[anúncio_1]
Resumo
20-30 minutos
20-30 minutos
Física, engenharia, energia potencial, energia cinética, conservação de energia
Ben Finio, PhD, Amigos da Ciência
Introdução
Você provavelmente sabe o que é uma catapulta. Na Idade Média, os exércitos as usavam para atirar pedras nas paredes do castelo. Mas você sabia sobre um tipo ainda maior de arma de cerco medieval chamada trabuco? Experimente este projeto para construir uma versão em miniatura!
Materiais
- Pedaço de papelão ondulado, com cerca de 30 cm por 30 cm
- Palitos de picolé (8)
- Tesoura
- Lápis
- Canudo Jumbo ou “milk shake”
- Cola (se tiver disponível, é melhor usar uma pistola de cola quente, mas tenha cuidado e peça ajuda a um adulto ao usar cola quente).
- Fita
- Elásticos
- Corda
- Clipe de papel
- Pilha AA
Trabalho de preparação
- Reúna todos os seus materiais em um local aberto e livre de pessoas, animais ou objetos quebráveis para que você possa testar seu trabuco. Nota de segurança: Nunca mire projéteis em pessoas ou animais. Um trabuco de brinquedo pode parecer inofensivo, mas mesmo um pequeno projétil pode causar danos aos olhos.
Instruções
- Nota: há mais de uma maneira de construir o trabuco descrito neste projeto. Por exemplo, você pode decidir construir a estrutura inteira com lápis em vez de palitos de picolé e pode escolher se quer usar fita, cola ou elásticos para prender as diferentes juntas. Pense nisso como um projeto de design de engenharia — não há uma única “resposta certa” ou maneira correta de construir o trabuco. Você pode modificar seu design com base em suas próprias ideias e nos materiais que tem disponíveis.
- Comece construindo as duas peças laterais em formato de A. Pegue cinco palitos de picolé e corte um deles ao meio. Cole as peças juntas conforme mostrado na imagem, formando um formato de “A” com um pequeno entalhe no topo.
- Corte cuidadosamente ranhuras no seu pedaço de papelão ondulado que permitirão que suas peças de estrutura em A fiquem em pé, a alguns centímetros de distância umas das outras. Cole as pontas das peças de estrutura em A nas ranhuras. Reforce as conexões com cola/fita e alguns pedaços extras de palito de picolé, se necessário, para que elas permaneçam em pé sozinhas.
- Agora você vai construir o braço do trabuco. Primeiro, prenda a pilha AA em uma ponta de um palito de picolé.
- Unbend one end of a paper clip so it is almost, but not quite, straight. Attach the remaining flat part of the paper clip to the other end of the popsicle stick, with the straightened part pointing outward and up (away from the counterweight). This will serve as a hook to hold the “sling,” which in turn holds the projectile.
- Cut a small section of milk shake straw, about one inch long. Attach this perpendicular to the popsicle stick arm using glue, rubber bands, or tape. The straw should be much closer to the counterweight than it is to the hook. (This distance is something you can try adjusting later.)
- Slide the pencil into the milk shake straw.
- Place the pencil into the two V notches on top of your A-frame pieces. Secure it in place with rubber bands. This forms a crossbar and completes your trebuchet’s frame. The straw and pencil form a pivot and should allow the arm to rotate. (We do not recommend using glue for this step—that way you can remove the crossbar and swap out the arm to make changes.)
- Make sure your trebuchet is sturdy and the frame holds together. Try rotating the arm with your hand. If any of the joints seem weak or the frame wobbles significantly, reinforce them with tape, glue, or rubber bands.
- Remove the eraser from the pencil and attach it to a small loop of string. Hang the eraser from the paper clip hook.
-
Now it is time to test your trebuchet. Use one hand to pull down on the eraser. This should raise the counterweight up in the air. Then, making sure no people, animals or breakable objects are nearby, let go.
What happens when you let the eraser go? Does it get launched forward? Does it go straight up in the air? Does it fail to release at all? -
Now you might need to tinker with your trebuchet in order to get the best launch. Try pulling the eraser under the trebuchet frame. It is okay if the eraser is resting on the ground and there is slack in the sling. When the counterweight falls, it will drag the eraser along the ground and then pull it up into the air.
Can you find the best starting point for the eraser? What makes it go the farthest?
What Happened?
When you pull down on the eraser, this causes the battery to lift up in the air, giving it (gravitational) potential energy. When you release the eraser, the battery falls and its potential energy is converted to kinetic energy of the eraser. As the arm swings, the sling holding the eraser slides off the hook and the eraser’s kinetic energy causes it to fly through the air as a projectile.
Depending on exactly how you built your trebuchet, the results you see will vary. Remember that there is no single “correct” way to build the trebuchet. A well-built trebuchet should be able to hurl an eraser a few feet. Do not get discouraged if at first your trebuchet launches the eraser straight up in the air or fails to release it at all. You should be able to tinker with your design a bit (see recommendations at the end of the procedure) to get your eraser to launch.
Digging Deeper
The Science Buddies activity Build a Popsicle Stick Catapult shows you how to build a miniature catapult out of popsicle sticks and rubber bands. This catapult works by storing elastic potential energy—the type of energy you get from stretching something such as a rubber band or a spring—and rapidly converting it to kinetic energy (the energy of motion) of a projectile (in that case a cotton ball).
A trebuchet works differently. It relies on gravitational potential energy—the type of energy you get by raising something up off the ground. A trebuchet has a lever arm with a large, heavy counterweight on one end and a smaller projectile on the other end. When the counterweight is raised up, it has lots of gravitational potential energy. Then the counterweight is allowed to fall, rotating the lever arm and converting that potential into kinetic energy in the projectile, which is flung through the air. Many medieval trebuchets were larger and could hurl projectiles even farther than catapults.
Ask an Expert
Curious about the science? Post your question for our scientists.
For Further Exploration
- Try using lighter (or heavier) batteries. What impact do you think the weight of the counterweight will have on your projectile?
- Try changing the length of the lever arm. Both the overall length and the ratio between the distance from the pivot to the counterweight and the pivot to the sling. What happens if you move the pivot so it is exactly in the middle of the arm? What if you glue multiple popsicle sticks together to make a longer arm?
- What happens if you make the sling longer or shorter?
- What happens if you bend the paper clip so it is straighter or more curved or if it is cut to be shorter?
- What happens if you use something other than an eraser, such as a small balled up piece of paper?
Activities
STEM Activity
Catapults were mighty handy for pirates in the golden age of piracy (during the 17th century). And medieval knights used them centuries earlier for taking down massive castle walls. Even Greeks and Romans used catapults about 2,000 years ago! These simple machines are quite handy, as long as you know how to aim them! In this science activity you will try your hand at catapult technology. Can you predict where your cotton ball will land?
STEM Activity
Aqui vai um desafio: tente lançar um avião de papel movendo apenas o pulso (não mova o cotovelo ou o ombro). É difícil, não é? Como você pode fazer um avião de papel voar longe se você só pode usar uma curta distância para lançá-lo? Tente esta atividade para descobrir!
Carreiras
Perfil de carreira
Engenheiros mecânicos fazem parte da sua vida cotidiana, projetando a colher que você usou para tomar seu café da manhã, a embalagem do seu café da manhã, a tampa flip-top do seu tubo de pasta de dente, o zíper da sua jaqueta, o carro, bicicleta ou ônibus que você pegou para a escola, a cadeira em que você sentou, a maçaneta da porta que você segurou e as dobradiças nas quais ela abriu, e a caneta esferográfica que você usou para fazer seu teste. Praticamente todos os objetos que você vê ao seu redor passaram pelas mãos de um engenheiro mecânico. Consequentemente, suas…
Perfil de carreira
Os físicos têm um grande objetivo em mente — entender a natureza de todo o universo e tudo o que há nele! Para atingir esse objetivo, eles observam e medem eventos naturais vistos na Terra e no universo, e então desenvolvem teorias, usando matemática, para explicar por que esses fenômenos ocorrem. Os físicos assumem o desafio de explicar eventos que acontecem na maior escala imaginável para aqueles que acontecem no nível das menores partículas atômicas. Suas teorias são então aplicadas a…
Perfil de carreira
Nosso universo é cheio de matéria e energia, e como essa matéria e energia se movem e interagem no espaço e no tempo é o assunto da física. Professores de física passam seus dias mostrando e explicando as maravilhas da física, que fundamenta todas as outras disciplinas científicas, incluindo biologia, química, ciência da Terra e do espaço. Seu trabalho serve para desenvolver a próxima geração de cientistas e engenheiros, incluindo todos os profissionais de saúde. Eles também ajudam todos os alunos a entender melhor seus…
Perfil de carreira
Você usa dispositivos mecânicos todos os dias — para fechar e fechar suas roupas, abrir portas, refrigerar e cozinhar sua comida, obter água limpa, aquecer sua casa, tocar música, navegar na Internet, viajar e até mesmo escovar seus dentes. Praticamente todos os objetos que você vê ao redor foram projetados ou projetados mecanicamente em algum momento, exigindo as habilidades de técnicos de engenharia mecânica para criar desenhos do produto ou para construir e testar modelos do produto para encontrar o melhor design.
Explore nossos vídeos científicos
Construa uma torre de energia solar ascendente!
Projete e imprima um floco de neve em 3D