Bord-hovercraft

Bord-hovercraft

Maak een eenvoudige elektrische hovercraft die voortbeweegt zonder de grond te raken. Ontdek zo de wondere wereld van de fysica.

De hovercraft creëert een luchtkussen en zweeft over vlakke vloeren of tafeloppervlakken. De hovercraft stopt vanzelf aan de tafelrand. Het circuit kan gemaakt worden zonder solderen, of als soldeeroefening. Vaardigheden: werken met een passer, zorgvuldig knippen en lijmen met een lijmpistool.

Maaktijd: 1u, kan aangevuld worden met decoreren en spelletjes met de hovercraft “puck”.

Materiaalkost onder de 5 EUR

Deze handleiding werd ontwikkeld door Yvon Masyn voor Maakbib.

Benodigdheden

Materialen:

Gereedschap:

  • passer
  • kromme (nagel)schaar
  • of cirkelsnijder en snijmat
  • of breekmes en snijmat
  • smeltlijmpistool (lage temperatuur)
  • Optioneel:

    • soldeerbout en soldeertin

    Materialen

    Materialen2

    Stap 1: Een kwestie van evenwicht!

    Voor een goede werking moet de hovercraft in evenwicht zijn, alle gewicht verdeel je symmetrisch: zware dingen plaats je op het middelpunt of op gelijke afstand aan beide kanten van het middelpunt. Nauwkeurig meten is hier dus een must. Maar kleine fouten/afwijkingen kunnen geen kwaad.

    Bepaal eerst het middelpunt van het bord: kies een ring op het bord waar je gemakkelijk de punt van de passer op kunt zetten (op de buitenrand is dat meestal niet zo gemakkelijk) en meet de grootste breedte van het bord (de diameter van de cirkel). Zet de passer open op de helft hiervan (de straal van de cirkel).

    Constructie1

    Op minstens 3 punten op de gekozen ring van het bord, en ver van elkaar, plaats je de punt van de passer en je trekt een boogje in het midden van het bord. Als je de straal van de ring perfect afgemeten hebt, kruisen de boogjes in het middelpunt. Vaak zullen ze niet perfect kruisen, maar een kleine zone afbakenen. Het midden hiervan kan je dan op het zicht nauwkeurig genoeg inschatten.

    Constructie2

    Kan je een andere methode bedenken om het middelpunt te bepalen?

    Stap 2: Opening voor de propeller

    We maken een opening voor de propeller in het midden van het bord. Ga als volgt te werk.

    Bepaal de straal van de propeller: meet de afstand van het midden van de propeller tot het verste uiteinde van één van de bladen (de straal van de propeller). Zet dan de passer 1 mm extra open.

    Constructie3

    Teken hiermee een cirkel af in het midden van het bord.

    Constructie4

    Knip de cirkel uit met een krom schaartje. Maak eerst een gaatje binnen de cirkel en knip van daaruit de cirkel uit. Je kan ook een cirkelsnijder of breekmes en een snijmat gebruiken.

    Constructie5

    Stap 3: Montage van de motor

    Bepaal het midden van elk van de 2 latjes met een meetlat en duidt het aan.

    Constructie6

    Met een druppel smeltlijm plak je de motor in het midden van de eerste lat, zodanig dat alleen de as voorbij de rand van het latje uitsteekt.

    Constructie7

    Plak het tweede latje op de motor en monteer de propeller op de as. Ga na dat die vrij kan draaien. Zo niet, schuif de propeller ietsje verder van de motor af.

    Constructie8

    Leg het bord ondersteboven en lijm de latjes er met smeltlijm op, zodanig dat de propeller mooi in de opening past. Blijkt na het uitharden van de lijm dat de propeller toch tegen de rand van het gat aanloopt, knip het gat dan een heel klein beetje groter.

    Constructie9

    In deze foto ligt het bord ondersteboven en is er dus genoeg rumte onder om de schroef door het gat te steken zonder dat die de tafel raakt. Op volgende foto van opzij zie je dat duidelijk:

    Constructie zijzicht

    Stap 4: Elektrische verbindingen

    Lijm elk van de batterijhouders met wat smeltlijm op hun plaats, dat is symmetrisch, tegenover elkaar, op gelijke afstand van zowel het middelpunt als de rand. Laat de lijm uitharden.

    Constructie10

    Steek een rode draad van de ene batterijhouder en een zwarte van de andere elk in een contactoogje van de motor. Steek telkens alleen het blote metalen uiteinde van de draad door het oogje en plooi het om, zodat het blijft zitten. Strip de draadjes langer indien nodig.
    Verbind de overblijvende draden met twee naast elkaar liggende oogjes van de schakelaar.
    Lijm de schakelaar plat op het bord. Gebruik niet te veel smeltlijm en let op dat er geen lijm in de schakelaar of aan het schuifknopje komt. Dit moet immers kunnen blijven bewegen.
    Steek de batterijen in de batterijhouders. Schakel in en controleer of de propeller de lucht in de juiste richting blaast.
    Wat is de juiste richting? Kan je het raden?
    Zo niet, verwissel de draadjes aan de motor.
    Wat gebeurt er als je de draadjes verwisselt? Waarom?

    Indien je een stevigere verbinding wilt, kan je nu alle verbindingen solderen.

    Constructie11

    Stap 5: Zweven

    Zet de hovercraft op een gladde vloer of een tafel, niet op tapijt of een ruwe ondergrond, en schakel in. De hovercraft glijdt op het gevormde luchtkussen. Een kleine tik laat de hovercraft een heel eind glijden. De propeller doet de hovercraft ook ronddraaien in tegenovergestelde richting. Wat op zijn beurt de relatieve snelheid van de propeller vermindert, maar er blijft genoeg stuwing over om het luchtkussen in stand te houden.

    Maak het je eigen!

    Kan je het ronddraaien afremmen? Experimenteer met vinnen.
    Hou het licht en verdeel het gewicht gelijk.

    Constructie12

    Weetjes

    • Waar komt het woord "hovercraft" vandaan?
      Het woord “hovercraft” is een leenwoord uit het Engels. Het is een samentrekking van de woorden “to hover” (zweven) en “craft” (tuig), dus “zweeftuig”. Het juiste Nederlandse woord is echter “luchtkussenvoertuig”.

    • Wie heeft het uitgevonden? De Zweedse ontwerper Emanuel Swedenborg bedacht in 1716 het eerste ontwerp. Maar het ontwerp was niet goed!
      Zijn hovercraft was niet krachtig genoeg om te zweven. Ongeveer 200 jaar later ontwierp Christopher Cockerell een krachtiger en werkende model. Een prototype van deze hovercraft heeft het Kanaal overgestoken in 1959, dat is de zee tussen Calais, in Frankrijk, en Dover, in Engeland. Het duurde 123 minuten om de afstand, ongeveer 33,1 km, af te leggen.

      Constructie12

    • Hovercraft en de militairen? De eerste toepassingen van de hovercraft in militair gebruik startten in de jaren ‘60. De Sovjet-Unie was ‘s werelds grootste ontwikkelaar van militaire hovercrafts. Hun ontwerpen variëren van kleine tot de monsterlijke Zubr-klasse LCAC, ‘s werelds grootste hovercraft.

      Constructie12

      Onlangs is de moderne Russische marine begonnen met het bouwen van nieuwe klassen van militaire hovercrafts.

    Wil je meer weten over hovercrafts?

    STEM

    In deze low tech activiteit komt heel wat STEM (Science Technologie Engineering Mathematics) aan bod! We hebben in deze handleiding een mogelijk oplossing gegeven voor de uitdaging: kun je een voertuig maken dat voortbeweegt zonder de grond te raken? Kan je uitvinding op vlak water voortbewegen?

    Op wetenschappelijk vlak staat hier natuurkunde centraal, om de werking van deze hovercraft te begrijpen ga je de bewegingswetten van Newton en de wet van Pascal nodig hebben. Lees meer in het blauw kadertje hieronder.

    Je hebt ook voor dit project heel wat talenten getraind: planmatig werken, nauwkeurig werken, veilig werken, analytisch denken, handigheid.

    Hoe werkt het?

    Alles dat je nodig hebt, is een motor, een propeller, een kartonnen bord en een beetje simpele wetenschap!

    Hoewel het een relatief eenvoudige constructie is, gebruikt een hovercraft op ingenieuze wijze verschillende natuurkundige principes om het voertuig omhoog en voort te duwen. Inzicht in de cyclus maakt gebruik van de bewegingswetten van Newton en de wet van Pascal.

    Hier de korte uitleg.

    Schema

    • Het bord dat omgekeerd op tafel ligt, vormt een gesloten vat.
    • De propellor blaast lucht in het vat.

      Uitleg1

    • De lucht die in het vat opbouwt, duwt in alle richtingen, zowel op de tafel, als op het bord.
    • Eens de druk hoog genoeg is, zal de lucht harder op het bord duwen dan dat de zwaartekracht aan het bord trekt en gaat het bord omhoog

      Uitleg2

    • Doordat het bord nu de tafel niet meer raakt, zal er lucht kunnen ontsnappen.
    • De hovercraft zal een evenwichtspositie bereiken

      Uitleg3

    • De luchtkussen tussen tafel en hovercraft zorgt voor een verlaagde vrijwing en zo kan een zachte tik de constructie lang vorruit doen bewegen.

    Maak het je eigen

    • Kun je het sneller maken?
    • Kun je een lijst van factoren geven die de werking van de hovercraft beïnvloeden?

    Het is een raadsel …

    Als je op een tafel aan het spelen bent, waarom stopt de hovercraft vanzelf aan de tafelrand?

    Extra Challenge!

    Maak een ballon aangedreven hovercraft!

    Hou deze vragen in je je achterhoofd:

    • Kan je kenmerken van oppervlakken voorspellen die de wrijving kunnen beïnvloeden?
    • Kan je uitleggen hoe wrijving werkt?
    • Hoe beïnvloedt de dwarsdoorsnede of de straal van de pijp de zweef-tijd van de ballon hovercraft?

      Uitleg3

    Om af te sluiten

    De hovercrafts die als voertuig ingezet werden/worden zijn een klein beetje anders opgebouwd dan onze bord hovercraft. Ze bevatten 4 essentiele onderdelen:
    Uitleg3

    1. 1 of 2 propellors om vooruit te bewegen
    2. Lucht die naar luchtgaten geleid wordt
    3. Vaak 2 motoren om lucht uit te blazen. Deze draaien verschillend (1 kloksgewijs en 1 tegenkloksgewijs) zodat het probleem van rond de as draaien van onze hovercraft niet voorkomt
    4. Rok om de uitgestuwde lucht naar de buitenrand te geleiden

    Dankzij de rok werden hovercrafts mogelijk die golven van 3 meter konden weerstaan.

    Voorbeelden

    Heb je een foto van je eigen hovercraft? Stuur hem ons!

    Downloads

    Handleiding: Download