الوقت المتوقع
20 - 30 دقيقة
المفاهيم الرئيسية
قوانين نيوتن للحركة ، الطاقة الحركية ، الطاقة الكامنة
مقدمة
ابنِ سيارة تعمل بالبالون من المواد المعاد تدويرها في هذا النشاط الممتع.
حتى يمكنك أن تسابق صديقك ويصبح النشاط أكثر متعة!
STEM في سيارة البالون:
علوم (Science): دراسة قوانين نيوتن للحركة وكيفية تأثير الهواء المنطلق من البالون على حركة السيارة. فهم مفهوم الطاقة الكامنة والطاقة الحركية.
تكنولوجيا (Technology): استخدام مواد معاد تدويرها وتحويلها إلى سيارة تعمل بالبالون، وكيفية تحسين التصميم لزيادة الكفاءة.
هندسة (Engineering): تصميم وبناء السيارة بحيث تتحرك بفعالية. التأكد من محاذاة العجلات والمحاور بشكل صحيح لتحقيق أقصى قدر من الحركة.
رياضيات (Math):حساب السرعة والتسارع للسيارة. تحديد العلاقة بين حجم البالون ومدى سرعة السيارة.
المواد
ملاحظة: يمكن استبدال بعض المواد، مثل استخدام علبة كرتون صغيرة بدلاً من زجاجة بلاستيكية.
زجاجات بلاستيكية
أغطية زجاجات بلاستيكية (4)
مصاصات بلاستيك (3)
أعواد خشبية (2)
بالون
مطاط
شريط لاصق
مقص
سكين
التعليمات
1 - قص ماصتين حتى تكونا أطول قليلًا من عرض الزجاجة.
2 - الصق الماصتين على الزجاجة وتأكد من أنهما متوازيتين.
3 - قص الأعواد الخشبية حتى تكون أطول قليلًا من الماصتين.
4 - استخدم سكين الهواية لعمل فتحات صغيرة في وسط جميع أغطية الزجاجات الأربعة.
5 - ادخل العود الخشبي في إحدى الفتحات.
6 - أدخل العود في المصاص من الجهة الحادة أولًا.
7 - ضع غطاء الزجاجة على الجهة الأخرى من العود. هذا سيكون المحور مع عجلتين.
8 - كرر الخطوات من 3 إلى 5 لصنع محور آخر.
9 - تأكد أن المحاور تدور بحرية. ضع السيارة على الأرض وتأكد من أنها تتحرك بسلاسة. قد تعلق السيارة إذا كانت العجلات تتحرك بشكل مائل أو إذا لم يكن المحاور متوازية. قم بتعديلها إذا كان ذلك ضروريًا.
10 - أدخل الجزء القصير من المصاص الثالث في فتحة البالون.
11 - قم بلف المطاطة بإحكام حول فتحة البالون.
12 - قم بنفخ البالون عبر المصاص للتأكد من عدم وجود تسرب.
13 - قم بقص فتحة صغيرة (كبيرة بما يكفي للمصاص) في أعلى السيارة.
14 - ادخل الجزء الحر من المصاص من خلال الفتحة الصغيرة وخرجه من فم الزجاجة.
15 - الصق المصاص بحيث يشير إلى الخلف، وليس لأسفل.
16 - قم بنفخ البالون، ثم ضع السيارة على الأرض وأطلقها! غطي طرف المصاص بأطراف أصابعك للحفاظ على الهواء داخل البالون حتى تضعه على الأرض.
17 - إذا لم تتحرك سيارتك على الإطلاق، أو تتحرك ببطء شديد، قم بنفخ البالون أكثر وحاول مرة أخرى.
18 - إذا استمرت السيارة في عدم التحرك، تأكد من المحاور للتأكد من أنها تدور بحرية. إذا لم تكن العجلات والمحاور متوازية، قد لا يكون البالون قويًا بما يكفي لدفع السيارة إلى الأمام.
ماذا حدث ؟
عندما تنفخ البالون وتضع سيارتك على الأرض وتطلقها، يجب أن تبدأ سيارتك في التحرك إلى الأمام. ستستمر في التحرك حتى ينفد الهواء من البالون. إذا قمت بعمل جيد في محاذاة العجلات والمحاور، قد تستمر السيارة في الانزلاق قليلًا حتى بعد نفاد الهواء من البالون، حتى تتوقف تدريجيًا.
للتعمق أكثر
سيارتك المدعومة بالبالون هي عرض رائع لجميع قوانين نيوتن الثلاث للحركة! ولكن، سنشرحها بالترتيب المعكوس:
قانون نيوتن الثالث للحركة ينص على أن لكل فعل هناك رد فعل متساوي ومعاكس. عندما يتفرغ البالون، يتم دفع الهواء الخارج من البالون. وبدوره، يدفع الهواء السيارة إلى الأمام.
قانون نيوتن الثاني للحركة يمكن تلخيصه بالمعادلة الشهيرة F=ma، أو أن القوة الصافية التي تعمل على الجسم تساوي كتلته مضروبة في تسارعه. التسارع هو تغيير في السرعة. تشاهد هذا عندما تتسارع السيارة إلى الأمام عند تفريغ البالون، ومرة أخرى عندما تتوقف السيارة (تتباطأ) عندما يبطئها الاحتكاك.
قانون نيوتن الأول للحركة ينص على أن الجسم المتحرك سيبقى في حركة، والجسم الثابت سيبقى ثابتًا، ما لم يتأثر بقوة خارجية. قد تلاحظ أن سيارتك تستمر في التحرك حتى بعد أن يتم تفريغ البالون بالكامل. السيارة بالفعل تتحرك إلى الأمام، لذا حتى وإن لم يكن البالون يدفعها بعد الآن، ستستمر في التحرك حتى توقفها قوة خارجية (الاحتكاك).
يمكنك أيضًا التفكير في هذا النشاط من حيث الطاقة. عندما تنفخ البالون، يخزن طاقة كامنة (في كل من اللاتكس الممدود والهواء المضغوط داخله). عندما تطلق البالون، تتحول هذه الطاقة الكامنة المخزنة إلى طاقة حركية. في النهاية، ستتوقف السيارة، ولكن الطاقة لا تضيع - بل تتحول إلى أشكال أخرى مثل الصوت والحرارة (نتيجة للاحتكاك). الكمية الإجمالية للطاقة تحافظ عليها.
رابط فيديو للنشاط :