De muizenvalauto wedstijd
Dus je leraar heeft jullie de opdracht gegeven om een muizenval in de vorm van een auto te maken: een klein voertuig dat wordt aangedreven door de verende actie van een muizenval om hem zo ver mogelijk te laten rijden. Als je beter wilt zijn dan de andere leerlingen 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 je auto te stroomlijnen voor een maximale afstand. Met dit artikel kun je een voertuig maken, en jezelf een heleboel moeite besparen.
Doel 1: De wielen
Gebruik grotere achterwielen
Gebruik grotere 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. Dit maakt grote wielen perfect voor wedstrijden waarbij de afgelegde afstand belangrijk is — theoretisch zullen ze minder snel versnellen dan kleinere wielen, maar ze zullen veel langer doorrollen en over het algemeen een grotere afstand afleggen. Dus, voor de maximale afstand maak je de wielen die vast zitten aan de aandrijfas (die waar de muizenval aan vastzit, meestal de achterste) erg groot.
- Het voorwiel is iets minder belangrijk — die kan groot of klein zijn. Om je voertuig er als een klassieke dragracer uit te laten zien, kies je voor grote wielen achterin en kleinere voorwielen.
Gebruik dunne, lichte wielen
Dunnere wielen zorgen voor minder wrijving en kunnen verder doorrollen, als afstand dat is wat je wilt of nodig hebt met je muizenval-voertuig. Het is ook belangrijk om rekening te houden met het gewicht van de wielen zelf — elk gewicht dat niet nodig is zal uiteindelijk je auto vertragen of leiden tot extra wrijving. Daarnaast is het de moeite waard om op te merken dat brede wielen zelfs een klein negatief effect kunnen hebben op de luchtweerstand van de auto. Om deze redenen wilt je de dunste, lichtste wielen gebruiken die beschikbaar zijn voor je auto.
- Oude cd's of dvd's werken vrij goed voor dit doel — ze zijn groot, dun en extreem licht. In dit geval kan een sluitring worden gebruikt om het gat in het midden van de cd te verkleinen (om de as beter te laten passen).
- Als je toegang hebt tot een oude vinylplaat (voor op een platenspeler), dan werken deze ook extreem goed, hoewel ze misschien te zwaar zijn voor de kleinste muizenvallen.
Gebruik een smalle achteras
Ervan uitgaande dat het een auto met achterwielaandrijving wordt, draaien de achterwielen elke keer als je achteras draait. Als je achteras extreem klein is, zal je muizenval auto meer keren kunnen draaien voor dezelfde lengte touw dan wanneer hij breder zou zijn. Dit vertaalt zich in het vaker draaien van je achterwielen, wat een grotere afstand betekent! Daarom is het een verstandig idee om je as te maken van het meest dunste materiaal dat beschikbaar is en dat nog steeds het gewicht van het frame en de wielen kan dragen.
- Smalle houten deuvels zijn hier een goede, gemakkelijk te verkrijgen keuze. Als je toegang hebt tot dunne metalen stangetjes, dan zijn deze nog beter — als ze gesmeerd zijn, geven ze meestal minder wrijving.
Creëer tractie door de randen van de wielen ruwer te maken
Als de wielen over de grond slippen als de val dichtklapt, dan wordt er energie verspild — de muizenval doet de wielen draaien, maar je krijgt geen extra afstand. Als dit gebeurt met je auto, kan het toevoegen van ruw materiaal aan de achterwielen de tractie ervan verbeteren. Om je gewicht laag te houden, gebruik je alleen zoveel als nodig is om de uiteinden van de wielen enige grip te geven en niet meer. Enkele geschikte materialen zijn:[1]
- Elektrisch tape
- Elastiekjes
- Kapotte ballonnen
- Daarnaast kan een stuk schuurpapier onder de achterwielen bij de startlijn de slip verminderen als de auto begint te bewegen (wanneer slippen het meest waarschijnlijk is).
Doel 2: Het chassis
Bouw het lichtste chassis dat mogelijk is
Bovenal moet je auto licht zijn. Hoe kleiner de massa van je auto, hoe beter — elke gram of milligram die je van het chassis van je auto af kunt schaven is zal hem iets verder brengen. Probeer geen extra materiaal voor het chassis te gebruiken buiten wat nodig is om je muizenval en wielassen op hun plaats te houden. Als je verspilde ruimte ziet, probeer het dan te verwijderen, of, als dit onmogelijk is, maak er gaten in met een boormachine om het gewicht te verlagen. Je hebt verder ook het lichtst mogelijke materiaal voor je chassis nodig. Hier zijn slechts een paar voorbeelden die geschikt kunnen zijn:
- Balsahout
- Harde plastic platen
- Dunne, lichte metalen platen (aluminium/tinnen dakbedekking)
- Bouwspeelgoed (K'NEX, Lego)
Maak het chassis lang en smal
Idealiter moet de auto aerodynamisch zijn — dat wil zeggen dat hij een zo klein mogelijk oppervlak heeft in de richting waarin hij zal rijden. Vergelijk dit met een pijl, speedboot, vliegtuig of een speer -- een voertuig dat is ontworpen met maximale efficiëntie in het achterhoofd zal bijna altijd een lange, slanke vorm hebben om de luchtweerstand te minimaliseren.[2] Voor de doeleinden van je muizenvalauto, zal dit betekenen dat je chassis zowel horizontaal als verticaal smal (hoewel het moeilijk zal zijn om het chassis smaller te maken dan de muizenval zelf) moet zijn.
- Vergeet niet om de weerstand te minimaliseren, door je auto het smalste en kleinst mogelijke profiel te geven. Ga op de grond staan en kijk van voren naar je auto om stukken van het chassis te zien die het profiel van je auto onnodig groot maken.
Gebruik waar mogelijk lijm in plaats van spijkers
Probeer waar mogelijk lijm te gebruiken in het ontwerp van je auto, in plaats van spijkers, spelden of andere zwaardere materialen. Zo hoef je bijvoorbeeld maar een paar kleine lijmpuntjes te gebruiken om je muizenval aan het chassis te bevestigen. Over het algemeen houdt de lijm net zo goed als de nagels, wat onnodig gewicht kan toevoegen. Gebruik superlijm, niet schoollijm, want dit laatste zal niet zo goed houden.
- Een ander voordeel van lijm is dat het meestal geen invloed heeft op de luchtweerstand van je auto. Aan de andere kant, als een van beide uiteinden van een spijker uit je chassis steekt, kan het een klein effect hebben.
Houd de structurele integriteit van je chassis in gedachten
De enige beperkende factor als het gaat om hoe licht en slank je het chassis van je muizenval auto kan maken is zijn kwetsbaarheid — als de auto te licht is, kan het zo fragiel worden dat de actie van het dichtklappen van de muizenval de auto kan breken. Het delicate evenwicht tussen het bereiken van de maximale afstand en het onstabiel maken van je auto kan behoorlijk lastig zijn om goed te krijgen, maar durf te experimenteren. De muizenval zelf zal waarschijnlijk nooit breken, dus zolang je extra chassismateriaal hebt, heb je alle vrijheid om fouten te maken.
- Als je een extra kwetsbaar materiaal gebruikt zoals balsahout en je hebt moeite om je chassis bij elkaar te houden, overweeg dan een kleine strook van een steviger materiaal (zoals metaal of plastic) aan de onderkant van het chassis toe te voegen. Hiermee vergroot je de structurele sterkte van de auto en beperk je de verandering in de luchtweerstand en het gewicht.
Doel 3: Het vermogen
Geef je muizenval een lange 'arm' om de hefboomwerking te vergroten
De meeste muizenvalauto's werken als volgt: de muizenval is 'ingesteld', een touw dat aan de arm van de muizenval is gebonden is zorgvuldig om een van de wielassen gewikkeld, en wanneer de val dichtklapt, brengt de zwaaiende arm 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 deze, als de auto niet zorgvuldig is geconstrueerd, te snel aan de snaar trekken, waardoor de wielen gaan slippen en er energie verloren gaat. Voor een langzamere, stabielere trekkracht, maak je een lange stok aan de arm vast, om als hefboom te fungeren, en bind je daarna het uiteinde van de snaar hieraan vast, in plaats van aan de arm zelf.
- Het is belangrijk om het juiste materiaal te gebruiken voor je hendel. De hendel mag helemaal niet buigen onder de spanning van de snaar — dit betekent dat er energie wordt verspild.[3] Veel handleidingen adviseren stevige balsa-constructies of balsa versterkt met metaal voor een stevige en toch lichte hefboom.
Plaats de val zo ver mogelijk naar voren
Ervan uitgaande dat de val de achterwielen aandrijft, plaats je de muizenval zo ver mogelijk naar voren op het chassis, zonder de voorwielen aan te raken. Hoe groter de afstand tussen de val en de wielen, hoe beter — meer afstand betekent dat je meer touw om de as kunt wikkelen voor net iets meer langzame en gestage trekkracht.
Zorg dat er minimale wrijving is op de bewegende delen
oor een maximale afstand wilt je zo veel mogelijk van het vermogen van je muizenval gebruiken. Dit betekent het verminderen van de wrijving op oppervlakken van je auto waar punten tegen elkaar aan glijden. Gebruik een mild smeermiddel, zoals WD-40, naaimachineolie of een gelijkaardig product om de contactpunten tussen de bewegende delen van een auto goed geolied te houden, zodat de auto zo vlot mogelijk 'rijdt'.
- Alle bouwbeschrijvingen voor een muizenvalauto geven aan dat de as de primaire bron van wrijving is in een dergelijkvoertuig.[4] Om de wrijving op de as te minimaliseren, wrijf of spuit je een beetje smeermiddel op elke as waar deze het chassis ontmoet, en werk je het, indien mogelijk, in het contactpunt door de wielen heen en weer te schuiven.
TIPS
- Verminder de wrijving op de as door het oppervlak van de steun die in contact komt met de aandrijfas te minimaliseren. Een steun voor de assen van dun staal heeft minder wrijving dan een gat dat door een houtblok is geboord.
- Verminder de schokken door een stukje spons te plaatsen op de plek van de kaas. Dit voorkomt dat de auto te veel opspringt als de hefboomarm naar beneden klapt.
- De uitlijning van de assen en ophanging is van cruciaal belang om de wrijving te verminderen en de prestaties te verbeteren.
- Neem een cd en de as mee naar de ijzerhandel als je een sluitring koopt. Dit maakt de kans wat groter dat je meteen de eerste keer de juiste maat krijgt.
- Je kunt veel verschillende projecten van leerlingen zien op de website 'Mouse Trap Car Challenge'.
- Verhoog de wrijving door het touw met kaarsvet in de was te zetten. Door het in de was te zetten, heeft het touw een betere trekkracht op de as.
- Verhoog de wrijving waar nodig door een rubberen band of tape om de as te gebruiken waar de snaar is gewikkeld. Het touw moet de as draaien en niet slippen.
- Verminder de massa door een eenvoudige lichte stok als carrosserie te gebruiken. Het verminderen van de massa vermindert ook de wrijving aan de assteunen.
- Het is handig om ervoor te zorgen dat je as niet wiebelt, anders beweegt hij naar links en rechts.
- Gebruik zo weinig mogelijk massa op de auto terwijl je hem toch groot genoeg maakt om te bewegen.
Om te overwegen
- Wiel/as-verhouding: Gebruik voor de afstand grote wielen en een kleine as. Denk aan het achterwiel van een fiets; een kleine aandrijving en een groot wiel.
- Traagheid: Hoeveel energie kost het om je auto te starten? Een lichtere auto heeft minder nodig. Verlaag de massa van je voertuig voor de grootste afstand.
- Vrijkomen van energie: Als de energie langzaam vrijkomt, wordt het vermogen efficiënter gebruikt en zal de auto verder rijden. Een manier om deze afgifte te vertragen is het verlengen van de hefboomarm. Een langere arm legt een grotere afstand af en zorgt voor meer touw om de as. De auto gaat verder, maar wel langzamer.
- Wrijving: Minimaliseer de wrijving op de as door het contactoppervlak te minimaliseren. In dit voorbeeld is een dunne stalen beugel gebruikt. In het begin werd een gat door een houtblok geboord om de as vast te houden. Dit werd achterwege gelaten omdat het grotere oppervlak ervoor zorgt dat de auto energie gebruikt om de wrijving te overwinnen in plaats van vooruit te komen.
- Tractie: Dit is wrijving die je in je voordeel gebruikt. De wrijving moet worden gemaximaliseerd waar nodig (waar het touw zich om de as wikkelt en waar de wielen in contact komen met de vloer). Slippende touwen of wielen staat gelijk aan verspilde energie.
