Ballon-Powered Car Challenge

Design und bauen Sie Ihr eigenes Ballon-angetriebenes Auto, das so weit und schnell wie möglich reisen.

Einführung

Ballon-angetriebenen Autos, wie die, die in 1, sind Spaß zu bauen und noch mehr Spaß zu spielen. In diesem Projekt werden Sie herausgefordert Ihr eigenes Ballon-angetriebenes Auto zu bauen und zu testen. Ein Ballon-Bolide besteht aus drei Hauptteilen:

Der Körper des Autos (Stück Pappe oder Kunststoffflasche in Abbildung 1)
Die Räder des Wagens (CDs oder Kunststoff Kronkorken in Abbildung 1)
Die Achsen. die Verbindung der Räder mit dem Körper, und ermöglichen, dass die Räder zu drehen (Holzspieße in Abbildung 1)

Lesen Sie weiter, um mehr über die Physik zu lernen, wie ein Ballon-Bolide funktioniert.

Haben Sie jemals einen Ballon aufgeblasen und dann loslassen, ohne zu binden sie geschlossen? Die Luft entweicht schnell aus dem Ballon, so dass es im ganzen Raum zip! Dies liegt daran, wenn Sie einen Ballon die Luft zu sprengen, können Sie den Luftdruck im Inneren des Ballons erhöhen. Dieser Luftdruck dehnt den Gummiballon Material, genau wie ein Gummiband dehnen. Sowohl der Luftdruck und die Gummi speichern potentielle Energie gestreckt. oder Energie, die etwas zu tun ist „warten“. Siehe Abbildung 2.

Wenn Sie nur ein Ballon auf eigenem gehen lassen, neigt sie zufällig um den Raum zu fliegen, und fast unmöglich ist, zu lenken. Wenn Sie jedoch den Ballon zu einem Auto befestigen, wie die gezeigt diejenigen in Abbildung 1 können Sie den Ballon Energie nutzen das Auto vorwärts zu treiben! Das Engineering-Ziel in diesem Projekt zu entwerfen, bauen und testen Sie ein Auto, das durch nichts anderes als einen Ballon mit Strom versorgt wird. Sie wollen Ihr Auto entwerfen, so dass es so weit wie möglich reisen. Für den ultimativen Test können Sie eine strenge Reihe von Design-Regeln, die bei der Fluor technische Herausforderung (siehe Vorgehensweise für weitere Details) folgen.

Begriffe und Konzepte

Körper (ein Auto)
Rad
Achse
Luftdruck
Potenzielle Energie
Kinetische Energie
Reaktionskraft
Newtons drittes Bewegungsgesetz
Design-Anforderungen
Iteration

Was ist potentielle Energie?
Was können einige verschiedene Möglichkeiten, potentielle Energie gespeichert werden?
Was ist kinetische Energie?
Was ist die dritte Newtonsche Gesetz der Bewegung?
Was sind einige Materialien und Designs verwendet Ballon Autos zu bauen?

Literaturverzeichnis

Materialien und Geräte

Wenn Sie sich selbst herauszufordern wollen und Ihr Auto die Leistung anderer Schüler Autos zu vergleichen, können Sie die Richtlinien in der Fluor technische Herausforderung folgen, wo Sie nur die hier aufgeführten Materialien verwenden können. Die maximal zulässige Menge für jeden Artikel ist in Klammern aufgeführt.

CDs (4)
Latexballons, 9 Zoll (2)
Jumbo Halme, ungefähr 1/2 Zoll Durchmesser und 9 Zoll lang (2).
- Beachten Sie, dass diese auch als „Milchshake Strohhalme“ oder indirekten Verweisen „Smoothie Strohhalme.“ Sie sind von Amazon.com erhältlich.
Holz-Bleistift, 7 3/8 Zoll lang (2)
Blätter Papier, 8,5 x 11 inch (10)
Jumbo Büroklammern, 1 3/4 Zoll lang ist (6)
Scotch®-Band (1 roll)
Schere (als Werkzeug erlaubt, nicht nur ein Konstruktionsmaterial)

Wenn Sie nur ein Auto für Spaß bauen wollen, oder für ein Projekt Science Fair, können Sie wählen, welche Materialien Sie verwenden möchten. Viele verschiedene Materialien funktionieren wird, aber hier sind einige Vorschläge:

Wir entwickeln die Anweisungen in diesem Projekt mit Googles Science Journal App. Die App ermöglicht es Ihnen, zu sammeln und Aufzeichnungsdaten aus der Welt um Sie mit Ihrem Handy. Sie können das Science Journal App kostenlos auf Google Play herunterladen und installieren. Beachten Sie, dass der App benötigt Android-Version 4.4 oder höher und ist derzeit nicht verfügbar für iOS-Geräte.

Beachten Sie die Anweisungen in dem Verfahren zu erfahren, wie Sie die App mit diesem Projekt zu verwenden.

Versuchsdurchführung

Hinweis: Dieses Engineering-Projekt am besten durch den Engineering-Design-Prozess beschrieben wird, in Bezug auf die wissenschaftliche Methode gegenüber. Vielleicht möchten Sie Ihre Lehrer fragen, ob es akzeptabel ist, dem Engineering Design-Prozess für Ihr Projekt zu folgen, bevor Sie beginnen. Sie können mehr über den Engineering-Design-Prozess im Guide Science Buddies Engineering Design-Prozess lernen.

Übersicht der Challenge

Das Ziel dieses Projekts ist die Konzeption und ein Ballon-angetriebenes Auto zu bauen. Ballon-angetriebene bedeutet, dass das Auto durch nichts anderes als Luft vorwärts getrieben wird von einem Ballon entweicht. Da dies ein Engineering-Projekt ist, müssen Sie Ihre Design-Anforderungen spezifizieren. Sie können mit Ihren eigenen Design-Anforderungen kommen, aber hier sind einige Vorschläge:

Das Auto sollte stabil sein und nicht auseinander fallen, wenn im Einsatz.
Das Auto soll gerade gehen.
Das Auto sollte so weit wie möglich gehen.

Es gibt verschiedene Optionen für das Projekt:

Entwerfen Sie Ihr Auto

Sobald Sie Ihre Design-Anforderungen definiert haben, müssen Sie Ihr Auto starten entwerfen. Die Designphase ist ein wichtiger Bestandteil des Engineering-Design-Prozesses. Es gibt keine feste Prozedur für diesen Abschnitt; Sie erhalten mit Ihrem eigenen Entwurf zu kommen! Wenn Sie mit dem Engineering-Design-Prozess neu sind, sind hier einige vorgeschlagenen Schritte zum Einstieg:

Sie einige Hintergrundinformationen Forschung auf Ballon-angetriebene Autos. Haben ein Internet-Bild oder Video-Suche „Ballon betriebenes Auto“ und Sie werden viele verschiedene Designs, die aus verschiedenen Materialien sehen. Dies kann Ihr Design inspirieren.
Denken Sie darüber nach, welche Materialien Sie für Ihr Auto benutzen wollen, und wie Sie die verschiedenen Teile miteinander verbinden. Zum Beispiel, was wollen Sie für die Räder benutzen?
Machen Sie eine Skizze Ihres Designs auf Papier, bevor Sie anfangen zu bauen. Abbildung 4 zeigt ein Beispiel Skizze eines Designs. Ihre Design-Ideen Dokumentieren ist wichtig für ein Engineering-Projekt, vor allem, wenn Sie ein Science Fair eingeben.

Hinweis. Die folgenden Schritte sind einige spezifische Tipps, die hilfreich sein könnten, wenn Ihr Auto bauen, aber denken Sie daran, dass Sie in diesem Projekt gezeigt werden, sind nicht die Bauweisen verwenden.

Viele Ballon-Bolide Designs befestigen Sie den Hals des Ballons zu einem „kurvigen“ Stroh ein Gummiband, wie in Abbildung 5 dargestellt Dies macht es einfacher, den Ballon zu Ihrem Auto zu befestigen, um den Ballon aufzublasen, und das zielen Richtung der Luft in den Ballon entweicht.

Die meisten Ballons Autos funktionieren besser, wenn die Achsen frei drehen können. Wenn Sie einen Bleistift einfügen oder ein Trink Spieß durch stroh wie in Abbildung 6-dies ermöglicht es als eine Achse zu drehen und dienen.

Räder arbeiten in der Regel besser, wenn sie an den Achsen zentriert sind und nicht wackeln. Je nachdem, was Sie verwenden für Räder und Achsen, müssen Sie einen Weg zu entwickeln, um sie sicher zu befestigen. Abbildung 7 zeigt ein Beispiel.

Bauen Sie Ihr Auto

Testen Sie Ihr Auto

Engineering-Projekten arbeiten selten perfekt beim ersten Versuch! Nun ist es Zeit, Ihr Auto zu testen und eventuell neu zu gestalten es oder Verbesserungen vornehmen, je nachdem, wie gut es funktioniert. Dies wird Iteration genannt. Das ist ein wichtiger Bestandteil des Engineering-Design-Prozesses. Hier ist ein vorgeschlagene Verfahren für Ihr Fahrzeug zu testen:

Optional: Mit Google Science Journal App

Optional: Die Fluor technische Herausforderung

Dieses Video gibt einen Überblick über die Fluor-Challenge.

Maximale Anzahl erlaubt

Tabelle 1 Zulässige Materialien und deren Punkt Kosten für die Fluor-Challenge.

Gewichte: Sie müssen US Pennies als Gewichte verwenden. Jeder Cent ist 40 Punkte wert.
Auto Abmessungen: das fertige Auto (nicht die Ballons zu zählen) können nicht mehr als 28 Zoll breit sein, 18 Zoll lang, oder 24 Zoll groß. Es muss vollständig in „Area A“ des Testbereichs passen (siehe nächster Schritt).
Testbereich Abmessungen: Das Auto in einem Testbereich mit den Abmessungen in Abbildung 10, und diese Regeln befolgen, wie gezeigt betrieben werden müssen:
1. Das Auto muss vollständig innerhalb der Fläche A. beginnen
2. Sie können nur das Auto Griff (ihre Einrichtung, um den Ballon die Luft zu jagen, etc.), während es im Bereich A. ist, kann man das Auto nicht berühren, nachdem er bewegt hat begonnen.
3. Die Gewichte müssen über die Ziellinie, bevor außerhalb der Grenzen gehen. Es ist in Ordnung, wenn Teile des Autos außerhalb der Grenzen gehen, solange die Gewichte noch in Grenzen sind (siehe Abbildung 11).
4. Es ist in Ordnung, wenn die Gewichte in Bewegung bleiben und gehen außerhalb der Grenzen (über die Seitenlinien oder zurück Linien), nachdem sie die Ziellinie überquert hat.
5. Die Testfläche sollte eine glatte Oberfläche (wie eine Holzplatte) sein, nicht eine rauhe Oberfläche wie ein Teppich oder Fliesenboden mit Dips in zwischen den Fliesen.

Wertung: Für einen erfolgreichen Testlauf (wie in Abbildung 11, oben), wird Ihre Gesamtpunktzahl berechnet unter Verwendung der Gleichung 2:

Die Material- und Gewichtspunkte sind oben definiert. Denken Sie daran, dass Sie erhalten Punkte für die Materialien, die Sie nicht verwenden. Verwenden Sie das Scoring-Arbeitsblatt, wenn Sie Hilfe benötigen, um Ihre Punktzahl zu berechnen.

Wie hoch können Sie erhalten Ihre Gäste? Senden Sie Ihre Gäste zu Science Buddies nach den Anweisungen oben, um zu sehen, wie Sie gegen andere Konkurrenten stapeln!

Variationen

Haben Sie eine größere Herausforderung wollen, als eine grundlegende Ballon Auto bauen, ohne die restriktiven Material Anforderungen der Fluor Herausforderung? Versuchen Sie, ein modifizierte Punktesystem, dass vergeben Punkte für Gewichte so weit wie möglich tragen, ohne Kosten an unterschiedliche Materialien zuweisen. Zum Beispiel könnte man Gleichung 2 verwenden.

Wo „Gewicht“ gemessen in Einheiten von was auch immer Ihr Auto trägt (zum Beispiel „Anzahl der Pennies“) und die Entfernung ist, wie weit das Auto von seinem Ausgangspunkt zu seinem Haltepunkt bewegt, gemessen in Zentimetern oder Metern (denken Sie daran, dass die Wissenschaftler verwendet das metrische System).

Dies ist eine schwierige Herausforderung, ihre eigenen können Sie mehr Punkte erhalten, indem ein schweres Gewicht eine kurze Strecke trägt, oder durch ein geringes Gewicht eine lange Strecke tragen? Was ist mit etwas dazwischen? Können Sie herausfinden, wie die höchste Punktzahl zu bekommen?

Mausefalle Autos sind nur ein Spaß-Projekt ähnlich dem Ballon Auto. Tun Sie etwas suchen für Mausefalle Auto-Designs, aber vorsichtig sein, wenn eine Mausefalle Handhabung!

Bauen Sie ein kleines Hovercraft einen Ballon, wie in dem Science Buddies Projekt mit Wie funktioniert eine Hovercraft-Arbeit? .

Fragen Sie einen Experten

Die Fragen Sie einen Experten Forum soll ein Ort sein, wo die Studenten gehen können Antworten auf Fragen der Wissenschaft zu finden, dass sie nicht in der Lage gewesen, auf die Verwendung anderer Ressourcen zu finden. Wenn Sie Fragen zu Ihrem Projekt Science Fair oder Wissenschaft fair, unser Team von freiwilligen Wissenschaftlern helfen kann, haben. Unsere Experten werden die Arbeit für Sie nicht tun, aber sie werden Vorschläge, bieten Beratung machen, und die Fehlerbehebung erleichtern.