Eenvoudige en aangedreven machines

Veegmachine

Kennismaken met de wetenschappelijke concepten: kegelwielen, versnellende overbrenging, katrollen, veiligheidssystemen, afstand en wrijving.

45-90 min.
Gevorderd
Groep 8 tot het tweede jaar
sweeper-connect

Combineren

(5-10 Min.)

Het pad in het park ligt vol rommel en bladeren. Dat is geen gezicht, en er zouden mensen in kunnen uitglijden! Nu moeten Jan en Jannie het pad schoonmaken, maar ze hebben een hekel aan vegen en willen liever met hun kar spelen.

Hector, hun hond, wil graag helpen - maar hij is geen goede schoonmaakhulp.

Maar dan krijgen ze ineens een idee: misschien kan de kar de bezem laten bewegen? Ze weten alleen nog niet precies hoe.

Hoe kan je, door de kar vooruit te duwen, tegelijk het pad vegen?
Dat gaan we uitzoeken!

sweeper-connect

Construeren

(20-25 Min.)

Bouw eerst de testbaan
Gebruik een gladde tafel of vloer en plaats er de wand of doos op die het “vuil” moet tegenhouden.

Verspreid proppen papier over een 10 cm breed en 60 cm lang gebied op de tafel of vloer. Dit is het pad in het park, waar de rommel ligt.

Laat ruimte vrij aan de zijkanten van

sweeper-path

Bouw de veegmachine
(Alles uit boekje 1A, en boekje 1B tot bladzijde 8, stap 11).

sweeper-building-instructions-front-page

Test of hij makkelijk kan rijden
Duw de machine zachtjes vooruit. De veger moet vrij kunnen ronddraaien zonder het onderstel van de kar te raken, en de ‘bladen’ van de veger moeten uit kunnen klappen en ronddraaien, maar zonder het tafelblad te raken.

sweeper-hand

Contempleren

(20-25 min.)

Hoe goed veegt de machine?
Duw hem vooruit over het pad waar de rommel ligt. Hoeveel van het vuil wordt opzij geveegd? Een kwart? De helft?

Wat zijn de eventuele problemen van dit ontwerp? Maak een schatting van hoeveel ‘vuil’ opzij geveegd is, in verhouding tot wat er nog ligt.

De veegmachine is niet erg snel en hij raapt het vuil dat hij wegveegt niet op!

Wist je dit?
Wielen met regelmatige ‘tanden’, zoals het grote wiel, worden ‘tandwielen’ genoemd

sweeper-path-model

Welke overbrenging heeft de veegmachine?
Duw de machine zo ver vooruit dat de wielen van de kar één keer ronddraaien. Hoe vaak draaide de veger rond? Kun je uitleggen hoe dit komt?

De veger kop draait één keer rond. De overbrenging is 1:1. Alle kegel- en tandwielen die in elkaar grijpen zijn even groot. Daarom is er geen verschil in draaisnelheid.

Tip
Wat is de functie van een kegelvormig tandwiel? Het draait de richting van een beweging 90° rond. Het kan dus bewegingsenergie de hoek om laten gaan!

sweeper-ninety-degree-gearing

Hoe kunnen we de machine sneller laten vegen?
Probeer verschillende tandwielcombinaties (stap 12, stap 13).

Stap 12 maakt de veegmachine veel te langzaam, terwijl stap 13 hem 5 keer zo snel maakt. Bemerk hoe het 40-tands wiel de aandrijving vormt voor het 8-tands wiel!

sweeper-gearing-up-down

Jan en Jannie willen het werk zo snel mogelijk afmaken, om te zorgen dat niemand over het vuil uitglijdt en zich bezeert. Je kunt ze misschien helpen door meer ‘bladen’ op de veger te zetten (stap 14)?

Drie bladen verstoren de balans van de veger, waardoor hij slechter werkt dan met twee bladen. Vier bladen is beter - dan is de veger in balans.

sweeper-gear-with-three-four-red-connector-pegs

Opgepast!
Duw de veegmachine vooruit terwijl je de veger tegenhoudt. Wat gebeurt er, en wat voor problemen zou dit kunnen veroorzaken?

De wielen kunnen vastlopen en de tandwielen kunnen gaan ‘springen’. Als er dingen in echte veegmachies vast komen te zitten, kan dit tot overbelasting en beschadigingen aan de tandwielen leiden.

Continueren

(25-30 Min.)

Een veiligere veegmachine
Bouw het model om en geef het een aandrijving met drijfriemen. Probeer verschillende systemen uit. Voorspel en test hoe snel de veger draait en hoe goed de machine veegt.

De veger draait meestal sneller dan de wielen. Hoe groter de aandrijf katrol, hoe sneller de veger ronddraait. Maar de machine is moeilijker vooruit te duwen omdat er meer wrijving op de assen ontstaat.

Duw de veegmachine vooruit en hou de veger kop weer vast. Wat gebeurt er? Wat zijn de voor- en nadelen?

De drijfriem “slipt” (=glijdt dóór).

Voordelen:
De veegmachine zal stoppen als er iets in vast komt te zitten. Dat is ook veiliger voor de persoon die hem bedient.

Nadelen:
Het kost meer energie om de machine vooruit te duwen.

sweeper-gear-with-pulley

Vuilopvang
Kun je een manier verzinnen waarop de machine niet alleen het vuil van het pad verwijdert, maar het ook verzamelt?

Ondersteuning voor de leraar

De leerlingen maken kennis met de concepten:

Design en technologie
Mechanismen gebruiken – kegelwielen, versnellende overbrenging, katrollen
Testen, alvorens verbeteringen aan te brengen
Veiligheidssystemen

Wetenschap
Afstanden meten
Wrijving
Wetenschappelijk onderzoek

9686 Eenvoudige en aangedreven machines set (één set per twee leerlingen wordt aanbevolen)
Een grote kartonnen doos of lage ‘wand’ om rondvliegend ‘vuil’tegen te houden; ca. 60 x 40 cm is ideaal
Als ‘vuil’ kunnen proppen papier, LEGO verbindingsstaafjes of -bussen, dorre bladeren of dergelijke gebruikt worden.

Materiaal voor de leerlingen

Leerlingenwerkblad

Download to view and share the student worksheet.

LEGO, the LEGO logo, the Minifigure, DUPLO, the SPIKE logo, MINDSTORMS and the MINDSTORMS logo are trademarks and/or copyrights of the LEGO Group. ©2020 The LEGO Group. All rights reserved. Use of this site signifies your agreement to the terms of use.