Nyckelbegrepp
Fysik
Potentiell energi
Kinetisk energi
Energibesparing
Enkel maskin
Introduktion
Medge det, du har antagligen lanserat ett gummiband minst en gång – dragit ena änden bakåt och låt det gå flygande. Har du någonsin misstänkt att gummiband också kan vara ett roligt sätt att lära sig om fysik och teknik? Ta reda på i det här projektet var du bygger en gummibanddriven bil.
Bakgrund
När du sträcker ett gummiband lagrar den potentiell energi. Specifikt lagrar den elastisk potentiell energi – den typ av energi som lagras när ett material deformeras (i motsats till gravitationspotentialenergin, den typ du får när du lyfter ett föremål från marken). När du släpper allt måste den lagrade energin gå någonstans. Om du sätter ett gummiband över rummet omvandlas den potentiella energin till kinetisk energi, rörelsenergin.
Men hur är det med att använda all den lagrade energin? Du kan fästa ditt gummiband på en enkel maskin – ett hjul och en axel – för att bygga en enkel gummibanddriven bil. I riktiga bilar omvandlas bensins kemiska energi eller den elektriska energin i ett batteri till den rörliga bilens kinetiska energi. Din modellbil använder ett gummiband som energikälla. Det krävs lite teknik för att få ditt fordon att fungera – utmana dig själv att se hur långt din bil kan gå!
Material
(Obs: Detta är ett projekt för ingenjörsdesign. Följande är en föreslagen lista av material, men du kan ersätta olika.)
- wellpapp
- Två sugrör
- Två träspett
- Fyra CD-skivor (som är okej att få repor)
- Svamp
- Gem
- Blandade gummiband
- Tejp
- Sax
- Plan, hård yta för att testa din bil
- Hot-limpistol (tillval)
Förberedelse
- Skär försiktigt en bit korrugerad kartong som är något längre och bredare än längden på ett sugrör.
- Tejpa de två sugrören på kartongen, parallellt med varandra, en vid vardera slut.
- Skär en rektangulär skåra i kartongen i ena änden, ungefär en tum vid en tum. Detta skär också ett segment ur mitten av ett sugrör.
- För in en träspett genom varje sugrör. Det här är din bils axlar.
- Klipp fyra små rutor från svampen och tryck dem försiktigt på spetsändarna.
- Fäst CD-skivor på axlarna för att bilda hjul. Gör detta genom att stoppa en bit svamp i hålet mitt på CD-skivan och sedan använda tejp för att säkra CD-skivan och förhindra att den vacklar.
- Se till att din bil kan rulla smidigt. Lägg ner den på en plan yta och tryck på den. Justera vid behov hjulen så att de är parallella och inte vacklar. Hur långt tror du att din bil kommer att gå när du driver den med elastisk gummibandsenergi?
Procedur
- Slinga ett gummiband genom sig själv runt mitten, exponerad del av träspetten (där du skär ut ett skår i kartong och halm).
- Tejpa gummibandet på spetten för att förhindra att det glider – när spetten roterar bör gummibandet rotera med det.
- Skär en liten slits i mitt på kartongen.
- Haka ett gem genom facket.
- Haka fast den fria änden av gummibandet på gemet.
- Rulla upp axeln som är ansluten till gummibandet. Om det behövs, kläm fast gummibandet på axeln när du startar för att förhindra att den glider.
- Lägg ner bilen och släpp axeln. Vad händer? Går din bil framåt? Hur långt går det?
- Om din bil inte rörde sig är det dags för lite felsökning.
- Om gummibandet inte rullade av alls, vrid det tätare och försök igen. Du kan också försöka ändra platsen för spåret för gemet för att justera gummibandets täthet.
- Om gummibandet rullades upp men axeln inte snurrade, kanske gummibandet inte har fästs säkert nog till spett. Försök att fästa den på spetten genom att knyta en tät knut eller använda hett lim.
- Om hjulen snurrade men bilen inte rörde sig framåt kanske det inte hade varit tillräckligt med friktion mellan CD-skivorna och jord. Försök använda bilen på en annan yta. Om det fortfarande inte fungerar, försök ge dina CD-skivor mer grepp genom att sträcka gummiband runt dem eller genom att sätta en pärla med varmt lim längs kanterna. (Låt limmet torka helt innan du testar din bil igen.)
- Fortsätt experimentera med din bil. Gör små ändringar i den och testa den igen. Hur långt kan du få bilen att gå?
- Extra: Tänk på ” bränsleekonomi ”för din gummibanddrivna bil. Bensindrivna bilar beräknar sin bränsleekonomi i miles per gallon, eller hur många miles bilen kan resa med en liter bränsle.Din bil använder ett sträckt gummiband som energikälla istället för bensin. Hur kunde du mäta ”bränsleekonomi” för olika konstruktioner? Till exempel hur många fot kan din bil resa per inledande vridning av axeln? Hur förändras detta med olika gummiband eller olika gemspositioner? Vad ger dig den bästa bränsleekonomin?
- Extra: Testa olika typer av gummiband för att driva din bil. Fungerar det bättre med långa eller korta? Tjocka eller tunna?
- Extra: Försök använda olika material för att bygga din bil. Vad händer om du använder flasklock i stället för CD-skivor för hjul eller pennor istället för spett för axlar?
- Extra: Gör det här projektet med vänner eller familj. Alla kan bygga sin egen bil och sedan se vem som kan gå längst.
- Extra: Du kan bygga en bil som drivs av en ballong istället för ett gummiband. Se avsnittet ”Mer att utforska” nedan för instruktioner.
Observationer och resultat
När du rullar upp bilens axel sträcker du gummibandet och lagrar potentiell energi. När du släpper den börjar gummibandet att varva ner och den potentiella energin omvandlas till kinetisk energi när bilen drivs framåt. Ju mer du sträcker gummiband, desto mer potentiell energi lagras och desto längre och snabbare borde bilen gå.
Det låter allt bra i teorin – men i praktiken har du kanske haft det svårt. Flera saker kan förhindra att din bil fungerar bra. Om hjulen inte är rätt inriktade kan de vackla eller fastna och förhindra att bilen rullar smidigt. Gummibandet kan glida i förhållande till träaxeln och förhindrar att hjulen snurrar. Även om hjulen snurrar kanske det inte finns tillräckligt med friktion mot marken, vilket får dem att snurra på plats utan att röra bilen. Det här är alla utmaningar som du kan övervinna med lite ingenjörsarbete!
Mer att utforska
Bygg en ballongdriven bil, från Scientific American
Balloon-Powered Car Challenge, från Science Buddies
Snappy Science: Sträckta gummiband är laddade med potentiell energi !, från Scientific American
Absorbera chocken !, från Scientific American
Science Activity for All Ages !, från Science Buddies
Denna aktivitet förts till dig i samarbete med Science Buddies
