Ένα επιτυχημένο έργο επιστημονικής έκθεσης εμπνέει τη δημιουργικότητα, προκαλεί τους μαθητές να αμφισβητήσουν τις υποθέσεις τους και γενικά περιλαμβάνει κάτι που αψηφά τη βαρύτητα. Μπορείτε να φτιάξετε μια χάρτινη πλάκα από μερικά απλά υλικά και χρησιμεύει για την επίδειξη πολλών σημαντικών νόμων της φυσικής. Το έργο προσφέρει πολλές ευκαιρίες στους μαθητές να λάβουν μετρήσεις, να καταγράψουν δεδομένα και να δημιουργήσουν νέες τροποποιήσεις για να βελτιώσουν την απόδοση του hovercraft.
Υλικά, Κατασκευές και δοκιμές πεδίου
Συλλέξτε μερικά υλικά, όπως μια χάρτινη πλάκα μίας χρήσης, ένα μπαλόνι, ένα ψαλίδι και ένα μπουκάλι κόλλας. Μια πλάκα πίτας μιας χρήσης είναι ιδανική για το πείραμα λόγω του ανυψωμένου άκρου και της αντοχής του υλικού. Κολλήστε ένα μικρό τετράγωνο χαρτονιού στο κάτω μέρος της πλάκας. Κόψτε αυτό το κομμάτι από ξεχωριστή χάρτινη πλάκα και τοποθετήστε το στο κέντρο του hovercraft. Χρησιμοποιώντας το ψαλίδι σας, δημιουργήστε μια μικρή οπή μέσω του κέντρου της πλάκας και του χαρτονιού. Τραβήξτε το άνοιγμα του μπαλονιού μέσω της κάτω επιφάνειας της οπής της πλάκας. Εάν η τρύπα δεν είναι αρκετά μεγάλη, δοκιμάστε να τη μεγεθύνετε ώστε να χωράει το μπαλόνι. Μην τραβάτε το μεγαλύτερο μέρος του μπαλονιού μέσα από την οπή. Ίσως χρειαστεί να προσαρμόσετε τη θέση του μπαλονιού καθώς προχωράτε να το ανατινάξετε. Φουσκώστε το μπαλόνι και κλείστε το άνοιγμα για να αποφύγετε τη διαφυγή αέρα. Χρησιμοποιώντας ένα επίπεδο, μεγάλο τραπέζι, τοποθετήστε την πλάκα ανάποδα έτσι ώστε το άνοιγμα του μπαλονιού να κατευθύνεται προς το έδαφος. Όταν απελευθερώνετε το μπαλόνι, ο αέρας θα ρέει αμέσως προς τα έξω και προς τα κάτω, αναγκάζοντας την πλάκα να αιωρείται πέρα από την επιφάνεια του τραπεζιού.
Η Επιστήμη των Χόβερκραφτ
Ο τρίτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα αναφέρει ότι για κάθε δράση υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση. Στην περίπτωση της χάρτινης πλάκας, η αρχική δράση είναι η ροή του αέρα, την οποία το μπαλόνι προεξέχει προς τα κάτω προς το τραπέζι. Καθώς το μπαλόνι συμπιέζει τον αέρα, αυξάνεται η πίεση κάτω από την πλάκα. Η αντίθετη αντίδραση σε αυτήν την περίπτωση είναι η πτήση του hovercraft από την επιφάνεια του τραπεζιού. Αυτή η αντίδραση είναι δυνατή μόνο επειδή το hovercraft έχει πολύ λιγότερη αδράνεια από τον πίνακα, και έτσι το Το hovercraft αντιδρά στην κίνηση του αέρα από το μπαλόνι αιωρώντας προς τα πάνω ενάντια στη δύναμη του βαρύτητα.
Πειραματισμός
Μόλις έχετε ένα hovercraft που λειτουργεί, δοκιμάστε να πειραματιστείτε με το μοντέλο προσαρμόζοντας μερικές σημαντικές μεταβλητές. Για παράδειγμα, το μέγεθος της τρύπας θα επηρεάσει τον ρυθμό ροής αέρα από το μπαλόνι. Δοκιμάστε να διευρύνετε την τρύπα σε ένα δεύτερο hovercraft και να συγκρίνετε πόσο καλά πετούν τα δύο μοντέλα. Μια άλλη ενδιαφέρουσα τροποποίηση περιλαμβάνει το άνοιγμα μικρών οπών στην άκρη της χάρτινης πλάκας. Αντί του αέρα που διαφεύγει από κάτω από την πλάκα προς όλες τις κατευθύνσεις εξίσου, αυτό θα συγκεντρώσει ένα ρεύμα αέρα σε μία μόνο κατεύθυνση. Και πάλι αναφερόμενος στον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, η ενέργεια του αέρα που διαφεύγει από την πλευρική τρύπα της πλάκας θα ωθήσει το σκάφος να κινηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση, αντί να αιωρείται απλά στη θέση του.
Μετρήσεις και συλλογή δεδομένων
Μπορείτε να μετρήσετε ποσοτικά την ανυψωτική ισχύ του hovercraft σας τοποθετώντας μικρά βάρη στην πάνω επιφάνεια της πλάκας. Ξεκινήστε αυτό το πείραμα συλλέγοντας μερικά ομοιόμορφα βάρη. νομίσματα θα λειτουργούσαν καλά για αυτό. Αρχίστε να προσθέτετε βάρη, εξισορροπώντας την κατανομή της μάζας σε όλη την επιφάνεια, έως ότου το σκάφος να μην σηκωθεί πλέον από το τραπέζι. Σημειώστε το βάρος ως την πρώτη σας μέτρηση και συγκρίνετε το με την ανυψωτική ισχύ των άλλων μοντέλων hovercraft. Εάν έχετε δοκιμάσει να τοποθετήσετε τρύπες στο πλάι για να δημιουργήσετε μια ροή αέρα πρόωσης, δοκιμάστε να μετρήσετε την απόσταση που μπορεί να ταξιδέψει το hovercraft σας στο δωμάτιο και να συγκρίνετε τα αποτελέσματά σας με τους άλλους μαθητές.
Άλλα έργα
Δεν υπάρχει τίποτα πιο ικανοποιητικό από τους μαθητές που έρχονται με τη δική τους, μοναδική ιδέα που λειτουργεί. Δώστε στους μαθητές κάποια βασικά υλικά, όπως χαρτί κατασκευής, ταινία, μπαστούνια, ό, τι νομίζετε ότι μπορεί να είναι χρήσιμο στην τροποποίηση των χάρτινων πλακών. Για παράδειγμα, παίρνοντας έμπνευση από τη φύση, οι μαθητές μπορεί να προσπαθήσουν να συνδέσουν ένα πτερύγιο χαρτιού ή φτερά, για να δώσουν στο σκάφος κάποια σταθερότητα κατά την πτήση.