéhez képest megcsúszhat, megakadályozva a kerekek forogását. Még ha a kerekek is forognak, előfordulhat, hogy nincs elég súrlódás a talajjal, ami miatt a helyükön forognak az autó mozgatása nélkül. Ezeket a kihívásokat egy mérnöki erőfeszítéssel tudja leküzdeni!
További felfedezésre szánt lehetőségek
Építsen egy léggömbös meghajtású autót, a Scientific American
Balloon meghajtású autó kihívás, a Science Barátok részéről
Csattanós tudomány: A kifeszített gumiszalagok potenciális energiával vannak terhelve! a Science Barátokkal partnerségben eljuttatva hozzád
