Kernbegrippen
Fysica
Potentiële energie
Kinetische energie
Behoud van energie
Simpele machine
Inleiding
Geef toe, je hebt waarschijnlijk minstens één keer een rubberen band gelanceerd – trok een uiteinde naar achteren en liet het vliegen. Had je ooit vermoed dat elastiekjes ook een leuke manier kunnen zijn om over natuurkunde en techniek te leren? Ontdek in dit project waar je een auto met elastiekjes gaat bouwen.
Achtergrond
Als je een elastiekje uitrekt, slaat het potentiële energie op. In het bijzonder slaat het elastische potentiële energie op – het type energie dat wordt opgeslagen wanneer een materiaal wordt vervormd (in tegenstelling tot potentiële zwaartekrachtenergie, het type dat u krijgt als u een object van de grond tilt). Als je alles loslaat, moet die opgeslagen energie ergens heen. Als je een rubberen band door de kamer schiet, wordt de potentiële energie omgezet in kinetische energie, de energie van beweging.
Maar hoe zit het met het gebruiken van al die opgeslagen energie? U kunt uw elastiekje aan een eenvoudige machine – een wiel en as – bevestigen om een eenvoudige auto met elastiekje te bouwen. In echte autos wordt de chemische energie van benzine of de elektrische energie in een batterij omgezet in kinetische energie van de rijdende auto. Je modelauto gebruikt een rubberen band als energiebron. Er is wat techniek voor nodig om uw voertuig aan het werk te krijgen. Daag uzelf uit om te zien hoe ver uw auto kan gaan!
Materialen
(Opmerking: dit is een technisch ontwerpproject. Hieronder volgt een lijst met suggesties van materialen, maar u kunt verschillende materialen vervangen.)
- Golfkarton
- Twee rietjes
- Twee houten spiesjes
- Vier cds (die mogen niet bekrast raken)
- Spons
- Paperclip
- Diverse elastiekjes
- Tape
- Schaar
- Vlak, hard oppervlak om uw auto te testen
- Heetlijmpistool (optioneel)
Voorbereiding
- Snijd voorzichtig een stuk golfkarton dat iets langer en breder is dan de lengte van één rietje.
- Plak de twee rietjes parallel aan elkaar op het karton, één aan elk einde.
- Snijd aan een uiteinde een rechthoekige inkeping in het karton, ongeveer 2,5 x 2,5 cm. Hierdoor wordt ook een deel uit het midden van een van de rietjes gesneden.
- Steek een houten spies door elk rietje. Dit zijn de assen van je auto.
- Snijd vier kleine vierkantjes uit de spons en druk ze voorzichtig op de uiteinden van de spiesjes.
- Bevestig cds aan de assen om wielen te vormen. Doe dit door een stuk spons in het gat in het midden van de cd te proppen en vervolgens plakband te gebruiken om de cd vast te zetten en te voorkomen dat deze gaat wiebelen.
- Zorg ervoor dat uw auto soepel kan rollen. Leg het op een plat oppervlak en geef het een duwtje. Pas indien nodig de wielen aan zodat ze allemaal evenwijdig zijn en niet wiebelen. Hoe ver denk je dat je auto zal gaan als je hem aandrijft met elastische rubberen bandenergie?
Procedure
- Lus een rubberen band door zichzelf heen rond het middelste, blootliggende deel van de houten spies (waar je een inkeping in de karton en stro).
- Plak de rubberen band aan de spies om te voorkomen dat deze wegglijdt – wanneer de spies draait, moet de rubberen band ermee meedraaien.
- Snijd een kleine sleuf in het midden van het stuk karton.
- Haak een paperclip door de gleuf.
- Haak het vrije uiteinde van de rubberen band aan de paperclip.
- Wikkel de as op die is verbonden met de rubberen band. Knijp indien nodig de rubberen band op de as samen bij het starten, om te voorkomen dat deze wegglijdt.
- Zet je auto neer en laat de as los. Wat gebeurt er? Rijdt uw auto vooruit? Hoe ver gaat het?
- Als uw auto niet heeft gereden, is het tijd voor een probleemoplossing.
- Als de rubberen band helemaal niet afrolde, wind hem dan steviger op en probeer het opnieuw. Je kunt ook proberen de locatie van de sleuf voor de paperclip te veranderen om de elastiekjes strakker te maken.
- Als het elastiekje is afgewikkeld maar de as niet heeft gedraaid, is het elastiekje mogelijk niet bevestigd stevig genoeg aan de spies. Probeer het aan de spies te bevestigen door een strakke knoop te leggen of met hete lijm.
- Als de wielen ronddraaiden maar de auto helemaal niet vooruit bewoog, was er mogelijk niet genoeg wrijving tussen de cds en de grond. Probeer de auto op een ander oppervlak te gebruiken. Als dat nog steeds niet werkt, probeer dan je cds meer grip te geven door er elastiekjes omheen te trekken of door een druppel hete lijm langs de randen te plakken. (Laat de lijm volledig drogen voordat je je auto opnieuw test.)
- Blijf experimenteren met je auto. Breng kleine wijzigingen aan en test hem opnieuw. Hoe ver kun je de auto krijgen om te gaan?
- Extra: denk aan de ” brandstofbesparing ”voor uw auto met rubberen band. Benzine-aangedreven autos berekenen hun brandstofverbruik in mijlen per gallon, of hoeveel mijlen de auto kan rijden op een gallon brandstof.Uw auto gebruikt een uitgerekte rubberen band als energiebron in plaats van benzine. Hoe zou je het “brandstofverbruik” voor verschillende ontwerpen kunnen meten? Hoeveel voet kan uw auto bijvoorbeeld rijden per eerste opwindrotatie van de as? Hoe verandert dit met verschillende elastiekjes of verschillende paperclipposities? Wat geeft u het beste brandstofverbruik?
- Extra: test verschillende soorten elastiekjes om uw auto van stroom te voorzien. Werkt het beter met lange of korte? Dikke of dunne?
- Extra: probeer verschillende materialen te gebruiken om uw auto te bouwen. Wat gebeurt er als je flessendoppen gebruikt in plaats van cds voor wielen of potloden in plaats van spiesjes voor assen?
- Extra: doe dit project met vrienden of familie. Iedereen kan zijn eigen auto bouwen en dan kijken wiens auto het verst kan gaan.
- Extra: je kunt een auto bouwen die wordt aangedreven door een ballon in plaats van een rubberen band. Zie het gedeelte “Meer te ontdekken” hieronder voor instructies.
Observaties en resultaten
Wanneer u de as van de auto oprolt, rekt u de rubberen band uit en slaat u potentiële energie op. Wanneer je hem loslaat, begint de rubberen band te ontspannen en wordt de potentiële energie omgezet in kinetische energie terwijl de auto vooruit wordt voortgestuwd. Hoe meer je de rubberen band uitrekt, hoe meer potentiële energie wordt opgeslagen, en hoe verder en sneller de auto moet gaan.
Dat klinkt allemaal geweldig in theorie, maar in de praktijk heb je het misschien moeilijk gevonden. Er zijn verschillende dingen die ervoor kunnen zorgen dat uw auto niet goed werkt. Als de wielen niet goed zijn uitgelijnd, kunnen ze wiebelen of vastlopen en voorkomen dat de auto soepel rolt. De rubberen band kan slippen ten opzichte van de houten as, waardoor de wielen niet doorslaan. Zelfs als de wielen draaien, is er mogelijk niet genoeg wrijving met de grond, waardoor ze op hun plaats draaien zonder de auto te verplaatsen. Dit zijn allemaal uitdagingen die je kunt overwinnen met een beetje technische inspanning!
Meer te ontdekken
Bouw een auto met ballonaandrijving, van Scientific American
Uitdaging met ballon aangedreven auto, van Science Buddies
Snappy Science: uitgerekte elastiekjes zitten boordevol potentiële energie !, van Scientific American
Absorb the Shock !, van Scientific American
Science Activities for All Ages !, van Science Buddies
Deze activiteit aangeboden in samenwerking met Science Buddies
