Dus je natuurkundeleraar heeft je klas de klassieke opdracht 'muizenvalauto' gegeven: maak, ontwerp en bouw een klein voertuig dat wordt aangedreven door de klikkende actie van een muizenval om je auto zo ver mogelijk te laten rijden. Als je een voorsprong wilt hebben op alle andere studenten in je klas, moet je je auto zo efficiënt mogelijk maken, zodat je elke centimeter uit je "auto" kunt persen. Met de juiste aanpak is het mogelijk om het ontwerp van uw auto te stroomlijnen voor maximale afstand met alleen gewone huismaterialen. Je kunt ook een muizenval-carkit kopen bij een ambachtelijke winkel en je afvragen of het zal werken.
Stappen
Methode 1 van 3: Uw wielen optimaliseren
Stap 1. Gebruik grote achterwielen
Grote wielen hebben een grotere rotatietraagheid dan kleine wielen. In de praktijk betekent dit dat als ze eenmaal beginnen te rollen, ze moeilijker te stoppen zijn met rollen. Dit maakt grote wielen perfect voor op afstand gebaseerde wedstrijden - in theorie zullen ze minder snel accelereren dan kleinere wielen, maar ze zullen veel langer rollen en ze zullen in het algemeen een grotere afstand afleggen. Dus, voor maximale afstand, maak de wielen op de aandrijfas (degene waaraan de muizenval is vastgebonden, wat meestal de achterste is) erg groot.
Het voorwiel is iets minder belangrijk - het kan groot of klein zijn. Voor een klassieke dragracer-look wil je grote wielen achter en kleinere voor
Stap 2. Gebruik dunne, lichte wielen
Dunnere wielen hebben minder wrijving en kunnen verder gaan als de afstand is wat je wilt of nodig hebt met je muizenvalracer. Het is ook belangrijk om rekening te houden met het gewicht van de wielen zelf - elk onnodig gewicht zal uw auto uiteindelijk vertragen of tot extra wrijving leiden. Daarnaast is het vermeldenswaard dat brede wielen door de luchtweerstand zelfs een klein negatief effect kunnen hebben op de luchtweerstand van de auto. Om deze redenen wilt u de dunste, lichtste wielen gebruiken die beschikbaar zijn voor uw auto.
- Oude cd's of dvd's werken redelijk goed voor dit doel - ze zijn groot, dun en extreem licht. In dit geval kan een loodgieterring worden gebruikt om het gat in het midden van de CD te verkleinen (om beter op de as te passen).
- Als je toegang hebt tot oud vinyl, werken deze ook buitengewoon goed, hoewel ze misschien te zwaar zijn voor de kleinste muizenvallen.
Stap 3. Gebruik een smalle achteras
Ervan uitgaande dat uw auto een auto met achterwielaandrijving is, draaien de achterwielen elke keer dat uw achteras draait. Als je achteras extreem dun is, kan je muizenvalauto het vaker draaien voor dezelfde lengte van het touw dan wanneer het breder zou zijn. Dit vertaalt zich in het vaker draaien van je achterwielen, wat een grotere afstand betekent! Om deze reden is het een verstandig idee om je as te maken van het dunste materiaal dat beschikbaar is, dat nog steeds het gewicht van het frame en de wielen kan dragen.
Smalle houten deuvelstaven zijn hier een geweldige, gemakkelijk toegankelijke keuze. Als je toegang hebt tot dunne metalen staven, zijn deze nog beter - wanneer ze worden gesmeerd, hebben ze meestal minder wrijving
Stap 4. Creëer tractie door de randen van de wrijving van de wielen te geven
Als de wielen tegen de grond slippen wanneer de val wordt gesprongen, wordt energie verspild - de muizenval werkt om de wielen te laten draaien, maar je krijgt geen extra afstand. Als dit bij uw auto gebeurt, kan het toevoegen van wrijvingsverhogend materiaal aan de achterwielen het slippen verminderen. Om uw gewichtsvereisten laag te houden, gebruikt u alleen zoveel als nodig is om de uiteinden van de wielen wat grip te geven en niet extra. Enkele geschikte materialen zijn:
- Elektrische tape
- Elastiekjes
- Geknald ballonrubber
- Bovendien kan het plaatsen van een stuk schuurpapier onder de achterwielen bij de startlijn het slippen verminderen als de auto begint te bewegen (wanneer dit het meest waarschijnlijk is).
Methode 2 van 3: Uw lijst aanpassen
Stap 1. Bouw het lichtst mogelijke frame
Bovenal moet uw auto licht zijn. Hoe kleiner de massa van uw auto, hoe beter - elke gram of milligram die u van het frame van uw auto kunt afschaven, is een beetje verder dat uw muizenval uw auto kan duwen. Probeer geen extra framemateriaal te hebben dan nodig is om je muizenval en wielassen op hun plaats te houden. Als u ruimteverspilling op uw frame ziet, probeer het dan te verwijderen, of, als dit onmogelijk is, maak er gaten in met een boormachine om het gewicht naar beneden te brengen. U wilt ook het lichtst mogelijke materiaal voor uw frame gebruiken. Hier zijn slechts een paar geschikte:
- Balsahout
- Harde plastic platen
- Dunne, lichte metalen platen (aluminium/tinnen dakbedekking, enz.)
- Speelgoed bouwen (K'NEX, Lego, enz.)
Stap 2. Maak het frame lang en smal
In het ideale geval wilt u dat uw auto aerodynamisch gevormd is - dat wil zeggen dat hij een zo klein mogelijk oppervlak heeft in de richting waarin hij rijdt. Net als een pijl, een sloep, een vliegtuig of een speer, zal een voertuig dat is ontworpen met maximale efficiëntie in gedachten bijna altijd een lange, magere vorm hebben om de luchtweerstand te minimaliseren. Voor je muizenvalauto betekent dit dat je je frame zowel smal moet maken (hoewel het moeilijk zal zijn om je frame smaller te krijgen dan de muizenval zelf) en verticaal mager.
Onthoud dat u, om de luchtweerstand te minimaliseren, probeert uw auto het smalst mogelijke profiel te geven. Probeer op de grond te gaan zitten en vanaf de voorkant naar uw auto te kijken om stukken van het frame te zien die het profiel van uw auto onnodig groot maken
Stap 3. Gebruik waar mogelijk lijm in plaats van spijkers
Probeer waar mogelijk lijm in het ontwerp van uw auto te gebruiken in plaats van spijkers, spelden of andere zwaardere oplossingen. U hoeft bijvoorbeeld maar een paar kleine lijmvlekken te gebruiken om uw muizenval aan het frame te bevestigen. Over het algemeen zal de lijm net zo goed vasthouden als spijkers, wat onnodig gewicht kan toevoegen. Gebruik superlijm en geen schoollijm, deze houdt niet zo goed.
Een ander voordeel van lijm is dat het normaal gesproken geen invloed heeft op de luchtweerstand van uw auto. Aan de andere kant, als een van de uiteinden van een spijker uit je frame steekt, kan dit een klein effect hebben
Stap 4. Houd rekening met de structurele integriteit van uw frame
De enige beperkende factor als het gaat om hoe licht en dun je het frame van je muizenvalauto kunt maken, is de kwetsbaarheid ervan - als het te licht is, kan het zo kwetsbaar worden dat de actie van het opspringen van de muizenval de auto uit elkaar doet vallen. De delicate balans tussen het bereiken van de maximale afstand en het onstabiel maken van je auto kan behoorlijk lastig zijn om goed te krijgen, maar wees niet bang om te experimenteren. Het is onwaarschijnlijk dat de muizenval zelf ooit kapot gaat, dus zolang je extra framemateriaal hebt, heb je de vrijheid om fouten te maken.
Als je een extra kwetsbaar materiaal zoals balsahout gebruikt en je hebt moeite om je frame bij elkaar te houden, overweeg dan om een kleine strook van een steviger materiaal zoals metaal of plastic aan de onderkant van het frame toe te voegen. Dit verhoogt de structurele sterkte van de auto terwijl de verandering in luchtweerstand en gewicht tot een minimum wordt beperkt
Methode 3 van 3: Uw kracht maximaliseren
Stap 1. Geef je val een lange "arm" om de hefboomwerking te vergroten
De meeste muizenvalauto's werken als volgt: de muizenval is "ingesteld", een touwtje dat aan de arm van de muizenval is vastgemaakt, wordt zorgvuldig om een van de wielassen gewikkeld en, wanneer de val wordt gesprongen, brengt de zwenkarm van de val zijn energie over naar de as om de wielen te laten draaien. Omdat de arm van de val vrij kort is, kan de auto, als hij niet zorgvuldig is geconstrueerd, te snel aan het touw trekken, waardoor de wielen gaan slippen en energie verloren gaat. Voor een langzamere, stabielere trekkracht, probeer een lange paal aan de arm te bevestigen om als hefboom te fungeren, en bind dan het uiteinde van de draad hieraan vast, beter dan aan de arm zelf
Het is belangrijk om het juiste materiaal voor je hendel te gebruiken. De hendel mag helemaal niet buigen onder de spanning van de snaar - dit is verspilde energie. Veel gidsen bevelen stevige balsaconstructies aan of balsa versterkt met metaal om een stevige maar lichte hendel te geven
Stap 2. Plaats de val zo ver mogelijk naar voren
Ervan uitgaande dat uw val de achterwielen zal draaien, wilt u dat de muizenval van uw auto zo ver mogelijk naar voren op het frame staat zonder de voorwielen aan te raken. Hoe langer de afstand tussen de val en de wielen, hoe beter - meer afstand betekent dat je meer touw om de as kunt lussen voor een beetje extra langzame en constante trekkracht.
Stap 3. Zorg voor minimale wrijving op uw bewegende delen
Voor maximale afstand wil je zo dicht mogelijk bij 100% van de kracht van je muizenval gebruiken. Dit betekent het verminderen van de wrijving op oppervlakken van uw auto waar punten tegen elkaar schuiven. Gebruik een mild smeermiddel, zoals WD-40, autovet of een soortgelijk product om de contactpunten tussen de bewegende delen van een auto goed geolied te houden, zodat de auto zo soepel mogelijk "loopt".
Veel handleidingen voor het bouwen van muizenvalauto's identificeren de as als de primaire bron van wrijving op een muizenvalauto. Om aswrijving tot een minimum te beperken, wrijf of spuit u een beetje smeermiddel op elke as waar deze het frame raakt, en werk deze vervolgens, indien mogelijk, in het contactpunt door de wielen heen en weer te schuiven
Stap 4. Als je mag, gebruik dan de krachtigste muizenval die mogelijk is
Meestal moeten alle leerlingen voor muizenval-auto-opdrachten hetzelfde formaat muizenval gebruiken, zodat ieders auto-ontwerp dezelfde hoeveelheid kracht heeft. Als je deze beperking echter niet hebt, gebruik dan gerust de krachtigste muizenval die je kunt vinden! Grotere vallen zoals rattenvallen bieden veel meer kracht dan gewone muizenvallen, maar ze vereisen ook stevigere constructies of ze kunnen de auto uit elkaar halen wanneer ze worden geveerd, dus het kan zijn dat je je frame en/of assen moet versterken om plaats te bieden.
Houd er rekening mee dat rattenvallen en andere grote knaagdiervallen gemakkelijk vingers kunnen breken, dus ga uiterst voorzichtig om met gewapende vallen, zelfs als u er zeker van bent dat de val aan uw as is bevestigd en niet vrij zou moeten kunnen sluiten
Tips
- Als het touwtje net om de as is gewikkeld, kan de auto nauwelijks bewegen. Het toevoegen van een grotere aandrijfnaaf kan de trekkracht verbeteren. Op sommige afbeeldingen zit een rubberen band op de as, dit werkt als een "versnelling" en vermindert het slippen van de snaar.
- Gebruik de langste beschikbare hendel om de muizenvalarm zo ver mogelijk uit te schuiven. De punt legt een grotere afstand af, waardoor er meer wielwikkels van touw kunnen worden afgespeeld. Voor de hefboom werd een antenne van een kapotte boombox gebruikt. Alles wat lang, licht en niet te flexibel is, werkt voor de hendel.
- Verminder wrijving op de as door het oppervlak van de steun dat contact maakt met de aandrijfas te minimaliseren. een assteun van dun staal heeft minder wrijving dan een gat geboord door een houtblok.
- Verminder de schok door een beetje spons te gebruiken als gesimuleerde kaas. Dit voorkomt dat de auto zo veel huppelt als de hefboom naar beneden klapt.
- De uitlijning van de assen en bevestigingen is van cruciaal belang voor minder wrijving en betere prestaties.
- Verminder wrijving door Molykote®, een poedervormig smeermiddel op basis van molybdeendisulfide, aan te brengen op de assen, wielen en muizenvalveer.
- Neem een cd en de as mee naar de bouwmarkt als je een wasmachine koopt. Dit kan u helpen om de eerste keer de juiste maat te krijgen.
- Je kunt veel verschillende inspanningen van studenten zien op de Mouse Trap Car Challenge-website.
- Verhoog de wrijving door het touwtje in de was te zetten met kaarsvet. Door het te waxen, trekt de snaar beter op de as.
- Verhoog de wrijving waar het nodig is door een rubberen band of tape te gebruiken rond de as waar het touw is gewikkeld. De snaar moet de as draaien en niet slippen.
- Verminder de massa door een eenvoudige lichte stok te gebruiken voor het lichaamsgedeelte. Het verminderen van de massa vermindert ook de wrijving bij de assteunen.
- Het is handig om ervoor te zorgen dat je as niet rommelt, anders beweegt hij naar links en rechts.
- Gebruik zo min mogelijk massa op de auto terwijl je hem toch groot genoeg maakt om te verplaatsen.
Dingen om te overwegen
- Wiel-as-verhouding: Gebruik voor afstand grote wielen en een kleine as. Denk aan het achterwiel van een fiets; een klein aandrijftandwiel en een groot wiel.
- Luiheid: Hoeveel energie kost het om uw auto te starten? Een lichtere auto heeft minder nodig. Verlaag de massa van uw voertuig voor de beste afstand.
- Snelheid van energieafgifte: Als de energie langzaam vrijkomt, wordt de stroom efficiënter gebruikt en zal de auto verder rijden. Een manier om deze ontgrendeling te vertragen, is door de hefboomarm te verlengen. Een langere arm legt een grotere afstand af en maakt meer wikkels van touw rond de as mogelijk. De auto gaat ver, maar langzamer.
- Wrijving: Minimaliseer wrijving op de as door het contactoppervlak te minimaliseren. In dit voorbeeld is een dunne stalen beugel gebruikt. Aanvankelijk werd een gat geboord door een houtblok gebruikt om de as vast te houden. Dit werd verlaten omdat het grotere oppervlak ervoor zorgt dat de auto energie gebruikt om wrijving te overwinnen in plaats van vooruit te rijden.
- Tractie: Dit is wat je wrijving noemt als het in je voordeel wordt gebruikt. Wrijving moet waar nodig worden gemaximaliseerd (waar het touw zich om de as wikkelt en waar de wielen contact maken met de vloer). Slippende snaar of wielen staan gelijk aan verspilde energie.
Waarschuwingen
- Muizenvallen zijn gevaarlijk. Je zou een vinger kunnen breken. Gebruik toezicht van een volwassene. Je zou gewond kunnen raken en je kunt de val splitsen!
- Er is een grens aan de hoeveelheid beschikbare energie; de kracht van de lente. De getoonde auto zit in de buurt van het maximum. Als de hefboomarm langer was of de wielen groter waren, zou de auto helemaal niet bewegen! In dit geval kan de energieafgifte worden "afgestemd" door de antennes wat in te drukken (hendel inkorten).
- Wees voorzichtig bij het omgaan met gereedschap, het zagen van hout of andere schadelijke materialen. Je zou altijd moeten hebben volwassen toezicht tijdens het werken.
