Nøkkelbegreper
Fysikk
Potensiell energi
Kinetisk energi
Bevaring av energi
Enkel maskin
Introduksjon
Innrøm det, du har sannsynligvis lansert et gummistrikk minst en gang – trukket den ene enden bakover, og la den gå flygende. Mistenkte du noen gang at gummistrikk også kunne være en morsom måte å lære om fysikk og ingeniørfag på? Finn ut i dette prosjektet hvor du skal bygge en gummistrikkdrevet bil.
Bakgrunn
Når du strekker et gummistrikk, lagrer den potensiell energi. Spesielt lagrer den elastisk potensiell energi — den typen energi som lagres når et materiale blir deformert (i motsetning til gravitasjonspotensialenergi, typen du får når du løfter et objekt fra bakken). Når du slipper det hele, må den lagrede energien gå et sted. Hvis du setter et gummistrikk over rommet, blir den potensielle energien konvertert til kinetisk energi, bevegelsesenergien.
Men hva med å bruke all den lagrede energien? Du kan feste gummibåndet til en enkel maskin – et hjul og en aksel – for å bygge en enkel gummistrikkdrevet bil. I ekte biler blir bensinens kjemiske energi eller den elektriske energien i et batteri omgjort til kinetisk energi til den bevegelige bilen. Modellbilen din vil bruke et strikk som energikilde. Det vil ta litt teknikk for å få kjøretøyet til å fungere – utfordre deg selv til å se hvor langt bilen din kan komme!
Materialer
(Merk: Dette er et prosjektering av ingeniørdesign. Følgende er en foreslått liste av materialer, men du kan erstatte forskjellige.)
- Bølgepapp
- To sugerør
- To spyd av tre
- Fire CDer (det er greit å få riper)
- Svamp
- binders
- Assorterte strikker
- Tape
- Saks
- Flat, hard overflate for å teste bilen din
- Varmlimpistol (valgfritt)
Forberedelse
- Klipp forsiktig et stykke bølgepapp som er litt lengre og bredere enn lengden på ett sugerør.
- Tape de to sugerørene til pappa, parallelt med hverandre, ett på hver ende.
- Skjær et rektangulært hakk i papp i den ene enden, omtrent en tomme og en tomme. Dette vil også kutte et segment ut av midten av et av sugerørene.
- Sett et trespyd gjennom hvert sugerør. Dette vil være bilens aksler.
- Klipp fire små firkanter fra svampen og trykk dem forsiktig på endene på spydene.
- Fest CD-er til akslene for å danne hjul. Gjør dette ved å stikke et stykke svamp inn i hullet midt på CD-en, og deretter bruke tape for å feste CD-en og forhindre at den vingler.
- Sørg for at bilen din kan rulle jevnt. Legg den ned på en flat overflate og skyv den. Juster eventuelt hjulene slik at de er parallelle og ikke vakler. Hvor langt tror du bilen din kommer når du driver den med elastisk gummibåndsenergi?
Fremgangsmåte
- Slyng et gummistrikk gjennom seg selv, midt, utsatt del av trespydet (hvor du kutter ut et hakk i papp og halm).
- Tape gummibåndet til spyden for å forhindre at det glir – når spydet roterer, bør gummistrikket rotere med det.
- Skjær et lite spor i midten av pappstykket.
- Hekt en binderspalte gjennom sporet.
- Hekt den frie enden av gummibåndet på binders.
- Rull opp akselen som er koblet til gummibåndet. Klyp om nødvendig gummibåndet på akselen når du starter, for å forhindre at den sklir.
- Sett bilen ned og slipp akselen. Hva skjer? Går bilen fremover? Hvor langt går det?
- Hvis bilen din ikke beveget seg, er det på tide med feilsøking.
- Hvis gummistrikket ikke slapp av i det hele tatt, kan du vri det tettere og prøve igjen. Du kan også prøve å endre plasseringen til sporet for binders for å justere strammens tetthet.
- Hvis gummistrikket rullet ut, men akselen ikke spinner, kan det hende at gummistrikket ikke var festet sikkert nok til spyden. Prøv å feste den til spydet ved å knyte en tett knute eller bruke varmt lim.
- Hvis hjulene snurret, men bilen ikke beveget seg fremover i det hele tatt, hadde det kanskje ikke vært nok friksjon mellom CD-ene og CD-en. bakke. Prøv å bruke bilen på et annet underlag. Hvis det fremdeles ikke fungerer, kan du prøve å gi CDene dine mer grep ved å strekke gummistrikk rundt dem eller ved å sette en perle med varmt lim langs kantene. (La limet tørke helt før du tester bilen din igjen.)
- Fortsett å eksperimentere med bilen din. Gjør små endringer i den og test den igjen. Hvor langt kan du få bilen til å gå?
- Ekstra: Tenk på » drivstofføkonomi ”for din gummistrikkdrevne bil. Bensindrevne biler beregner drivstofføkonomien i miles per gallon, eller hvor mange miles bilen kan kjøre på en liter drivstoff.Bilen din bruker et strukket gummibånd som energikilde i stedet for bensin. Hvordan kan du måle «drivstofføkonomi» for forskjellige design? For eksempel hvor mange fot kan bilen din reise per innledende rotasjon av akselen? Hvordan endrer dette seg med forskjellige strikker eller forskjellige binders posisjoner? Hva gir deg den beste drivstofføkonomien?
- Ekstra: Test forskjellige typer strikker for å drive bilen din. Fungerer det bedre med lange eller korte? Tykke eller tynne?
- Ekstra: Prøv å bruke forskjellige materialer for å bygge bilen din. Hva skjer hvis du bruker flaskehetter i stedet for CD-er for hjul eller blyanter i stedet for spyd for aksler?
- Ekstra: Gjør dette prosjektet med venner eller familie. Alle kan bygge sin egen bil og deretter se hvem som kan gå lengst.
- Ekstra: Du kan bygge en bil drevet av en ballong i stedet for et gummistrikk. Se delen «Mer å utforske» nedenfor for instruksjoner.
Observasjoner og resultater
Når du slynger opp bilens aksel, strekker du gummibåndet og lagrer potensiell energi. Når du slipper den, begynner gummibåndet å slappe av, og den potensielle energien konverteres til kinetisk energi når bilen kjøres fremover. Jo mer du strekker gummibåndet, jo mer potensiell energi lagres, og jo lenger og raskere skal bilen gå.
Alt dette høres bra ut i teorien – men i praksis har du kanskje funnet det vanskelig. Flere ting kan forhindre at bilen din fungerer bra. Hvis hjulene ikke er riktig innrettet, kan de vingle eller kaste seg og forhindre at bilen ruller jevnt. Gummibåndet kan skli i forhold til treakselen, og forhindrer at hjulene spinner. Selv om hjulene snurrer, kan det hende at det ikke er nok friksjon med bakken, noe som får dem til å snurre på plass uten å bevege bilen. Dette er alle utfordringer du kan overvinne med en liten ingeniørinnsats!
Mer å utforske
Bygg en ballongdrevet bil, fra Scientific American
Balloon-Powered Car Challenge, fra Science Buddies
Snappy Science: Strakte gummibånd er fylt med potensiell energi !, fra Scientific American
Absorber sjokket !, fra Scientific American
Science Activity for All Ages !, fra Science Buddies
Denne aktiviteten ført til deg i partnerskap med Science Buddies
