Paddleboats (Obrázek 1) byly velmi běžné v 18. století. Obvykle byly poháněny parními motory. Zatímco většina moderních lodí používá místo pádla vrtule, stále existují menší lidské paddleboats s pedály, jako je kolo (obrázek 2) a dokonce i menší gumové páskové čluny, které mohou být použity jako hračky vany nebo bazénu (obrázek 3).
Paddleboat na obrázku 3 je poháněn gumovým pásem. Když navíjíte gumovou pásmo, ukládá potenciální energie. Když uvolníte gumovou pásmo, pádlo se točí, tlačí na vodu nebo vyvíjí a platnost. Protože pádlo tlačí na vodu, voda také tlačí zpět na pádlo a tlačí loď dopředu (to se nazývá Newtonův třetí zákon pohybunebo „Pro každou akci existuje stejná a opačná reakce“). Potenciální energie uložená v gumovém pásmu je převedena na Kinetická energieEnergie pohybu, jak se loď pohybuje vpřed.
Jiné síly také působí na paddleboat, když se pohybuje vpřed. PADDLEBOAT je vlastní hmotnost stáhne to dolů, ale Buoyant Force z vody způsobuje, že se vznáší. Tření z vody klouzající kolem lodi nebo táhnoutzpomaluje loď dolů.
Chcete -li, aby loď proběhla co nejrychleji, chcete mít největší tlak z pádla a nejmenšího množství tažení. Tyto síly můžete změnit. Například můžete změnit tvar pádlo nebo trup (tělo) lodi. Můžete také zkusit vyrobit loď z různých materiálů. V tomto projektu použijete proces navrhování inženýrství k navrhování, testování a vylepšení vaší lodi. Jak rychle půjde vaše loď?
Pojmy a koncepty
- Paddleboat
- Potenciální energie
- Platnost
- Newtonův třetí zákon pohybu
- Kinetická energie
- Hmotnost
- Buoyant Force
- Táhnout
- Trup
Otázky
- Jaké materiály si myslíte, že můžete použít k vytvoření paddleboatu?
- Jaké síly působí na pohybující se paddleboat?
- Jak si myslíte, že byste mohli změnit tvar paddleboatu tak, aby to bylo rychlejší?
Zdroje
Materiály a vybavení
- Gumička
- Materiály pro loď, například:
- Karton (vyžaduje lepicí pásku pro vodoofalizaci)
- Balsa Wood
- Hůlky na popsicku (pro montáž vyžaduje horkou lepidlo)
- Volitelné: Malé kousky pěny, aby se loď vylepšila
- Tužka
- Pravítko
- Hobby nože nebo nůžky
- Bazén vany nebo dětského bazénu
- Stopky nebo pásková míra
https://www.youtube.com/watch?v=pot4gdiktkc
Experimentální postup
- Naplňte svůj bazén nebo dětský bazén vodou, takže jste připraveni otestovat svou loď.
- V závislosti na materiálech, které máte k dispozici, existují tři různé základní návrhy lodí, které byste mohli postavit. Tři videa ukazují lodě vyrobené z balsa dřeva, kartonu a nanuky. Zkuste stavět jednu z těchto lodí, které můžete začít, ale můžete také kombinovat materiály (například používat směs balsa dřeva a tyčinek Popsicle).
- Vyzkoušejte loď ve vodě. Zapište si svá postřehy o lodi a všech problémech, které si všimnete. Například:
- Jak daleko to jde, než se zastaví? Můžete to měřit pomocí páskové měření, pokud se vaše loď nečiní až přes bazén/vanu.
- Pokud to jde celou cestu přes bazén/vanu, jak dlouho to trvá? To můžete měřit stopky.
- Jde loď rovně?
- Zdá se, že loď bojuje vodou nebo se potopí?
- Na základě vašich pozorování přemýšlejte o tom, jak byste mohli vylepšit svou loď. Například:
- Lodě ve výše uvedeném videu mají zcela ploché trupy. Můžete vyrobit trup, který je více trojrozměrný a tvarovaný jako skutečná loď?
- Můžete přidat a kormidlo To pomáhá lodi jít rovně?
- Dokážete postavit pádlo s více než dvěma lopatkami, jako je skutečný pádlo?
- Co se stane, když pevněji navíjíte gumovou pásmo nebo použijete jinou gumovou pásmo?
- Zkuste provést vylepšení vaší lodi a vyzkoušet ji znovu. Pokračujte v iteraci a testujte svůj design, dokud nebudete spokojeni s výkonem vaší lodi.
Variace
- Lodě v tomto projektu nejsou po dlouhou dobu vodotěsné. Pokud je necháte příliš dlouho namočit do vody, mohou se rozpadnout nebo se začít ohýbat. Můžete navrhnout loď, která je zcela vodotěsná?
- Můžete si vyrobit 3-D tištěnou loď místo stavět jeden s řemeslnými potřebami?
- Příklady složitějších návrhů vytvořených s tyčinkami na popsicku naleznete v těchto dvou videích:
Tato aktivita vám je přivedena ve spolupráci Vědecké kamarádi. Najít Původní aktivita Na webových stránkách Science Buddies.
