Coche ratonera

Un coche con trampa para ratones es un vehículo pequeño cuya única fuente de fuerza motriz es una trampa para ratones . Las variaciones incluyen el uso de múltiples trampas o trampas para ratas muy grandes para obtener más potencia.

Los coches ratonera se utilizan a menudo en clases de física u otras ciencias físicas para ayudar a los estudiantes a desarrollar habilidades de resolución de problemas, desarrollar la conciencia espacial , aprender a administrar el tiempo y practicar el comportamiento cooperativo.

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El estilo general de un coche ratonera varía. ^{[1] [2]} Varios vendedores comerciales ofrecen planos, kits y coches completos para la venta. ^{[3] [4] [5] [6]} Además de los coches ratonera, se han creado concursos para barcos ratonera. ^[7] y aviones ratonera. ^[8]

Una trampa para ratones funciona gracias a un resorte de torsión helicoidal . Los resortes de torsión obedecen a una forma angular de la ley de Hooke :

${\displaystyle \tau =-\kappa \theta \,}$

donde es el par ejercido por el resorte en newton -metros, y es el ángulo de giro desde su posición de equilibrio en radianes. es una constante con unidades de newton-metros / radianes, llamada de diversas maneras coeficiente de torsión del resorte , módulo elástico de torsión o simplemente constante de resorte , igual al par requerido para torcer el resorte a través de un ángulo de 1 radián. Es análoga a la constante de resorte de un resorte lineal.${\displaystyle \tau \,}$${\estilo de visualización \theta \,}$${\displaystyle \kappa \,}$

La energía de U , en julios , almacenada en un resorte de torsión es:

${\displaystyle U={\frac {1}{2}}\kappa \theta ^{2}}$

Cuando se ensambla una trampa para ratones, el resorte se tuerce inicialmente más allá de su posición de equilibrio, de modo que aplica un torque significativo a la barra cuando la trampa está cerrada.

Este movimiento debe utilizarse para hacer girar el eje o las ruedas del coche. La solución más habitual es atar una cuerda al brazo de la trampa para ratones y luego enrollarla alrededor de un eje. Al soltar la barra, tira de la cuerda, lo que hace que el eje (y las ruedas) giren.

Sin embargo, si se ata la cuerda directamente a la barra de la ratonera, no se aprovechará bien la energía almacenada en el resorte. La distancia entre las posiciones abierta y cerrada de la barra de una ratonera suele ser de 10 cm, por lo que esa es la cantidad de cuerda que se tiraría. Si se enrolla alrededor de un eje de diámetro pequeño, esta cantidad de cuerda no creará suficientes revoluciones para mover el automóvil tan lejos como podría.

Para solucionar este problema, la mayoría de los coches-ratonera añaden una palanca a la barra para que ésta tire de una longitud mucho mayor de cuerda y haga que el eje gire muchas más revoluciones.

Otra razón para añadir una palanca a la barra de la ratonera es reducir la cantidad de par que se aplica a las ruedas. Si se aplica demasiado par a las ruedas, la fuerza entre las ruedas y el suelo superará la fuerza de fricción máxima debido al coeficiente de fricción entre la rueda y las superficies del suelo. Cuando esto sucede, las ruedas resbalan y se desperdicia la energía almacenada en el resorte. El uso de una palanca larga en la barra de la ratonera reduce la tensión en la cuerda debido al par del resorte y, por lo tanto, reduce el par que se aplica a las ruedas del automóvil.

Además de reducir el par aplicado a las ruedas, el coeficiente de fricción se puede mejorar utilizando materiales de mayor fricción.

Para fabricar este tipo de coche, es necesario que la mayor parte de la fuerza del resorte se transfiera al brazo de palanca y que el eje de tracción gire. Para obtener la mayor distancia posible del coche, hay que hacer que el brazo de palanca sea largo. Esto permite que el coche gire más gracias a las ruedas, ya que la cuerda es más larga y el brazo de palanca más largo. A continuación, hay que hacer que las ruedas de tracción sean más grandes, porque cuanto mayor sea el diámetro de la rueda, más terreno cubrirá. Además, hay que asegurarse de que los ejes sean más pequeños que la rueda para que haya más distancia de tracción. Hay que reducir la fricción lo máximo posible, porque cuanto mayor sea la fricción, más energía se pierde al impulsar el coche. También hay que tener en cuenta la masa: cuanto más pese el coche, más energía del resorte de la ratonera se utilizará, por lo que lo mejor es que el coche sea ligero.

Para fabricar un coche con trampa para ratones de alta velocidad es necesario extraer la mayor cantidad de energía posible del resorte de la trampa en una distancia corta. El brazo de palanca debe ser más corto que el del coche de larga distancia, porque cuanto más corto sea el brazo, más rápido se romperá el resorte y, por lo tanto, se extraerá más par del resorte. La mayor parte del peso del coche se distribuye en la parte trasera, donde se encuentra el eje motriz. Si se construye de esta manera, el coche no tendrá mucha resistencia en la parte delantera, lo que lo ralentizará. Las ruedas no necesitan ser demasiado grandes, pero el eje debe ser más grande en relación con la rueda. Las ruedas necesitan una buena tracción porque sin la cantidad adecuada de fricción, las ruedas unidas al eje motriz resbalarán y no empujarán el coche hacia adelante debido a todo el par adicional.

• Coche con trampa para ratones Demostración de un coche propulsado por una trampa para ratones