Ballon-Powered Challenge voiture
Concevoir et construire votre propre voiture de ballon à propulsion qui voyagera aussi loin et aussi vite que possible.
introduction
voitures de ballon à propulsion, comme ceux de la figure 1, sont amusants à construire et encore plus de plaisir à jouer avec. Dans ce projet, vous serez mis au défi de construire et de tester votre propre voiture de ballon alimenté. Une voiture se compose de ballon alimenté de trois parties principales:
- Le corps de la voiture (morceau de bouteille carton ou en plastique sur la figure 1)
- Les roues de la voiture (CD ou des bouchons de bouteilles en plastique de la figure 1)
- Les essieux. qui relient les roues à la caisse, et permettre aux roues de tourner (brochettes de bois sur la figure 1)
Poursuivez votre lecture pour en savoir plus sur la physique de la façon dont fonctionne une voiture de ballon à propulsion.
Avez-vous déjà fait sauter un ballon, puis le laisser aller, sans l'attacher fermée? L'air s'échappe rapidement du ballon, ce qui en fait zip toute la pièce! En effet, lorsque vous gonflez un ballon, vous augmentez la pression d'air à l'intérieur du ballon. Cette pression d'air s'étend le matériau du ballon en caoutchouc, comme étirer une bande de caoutchouc. Tant la pression de l'air et le magasin en caoutchouc étiré l'énergie potentielle. ou de l'énergie qui est « en attente » de faire quelque chose. Voir Figure 2.
Lorsque vous laissez juste un ballon aller lui-même, il a tendance à voler au hasard dans la salle, et il est presque impossible de piloter. Toutefois, lorsque vous attachez le ballon à une voiture, comme celles montrées à la figure 1, vous pouvez exploiter l'énergie du ballon pour propulser la voiture vers l'avant! L'objectif de l'ingénierie dans ce projet sera de concevoir, construire et tester une voiture qui est alimenté par rien, mais un ballon. Vous souhaitez concevoir votre voiture afin qu'elle puisse voyager aussi loin que possible. Pour le test ultime, vous pouvez suivre un ensemble de règles strictes de conception utilisés dans le Défi génie Fluor (voir la procédure pour plus de détails).
Termes et concepts
- Corps (d'une voiture)
- Roue
- Essieu
- Pression de l'air
- Énergie potentielle
- Énergie cinétique
- Force de réaction
- troisième loi du mouvement de Newton
- Les exigences de conception
- Itération
- Quelle est l'énergie potentielle?
- Quels sont les différentes façons d'énergie potentielle peuvent être stockés?
- Quelle est l'énergie cinétique?
- Quelle est la troisième loi du mouvement de Newton?
- Quels sont les matériaux courants et modèles utilisés pour construire des voitures de ballon?
Bibliographie
Matériel et équipement
Si vous voulez, vous pouvez suivre les directives du Défi génie Fluor vous mettre au défi et comparer les performances de votre voiture pour les voitures d'autres étudiants, où vous ne pouvez utiliser que les matières énumérées ici. La quantité maximale admissible pour chaque élément est affiché entre parenthèses.
- CD (4)
- ballons en latex, 9 pouces (2)
- pailles Jumbo, d'environ 1/2 de pouce de diamètre et de 9 pouces de long (2).
- Notez que ceux-ci sont aussi appelés « pailles milkshake » ou « pailles smoothie. » Ils sont disponibles sur Amazon.com.
- crayon de bois, 7 3/8 pouces de long (2)
- Des feuilles de papier, 8,5 x 11 pouces (10)
- trombones Jumbo, 1 3/4 pouce de long (6)
- ruban Scotch® (1 rouleau)
- Ciseaux (permis comme un outil, et non un matériau de construction)
Si vous voulez juste construire une voiture pour le plaisir, ou pour un projet de foire scientifique, vous pouvez choisir quels matériaux que vous souhaitez utiliser. De nombreux matériaux fonctionnent, mais voici quelques suggestions:
Nous avons développé les instructions contenues dans ce projet en utilisant la science de l'application Journal de Google. L'application vous permet de recueillir et enregistrer des données du monde autour de vous avec votre téléphone. Vous pouvez télécharger et installer l'application scientifique Journal gratuitement sur Google Play. Notez que l'application nécessite la version Android 4.4 ou plus et ne sont pas actuellement disponibles pour les appareils iOS.
Voir les instructions de la procédure d'apprendre à utiliser l'application de ce projet.
Procédure expérimentale
Note: Ce projet d'ingénierie est mieux décrit par le processus de conception d'ingénierie, par opposition à la méthode scientifique. Vous pouvez demander à votre professeur s'il est acceptable de suivre le processus de conception technique de votre projet avant de commencer. Vous pouvez en apprendre davantage sur le processus de conception d'ingénierie dans la Science Buddies Design Engineering Guide du processus.
Vue d'ensemble du Défi
Le but de ce projet est de concevoir et de construire une voiture de ballon à propulsion. signifie que la voiture à propulsion ballon est propulsé en avant par rien d'autre que l'air d'échapper à un ballon. Comme il s'agit d'un projet d'ingénierie, vous devez spécifier vos exigences de conception. Vous pouvez venir avec vos propres exigences de conception, mais voici quelques suggestions:
- La voiture doit être solide et ne pas se désagréger lors de l'utilisation.
- La voiture devrait aller tout droit.
- La voiture devrait aller aussi loin que possible.
Il y a plusieurs options différentes pour le projet:
La conception de votre voiture
Une fois que vous avez défini vos besoins de conception, vous devez commencer à concevoir votre voiture. La phase de conception est une partie importante du processus de conception technique. Il n'y a pas de procédure fixe pour cette section; vous arrivez à venir avec votre propre conception! Si vous êtes nouveau dans le processus de conception d'ingénierie, voici quelques étapes proposées pour vous aider à démarrer:
- Faites des recherches de fond sur les voitures de ballons à propulsion. Faites une recherche image ou vidéo Internet pour « ballon voiture à moteur » et vous verrez de nombreux modèles différents, fabriqués à partir de matériaux différents. Cela peut inspirer votre conception.
- Pensez à ce que les matériaux que vous souhaitez utiliser pour votre voiture, et comment vous allez connecter les différents morceaux. Par exemple, que voulez-vous utiliser pour les roues?
- Faites un croquis de votre conception sur papier avant de commencer la construction. La figure 4 montre une esquisse exemple d'un dessin. Documenter vos idées de conception est important pour un projet d'ingénierie, surtout si vous entrez dans une foire scientifique.
Remarque. Les étapes suivantes comprennent quelques conseils spécifiques qui pourraient être utiles lors de la construction de votre voiture, mais rappelez-vous que vous ne devez pas utiliser les méthodes de construction présentées dans ce projet.
- De nombreux modèles de voiture ballons à propulsion fixer le col du ballon à une paille « bandé » en utilisant une bande de caoutchouc, comme le montre la figure 5. Cela rend plus facile d'attacher le ballon à votre voiture, pour gonfler le ballon, et pour viser la direction de l'air sortant du ballon.
- La plupart des voitures de ballons fonctionnent mieux si les essieux peuvent tourner librement. Si vous insérez un crayon ou d'une brochette à travers une boisson paille comme le montre la figure 6 cela permettra de tourner et servir d'axe.
- Les roues fonctionnent généralement mieux si elles sont centrées sur les essieux et ne pas vaciller. En fonction de ce que vous utilisez pour les roues et les essieux, vous aurez besoin de trouver un moyen de les fixer solidement. La figure 7 montre un exemple.
Construire votre voiture
Test de votre voiture
Les projets d'ingénierie fonctionnent rarement parfaitement sur le premier essai! Maintenant, il est temps de tester votre voiture, et peut-être un nouveau design ou apporter des améliorations, selon la façon dont il fonctionne. Ceci est appelé itération. qui est une partie importante du processus de conception technique. Voici une procédure proposée pour tester votre voiture:
En option: l'utilisation des sciences de Google App Journal
En option: Le défi d'ingénierie Fluor
Cette vidéo donne un aperçu du Défi Fluor.
Nombre maximum autorisé
Tableau 1. Les matières admissibles et leurs coûts de point pour le Défi Fluor.
- Poids: Vous devez utiliser quelques centimes américains comme poids. Chaque centime vaut 40 points.
- Dimensions voiture: la voiture terminée (sans compter les ballons) ne peut pas être plus de 28 pouces de large, 18 pouces de long, ou 24 pouces de hauteur. Il doit s'adapter complètement dans « zone A » de la zone d'essai (voir l'étape suivante).
- Tests Dimensions: La voiture doit fonctionner dans une zone d'essai avec des dimensions comme le montre la figure 10, et suivre les règles suivantes:
- La voiture doit commencer complètement dans A. Zone
- Vous ne pouvez gérer la voiture (mise en place, faire sauter le ballon, etc.) alors qu'il est dans la zone A. Vous ne pouvez pas toucher la voiture après qu'elle a commencé à se déplacer.
- Les poids doivent franchir la ligne d'arrivée avant de sortir des limites. Il est correct si des parties de la voiture sortir des limites, tant que les poids sont encore dans les limites (voir la figure 11).
- Il est correct si les poids cessent de bouger et sortir des limites (sur les lignes latérales ou lignes arrière) après avoir franchi la ligne d'arrivée.
- La zone d'essai doit être une surface lisse (comme une table en bois), et non pas une surface rugueuse comme un tapis ou sur le sol carrelage avec des creux entre les carreaux.
- BUTS: Pour un essai réussi (tel que défini à la figure 11, ci-dessus), votre score total est calculé en utilisant l'équation 2:
Les points de matière et de poids sont définies ci-dessus. Rappelez-vous que vous recevez des points pour les matériaux que vous n'utilisez pas. Utilisez la feuille de pointage si vous avez besoin d'aide à calculer votre score.
Jusqu'où pouvez-vous obtenir votre score? Soumettez votre score à Science Buddies en suivant les instructions ci-dessus, pour voir comment vous vous situez par rapport à d'autres concurrents!
variations
- Voulez-vous plus d'un défi que la construction d'une voiture de ballon de base, sans les exigences matérielles restrictives du Défi Fluor? Essayez un système de notation modifié qui attribue des points pour porter des poids dans la mesure du possible, sans imputer les coûts aux différents matériaux. Par exemple, vous pouvez utiliser l'équation 2.
Où « poids » est mesurée en unités de ce que votre voiture est porteur (par exemple, « nombre de pièces de monnaie ») et la distance est la distance la voiture se déplace de son point de départ jusqu'à son point d'arrêt, mesurée en centimètres ou en mètres (rappelez-vous que les scientifiques utiliser le système métrique).
Ceci est un défi délicat de son propre pouvez-vous obtenir plus de points en effectuant un poids lourd à une courte distance, ou en portant un petit poids sur une longue distance? Qu'en est-il quelque chose entre les deux? Pouvez-vous comprendre comment obtenir le meilleur score?
Demandez à un expert
Le Interrogez un Forum d'experts est destiné à être un lieu où les étudiants peuvent aller à trouver des réponses aux questions scientifiques qu'ils ont été incapables de trouver l'utilisation d'autres ressources. Si vous avez des questions au sujet de votre projet scientifique équitable ou juste la science, notre équipe de scientifiques bénévoles peut aider. Nos experts ne feront pas le travail pour vous, mais ils feront des suggestions, offrir des conseils et vous aider à résoudre.
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