Visualisatie Rotatie Energie

De meeste mensen hebben een vrij natuurlijk inzicht bij vliegwielen, laat ze draaien en ze stoppen niet zomaar meer, maak er een touw aan vast en het begint het touw met zich mee te trekken. Hoeveel energie er in zo een vliegwiel zit, en hoe ze op deze formule komen, leren de meeste mensen echter pas op de unie/hbo. Om middelbare scholieren te introduceren met het idee van rotatie energie, te laten zien hoeveel energie er in een vliegwiel zit en tegelijkertijd te kunnen rekenen met wrijvingsverlies hebben wij een opstelling gebouwd die dit heel visueel maakt allemaal. We hebben een motor toegevoegd aan het hele systeem, die het vliegwiel op kan draaien, dit heeft als grote voordeel dat de motor bij een vast voltage voor een vaste rotatiesnelheid zorgt, wat voorkomt dat leerlingen met (smartphone) camera's dit nog moeten gaan meten.

Voor het frame

Artikel (frame, hoekverbindingen en bijbehorende schroeven). Aantal stuks afhankelijk van de grootte van het frame. Maar als indicatie: 7 kleine stukken (+-20 cm), 6x +-30 cm, 9x 50 cm, 4x 100 cm. 45 hoekstukjes, 90 schroefjes.

2 Kogellagers. Gemaakt om op het frame van het Item te passen.

1 Katrol

2 Elastieken

Voor het houten gedeelte

Vliegwiel. De grootte hangt wederom af van de gekozen grootte van het frame, maar is gemaakt van relatief zwaar materiaal. Wij gebruikten MDF.

2 tandwielen. De grootte hangt af van hoe snel je het vliegwiel wilt laten draaien.

Houten behuizing voor de motor

Karretje dat omhoog getild moet worden

Elektronica

Elektromotor.

Instelbare stroombron. Kan minimaal 12 V leveren.

Kabels die stroombron verbinden met de motor

Gereedschap

Schroevendraaier, geschikt voor Item.

Begin met bepalen hoe groot je vliegwiel gaat worden, dit zal grotendeels bepalen hoe groot de rest van de opstelling moet worden. Die van ons moest hoog genoeg zijn om al de opgeslagen energie in het vliegwiel om te kunnen zetten in potentiële energie van het autotje, 1 meter hoog. Dit hangt natuurlijk ook nog af van hoe snel je van plan bent je vliegwiel te laten draaien.

Als je dit weet kan je beginnen met het bouwen van een frame met draaias voor het vliegwiel, het is handig om dit als eerste te doen, zodat je de rest van het frame er later omheen kan bouwen met gelijk de juiste verhoudingen. De draaias zelf zal aan 2 kanten vastgemaakt moeten worden met de kogellagers.

Bouw nu de rest van het frame er omheen. Zorg ervoor dat je de houder voor het vliegwiel zo veel mogelijk naar een kant verschuift, zo voorkom je dat het later gaat botsten tegen het gene wat je omhoog aan het tillen bent. Aan de bovenkant van het frame, aan de kant waar je het vliegwiel niet heen hebt geschoven, moet een katrol vastgemaakt worden. Wij hadden geen katrol die makkelijk vast gemaakt kon worden op het Item frame, dus hebben we een katrol met al een vastgemaakte pin genomen, die pin tegen het item frame aangedrukt, en door 2 elastieken gekruist er omheen te binden, vastgemaakt aan het Item frame.

Wat cruciaal is bij het vliegwiel, is dat je een geschikt gat in het midden maakt, waar het Item frame precies door heen past, dit geldt ook voor het tandwiel aan het frame. Het andere, grotere tandwiel, heeft een gat nodig wat past op je motor. Een svg file is toegevoegd van ons vliegwiel, hierin zit ook de juiste item maat. Ook is er een svg file toegevoegd van onze tandwielen met frame er in. Deze zijn geschikt om te lasersnijden.

Om de motor vast te maken op het frame is er een houder nodig. Voor deze houder is er ook een svg file toegevoegd. Om de motor weg te kunnen schuiven voordat je het vliegwiel de auto omhoog laat trekken, moet hij kunnen schuiven. Daarom wordt de houder vastgemaakt op een verschuifbaar stukje frame. Dit bereik je simpelweg door de schroeven hier niet helemaal aan te draaien. Aan de motor vast maak je het grotere tandwiel, wat door het frame te verschuiven contact maakt met het kleinere tandwiel aan de draaias. Om de motor aan te drijven is aanpasbare voeding nodig. Testen in de praktijk heeft ons geleerd dat het verstandig is op een lager voltage te starten, en pas als het vliegwiel een beetje draait het voltage op te laten lopen tot gewenste hoeveelheid.

Om iets te laten zien heb je natuurlijk een gewichtje nodig om omhoog te tillen. Dit gewichtje kan uiteraard alles zijn wat de verbeelding toelaat, wij hebben een autotje ontworpen, zie het bijgevoegde svg file. Dit gewichtje zal vastgemaakt moeten worden met een touw, dit touw wordt vervolgens over de katrol geleid en aan de andere kant weer naar beneden gelaten. Hier is het idee dat het touw zichzelf kan vastgrijpen aan de draaias van het vliegwiel. Dit kan zeker interessanter gedaan worden, maar door een gebrek aan tijd is er bij ons voor gekozen om een simpele haak vast te zetten op de draaias. Deze trekt niet alleen het touw over de draaias, maar zorgt er ook voor dat het niet meer los laat als het gewichtje een loop (omhoog en naar beneden) heeft gemaakt. Voor een iteratie zou een soort karabijn haak hier interessant zijn. Zoals te zien op de foto hebben wij, om te voorkomen dat het touw zich richting het uiteinde van de draaias wikkelt, een extra barriëre gemaakt, dit val simpel te doen door het item frame gat, gebruikt in de vorige svg files, op een stukje hout te printen.