AUTO A VELA
#7401 40 PIEZAS
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APRENDE LA FISICA DETRAS DEL FUNCIONAMIENTO DE LAS VELAS Y LAS ALAS
INFORMACIÓN DE SEGURIDAD ATENCIÓN Juguete no recomendable para niños menores de 3 años - las partes pequeñas podrían ser tragadas o inhaladas. Guarde la caja y las instrucciones ya que contienen información importante. Un padre u otro adulto debe supervisar todos los experimentos al aire libre y todos los experimentos en la bañera, lavamanos o pileta. No use ventiladores eléctricos ni ningún otro dispositivo eléctrico cerca del agua. No arroje los modelos a otras personas o animales. Asegúrese de que las personas y los animales estén lejos de la senda de planeo esperada. Tenga cuidado cuando inserte las clavijas de madera en los componentes plásticos. Si hace demasiada fuerza se pueden rajar, quebrar o romper. ¡No se lastime!
CONTENIDO 1
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Conversor a 90° (1) Varilla doble de 3 hoyos (1) Varilla en cruz de 3 hoyos (1) Varilla de 3 hoyos (1) Varilla curva(1) Soporte del pontón (4) Varilla doble de 5 hoyos (1) Pontón (2) Varilla dentada (3)
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Ruedas / Hélice (3) Llave (1) Tubo hueco, 210 mm (2) Espigas de bambú, 20 mm (3) Varilla alargada curvada (2) Clavija conectora L (7) Pasador de apoyo (6) Vela (1)
TAMBIÉN NECESITARÁS: Un lugar ventoso para poner a prueba tus modelos, un ventilador eléctrico para los experimentos que se realicen adentro, una bañera o un lavamanos con agua para los experimentos con el velero.
¡HEY MARINEROS! ¿Están listos para armar unos autos y veleros increíbles? Con este kit pueden armar cinco vehículos que funcionan con la energía del viento y un indicador de la dirección del viento. Luego investiguen los principios físicos detrás de su funcionamiento. Aprendan cómo funcionan las velas, cómo es que se parecen a alas y cómo atrapan la fuerza del viento para generar sustentación. ¡Las instrucciones serán su guía!
1
E
PART
1
NAVEGACIÓN POR LA TIERRA
ARMAR EL AUTO A VELA 1 HAZLO ASÍ:
1
Arma tres unidades de ruedas al insertar los pasadores de apoyo en la varilla dentada, alinea el centro a la rueda entre ellos y luego desliza la espiga de bambú a través de ellos para sostener la rueda.
2
Inserta una varilla doble de 3 hoyos a una de las unidades de ruedas.
3
Arma el chasis del auto con dos varillas alargadas curvadas, una varilla de 3 hoyos, dos unidades de ruedas y cuatro clavijas conectoras.
2 3
2
4
Inserta el tubo hueco para hacer el mástil a través de la varilla de 3 hoyos y conéctalo a la unidad de la tercera rueda. (Puede ser que el tubo ya esté conectado a la vela).
5
Desliza la vela sobre el mástil si no está todavía ahí. Inserta el otro tubo hueco para el botalón a través de los hoyos posteriores de la vela y luego a las dos unidades de ruedas.
6
¡El auto a vela está armado! Sigue las instrucciones a continuación para ponerlo a prueba.
PONER A PRUEBA EL AUTO A VELA Puedes probar tu auto a vela yendo afuera si es un día ventoso o adentro con un flujo de aire controlado de un ventilador eléctrico. Ubica el auto como para alejarse de la corriente de aire y déjalo ir. Las partículas en movimiento del aire impactarán sobre la vela. Las partículas empujan la vela, aceleran (le aumentan la velocidad) la vela y al auto adherido a ella. ¡El auto se mueve! Al mismo tiempo la vela empuja hacia atrás sobre las partículas de aire, las desaceleran (les reduce la velocidad). Debido a que hay mucho viento ¡esto no lo detiene! Esto se llama navegación viento a favor. Se describen los principios de la navegación a vela en la página 11.
3
ARMADO DEL AUTO ATRAPADOR DE VIENTO Este auto se ve como una manga para capturar mucha fuerza del viento
HAZLO ASÍ:
1
Arma tres unidades de ruedas al insertar los pernos de soporte a la varilla dentada, alinea el centro a la rueda entre ellos y luego desliza el pasador de bambú a través de ellos para sostener la rueda.
1
x3
2
4
Arma el chasis del auto con dos varillas alargadas curvadas, una varilla de 3 hoyos, dos unidades de ruedas y cuatro clavijas conectoras.
3 Desliza la vela sobre el
mástil (si es que no está así todavía) e inserta el mástil en la varilla doble de 3 hoyos, el cual se inserta en la unidad de la tercera rueda.
4 Desliza el botalón a través de los dos hoyos de la vela y luego a través de la unidad de rueda frontal.
5 ¡Tu atrapador de viento
ya está listo! Sigue las instrucciones a continuación para ponerlo a prueba.
PONER A PRUEBA EL AUTO ATRAPADOR DE VIENTO Al igual que con el auto a vela puedes poner este modelo a prueba yendo afuera en un día ventoso o adentro con un flujo de aire controlado de un ventilador eléctrico. Ubica el auto como para alejarse de la dirección de la que proviene el viento y déjalo ir. Las partículas del aire en movimiento ingresarán en la manga, pegarán en la superficie interna del cono y empujarán el auto hacia adelante. Este auto tiene más resistencia al aire, o resistencia al avance, que el primer auto porque las partículas del aire no pueden simplemente darle la vuelta a la vela. Ingresan al cono y rebotan hasta que son empujadas hacia afuera por otras partículas. ¿Cómo es el desempeño del atrapador de viento comparado con el desempeño del primer auto? Te darás cuenta que es más rápido pero menos estable. El cono puede crear mucha turbulencia, un flujo de aire caótico e irregular que perjudica el andar del auto.
5
Se mueve viento a favor
LA FÍSICA DETRÁS DEL AUTO A VELA
hacia adelante en maneras similares. Mientras que el velero necesita su quilla para canalizar las fuerzas en un movimiento hacia adelante, el auto necesita sus ruedas. Las velas funcionan de tres maneras: Si el viento viene desde atrás, el viento puede simplemente empujar la vela hacia adelante junto con todo el vehículo. Esto se llama navegar viento a favor.
viento
Los autos a vela usan el viento para crear un movimiento
Sentido
N ¡SÉ U ! NERD
Si el viento viene más desde adelante entonces se debe
Navegación lateral
to en Vi
traer la vela bien tensa. Ahora la vela funciona como un ala y genera sustentación perpendicular a ella a medida que el viento fluye por ambos laterales a distintas velocidades. Aquí nuevamente vemos que la quilla contrarresta el efecto de desplazamiento lateral y deja que la componente hacia adelante de la fuerza mueva el vehículo hacia adelante. Esto se llama ceñida.
Sentido
Viento
Sentido
Si el viento viene desde un lado, la vela redirecciona el flujo de aire hacia atrás, lo que acelera el viento hacia atrás y al vehículo hacia adelante. La fuerza resultante tiene una componente lateral intensa, pero la quilla o las ruedas contrarrestan eso y mantienen el vehículo en un movimiento hacia adelante. Esto se llama navegación lateral.
Los modelos de este kit funcionan mejor si operan con viento a favor y es difícil hacerlos funcionar en otras condiciones. ¡Pero experimenta con ellos y te sorprenderás de lo que pueden hacer! EQUILIBRIO ESTABLE
EQUILIBRIO INESTABLE
Punto central de la vela Energía del viento
Centro de gravedad del vehículo
ESTABILIDAD
Punto central de la vela Energía del viento
Centro de gravedad del vehículo
6 Base de apoyo
Línea de inflexión
Ceñida
Línea de inflexión
Las ruedas y un centro de gravedad bajo hacen que el auto a vela sea estable y que no se dé vuelta. Si el viento es demasiado fuerte que empuja el centro de gravedad más allá de la línea de inflexión entonces el auto se dará vuelta.
E
PART
NAVEGAR EN EL AGUA
2
ARMAR EL CATAMARÁN A VELA
x2
Construyamos un velero con dos pontones que se llama catamarán
1 Conecta los dos soportes
de pontones a una varilla dentada. Haz dos de estos.
HAZLO ASÍ:
3
4
Conecta el otro extremo de la varilla de 3 hoyos a la varilla dentada con un tubo hueco. Antes quita la vela del tubo.
2
Conecta una varilla de 3 hoyos a una de las varillas dentadas con dos clavijas conectoras.
Desliza los dos pontones sobre los soportes de pontones.
5 Arma el botalón como se muestra.
7
6
Desliza el botalón sobre el mástil.
7 Desliza la vela sobre
el mástil. Sujeta la parte inferior con dos pasadores de apoyo.
8
¡Listo! Sigue las instrucciones a continuación para navegar tu barco.
PON TU CATAMARÁN A PRUEBA poner tu catamarán a prueba en una bañera, un lavamanos o una pileta. Puedes Asegúrate de que haya un adulto ayudándote. No uses ventiladores eléctricos ni otro dispositivo eléctrico cerca del agua.
8
Tu velero navegará en el sentido en que sople el viento. Esto se llama sotavento. La dirección de donde viene el viento se llama barlovento. Las partículas de aire empujan sobre la vela y causan una fuerza de reacción que empuja al velero en la dirección opuesta.
ARMAR LA VELA LIGERA 2 HAZLO ASÍ:
Arma el mástil (con o sin la vela) al insertar el tubo hueco a la varilla doble de 3 hoyos y luego conecta la varilla curva.
3 Conecta el 1
Conecta la varilla dentada a la varilla doble de 5 hoyos. Conecta dos clavijas conectoras a la varilla dentada.
mástil a la varilla dentada con las clavijas conectoras.
4 Conecta las dos varillas
alargadas curvadas a la varilla de 3 hoyos y a un soporte de pontón con las clavijas coenectoras.
5
Conecta un segundo soporte de pontón al marco con la varilla en cruz de 3 hoyos y las dos clavijas conectoras. Desliza el pontón dentro de los soportes de pontón.
9
x2
6 Conecta las dos unidades de ruedas a la varilla dentada, dos pernos de soporte, una espiga de bambú y una rueda.
7
8
Conecta el soporte del mástil y las unidades de las ruedas al marco.
Desliza la vela si no está ahí todavía y conecta la parte inferior con dos pernos de soporte.
6 ¡LISTO!
PROBAR EL VELERO Puedes poner la vela ligera a prueba en una bañera, un lavamanos grande o una
pileta. Asegúrate de que haya un adulto ayudándote. No uses ventiladores eléctricos u otros dispositivos eléctricos cerca del agua.
10
La vela ligera se posiciona más bajo en el agua de lo que lo hace el catamarán porque tiene solo un pontón para darle flotación. También podrás darte cuenta de que es menos estable por lo que tendrás que ajustar la vela para mantenerlo balanceado.
N ¡SÉ U ! NERD
Movimiento del barco
PRINCIPIOS FÍSICOS DETRÁS DE LA NAVEGACIÓN A VELA
Adentrémonos más en profundidad en el funcionamiento de una vela. La vela de un barco - la estructura plana y grande en la parte inferior del barco se mueve paralelamente al sentido de desplazamiento, por lo que fácilmente se desliza por el agua hacia adelante y hacia atrás pero resiste el movimiento de lado a lado - es de suma importancia para el movimiento del barco a través del agua. Cuando el barco se desplaza viento a favor el viento simplemente empuja la vela y empuja el barco hacia adelante por el agua. Movimiento del barco
o ient el v dd cida Velo cia
ten
sis
Re
Sustentación
Fuerza resultante sobre la vela
Velocidad del viento
Pero cuando el barco navega hacia el viento, el movimiento hacia adelante del barco depende de las fuerzas que actúan sobre la vela y sobre la quilla. La velocidad del viento (relativa al barco) sobre la vela genera una fuerza de sustentación (ver página 16) que es perpendicular al viento. La sustentación combinada con la fuerza de resistencia, la cual es paralela al viento, crea una fuerza resultante sobre la vela. Al mismo tiempo, bajo el agua, la velocidad del agua (relativa al barco) crea una fuerza de sustentación sobre la quilla, la que actúa como un ala submarina. La fuerza sobre la quilla combinada con la fuerza de resistencia de la quilla y el agua crea una fuerza resultante bajo el agua.
Sobre el agua
Fuerza sobre la quilla Resistencia
Cuando esta fuerza resultante es igual y opuesta a la fuerza resultante sobre la vela, el barco no acelerará ni se frenará - se mantendrá viajando a la misma velocidad. Si una de esas fuerzas cambia, el barco acelerará o se frenará de acuerdo al cambio. Cuando el barco se mueve rápido y el viento viene en ángulo respecto del frente, la velocidad del viento relativo al barco es mucho mayor que la velocidad del viento relativo al agua. Esto se llama viento aparente y es por esto que viaja hacia el viento más rápido que si fuera viento a favor. El barco nunca puede desplazarse directo hacia el viento, entonces para poder moverse viento en contra los veleros deben cambiar rápidamente de lado a lado.
Velocidad del agua relativa al barco
Fuerza resultante (fuerza sobre la quilla y arrastre) Fuerza resultante sobre la quilla y resistencia
Bajo el agua Resultante sobre la vela
11
E
PART
3
CAPTURAR EL VIENTO
ARMAR EL INDICADOR DE DIRECCIÓN DEL VIENTO Usa este dispositivo para ver la dirección del viento
x2
HAZLO ASÍ:
1 Ensambla dos unidades de ruedas con la varilla dentada, dos pernos de soporte, una espiga de bambú y una rueda.
2
Inserta el tubo hueco dentro de la varilla de 3 hoyos y luego en la varilla doble de 3 hoyos. Inserta el otro tubo hueco en la varilla dentada e inserta la varilla dentada a la varilla de 3 hoyos. Conecta con dos clavijas conectoras.
3 Desliza dos varillas alargadas curvadas sobre el tubo del mástil.
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4 Desliza la vela sobre el tubo del
mástil. Conecta las dos unidades de ruedas al extremo de la varilla alargada curvada a través de los hoyos en la parte inferior de la vela. Asegúrate de que las unidades de las ruedas están en ángulo para que puedan girar en círculo al rededor del eje del punto central, la varilla doble de 3 hoyos.
Eje central.
5 ¡Tu modelo ya está listo! Usa este indicador de velocidad del viento como se describe a continuación.
PROBAR LA DIRECCIÓN DEL VIENTO Para usar el indicador de dirección del viento vete afuera sobre una superficie suave y rígida Asegúrate de que las ruedas estén en ángulo para que puedan girar en círculo alrededor del eje central. Suéltalo y observa cómo gira alrededor del eje e indica la dirección de donde proviene el viento. Este modelo funciona como un anemómetro. El viento impacta sobre la vela y la empuja a sotavento. El modelo simplemente gira alrededor del eje porque la fricción entre la varilla y el suelo previene que el modelo se mueva. ¡Cuando la vela se mueve a sotavento el tubo apunta viento a favor!
13
ARMAR EL PLANEADOR PEQUEĂ‘O
1
Conecta una rueda a la varilla dentada, dos pernos de soporte, una espiga de bambĂş y una rueda.
2
Inserta un tubo hueco a la unidad de rueda y el otro extremo a la varilla dentada.
3
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Conecta las varillas alargadas curvadas a la varilla de 3 hoyos con dos clavijas conectoras, luego inserta el tubo hueco en el hoyo central de la varilla de 3 hoyos. Inserta el tubo hueco (con o sin la vela) en la varilla dentada.
4
Si la vela no está todavía en el tubo superior, deslízala ahora.
5 Asegura la vela a los
extremos de las varillas alargadas curvadas con dos pernos de soporte.
6
¡Tu planeador ya está listo! Sigue las instrucciones a continuación y lánzalo. Lánzalo en la dirección que indica la flecha para que la rueda quede atrás.
PROBAR EL MINI PLANEADOR Para usar el planeador llévalo a una zona abierta y que no haya demasiado viento. Preferiblemente con suelo suave, como césped o alfombra. Suavemente lanza el planeador con la rueda hacia atrás y la parte frontal apuntando ligeramente hacia arriba. No lo lances con mucha fuerza, suéltalo con suavidad. ¿Puedes lograr que navegue suavemente hacia al suelo? Es un desafío lograr que planee, pero intenta lo mejor que puedas. El planeador cae suavemente hacia el suelo porque el viento de su movimiento hacia adelante golpea sobre la vela y lo empuja ligeramente hacia arriba. La fuerza no es lo suficientemente intensa para mantenerlo volando por mucho tiempo pero es suficiente para demostrar el concepto. ¿Puedes hacerlo mejor?
15
N ¡SÉ U ! NERD
¿CÓMO ES QUE LAS VELAS SON COMO ALAS?
Las velas y las quillas funcionan como las alas de un avión, pero de costado. La vela produce una sustentación lateral y perpendicular a la dirección del viento. La quilla produce una sustentación en el agua para contrarrestar la fuerza de la vela. Las alas necesitan una comba, o superficies curvas para producir sustentación. La superficie inferior puede ser plana o menos curva. Esta forma se llama superficie sustentadora. En el cao de la vela debe tener una superficie interna cóncava, a lo largo de la cual el flujo del aire es más corto que el flujo de aire en la cara externa, o convexa. El flujo del aire sobre la parte curva superior de un ala debe viajar una distancia mayor que el aire en la parte inferior. Después de todo la distancia más corta entre dos puntos es una línea recta. La misma cantidad de moléculas de aire que fluyen por una distancia mayor resulta en un movimiento de aire más rápido por lo que se genera una presión inferior Aire más rápido, menor presión
arriba del ala. El Teorema de Bernoulli dice que la presión del aire disminuye a medida que aumenta la velocidad. Debido a que la presión del aire es mayor en la parte inferior del ala, esta empuja el ala hacia arriba. La baja presión arriba no puede empujar sobre el ala tan intensamente como lo hace la alta presión sobre la parte inferior. Las alas y las velas también crean sustentación de otro modo. A medida que el ala se mueve a través del aire, su superficie inferior golpea en las partículas, las que empujan hacia arriba sobre ella y así se genera una fuerza adicional de sustentación. A mayor ángulo de ataque, o翼面 el ángulo del ala relativo al flujo de aire, mayor es la sustentación, pero solo hasta cierto punto ya que si es demasiado grande se forma turbulencia que interrumpe el flujo de aire y el ala no puede generar sustentación sin un flujo de aire suave.
Sustentación
Flujo de aire suave
Turbulencia
Superficie alar
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Aire más lento, menor presión Flujo superior
Superficie superior
Comba
Superficie inferior
Cuerda
Flujo medio
Flujo inferior
Ángulo de ataque demasiado elevado
LAS PIEZAS SON INTERCAMBIABLES CON OTROS MODELOS GIGO ENERGÍA VERDE.
#7404 JUMPER ROBOTS
#7402 ULTRALIGHT AIRPLANE
#7363 ECO-POWER
#7323 WATER POWER
8 MODELOS 98 PIEZAS
5 MODELOS 44 PIEZAS
22 MODELOS 91 PIEZAS
15 MODELOS 165 PIEZAS
¡COMPRÁ OTROS MODELOS GIGO ENERGÍA VERDE Y CONVIÉRTETE EN UN GRAN INGENIERO!
#7397 VIBRO ROBOTS
#7335R REMOTE CONTROL MACHINES
7 MODELOS 80 PIEZAS
20 MODELOS 151 PIEZAS
#7366 AIR POWER HOVERCRAFT
#7324 WIND POWER
20 MODELOS 110 PIEZAS
8 MODELOS 133 PIEZAS
#7396 GYRO ROBOTS
#7361 SOLAR HERO
7 MODELOS 102 PIEZAS
20 MODELOS Y EXPERIMENTOS 61 PIEZAS
#7375 SUPER WATER POWER
#7392 FUTURE CAR
30 MODELOS 176 PIEZAS
8 MODELOS 219 PIEZAS