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Dein Physiklehrer hat deiner Klasse also die klassische Aufgabe vom "Auto aus einer Mausefalle" gestellt. Das kleine Fahrzeug muss entworfen, hergestellt und zusammengebaut werden. Es wird durch die schnappende Bewegung einer Mausefalle angetrieben, die das Fahrzeug so weit wie möglich fahren lässt. Wenn du besser als alle anderen Schüler in deiner Klasse sein willst, musst du dein Fahrzeug so effizient wie möglich bauen, damit du auch den letzten Zentimeter Distanz aus deiner "Maschine" quetschen kannst. Mit dem richtigen Ansatz ist es möglich, dein Fahrzeug mit einfachen Hausmitteln stromlinienförmig zu gestalten, um eine maximale Distanz zu erreichen.
Vorgehensweise
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Baue deinen Rahmen so leicht wie du kannst. Dein Fahrzeug sollte vor allem "leicht" sein. Je kleiner die Masse deines Fahrzeugs ist, desto besser. Jedes Gramm oder Milligramm, um das du deinen Rahmen erleichtern kannst, wird dein Fahrzeug noch weiter vorantreiben. Versuche,neben den absolut notwendigen Teilen nur zusätzliches Rahmenmaterial anzubauen, um die Achsen und Räder zu fixieren. Wenn du verschwendeten Platz an deinem Rahmen bemerkst, solltest du versuchen, ihn zu eliminieren. Wenn das möglich ist, kannst du mit Hilfe eines Bohrers auch Löcher in den Rahmen bohren, um das Gewicht zu vermindern. Du solltest das leichteste Material für deinen Rahmen verwenden. Dies sind einige passende Beispiele:
- Balsaholz
- Platten aus Hartplastik
- Dünne, leichte Metallplatten (Aluminium, Weißblech, etc.)
- Bastelspielzeug (K'NEX, Lego, etc.)
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Baue deinen Rahmen lang und eng. Idealerweise solltest du dein Fahrzeug aerodynamisch formen, damit es die kleinste, mögliche Oberfläche in Fahrtrichtung besitzt. Ein Fahrzeug, das für eine maximale Effektivität geformt ist, wird immer eine lange, schmale Form wie ein Pfeil, ein Kanu, ein Flugzeug oder ein Speer haben, um den Luftwiderstand zu minimieren. [1] X Forschungsquelle Für den Zweck deines Mausefallenfahrzeugs bedeutet das, dass du deinen Rahmen sowohl eng (obwohl es schwierig sein wird, deinen Rahmen schmaler als die Mausefalle zu bauen) und vertikal schlank bauen musst.
- Denke daran, den Widerstand zu minimieren und versuche, deinem Fahrzeug das engste und schmalste Profil zu verleihen, das möglich ist. Versuche, den Boden tiefer zu legen und dein Fahrzeug von der Vorderseite zu betrachten, um die Rahmenteile zu erkennen, die das Profil deines Fahrzeugs unnötig verlängern.
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Verwende Kleber anstatt von Nägeln wann immer das möglich ist. Versuche immer, wenn du die Möglichkeit hast, Kleber anstatt von Nägeln, Klammern oder anderern schwereren Materialien zu verwenden. Du solltest zum Beispiel nur ein paar kleine Klebepunkte anbringen, um den Rahmen an der Mausefalle zu befestigen. Der Kleber wird normalerweise ebenso gut wie Nägel halten, die unnötiges Gewicht bedeuten können.
- Ein weiterer Vorteil von Kleber ist, dass er normalerweise keinen Einfluss auf den Luftwiderstand des Fahrzeugs hat. Wenn andererseits Nägel aus dem Rahmen ragen, "können" sie einen mindernden Effekt besitzen.
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Bedenke die Gesamtheit der Struktur. Der einzige limitierende Faktor bezüglich der Schlankheit und Leichtigkeit kann durch die Zerbrechlichkeit des Rahmens entstehen. Wenn der Rahmen zu leicht ist, kann er zu fragil sein. Die Bewegung der federnden Mausefalle kann das Fahrzeug zerbrechen. Es kann sehr knifflig sein, das empfindliche Gleichgewicht zwischen Erreichen der maximalen Distanz und Instabilität zu erreichen, aber du solltest keine Angst vor dem Ausprobieren haben. Die Mausefalle wird wahrscheinlich niemals brechen. Solange du also extra Rahmenmaterial besitzt, kannst du auch einmal einen Fehler riskieren.
- Wenn du ein besonders leichtes Material wie Balsaholz benutzt und es schwierig ist, den Rahmen zusammenzufügen, kannst du einen kleinen Streifen stabilen Materials wie Metall oder Plastik auf die Unterseite des Rahmens kleben. Auf diese Weise erhöhst du die strukturelle Stabilität des Fahrzeugs, jedoch ist der Wechsel für den Luftwiderstand und das Gesamtgewicht minimal.
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Statte deine Falle mit einem langen "Arm" aus, um die Hebelwirkung zu erhöhen. Die meisten Mausefallen funktionieren auf die folgende Weise: Die Mausefalle wird "eingestellt", ein Faden wird am Arm der Mausefalle festgebunden und vorsichtig um die Radachsen gewunden. Wenn die Falle ausgelöst wird, überträgt der schwingende Arm der Falle die Energie auf die Achse, die die Räder antreibt. Weil der Arm der Falle relativ kurz ist, kann er den Faden bei einem schlecht konstruierten Fahrzeug zu schnell ziehen, wodurch die Räder durchdrehen und die Energie verloren geht. Bei einem langsameren und gleichmäßigeren Zug kannst du versuchen, einen langen Stab am Arm zu befestigen, der als Hebel wirkt, und das Ende des Fadens daran zu binden anstatt es am Arm selbst zu befestigen.
- Es ist wichtig, das richtige Material für deinen Hebel zu verwenden. Der Hebel sollte unter dem Zug des Fadens nicht gebogen werden, weil das verschwendete Energie bedeuten würde. [2] X Forschungsquelle Viele Anleitungen empfehlen feste Konstruktionen aus Balsaholz oder verstärktes Balsaholz mit Metall für einen stabilen, aber leichten Hebel.
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Positioniere die Falle so weit vorn, wie möglich. Davon ausgehend, dass deine Falle über die Hinterräder angetrieben wird, wirst du es vorziehen, deine Mausefalle so weit wie möglich im vorderen Bereich des Rahmens zu positionieren, ohne dass sie die Vorderräder berührt. Je länger der Abstand zwischen der Falle und den Rädern ist, desto besser. Der größere Abstand bedeutet, dass du mehr Faden um die Achse winden kannst und "ein klein wenig mehr" langsame und gleichmäßige Zugkraft erreichst.
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Achte auf eine minimale Reibung der beweglichen Teile deiner Konstruktion. Für eine maximale Distanz solltest du nahezu 100% der Kraft deiner Mausefalle einsetzen. Das bedeutet, dass du die "Reibung" auf den beweglichen Oberflächen deines Fahrzeugs reduzieren musst. Verwende ein mildes Schmiermittel wie WD-40, ein Schmiermittel für Fahrzeuge oder ein ähnliches Produkt, um die Kontaktpunkte zwischen den beweglichen Fahrzeugteilen gut geschmiert zu halten, damit das Fahrzeug so glatt "läuft", wie möglich.
- Viele Anleitungen für Autos aus Mausefallen benennen die Achse als hauptsächliche Ursache für die Reibung. [3] X Forschungsquelle Um die Reibung auf die Achse zu minimieren, kannst du ein Schmiermittel an den Kontaktpunkten des Rahmens sprühen oder reiben. Wenn das möglich ist, solltest du es gut verteilen, indem du die Räder vor und zurück bewegst.
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Wenn du die Erlaubnis dazu hast, kannst du die stärkste Mausefalle verwenden, die du finden kannst. Meistens werden die Schüler bei dieser Aufgabe aufgefordert, die gleiche Art von Mausefalle zu verwenden, damit alle Fahrzeuge die gleiche Stärke haben. Wenn diese Beschränkung nicht für dich gilt, solltest du die stärkste Mausefalle verwenden, die du finden kannst. Die größeren Fallen wie die Rattenfallen sind kraftvoller als die normalen Mausefallen, aber sie brauchen auch eine stabilere Konstruktion, weil die Fahrzeuge sonst entzweibrechen, wenn sie in Bewegung versetzt werden. Du wirst vielleicht deinen Rahmen und deine Achsen verstärken müssen, um die Kraft auszugleichen.
- Denke daran, dass die Rattenfallen und andere große Fallen für Nager deine Finger leicht brechen können. Behandele die gespannten Fallen mit extremer Vorsicht, auch wenn du sicher bist, dass die Falle an der Achse festgeklemmt ist und sich nicht lösen kann.
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Verwende große Hinterräder. Die großen Hinterräder haben eine größere rotierende Massenträgheit als kleinere Räder. In der Praxis bedeutet das, dass sie umso schwerer zu bremsen sind, sobald sie ins Rollen kommen. Deshalb sind die großen Räder perfekt für Distanzwettkämpfe. Theoretisch beschleunigen sie weniger schnell als kleinere Räder, aber sie rollen viel länger und sie überwinden insgesamt eine größere Distanz. Für die maximale Distanz solltest du sehr große Räder für die Antriebsachse (das ist normalerweise die Hinterachse, die mit der Mausefalle verbunden ist) wählen.
- Das Vorderrad ist etwas weniger wichtig. Es kann groß oder klein sein. Für ein klassisches Rennfahrzeug kannst du große Räder für die Hinterachse und kleine Räder für die Vorderachse verwenden.
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Verwende dünne, leichte Räder. Es ist auch wichtig, das Gewicht der Räder selbst in Betracht zu ziehen. Alles unnötige Gewicht wird dein Fahrzeug letztlich verlangsamen oder zusätzliche Reibung verursachen. Außerdem besitzen die breiteren Räder keinen Nutzen und können sogar einen negativen Effekt auf den Zug des Fahrzeugs durch den Luftwiderstand haben. Aus diesen Gründen solltest du die dünnsten und leichtesten Räder verwenden, die du für dein Fahrzeug finden kannst.
- Alte CDs oder DVDs funktionieren für diesen Zweck ziemlich gut. Sie sind groß und extrem leicht. In diesem Fall ist es vielleicht besser, einen Dichtring zu verwenden, um den Gesamtdurchmesser in der Mitte der CD zu vermindern (damit die Achse besser passt).
- Wenn du Zugang zu alten Schallplatten aus Vinyl hast, sind diese ebenfalls sehr gut geeignet. Für die kleinsten Mausefallen können sie allerdings zu schwer sein.
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Entscheide dich für eine enge Hinterachse. Davon ausgehend, dass dein Fahrzeug über das Hinterrad angetrieben wird, werden sich die Räder jedes Mal drehen, wenn sich die Hinterräder drehen. Wenn deine Hinterachse extrem schmal ist, kann sich deine Mausefalle bei der gleichen Fadenlänge öfter drehen, als sie sich drehen würde, wenn sie breiter wäre. Deine Hinterräder werden sich öfter drehen und daraus resultiert eine größere Distanz. Es ist also eine gute Idee, die Achse aus dem dünnsten, verfügbaren Material herzustellen, die das Gewicht des Rahmens und der Räder tragen kann.
- Schmale, hölzerne Zylinderstifte sind sehr gut geeignet und leicht erhältlich. Wenn du Zugang zu schmalen Zylinderstiften aus Metall hast, sind sie sogar noch besser. Sie bieten weniger Reibung, wenn sie geschmiert werden.
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Sorge für eine Übersetzung, indem du Reibung auf die Kanten der Räder ausübst. Wenn die Räder über den Boden rutschen, sobald die Falle ausgelöst wird, ist die Energie verschwendet. Die Mausefalle lässt die Räder arbeiten, aber du gewinnst nicht an Distanz. Wenn du dieses Problem an an deinem Fahrzeug beobachten kannst, solltest du zusätzliches Material auf die Räder aufbringen, um ihre Gleitfähigkeit zu reduzieren. Damit das Gewicht niedrig gehalten wird, solltest du nur so viel Material, wie notwendig verwenden, damit die Räder etwas griffiger werden. Passende Materialien sind: [4] X Forschungsquelle
- Isolierband
- Gummiband
- Luftballongummi
- Zusätzlich kannst du etwas Sandpapier an der Startlinie unter die Hinterräder legen und die Gleitfähigkeit vermindern, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung (wobei ein Rutschen am wahrscheinlichsten ist) setzt.
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Tipps
- Wenn der Faden nur um die Achse geschlungen ist, wird sich das Fahrzeug kaum bewegen. Die Anbringung eines zusätzlichen Randnabenantriebs kann die Zugkraft verbessern. Auf manchen Abbildungen ist ein Gummiband auf der Achse abgebildet. Es dient als "Führung" und vermindert ein Abrutschen des Fadens.
- Benutze den längsten Hebel, den du finden kannst, um den Arm der Mausefalle so weit wie möglich zu verlängern. Die Spitze übersetzt eine größere Distanz und erlaubt mehr Wicklungen auf dem Rad, die abgespult werden können. Die Antenne eines alten Radios wurde für diesen Hebel verwendet. Für den Hebel sollte irgendein leichtes und nicht zu flexibles Material verwendet werden.
- Reduziere die Übersetzung der Achse, indem du die Oberfläche der Aufhängung reduzierst, der Kontakt mit der Antriebsachse hat. Eine Aufhängung aus dünnem Stahl für die Achse hat weniger Reibung als ein Loch, das durch einen Holzklotz gebohrt wird.
- Reduziere den Aufprall, indem du ein Stück Schwamm als Käseattrappe verwendest. Dadurch verhinderst du ein Ruckeln des Fahrzeugs, wenn der Hebelarm auf und niederschlägt.
- Die Ausrichtung der Achsen und der Aufbauten ist wichtig, um die Reibung zu vermindern und die Leistung zu verbessern.
- Reduziere die Reibung, indem du Molykote® (Molybdändisulfid), das auf einem pulverisierten Schmiermittel basiert, auf die Achsen, Räder und die Feder der Mausefalle aufträgst.
- Nimm eine CD und die Achse mit in den Baumarkt, wenn du einen Arm (Hebel) kaufst. Das "kann" dir beim ersten Mal helfen, die richtige Größe zu finden.
Unter der Webseite Mouse Trap Car Challenge kannst du viele Modelle von Schülern betrachten.
- Erhöhe die Reibung, indem du den Faden mit Kerzenwachs behandelst. Durch das Wachsen hat der Faden einen besseren Zug auf die Achse.
- Erhöhe die Reibung wo es notwendig ist, indem du einen Gummireifen oder Ring an der Stelle um die Achse windest, an der du den Faden aufwickelst. Der Faden muss die Achse drehen und nicht abrutschen.
- Reduziere die Masse, indem du einen einfachen leichten Stock für den Körper des Fahrzeugs verwendest. Die Reduzierung der Masse reduziert auch die Reibung an den Achsen und den Achsaufhängungen.
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Was du beachten musst
- Radachsenverhältnis : Für große Distanzen kannst du große Räder und kleine Achsen wählen. Denke an des Hinterrad eines Fahrrads bei dem ein kleines Antriebsrad auf einem großen Reifen sitzt.
- Trägheit : Welche Energiemenge ist nötig, um dein Fahrzeug zu starten? Ein leichteres Fahrzeug braucht weniger Energie. Senke die Masse deines Fahrzeugs, um die beste Distanz zu erreichen.
- Freisetzung der Energie : Wenn die Energie langsam freigesetzt wird, kann die Kraft effizienter verwendet werden und das Fahrzeug fährt weiter. Eine Möglichkeit, die Freisetzung der Energie zu verlangsamen ist ein verlängerter Hebel. Ein längerer Arm (Hebel) überwindet eine größere Distanz und erlaubt mehr Wicklungen des Fadens um die Achse. Das Fahrzeug wird sich weit, aber langsamer bewegen.
- Reibung : Minimiere die Reibung auf den Achsen, indem du den Kontakt auf dem Oberflächenbereich minimierst. In diesem Beispiel wurde eine dünne Stahlklammer verwendet. Zuerst wurde ein kleines Loch durch einen Holzklotz gebohrt, um die Achse zu halten. Dieser Teil wurde vernachlässigt, weil die größere Oberfläche dazu führt, dass die Energie auf die Reibung das Fahrzeugs anstatt auf die Vorwärtsbewegung verwendet wurde.
- Zugkraft : Das ist die Art von Reibung, die du zu deinem Vorteil nutzen kannst. Die Reibung sollte dort maximiert werden, wo es notwendig ist (wo sich der Faden um die Achse windet und wo die Räder Kontakt mit dem Boden haben). Ein schlüpfriger Faden oder rutschende Räder bedeuten verschwendete Energie.
Warnungen
- Mausefallen sind gefährlich. Du kannst dir einen Finger brechen. Lasse dich von einem Erwachsenen beaufsichtigen. Du kannst dich verletzten und du kannst die Falle zerbrechen.
- Es gibt eine Beschränkung bei der Menge der verfügbaren Energie. Das hier gezeigte Fahrzeug ist am Maximum. Wenn der linke Arm noch länger oder die Reifen noch größer wären, "würde sich das Fahrzeug überhaupt nicht bewegen". In diesem Fall kann die freigesetzte Energie "abgestimmt" werden, indem die Antenne (der Hebel) etwas gekürzt wird.
- Sei vorsichtig, wenn du mit Werkzeugen arbeitest, Holz schneidest oder mit anderen gefährlichen Materialien umgehst. Du solltest dich bei deiner Arbeit immer von einem Erwachsenen beaufsichtigen lassen.
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Referenzen
- ↑ http://mb-soft.com/public2/car.html
- ↑ http://www.docfizzix.com/topics/construction-tips/Mouse-Trap-Cars/making-long-arm.shtml
- ↑ http://www.docfizzix.com/topics/design-basics/MouseTrap-Cars/mousetrap-racers-friction.shtml
- ↑ http://www.docfizzix.com/topics/construction-tips/Mouse-Trap-Cars/increase-traction.shtml
- Original article by: Mr. Phillip Sand Hansel II
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