주요 개념
물리
잠재 에너지
운동 에너지
에너지 보존
간단한 기계
소개
당신은 아마 한 번 이상 고무줄을 시작했을 것입니다. 한쪽 끝을 뒤로 당기고 날아 가게하십시오. 고무줄이 물리학과 공학을 배우는 재미있는 방법이 될 수 있다고 생각한 적이 있습니까? 이 프로젝트에서 고무줄로 구동되는 자동차를 만드는 위치를 알아보세요.
배경
고무줄을 늘리면 위치 에너지가 저장됩니다. 특히 이것은 물질이 변형 될 때 저장되는 에너지의 유형 인 탄성 위치 에너지를 저장합니다 (중력 위치 에너지와 달리 물체를 땅에서 들어 올릴 때 얻는 유형). 당신이 모든 것을 풀 때, 그 저장된 에너지는 어딘가로 가야합니다. 방 전체에 고무 밴드를 설치하면 위치 에너지가 운동 에너지 인 운동 에너지로 변환됩니다.
하지만 저장된 모든 에너지를 사용하는 것은 어떻습니까? 고무 밴드를 바퀴와 축과 같은 단순한 기계에 부착하여 간단한 고무 밴드 구동 자동차를 만들 수 있습니다. 실제 자동차에서는 휘발유의 화학 에너지 또는 배터리의 전기 에너지가 움직이는 자동차의 운동 에너지로 변환됩니다. 모델 자동차는 고무 밴드를 에너지 원으로 사용합니다. 차량을 작동 시키려면 약간의 엔지니어링이 필요합니다. 차량이 얼마나 멀리 갈 수 있는지 직접 확인하십시오!
재료
(참고 : 이것은 엔지니어링 설계 프로젝트입니다. 다음은 권장 목록입니다. 다른 재료로 대체 할 수 있습니다.)
- 골판지
- 빨대 두 개
- 나무 꼬치 두 개
- CD 4 장 (긁 혀도 괜찮음)
- 스펀지
- 종이 클립
- 여러 고무 밴드
- 테이프
- 가위
- 자동차 테스트를위한 평평하고 단단한 표면
- 열 접착제 건 (선택 사항)
준비
- 빨대 한 장의 길이보다 약간 더 길고 넓은 골판지를 조심스럽게 자릅니다.
- 두 개의 빨대를 골판지에 하나씩 평행하게 테이프로 붙입니다. 끝.
- 카드 보드의 한쪽 끝을 1 인치 x 1 인치 정도 직사각형 노치를 자릅니다. 이렇게하면 빨대 중 하나의 가운데 부분도 잘립니다.
- 각 빨대에 나무 꼬챙이를 삽입합니다. 이것이 자동차의 축이 될 것입니다.
- 스펀지에서 네 개의 작은 정사각형을 잘라 꼬치 끝으로 조심스럽게 누르세요.
- CD를 축에 부착하여 바퀴를 만드세요. 이렇게하려면 CD 중간에있는 구멍에 스폰지 조각을 넣은 다음 테이프를 사용하여 CD를 고정하고 흔들리지 않도록합니다.
- 자동차가 부드럽게 굴러 갈 수 있는지 확인합니다. 평평한 표면에 내려 놓고 밀어줍니다. 필요한 경우 바퀴가 모두 평행하고 흔들리지 않도록 조정합니다. 탄성 고무 밴드 에너지로 전원을 공급할 때 자동차가 얼마나 멀리 갈 것이라고 생각하십니까?
절차
- 나무 꼬챙이의 노출 된 중앙 부분 주위에 고무 밴드를 감 쌉니다. 골판지와 빨대).
- 고무 밴드를 꼬치에 테이프로 감아 미끄러지지 않도록합니다. 꼬챙이가 회전하면 고무 밴드도 함께 회전해야합니다.
- 작은 슬롯을 자릅니다. 골판지 조각의 중앙.
- 슬롯을 통해 종이 클립을 겁니다.
- 고무 밴드의 끝을 종이 클립에 겁니다.
- 고무 밴드에 연결된 축을 감습니다. 필요한 경우 시동 할 때 차축의 고무 밴드를 눌러 미끄러지지 않도록합니다.
- 차를 내려 놓고 차축을 해제합니다. 무슨 일이야? 차가 앞으로 나아 갑니까? 얼마나 멀리가요?
- 차가 움직이지 않았다면 문제를 해결할 때입니다.
- 고무 밴드가 전혀 풀리지 않으면 더 꽉 감고 다시 시도하세요. 종이 클립의 슬롯 위치를 변경하여 고무 밴드의 조임을 조정할 수도 있습니다.
- 고무 밴드가 풀렸지 만 축이 회전하지 않으면 고무 밴드가 부착되지 않았을 수 있습니다. 꼬치에 충분히 안전하게. 꼬챙이에 꽉 묶거나 뜨거운 접착제를 사용하여 부착 해보세요.
- 바퀴가 회전했지만 차가 전혀 전진하지 않았다면 CD와 차 사이에 마찰이 충분하지 않았을 수 있습니다. 바닥. 다른 표면에서 차를 사용해보십시오. 그래도 작동하지 않으면 CD 주위에 고무 밴드를 펴거나 가장자리를 따라 뜨거운 접착제 구슬을 넣어 CD를 더 잘 잡으십시오. (차를 다시 테스트하기 전에 접착제를 완전히 말리십시오.)
- 차를 계속 실험 해보세요. 조금만 변경하고 다시 테스트 해보세요. 자동차를 얼마나 멀리 갈 수 있나요?
- 추가 : ” 당신의 고무줄 동력 자동차를위한 연비”. 가솔린 구동 자동차는 갤런 당 마일 또는 1 갤런의 연료로 자동차가 이동할 수있는 마일 수로 연비를 계산합니다.자동차는 휘발유 대신 늘어난 고무 밴드를 에너지 원으로 사용합니다. 다양한 설계에 대한 “연비”를 어떻게 측정 할 수 있습니까? 예를 들어 차축의 초기 감기 회 전당 몇 피트를 이동할 수 있습니까? 고무 밴드 나 종이 클립 위치에 따라 어떻게 달라 지나요? 최고의 연비는 무엇입니까?
- 추가 : 자동차에 동력을 공급하기 위해 다양한 유형의 고무 밴드를 테스트합니다. 길거나 짧은 것이 더 잘 작동합니까? 두껍거나 얇은 것?
- 추가 : 다른 재료를 사용하여 차를 만들어보십시오. 차축 용 꼬챙이 대신 바퀴 나 연필 용 CD 대신 병 뚜껑을 사용하면 어떻게 되나요?
- 추가 :이 프로젝트를 친구 나 가족과 함께하세요. 누구나 자신의 차를 만들고 누가 가장 멀리 갈 수 있는지 확인할 수 있습니다.
- 추가 : 고무줄 대신 풍선으로 구동되는 자동차를 만들 수 있습니다. 지침은 아래의 추가 정보섹션을 참조하세요.
관찰 및 결과
자동차 축을 감을 때 고무 밴드를 늘리고 잠재적 에너지를 저장합니다. 당신이 그것을 놓으면 고무 밴드가 풀리기 시작하고 자동차가 앞으로 나아갈 때 위치 에너지가 운동 에너지로 변환됩니다. 고무 밴드를 더 많이 늘릴수록 더 많은 위치 에너지가 저장되고 차가 더 멀고 빨라집니다.
이론적으로는 모두 훌륭하게 들리지만 실제로는 어려울 수 있습니다. 몇 가지 요인으로 인해 자동차가 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 바퀴가 제대로 정렬되지 않으면 흔들 리거나 잼이 발생하여 차량이 부드럽게 굴러 가지 못할 수 있습니다. 고무 밴드는 나무 축에 대해 미끄러 져 바퀴가 회전하는 것을 방지합니다. 바퀴가 회전하더라도지면과의 마찰이 충분하지 않아 차를 움직이지 않고 제자리에서 회전 할 수 있습니다. 이것들은 모두 약간의 엔지니어링 노력으로 극복 할 수있는 도전입니다!
자세히 알아보기
풍선 구동 자동차 제작, Scientific American
풍선 구동 자동차 도전, Science Buddies
Snappy Science : 늘어난 고무 밴드에 잠재 에너지가 가득합니다!, Scientific American
Absorb the Shock !, Scientific American
모든 연령을위한 과학 활동!, Science Buddies
이 활동 Science Buddies와 협력하여 제공
