关键概念
物理学
力
摩擦力
工程学
简介
那是帆船还是帆……车？在这个有趣的工程项目中，设计并建造一辆由风力驱动的玩具车！
背景
你可能在某个时候见过帆船——但也许没见过“帆车”。为什么我们没有更多风力驱动的汽车？如果帆船想直接逆风航行，它们必须来回曲折航行。如果我们有汽车在刮风天在道路上曲折行驶，那可能不是很安全！虽然在现实生活中在道路上使用帆车可能不切实际，但建造一辆玩具帆车是一个有趣的工程项目。
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当移动的空气推动你汽车的帆时，它会对帆施加一个力。这个力推动汽车前进。然而，这个力必须足够大，才能克服旋转轴中的任何摩擦力。如果你的轴不对齐或车轮摇晃，摩擦力可能会更大。你可能会认为，通过增加更大的帆，你总是可以使你的汽车行驶得更快。更大的帆会捕捉更多的空气，因此会产生更大的力，并使汽车行驶得更快——对吗？不一定！更大的帆也更重（它有更大的质量）。移动更大的质量需要更大的力，而且更重的汽车轴中的摩擦力也会更大。如果帆太大，甚至可能使汽车头重脚轻而倾覆。什么尺寸的帆效果最好？尝试这个项目来找出答案！
材料
瓦楞纸板
卡纸或卡片纸
三根木制烤肉串签
两根塑料吸管
四个塑料瓶盖
胶带
剪刀
美工刀
风扇
长走廊或大房间（光滑地板效果最佳）
成人助手
准备工作
小心地剪出一块纸板，以形成你汽车的车身。
将两根吸管用胶带粘在你汽车的底部，一根在每一端。确保吸管平行。
让成人使用美工刀小心地在每个瓶盖的中心戳一个“+”形孔。
将一根木制烤肉串签穿过其中一个瓶盖上的孔（请将其推离你的脸！）。
将烤肉串签的另一端穿过其中一根吸管。
将一个瓶盖推到与第一个瓶盖相对的烤肉串签的末端。你刚刚为你的汽车制作了一个带有两个车轮的轮轴！
重复这些步骤以制作另一个轮轴。
确保轮轴可以旋转，并且汽车可以平稳滚动而不会卡住。如果需要，调整车轮，使其不会太摇晃。
让成人使用美工刀小心地在纸板中间戳一个小孔。
将一根木制烤肉串签垂直插入孔中，以形成汽车帆的桅杆。用大量胶带将其固定在底部。如果它仍然太摇晃，你可以用一块纸板制作一个对角支撑。
制作至少三个形状相同但尺寸不同的帆。例如，对于矩形帆，你可以使用整张纸、半张纸和四分之一张纸。
现在你有一辆帆车和帆，可以进行测试了！
步骤
将直立的烤肉串签穿过你最小的帆的两端，以将其固定到位。
将你的风扇放在长走廊或大房间一端的地板上。
将你的汽车放在风扇前面，然后打开风扇。你的汽车在停止之前走了多远？
用你下一个最大的帆替换最小的帆，然后再次尝试。这次你的汽车走了多远？
尝试使用你最大的帆。汽车是否像你预期的那样行驶得远？
额外内容：尝试不同形状的帆。什么形状效果最好？
额外内容：如果你有一个变速风扇，请尝试在不同的风扇设置下进行此活动。风扇速度如何影响你的汽车行驶的距离或速度？
观察与结果
你可能已经看到，使用最小的帆时，你的汽车启动非常缓慢。风对小帆施加的力很小，因此可能难以克服轴中的摩擦力，使汽车能够开始移动。使用更大的帆，汽车将更快地启动并行驶更远。然而，更大的帆可能会有收益递减的情况。最终，帆可以捕捉到的额外空气无法弥补帆增加的所有重量，因此继续增大帆不会使汽车行驶得更远。
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