ماشینی که بدون باتری حرکت می‌کند ؛ کاردستی علمی کلاس چهارم با بطری

ماشین بادکنکی یک کاردستی متحرک است که بدنه آن از بطری پلاستیکی خالی و چرخ‌هایش از درِ بطری ساخته می‌شود. موتور این ماشین باتری یا قطعه برقی ندارد؛ هوایی که از بادکنک خارج می‌شود، ماشین را در جهت مخالف به حرکت درمی‌آورد. به همین دلیل، نتیجه کار فقط یک وسیله تزیینی نیست و دانش‌آموز می‌تواند عملکرد آن را روی سطح صاف آزمایش کند.

آماده‌سازی این پروژه حدود ۴۵ تا ۶۰ دقیقه زمان می‌برد و سطح دشواری آن متوسط است. ساخت سوراخ وسط درهای بطری و کوتاه کردن سیخ‌های چوبی حتماً باید توسط بزرگسال انجام شود. دانش‌آموز پس از تکمیل ماشین می‌تواند اثر اندازه بادکنک، وزن بدنه، راست بودن محورها و اصطکاک چرخ‌ها را بر مسافت حرکت بررسی کند.

کاردستی علوم کلاس چهارم با وسایل دور ریختنی و نیروی بادکنک

در این کاردستی، بادکنک پس از باد شدن مقداری انرژی ذخیره می‌کند. هنگامی که دهانه نی آزاد می‌شود، هوا از قسمت عقب ماشین بیرون می‌رود و ماشین در جهت مخالف حرکت می‌کند. اگر چرخ‌ها آزادانه بچرخند و محورها موازی باشند، خودرو تا زمانی که هوای بادکنک تخلیه شود جلو می‌رود و ممکن است پس از خالی شدن بادکنک نیز مسافت کوتاهی حرکت کند.

بدنه بطری، درهای پلاستیکی و بخشی از نی‌ها را می‌توان از وسایل تمیز و قابل استفاده دوباره انتخاب کرد. بادکنک، چسب و محورهای سالم وسایل تکمیلی پروژه هستند. بطری باید کاملاً خالی، شسته و خشک شده باشد و درهای بطری نیز ترک یا لبه شکسته نداشته باشند.

وسایل لازم برای ساخت ماشین بادکنکی

وسایل اصلی

• یک بطری پلاستیکی خالی ۵۰۰ یا ۶۰۰ میلی‌لیتری با بدنه سالم
• چهار درِ بطری پلاستیکی هم‌اندازه برای چرخ‌ها
• دو نی معمولی صاف، هرکدام کمی بلندتر از عرض بطری
• یک نی انعطاف‌پذیر برای مسیر خروج هوا
• دو سیخ چوبی نازک، هرکدام حدود ۲ سانتی‌متر بلندتر از نی محور
• یک بادکنک سالم با اندازه معمولی
• یک کش باریک یا نوارچسب برای بستن بادکنک به نی
• نوارچسب کاغذی یا چسب نواری پهن
• خط‌کش و ماژیک

ابزار مخصوص بزرگسال

• میخ باریک، درفش یا ابزار نوک‌تیز برای سوراخ کردن مرکز درهای بطری
• قیچی محکم یا سیم‌چین مناسب برای کوتاه کردن سیخ‌های چوبی

دو نی صاف، نگهدارنده محورهای ماشین هستند و سیخ‌های چوبی باید داخل آن‌ها بچرخند. قطر داخلی نی را پیش از شروع بررسی کنید؛ سیخ باید بدون گیر کردن از داخل نی عبور کند. اگر نی خیلی باریک باشد، محور آزادانه نمی‌چرخد و ماشین با وجود باد شدن بادکنک حرکت نخواهد کرد.

آموزش مرحله‌به‌مرحله ساخت ماشین با بطری و بادکنک

مرحله اول: شستن و آماده کردن بطری

برچسب بطری را جدا کنید و داخل آن را با آب بشویید. بطری را وارونه قرار دهید تا کاملاً خشک شود. وجود آب یا رطوبت داخل بطری وزن ماشین را افزایش می‌دهد و ممکن است نوارچسب را ضعیف کند. بدنه را بررسی کنید و اگر فرورفتگی شدیدی دارد، آن را با بطری سالم‌تری جایگزین کنید.

بطری را افقی روی میز بگذارید. قسمتی که با میز تماس دارد، زیر ماشین خواهد بود. با ماژیک دو خط کوتاه روی زیر بطری مشخص کنید؛ یکی نزدیک یک‌سوم ابتدایی و دیگری نزدیک یک‌سوم انتهایی بدنه. این علامت‌ها محل قرار گرفتن دو نی محور هستند.

مرحله دوم: نصب نی‌های نگهدارنده محور

دو نی صاف را طوری کوتاه کنید که هرکدام تقریباً یک سانتی‌متر از هر طرف بدنه بیرون بمانند. نی اول را عمود بر طول بطری و روی علامت جلویی قرار دهید. نی دوم را نیز روی علامت عقبی بگذارید. دو نی باید با یکدیگر موازی باشند؛ کوچک‌ترین زاویه می‌تواند باعث کج رفتن یا گیر کردن ماشین شود.

هر نی را با دو تکه نوارچسب به بدنه متصل کنید. چسب را روی دهانه نی قرار ندهید؛ دو سر نی باید کاملاً باز بماند. پس از نصب، بطری را از روبه‌رو نگاه کنید و مطمئن شوید دو نی در یک راستا قرار دارند. اگر یکی کج است، چسب را آرام جدا و آن را اصلاح کنید.

مرحله سوم: سوراخ کردن چرخ‌های ماشین

مرکز تقریبی هر چهار درِ بطری را با ماژیک علامت بزنید. یک بزرگسال باید درها را روی سطح کار مقاوم قرار دهد و با ابزار مناسب، سوراخی کوچک در مرکز هرکدام ایجاد کند. سوراخ باید فقط به‌اندازه‌ای باشد که سیخ چوبی با فشار ملایم وارد آن شود.

سوراخ بزرگ باعث لق زدن چرخ و حرکت نامنظم ماشین می‌شود. اگر سوراخ یکی از درها بیش‌ازحد بزرگ شد، از درِ دیگری استفاده کنید. محل سوراخ‌ها باید تا جای ممکن در مرکز باشد؛ سوراخ خارج از مرکز باعث بالا و پایین رفتن چرخ هنگام حرکت خواهد شد.

مرحله چهارم: ساخت و نصب محورهای چرخ

یک سیخ چوبی را از داخل نی جلویی عبور دهید. سیخ باید در هر دو سمت نی به مقدار تقریباً مساوی بیرون بماند. یک درِ بطری را به هر انتهای سیخ فشار دهید. بین چرخ و دهانه نی حدود ۲ تا ۳ میلی‌متر فاصله بگذارید تا چرخ به بدنه یا نی ساییده نشود.

همین کار را برای محور عقبی تکرار کنید. ماشین را روی سطح صاف قرار دهید و با دست به‌آرامی هل دهید. هر چهار چرخ باید آزادانه بچرخند. اگر یک چرخ می‌لرزد، مرکز سوراخ آن را بررسی کنید. اگر چرخ به بطری برخورد می‌کند، جای آن را کمی به سمت بیرون تنظیم کنید.

مرحله پنجم: اتصال بادکنک به نی خروج هوا

قسمت کوتاه نی انعطاف‌پذیر را حدود ۲ تا ۳ سانتی‌متر داخل دهانه بادکنک قرار دهید. دهانه بادکنک را دور نی جمع کنید و چند دور کش باریک دور آن ببندید. برای جلوگیری از نشت هوا، محل اتصال را با نوارچسب بپوشانید؛ اما مسیر داخلی نی را مسدود نکنید.

از سر دیگر نی داخل بادکنک فوت کنید و سپس دهانه نی را با انگشت ببندید. اگر بادکنک بدون نشت باد می‌ماند، اتصال درست است. اگر صدای خروج هوا از کنار دهانه شنیده می‌شود، چسب را باز کنید و بادکنک را محکم‌تر دور نی ببندید.

مرحله ششم: نصب موتور بادکنکی روی بدنه

بادکنک را روی قسمت بالای بطری قرار دهید و نی را در امتداد طول بدنه تنظیم کنید. انتهای آزاد نی باید از عقب ماشین بیرون بماند و تقریباً موازی سطح زمین باشد. اگر نی به طرف پایین باشد، هوای خروجی به زمین برخورد می‌کند و حرکت ماشین ضعیف‌تر می‌شود.

نی را با دو تکه نوارچسب روی بطری ثابت کنید. چسب را بیش‌ازحد سفت نبندید؛ فشرده شدن نی مسیر خروج هوا را محدود می‌کند. خود بادکنک نیز باید فضای کافی برای بزرگ شدن داشته باشد و زیر چسب یا میان قطعات گیر نکند.

مرحله هفتم: باد کردن و آزمایش حرکت

ماشین را روی سطح صاف، خشک و بدون مانع قرار دهید. از انتهای نی بادکنک را باد کنید و سپس دهانه نی را با انگشت ببندید. ماشین را روی خط شروع بگذارید، مطمئن شوید کسی مقابل آن نیست و انگشت خود را از روی نی بردارید. هوای خروجی باید ماشین را به جلو حرکت دهد.

اگر ماشین کج حرکت می‌کند، ابتدا موازی بودن دو محور را بررسی کنید. اگر حرکت نمی‌کند، چرخ‌ها را با دست بچرخانید تا محل گیر مشخص شود. باد کردن بیش‌ازحد همیشه باعث حرکت بهتر نمی‌شود؛ بادکنک بسیار بزرگ ممکن است به چرخ یا سطح زمین برخورد کند.

ماشین بادکنکی چگونه حرکت می‌کند؟

هنگام باد کردن بادکنک، هوا داخل آن فشرده و لاستیک بادکنک کشیده می‌شود. با آزاد کردن نی، هوا به سمت عقب خارج می‌شود و ماشین در جهت مخالف به جلو حرکت می‌کند. چرخ‌ها حرکت بدنه را آسان‌تر می‌کنند، اما اصطکاک زیاد در محور یا تماس چرخ با بطری می‌تواند سرعت را کاهش دهد.

دانش‌آموز می‌تواند مسافت طی‌شده را با متر اندازه بگیرد و سپس فقط یک عامل را تغییر دهد؛ برای مثال مقدار باد بادکنک، وزن بدنه یا فاصله چرخ‌ها. برای آشنایی با استفاده‌های دیگر بطری می‌توان آموزش ساخت جامدادی با بطری نوشابه و ساخت گلدان با بطری پلاستیکی را دید. مجموعه ۱۵ کاردستی با وسایل دورریختنی نیز ایده‌های بیشتری برای استفاده مجدد از مواد تمیز خانه دارد.

نکات ایمنی ساخت ماشین بادکنکی

• سوراخ کردن درهای بطری فقط باید توسط بزرگسال و روی سطح کار مقاوم انجام شود.
• کودک نباید با میخ، درفش، کاتر یا سیخ چوبی نوک‌تیز کار کند.
• بزرگسال باید قسمت‌های تیز سیخ را پس از اندازه‌گیری کوتاه یا پوشانده کند.
• بادکنک پاره‌شده و قطعات کوچک را بلافاصله جمع کنید؛ این قطعات برای کودکان کم‌سن خطر بلعیدن دارند.
• ماشین را روی میز مرتفع آزمایش نکنید؛ افتادن آن ممکن است سیخ‌ها یا چرخ‌ها را جدا کند.
• بادکنک را بیش‌ازحد باد نکنید و آن را نزدیک صورت نگه ندارید.
• در صورت حساسیت به لاتکس، از بادکنک بدون لاتکس مناسب استفاده شود.

جایگزین وسایل ماشین بادکنکی

ایده‌های تزیین و آزمایش ماشین

• بدنه بطری را با قطعات کوچک کاغذ رنگی تزیین کنید، اما تزیینات را نزدیک چرخ‌ها نچسبانید.
• برای مسابقه کلاسی، هر ماشین را با یک رنگ یا شماره متفاوت مشخص کنید.
• یک خط شروع بسازید و مسافت حرکت ماشین را در سه آزمایش جداگانه اندازه بگیرید.
• تأثیر بادکنک کوچک و بزرگ را بدون تغییر دادن سایر قسمت‌های ماشین مقایسه کنید.
• یک قطعه مقوای بسیار سبک به‌عنوان صندلی روی بطری قرار دهید و تغییر مسافت را بررسی کنید.
• برای مدل مقاوم‌تر، محل اتصال نی‌های محور را با دو لایه نوارچسب تقویت کنید.
• ماشین را روی سرامیک، مقوا و فرش آزمایش کنید و تفاوت حرکت روی سطوح مختلف را بنویسید.

کاربرد آموزشی ماشین بادکنکی برای کودکان

این فعالیت می‌تواند به تمرین اندازه‌گیری، ساخت قطعات متقارن، تشخیص جهت نیرو و مشاهده اثر اصطکاک کمک کند. دانش‌آموز همچنین می‌آموزد که برای پیدا کردن علت حرکت نامناسب، باید چرخ‌ها، محورها، وزن بدنه و مسیر خروج هوا را جداگانه بررسی کند.

رفع مشکلات رایج ماشین بادکنکی

• ماشین حرکت نمی‌کند: آزاد بودن چرخ‌ها، باز بودن نی و نشت نداشتن اتصال بادکنک را بررسی کنید.
• ماشین به یک سمت می‌رود: دو نی محور موازی نیستند یا یکی از چرخ‌ها خارج از مرکز سوراخ شده است.
• چرخ‌ها به بدنه گیر می‌کنند: میان چرخ و انتهای نی ۲ تا ۳ میلی‌متر فاصله ایجاد کنید.
• بادکنک زود خالی می‌شود: محل اتصال بادکنک و نی را با کش و نوارچسب محکم‌تر کنید.
• نی خروجی بسته شده است: چسب را شل‌تر کنید تا مقطع نی فشرده نشود.
• ماشین فقط مسافت کوتاهی می‌رود: وزن تزیینات را کم کنید و آن را روی سطح صاف‌تر آزمایش کنید.

پرسش‌های متداول

چرا ماشین بادکنکی به جلو حرکت می‌کند؟

هوا از عقب ماشین خارج می‌شود و ماشین در جهت مخالف حرکت می‌کند. چرخ‌های روان این حرکت را آسان‌تر می‌کنند.

چرا ماشین بادکنکی من کج حرکت می‌کند؟

معمولاً محورها موازی نیستند یا سوراخ یکی از چرخ‌ها در مرکز قرار ندارد. ابتدا این دو بخش را اصلاح کنید.

برای بدنه ماشین حتماً باید از بطری استفاده کنیم؟

خیر. جعبه آب‌میوه خشک یا جعبه مقوایی سبک نیز قابل استفاده است، اما بدنه نباید سنگین باشد.

چگونه ماشین بادکنکی مسافت بیشتری حرکت کند؟

چرخ‌ها را صاف و آزاد نگه دارید، وزن بدنه را کم کنید و محل اتصال بادکنک به نی را کاملاً بدون نشتی بسازید.

آیا چسب حرارتی برای این کاردستی لازم است؟

خیر. نوارچسب مقاوم برای نصب نی‌ها و موتور بادکنکی کافی است و گزینه ایمن‌تری برای دانش‌آموز محسوب می‌شود.

بهترین سطح برای آزمایش ماشین چیست؟

سطح صاف، خشک و بدون شیب مانند سرامیک یا میز بزرگ مناسب است. فرش اصطکاک بیشتری ایجاد می‌کند.

منابع

• Science Buddies
• Science World