重要な概念
物理学
位置エネルギー
運動エネルギー
エネルギー保存の法則
単純な機械
はじめに
確かに、少なくとも1回は輪ゴムを発射したことがあります。一方の端を引き戻して、飛ばします。輪ゴムも物理学と工学について学ぶための楽しい方法であると思ったことはありますか？このプロジェクトで、輪ゴムを動力源とする自動車を製造する場所を見つけてください。
背景
輪ゴムを伸ばすと、位置エネルギーが蓄えられます。具体的には、弾性ポテンシャルエネルギー（材料が変形したときに蓄えられるエネルギーのタイプ）を蓄えます（重力ポテンシャルエネルギーとは対照的に、物体を地面から持ち上げたときに得られるタイプ）。あなたがそれをすべて解放するとき、その蓄えられたエネルギーはどこかに行かなければなりません。部屋全体に輪ゴムを打ち上げると、位置エネルギーは運動エネルギー、つまり運動エネルギーに変換されます。
しかし、蓄積されたすべてのエネルギーを使用するのはどうでしょうか。輪ゴムを単純な機械（ホイールと車軸）に取り付けて、単純な輪ゴムで動く車を作ることができます。実際の車では、ガソリンの化学エネルギーまたはバッテリー内の電気エネルギーは、移動中の車の運動エネルギーに変換されます。あなたのモデルカーはエネルギー源として輪ゴムを使用します。車両を機能させるには少しエンジニアリングが必要です。自分の車がどこまで行けるかを確認してください！
材料
（注：これはエンジニアリング設計プロジェクトです。以下は推奨リストです。材料は異なりますが、別のものに置き換えることができます。）
- 段ボール
- 2本のストロー
- 2本の木製串
- 4枚のCD（傷が付いても問題ありません）
- スポンジ
- ペーパークリップ
- 各種ゴムバンド
- テープ
- はさみ
- 車をテストするための平らで硬い表面
- ホットグルーガン（オプション）
準備
- 1本のストローの長さよりわずかに長く幅の広い段ボールを慎重にカットします。
- 2本のストローを互いに平行に1つずつ段ボールにテープで貼り付けます。
- 段ボールの一方の端に、約1インチ×1インチの長方形の切り込みを入れます。これにより、ストローの1つの中央からセグメントが切り取られます。
- 各ストローに木製の串を挿入します。これらが車の車軸になります。
- スポンジから4つの小さな正方形を切り取り、串の端に慎重に押し付けます。
- CDを車軸に取り付けて、ホイールを形成します。これを行うには、CDの中央の穴にスポンジを詰め、テープを使用してCDを固定し、ぐらつかないようにします。
- 車がスムーズに転がることを確認します。平らな面に置き、押します。必要に応じて、ホイールがすべて平行になり、ぐらつかないように調整します。弾力性のある輪ゴムのエネルギーで車に動力を供給すると、あなたの車はどこまで行くと思いますか？
手順
- 木製のスキュワーの中央の露出部分（切り欠きを切り取った部分）の周りに輪ゴムを巻き付けます。段ボールとストロー）。
- 輪ゴムをスキュワーにテープで留めて、滑らないようにします。輪ゴムが回転すると、輪ゴムも一緒に回転するはずです。
- 小さなスロットを切り込みます。段ボールの真ん中。
- スロットにペーパークリップを引っ掛けます。
- 輪ゴムの自由端をペーパークリップに引っ掛けます。
- 輪ゴムに接続されている車軸を巻き上げます。必要に応じて、開始時に車軸の輪ゴムをつまんで、滑らないようにします。
- 車を下に置き、車軸を解放します。何が起こるのですか？あなたの車は前進しますか？どこまで行くの？
- 車が動かなかった場合は、トラブルシューティングを行います。
- 輪ゴムがまったくほどけなかった場合は、輪ゴムをしっかりと巻き、もう一度試してください。ペーパークリップのスロットの位置を変更して、輪ゴムの締まり具合を調整することもできます。
- 輪ゴムがほどけても車軸が回転しない場合は、輪ゴムが取り付けられていない可能性があります。串にしっかりと固定します。しっかりと結び目を作るか、ホットグルーを使用して串に取り付けてみてください。
- ホイールが回転しても車がまったく前進しなかった場合は、CDとCDの間に十分な摩擦がなかった可能性があります。接地。別の場所で車を使用してみてください。それでも問題が解決しない場合は、CDの周りに輪ゴムを伸ばすか、エッジに沿ってホットグルーのビードを配置して、CDのグリップを高めてみてください（車を再度テストする前に、接着剤を完全に乾かしてください）。
- 車の実験を続けます。車に小さな変更を加えて、もう一度テストします。車をどこまで動かすことができますか？
- 追加：「あなたの輪ゴム動力車のための燃料経済」。ガソリン車は、ガロンあたりのマイル数、つまり1ガロンの燃料で車が走行できるマイル数で燃費を計算します。あなたの車はガソリンの代わりにエネルギー源として引き伸ばされた輪ゴムを使用しています。さまざまな設計の「燃費」をどのように測定できますか？たとえば、車軸の最初の巻き上げ回転ごとに、車は何フィート移動できますか？これは、輪ゴムやペーパークリップの位置が異なるとどのように変化しますか？何があなたに最高の燃費を与えますか？
- 追加：さまざまな種類の輪ゴムをテストして、車に動力を供給します。長いものと短いもののどちらでうまく機能しますか？厚いものですか、薄いものですか？
- 追加：さまざまな材料を使用して車を組み立ててみてください。ホイールにCDの代わりにボトルキャップを使用したり、車軸に串の代わりに鉛筆を使用したりするとどうなりますか？
- 追加：このプロジェクトは友人や家族と一緒に行ってください。誰もが自分の車を作って、誰が一番遠くまで行けるかを確認できます。
- 追加：輪ゴムの代わりに気球を使って車を作ることができます。手順については、以下の「詳細」セクションを参照してください。
観察と結果
車の車軸を巻き上げると、輪ゴムを伸ばして位置エネルギーを蓄えます。それを放すと、輪ゴムがほどけ始め、車が前方に推進されるときに位置エネルギーが運動エネルギーに変換されます。輪ゴムを伸ばすほど、位置エネルギーが蓄えられ、車はより遠く、より速く進むはずです。
理論的にはすべて素晴らしいように聞こえますが、実際には難しいと感じるかもしれません。いくつかのことがあなたの車がうまく機能するのを妨げる可能性があります。ホイールの位置が正しく合わないと、ぐらついたり詰まったりして、車がスムーズに転がるのを妨げる可能性があります。輪ゴムは木製の車軸に対して滑ることがあり、車輪が回転するのを防ぎます。車輪が回転しても、地面との摩擦が十分でなく、車を動かさずに車輪が所定の位置で回転する可能性があります。これらはすべて、少しのエンジニアリング作業で克服できる課題です！
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