Lærerveiledning Musefellebil (8. - 10. trinn) av Kai Håkon Sunde Informasjon om skoleprogrammet Musefellebilprogrammet skal øke elevenes forståelse for energi og mekaniske sammenhenger. Læringsprogrammet blir ledet av en vitevert, men læreren må også være med å hjelpe til mens elevene arbeider med musefellebilene. Programmene holdes på VilVites verkstedsrom, VilLage, og involverer bruk av vanlig håndverktøy. Dette læringsprogrammet varer i 60 minutter og er regnet for å være forholdsvis travelt. Skoleprogrammet kan begynne allerede ute på skolene, i de enkelte klassene. Vi ønsker at alle klassene har jobbet med temaet før de deltar på skoleprogrammet på VILVITE. Forslag til for- og etterarbeid er derfor presentert på vår hjemmeside og i dette dokumentet. Musefellebil Elevene skal lage musefellebiler av deler lagt tilgjengelig. De kan velge en del varianter, men den store kraften i musefellen og lengden på pinner og annet vi har tilgjengelig avgenser valgmulighetene noe. Størst læringsutbytte får vi erfaringsmessig når to og to jobber sammen. Det fører til færre kopier og bedre diskusjon rundt løsningene som velges. Vi har derfor basert både materialpenger og opplegget på en slik løsning. Det er mulig med grupper på tre elever eller at elever lager musefellebil alene hvis det er gode grunner til det. Vi berører følgende kompetansemål i lærerplanen: Elevene skal gjøre rede for begrepene fart og akselerasjon, måle størrelsene med enkle hjelpemidler og gi eksempler på hvordan kraft er knyttet til akselerasjon Elevene skal gjøre forsøk og enkle beregninger med arbeid, energi og effekt Elevene skal designe produkter ut fra en kravspesifikasjon for form og funksjon Her er noen problemstillinger elevene må ta stilling til. 1) Lengden på avstanden mellom hjulaksling og fjæren på fellen. Dette bestemmer kraften som drar i akslingen. Desto kortere avstand, desto større blir kraften. Samtidig blir lengden på snoren som trekkes av akslingen kortere. Det vil si at akselerasjonen pågår over et kortere tidsrom. Teoretisk sett blir det samme toppfart, men med en kort avstand blir toppfarten oppnådd tidligere enn med en lang. 2) Oppdraget er å få musefellebilen til å gå lengst mulig. Hvordan kan elevene få minst mulig energi til å bli sløst bort under veis? Hvis hjulene spinner på bakken når bilen skal i gang, hvis hjulakslingene ikke triller lett nok rundt, hvis hjulene har stor rullefriksjon, hvis den høye farten får luftmotstanden til å bli større. Hvordan skal bilen konstrueres for å gi optimal kjørelengde. Hvis kraften blir for liten, kan en risikere at bilen ikke kommer i gang 3) Hvilken type tråd er best? 4) Hvilken hjulstørrelse og bredde? 5) Hvordan kan vi unngå at bilen svinger? Diskusjonene rundt dette er viktig for læringen. Vi som lærere går rundt og deltar i diskusjonene og utfordrer elevene. musefellebil Side 1
Forarbeid Ballongbil Elevene kan lage ballongbiler av sugerør, karamellpinner og trehjul. Elevene gis designkriterier, og tilgang på råvarer, og skal notere seg forbruket på egne ark. Det skal vurderes etter forbruk (kostnad) funksjon og utseende Mål i kunnskapsløftet gjøre rede for begrepene fart og akselerasjon, måle størrelsene med enkle hjelpemidler og gi eksempler på hvordan kraft er knyttet til akselerasjon (10. trinn) teste og beskrive egenskaper ved materialer som brukes i en produksjonsprosess (10. trinn) Materialer: Sugerør Piperensere Karamellpinner Trehjul Limpistol med lim Ballonger Kartong Gjennomføring Samtale om designkriteriene og kravene som stilles til kjøretøyet Følgende tips er verd å ta med. La hjulene sitte fast på akslingene, og la akslingene trille fritt inni sugerør. Sugerørene kan så festes til resten av bilen. Pass på at ikke limpistolene får bli så lange at de smelter sugererørene. Utblåsingen fra ballongen kan være helt fri som på bildet over, eller en kan stikke et sugerør inn i ballongåpningen og la luften blåses inn og ut gjennom det. Husk at ballongen tar stor plass når den er blåst opp. Unngå at den legger seg på bakken eller på et hjul når bilen kjører. Pass på at det ikke kommer noe lim mellom akslingen og sugerøret. All friksjon er et problem. Hvis luften hindres på vei ut av ballongen kastes det bort energi. All friksjon i luftveiene må derfor hindres så godt som mulig for at ballongbilen skal kunne komme lengst mulig. musefellebil Side 2
Utblåsningshullet må derfor være glattest mulig. Rent praktisk betyr det at et flabrete ballongmunnstykke lager en svært dårlig fremdrift sammenlignet med et rør stukket inn i ballongen, og et langt sugerør er dårligere enn et kort sugerør, fordi friksjonen langs veggene i sugerøret blir større. Trekkspillet bremser luften ganske mye også, så det er best å unngå det. Det er bedre med et tykt sugerør enn to tynne. Friksjonen oppstår langs veggene i sugerøret, og to sugerør har dobbelt så store vegger som et sugerør, mens et sugerør med dobbelt så stort tverrsnittareal kun har en tredel større vegger. I tillegg er det viktig at ballongen blåser ut luften mest mulig i motsatt retning av den veien vi har tenkt at bilen skal kjøre. Hvis utblåsningsrøret står på skrå oppover, er det mye krefter som går med på å presse bilen ned mot bakken og ikke til fremdrift. Tilsvarende til sidene eller nedover. Som en integrasjon med matematikk tenker en også økonomi i utviklingen. Dette er bare et forslag til gjennomføringen. Prisene på delene er fiktive, men er tenkt til å gjenspeile kostnadene ved å lage en bil. Elevene henter ut delene etter behov og skriver opp forbruket sitt på arket. Kostnadene skal oppgis ved prøvekjøring sammen med hvilken kundekrets de var ute etter å nå. Kundekretsene er delt opp i følgende grupper: Pensjonisten Bilen skal ha plass til hatt og oppleves komfortabel i lave hastigheter. Den må gå lengst mulig på hver tank Råneren Bilen må være billig i bunnen, men tillater uante mengder med ekstrautstyr. Trenger ikke å gå langt på hver tank hvis den bare lager skikkelig gromlyd og ser tøff ut. Foretningskvinnen Bilen må utstråle effektivitet og status. Høy fart er viktig Familiefaren Bilen må være romslig og utstråle sikkerhet. Den må gå forholdsvis langt på en tank Konebilen Den ekstrabilen familien trenger noen ganger i uken. Må være billigst mulig i innkjøp og drift. Bilene presenteres og testes. Arkene brukes til å dokumentere hvor godt de fungerte og hvor mye de kostet. Arkene tas med tilbake på skolen sammen med bilene, og skal inngå i etterarbeidet. musefellebil Side 3
Navn: Å lage biler er dyrt i den virkelige verden. Dere er bildesignere, og må lage bilen billigst mulig, men den må fungere. Lag den billigste og beste bilen Bildel Antall Stk pris Sum Sugerør 5 000 Hjul m aksling 8 000 Papp plate 11 000 Piperenser 6 000 Elektrikerrør 3 000 pynt 2 000 Ballong 12 000 Hvor mye kostet bilen Sum: Hvor langt gikk den? musefellebil Side 4
Etterarbeid Regneoppgave: Hvor mye energi er lagret i fjæren? Mål styrken ved starten av bevegelsen og slutten av bevegelsen med en fjærvekt. Tegn et diagram hvor omkretsen til bevegelsen er på X-aksen og kraften på Y-aksen. Energien er kraft ganger vei, dvs arealet til trapeset. Hvordan påvirker lengden på pinnen energien? Beregn farten til bilen etter at musefellefjæren er ferdig med bevegelsen sin. Beregn gjennomsnittlig akselerasjon frem til dette øyeblikket. Hvor stor var frikskjonen? (fjærens energi fordelt på strekningen tilbakelagt) Optimalisering av musefellebilene Velg den snoren som du tror vil være best. Sytråd Hyssing Gummistrikk Pakkebånd Tanntråd Juster avstanden mellom fjær og aksling og lengden på pinnen Forandre festet mellom pinnen og fjæren Minske friksjonen mellom hjulaksling og sugerør ved å ta bort unødvendige deler av sugerøret. Hva med smøring? Øker eller minsker friksjonen da? Hvis tråden mellom pinnen og akslingen spennes ut i en halvsirkel mens den trekkes av akslingen, vil det bli lenger strekk med tråd som rulles av akslingen, og en mister ikke det siste stykket av bevegelsen til pinnen ved at den er vinkelrett på tråden. Dette kan gjøres ved å lage bukker av sugerør som også festes til pinnen og musefellen med tråder mellom bukkene igjen slik at når første vippes opp, spenner den ut tråden og drar med seg den neste bukken som ijgen tar med seg den etter der. Det vil da i stedet for å bli plass til diameteren til bevegelsen til pinnen, bli plass til omkretsen til en halvsirkel med samme diameter. Mer enn en halv gang ekstra tråd med andre ord. Se tegning under. musefellebil Side 5