Αεροδυναμική & Δυνάμεις στο Μονοθέσιό μας

🔵 1. Τι θα κάνουμε σήμερα

Σήμερα θα δουλέψετε μόνοι/ες σας ως ομάδα, ακολουθώντας τις οδηγίες αυτής της σελίδας. Ο στόχος μας είναι:

1. Να καταλάβετε ποιες δυνάμεις ασκούνται στο μονοθέσιο.
2. Να μάθετε τι είναι η αεροδυναμική και γιατί επηρεάζει τόσο πολύ την ταχύτητα.
3. Να κάνετε ένα πραγματικό πείραμα με 3D σχήματα και πιστολάκι μαλλιών.
4. Να καταγράψετε τα αποτελέσματά σας στο Google Form της ομάδας.
5. Να σχεδιάσετε ή να βελτιώσετε το μονοθέσιο σας στο TinkerCAD, με βάση όσα μάθατε.

Καλή δουλειά και… πάμε να γίνουμε αεροδυναμικοί μηχανικοί τ!

🔵 2. Τι είναι η αεροδυναμική;

Η αεροδυναμική μελετά πώς ο αέρας κινείται γύρω από ένα αντικείμενο που ταξιδεύει γρήγορα.

Όταν το μονοθέσιο κινείται, πρέπει να «σπρώξει» τον αέρα μπροστά του. Ο αέρας αντιστέκεται — όπως ακριβώς το νερό όταν κολυμπάς.

Αυτή η αντίσταση ονομάζεται οπισθέλκουσα (drag). Όσο μικρότερη είναι, τόσο πιο γρήγορα κινείται το όχημα!

Γι’ αυτό τα γρήγορα οχήματα έχουν:

• στρογγυλεμένες άκρες
• λεπτό, «μακρύ» σχήμα
• ομαλές επιφάνειες
• πίσω αεροτομή για καλύτερη πρόσφυση

🔵 3. Ποιες δυνάμεις ασκούνται στο μονοθέσιο;

Στο μονοθέσιό σας δρουν 4 βασικές δυνάμεις:

1. Οπισθέλκουσα (Drag)

Η δύναμη του αέρα που αντιστέκεται στην κίνηση.
→ Θέλουμε να τη μειώσουμε όσο γίνεται.

2. Τριβή

Τριβή ανάμεσα στους τροχούς και την πίστα.
→ Πρέπει να είναι αρκετή ώστε το όχημα να κρατάει επαφή, αλλά όχι τόση ώστε να το επιβραδύνει.

3. Βάρος

Η δύναμη με την οποία η Γη τραβά το όχημα προς τα κάτω.
→ Θέλουμε να τη μειώσουμε όσο γίνεται.

4. Downforce

Η κάθετη δύναμη που πιέζει το μονοθέσιο προς το έδαφος.
→ Προέρχεται κυρίως από την πίσω αεροτομή.
→ Είναι καλή δύναμη, γιατί βοηθάει να μη «σηκώνεται» το όχημα από την πίστα.

🔵 4. Γιατί το σχήμα έχει τόσο μεγάλη σημασία;

Δοκίμασε να τρέξεις κρατώντας:

• ένα επίπεδο βιβλίο
• και μετά ένα μολύβι

Με ποιο αντικείμενο νιώθεις λιγότερη αντίσταση; Το μολύβι! Το ίδιο συμβαίνει με τα σχήματα:

• Κύβος → μεγάλη αντίσταση
• Πυραμίδα → λίγο καλύτερα
• Σφαίρα → αρκετά καλή
• Σταγόνα (streamlined) → άριστη αεροδυναμική

Γι’ αυτό τα μονοθέσια μοιάζουν τόσο «καθαρά» και λεία.

Ο συντελεστής αντίστασης ή στα αγγλικά Drag Coefficient, είναι ένας αριθμός που μας λέει πόσο «αντιστέκεται» ένα αντικείμενο όταν κινείται μέσα στον αέρα (ή σε οποιοδήποτε άλλο ρευστό). Όσο μικρότερος είναι ο συντελεστής αντίστασης, τόσο πιο εύκολα μπορεί ένα αντικείμενο να κινείται στον αέρα χωρίς να επιβραδύνεται πολύ.

🔵 5. Πείραμα: Ποιο σχήμα είναι πιο αεροδυναμικό;

Υλικά που θα βρείτε στον πάγκο:

• 3D εκτυπωμένa σχήματα
• Χαράκι
• Πιστολάκι μαλλιών

Τι κάνετε:

1. Στήνετε κάθε σχήμα στη γραμμή εκκίνησης.
2. Ανοίγετε το πιστολάκι στην ίδια δύναμη κάθε φορά.
3. Φυσάτε το σχήμα για ακριβώς 5 δευτερόλεπτα.
4. Μετράτε πόσα εκατοστά μετακινήθηκε.
5. Γράφετε το αποτέλεσμα στο Google Form της ομάδας.

➡️ Στόχος: Όσο λιγότερο μετακινήθηκε ένα σχήμα, τόσο πιο αεροδυναμικό είναι.

Τι πρέπει να προσέξετε:

• Η απόσταση που έχει το πιστολάκι από το σχήμα να είναι ίδια κάθε φορά.
• Η ομάδα σας να μετράει με ακρίβεια.
• Να μην αλλάζει η ένταση του αέρα.

🔵 6. Κουίζ: Τι μάθαμε;

Αφού τελειώσετε το πείραμα:
👉 μπαίνετε στο Google Form της ομάδας
👉 απαντάτε στις ερωτήσεις του κουίζ (drag, τριβή, downforce, αεροδυναμικό σχήμα κ.λπ.)

Έτσι θα ελέγξουμε τι καταλάβατε πραγματικά.

🔵 7. Τελική Δραστηριότητα: Σχεδιασμός Μονοθέσιου στο TinkerCAD

Κάθε ομάδα τώρα πρέπει να:

Βήμα 1 – Ανοίξει το αρχικό σχέδιο του μονοθέσιου της

(αν έχετε ήδη concept από προηγούμενη φορά).

Ή

Βήμα 2 – Φτιάξει νέο σχέδιο από την αρχή

αλλά με τις οδηγίες:

• Μήκος κοντά στο επιτρεπτό πλαίσιο των διαστάσεων STEM Racing.
• Λεπτή, «καθαρή» μύτη.
• Στρογγυλεμένες επιφάνειες.
• Όχι απότομες γωνίες.
• Μία μικρή πίσω αεροτομή.
• Καμπύλη ροή αέρα γύρω από το σώμα.

Στόχος:

Το νέο σχέδιο να είναι πιο αεροδυναμικό από το αρχικό.