Principais conceitos
Física
Energia potencial
Energia cinética
Conservação de energia
Máquina simples
Introdução
Admita, você provavelmente já lançou um elástico pelo menos uma vez – puxou uma ponta para trás e a deixou voar. Você já suspeitou que elásticos também podem ser uma maneira divertida de aprender sobre física e engenharia? Descubra neste projeto onde você construirá um carro movido a elástico.
Histórico
Quando você estica um elástico, ele armazena energia potencial. Especificamente, ele armazena energia potencial elástica – o tipo de energia armazenada quando um material é deformado (em oposição à energia potencial gravitacional, o tipo que você obtém quando levanta um objeto do solo). Quando você libera tudo, essa energia armazenada tem que ir para algum lugar. Se você lançar um elástico pela sala, a energia potencial é convertida em energia cinética, a energia do movimento.
Mas que tal colocar toda essa energia armazenada em uso? Você pode prender seu elástico a uma máquina simples – uma roda e um eixo – para construir um carro movido a elástico simples. Em carros reais, a energia química da gasolina ou a energia elétrica de uma bateria é convertida em energia cinética do carro em movimento. Seu modelo de carro usará um elástico como fonte de energia. Será necessário um pouco de engenharia para fazer seu veículo funcionar – desafie-se a ver até onde seu carro pode ir!
Materiais
(Observação: este é um projeto de design de engenharia. A lista a seguir é sugerida de materiais, mas você pode substituir por outros.)
- Papelão ondulado
- Dois canudos
- Dois espetos de madeira
- Quatro CDs (que podem ser riscados)
- esponja
- Clipe de papel
- elásticos diversos
- Fita adesiva
- Tesoura
- Superfície plana e dura para testar seu carro
- Pistola de cola quente (opcional)
Preparação
- Corte com cuidado um pedaço de papelão ondulado que seja um pouco mais longo e mais largo que o comprimento de um canudo.
- Prenda os dois canudos no papelão, paralelos um ao outro, um em cada extremidade.
- Corte um entalhe retangular no papelão em uma extremidade, cerca de uma polegada por uma polegada. Isso também cortará um segmento do meio de um dos canudos.
- Insira um espeto de madeira em cada canudo. Esses serão os eixos do seu carro.
- Corte quatro pequenos quadrados da esponja e pressione-os cuidadosamente nas pontas dos espetos.
- Prenda CDs nos eixos para formar as rodas. Faça isso colocando um pedaço de esponja no orifício no meio do CD e, em seguida, usando fita adesiva para prendê-lo e evitar que balance.
- Certifique-se de que seu carro possa rolar suavemente. Coloque-o sobre uma superfície plana e dê um empurrão. Se necessário, ajuste as rodas para que fiquem todas paralelas e não balancem. Até onde você acha que seu carro irá quando você o ligar com energia de elástico?
Procedimento
- Passe um elástico em volta do meio, parte exposta do espeto de madeira (onde você corta um entalhe no papelão e palha).
- Prenda o elástico no espeto para evitar que escorregue – quando o espeto girar, o elástico deve girar com ele.
- Corte uma pequena fenda no no meio do pedaço de papelão.
- Prenda um clipe de papel na fenda.
- Prenda a extremidade livre do elástico no clipe de papel.
- Enrole o eixo que está conectado ao elástico. Se necessário, aperte o elástico do eixo ao dar a partida para evitar que escorregue.
- Coloque o carro no chão e solte o eixo. O que acontece? Seu carro avança? Até onde isso vai?
- Se o seu carro não se mexeu, é hora de solucionar o problema.
- Se o elástico não se desenrolou, enrole com mais força e tente novamente. Você também pode tentar alterar a localização da ranhura do clipe de papel para ajustar o aperto do elástico.
- Se o elástico se desenrolou, mas o eixo não girou, o elástico pode não ter sido preso com segurança suficiente para o espeto. Tente prendê-lo no espeto dando um nó apertado ou usando cola quente.
- Se as rodas giraram, mas o carro não avançou nada, pode não ter havido atrito suficiente entre os CDs e o terra. Tente usar o carro em uma superfície diferente. Se isso ainda não funcionar, tente dar aos seus CDs mais aderência esticando elásticos ao redor deles ou colocando uma gota de cola quente nas bordas. (Deixe a cola secar completamente antes de testar seu carro novamente.)
- Continue fazendo experiências com seu carro. Faça pequenas alterações nele e teste-o novamente. Até onde você consegue fazer o carro ir?
- Extra: Pense no ” economia de combustível ”para o seu carro movido a elástico. Os carros movidos a gasolina calculam sua economia de combustível em milhas por galão, ou quantas milhas o carro pode viajar com um galão de combustível.Seu carro usa um elástico esticado como fonte de energia em vez de gasolina. Como você poderia medir a “economia de combustível” em projetos diferentes? Por exemplo, quantos pés o seu carro pode viajar por rotação inicial do eixo? Como isso muda com diferentes elásticos ou diferentes posições de clipes de papel? O que proporciona a melhor economia de combustível?
- Extra: teste diferentes tipos de elásticos para alimentar seu carro. Funciona melhor com longos ou curtos? Espesso ou fino?
- Extra: experimente usar materiais diferentes para construir seu carro. O que acontece se você usar tampas de garrafa em vez de CDs para rodas ou lápis em vez de espetos para eixos?
- Extra: faça este projeto com amigos ou família. Todos podem construir seus próprios carros e ver quem consegue ir mais longe.
- Extra: você pode construir um carro movido a um balão em vez de um elástico. Consulte a seção “Mais para explorar” abaixo para obter instruções.
Observações e resultados
Quando você dá corda no eixo do carro, estica o elástico e armazena energia potencial. Quando você o solta, o elástico começa a se desenrolar e a energia potencial é convertida em energia cinética conforme o carro é impulsionado para frente. Quanto mais você estica o elástico, mais energia potencial é armazenada e mais longe e mais rápido o carro deve ir.
Isso parece ótimo em teoria – mas na prática você pode ter achado difícil. Várias coisas podem impedir que seu carro funcione bem. Se as rodas não estiverem alinhadas corretamente, elas podem oscilar ou emperrar e impedir que o carro role suavemente. O elástico pode deslizar em relação ao eixo de madeira, evitando que as rodas girem. Mesmo se as rodas girarem, pode não haver atrito suficiente com o solo, fazendo com que girem sem mover o carro. Todos esses são desafios que você pode superar com um pouco de esforço de engenharia!
Mais para explorar
Build a Balloon-Powered Car, da Scientific American
Balloon-Powered Car Challenge, da Science Buddies
Snappy Science: elásticos esticados são carregados de energia potencial !, da Scientific American
Absorb the Shock !, da Scientific American
Science Activities for All Ages !, da Science Buddies
Esta atividade trazido a você em parceria com a Science Buddies
