Ηλιακά αυτοκινητάκια

Η προετοιμασία, το ψάξιμο και οι πειραματισμοί για την κατασκευή των μικρών ηλιακών αυτοκινήτων-μοντέλων μας πήραν αρκετό χρόνο. Είχαμε να μάθουμε πολλά πράγματα για το τι είδους υλικό θα έπρεπε να χρησιμοποιήσουμε στην κατασκευή του σασί των αυτοκινήτων, δηλαδή της βασικής πλακέτας ή του "σώματος" του αυτοκινήτου. Χρησιμοποιήσαμε υλικά όπως: κυματιστό χαρτόνι, λεπτό νοβοπάν, κόντρα πλακέ, μπάλσα, μακετόχαρτο, πλεξιγκλάς, φελιζόλ, αλλά και χάρτινα κουτιά από γάλα ή ακόμα πλαστικά μπουκάλια από διάφορες συσκευασίες. Καταλληλότερα υλικά για σασί φαίνεται να είναι το λεπτό κόντρα πλακέ και το μακετόχαρτο ή ακόμα το λεπτό πλεξιγκλάς, ειδικά αν θέλουμε τα αυτοκίνητά μας να είναι σχετικά ελαφριά και να κινούνται με ευκολία και ενδεχομένως με αγωνιστικές επιδόσεις.  Ενδιαφέρον, όμως έχουν και τα "περίεργα" αυτοκίνητα με σασί από χαρτοκούτια ή πλαστικά μπουκάλια, αν και προσαρμόζονται επάνω τους με μεγαλύτερη δυσκολία τα υπόλοιπα εξαρτήματα όπως: οι άξονες με τις ρόδες, οι τροχαλίες και τα γρανάζια, οι μικροί ηλεκτρικοί κινητήρες (μοτεράκια) και τα φωτοβολταϊκά στοιχεία.

Οι ρόδες θα πρέπει να είναι ελαφριές, καλοφτιαγμένες και καλά προσαρμοσμένες πάνω στους άξονες για να προχωράει "ίσια" το ηλιακό μας αυτοκινητάκι. Αρχικά δοκιμάσαμε αυτοσχέδιες ρόδες με ιδιοκατασκευές από νοβοπάν, σκληρό φελιζόλ ή μακετόχαρτο, οι οποίες ναι μεν δούλευαν στοιχειωδώς, αλλά ήταν άλλοτε βαριές ή ελαφρά έκκεντρες ή κάπως κακόσχημες, με αποτέλεσμα να δημιουργούν προβλήματα στην κίνηση του αυτοκινήτου. Είχαμε κυρίως μεγάλες τριβές από την επαφή με το έδαφος, αλλά και από τους άξονες, ξύλινους ή μεταλλικούς, που περιστρέφονταν μέσα σε αυτοσχέδια "σωληνάκια" από καλαμάκια ή ακόμα και από στελέχη άδειων κυλινδρικών μαρκαδόρων. Έτσι, αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε κυρίως πλαστικούς τροχούς του εμπορίου, οι οποίοι είναι ουσιαστικά τροχαλίες που γίνονται τροχοί με την προσθήκη ενός λαστίχου σε σχήμα "Ο" μέσα στο αυλάκι τους, για να έχουν ευκολία στην κίνηση, ιδιαίτερα πάνω στην άσφαλτο της αυλής του Σχολείου (πρβλ. παρακάτω φωτογραφίες).  Ενδιαφέρον όμως έχουν επίσης οι αυτοσχέδιοι τροχοί από κυλινδρικά  καπάκια διαφόρων συσκευασιών ή ακόμα και από παλιά CD, μόνο που δεν μπορούμε να έχουμε μεγάλες απαιτήσεις γρήγορης κίνησης, πάνω σε μια σχετικά ευθύγραμμη πορεία.

Χρησιμοποιήσαμε άξονες ξύλινους και μεταλλικούς με σπείρωμα ή χωρίς, με διάφορες διαμέτρους και μήκη, ανάλογα με τις ρόδες που προσαρμόζαμε κάθε φορά.  Οι ξύλινοι άξονες είχαν συνήθως περισσότερες τριβές μέσα στα αυτοσχέδια "σωληνάκια" όπου περιστρέφονταν και συχνά στράβωναν ελαφρά δημιουργώντας προβλήματα στην κίνηση.  Οι μεταλλικοί άξονες με σπείρωμα παρείχαν ευκολίες στην προσαρμογή των τροχών, ειδικά εκείνων που ήταν φτιαγμένοι από συνθετικό καουτσούκ ή ακόμα και των πλαστικών. Δημιουργούσαν, όμως, αρκετές τριβές μέσα στα πλαστικά "σωληνάκια" που περιστρέφονταν, τα οποία ήταν κολλημένα πάνω στο σασί του αυτοκινήτου. Τελικά καταλήξαμε σε λείους, κυλινδρικούς, μεταλλικούς άξονες, οι οποίοι περιστρέφονταν μέσα σε σκληρά πλαστικά σωληνάκια με εσωτερική διάμετρο 1-2 χιλιοστά μεγαλύτερη από την εξωτερική διάμετρο των αξόνων. Επιπλέον, με την προσθήκη λαδιού οι τριβές μειώθηκαν σημαντικά.

Οι μικροί ηλεκτρικοί κινητήρες (μοτεράκια) θα έπρεπε να είναι χαμηλών τριβών (ηλιακά μοτεράκια) και κατά προτίμηση με χαμηλές στροφές και μεγάλες ροπές, αν και τα πράγματα μπορούν να διορθωθούν (ή και να χειροτερέψουν) με ένα κατάλληλο σύστημα μεταφοράς της κίνησης από τον άξονα του κινητήρα στον άξονα των τροχών. Δοκιμάσαμε διάφορα ηλιακά μοτεράκια που λειτουργούσουν με τάση από 0,45 μέχρι 3-5 Volt και με 2.000-14.000 στροφές το λεπτό. Τελικά, καταλήξαμε σε ένα μοτεράκι με άξονα 2 χιλιοστών, που λειτουργούσε με τάση από 0,45-4 Volt, με 2.000- 6.000 στροφές το λεπτό, το οποίο ήταν σχετικά φτηνό (3,3 Ευρώ) και κατάλληλο για τις κατασκευές μας.

Ένα μεγάλο πρόβλημα που κληθήκαμε να αντιμετωπίσουμε ήταν η μεταφορά της κίνησης από τον άξονα του μοτέρ στον άξονα των τροχών. Επιχειρήσαμε μεταφορά κίνησης με 3 διαφορετικούς τρόπους:

    α) με ένα μικρό και ένα μεγάλο γρανάζι,

    β) με ένα γρανάζι και ένα ατέρμονα κοχλία και

    γ) με μία μικρή, μια μεγάλη τροχαλία και ένα λαστιχάκι.

Στην πρώτη περίπτωση, η μεταφορά της κίνησης από τον άξονα του μοτέρ με ένα μικρό γρανάζι στον άξονα των τροχών με ένα μεγαλύτερο γρανάζι ήταν σχετικά επιτυχής και τα αυτοκινητάκια κινούνταν με ευκολία σε λείες επιφάνειες, όπως επάνω σε ένα τραπέζι ή στο μαρμάρινο σκαλοπάτι της εξωτερικής σκάλας του Σχολείου.  Όταν όμως τα βάζαμε πάνω στην άσφαλτο της αυλής, τότε είτε κινούνταν με μεγάλη δυσκολία είτε παρέμεναν ακίνητα. Η δεύτερη περίπτωση με τον ατέρμονα κοχλία προσαρμοσμένο στον άξονα περιστροφής του μοτέρ και ένα γρανάζι επάνω στον άξονα των τροχών φαίνεται να είχε τα περισσότερα προβλήματα, μια και ουσιαστικά δεν καταφέραμε να έχουμε κίνηση στα μικρά μας οχήματα. Συνεπώς, η ιδέα αυτή για τη μεταφορά της κίνησης εγκαταλείφθηκε νωρίς.  Στην τρίτη περίπτωση είχαμε μια διάταξη με μια μικρή τροχαλία προσαρμοσμένη πάνω στον άξονα του μοτέρ και μια μεγαλύτερη τροχαλία (τετραπλάσια σε διάμετρο και άνω), προσαρμοσμένη επάνω στον άξονα των τροχών, η οποία συνδεόταν με τη μικρή τροχαλία με ένα λαστιχάκι.  Μεταφερόταν, έτσι, η κίνηση από τον άξονα του μοτέρ στον άξονα των τροχών συνεχόμενα και αδιάλειπτα, με αποτέλεσμα να έχουμε την καλύτερη κίνηση από όλες τις παραπάνω περιπτώσεις. Τα αυτοκινητάκια μας κινούνταν ακόμα και πάνω στην ανηφορική επιφάνεια της ασφάλτου της αυλής χωρίς πρόβλημα και αρκετά γρήγορα. (βλ. παρακάτω φωτογραφίες από τις προσπάθειές μας)

Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία θα έπρεπε να είναι όσο το δυνατόν ελαφριά και να αποδίδουν αρκετά ώστε να παρέχουν το ηλεκτρικό ρεύμα που χρειαζόταν για να λειτουργήσουν τα μοτεράκια. Αρχικά επιχειρήσαμε να χρησιμοποιήσουμε 3 φωτοβολταϊκά στοιχεία άμορφης σιλικόνης (κινεζικής προέλευσης) των 0,45 Volt/400mA συνδεμένα σε σειρά, αλλά ήταν αρκετά βαριά και το όχημά μας κινούνταν μόνο εάν κρατούσαμε τα φωτοβολταϊκά στοιχεία στο χέρι μας και δεν τα στηρίζαμε επάνω στο αυτοκινητάκι.  Τελικά χρησιμοποιήσαμε πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία (γερμανικής προέλευσης) των 2 Volt/400mA, τα οποία είχαν περίπου το ίδιο βάρος όσο 1 από τα προηγούμενα φωτοβολταϊκά στοιχεία άμορφης σιλικόνης. Συνεπώς, ήταν πολύ ελαφρύτερα για την κατασκευή μας, ενώ συγχρόνως απέδιδαν όσο 4 συνδεμένα στη σειρά από τα προηγούμενα.

Όπως είναι γνωστό, η σύνθεση είναι πάντοτε κάτι παραπάνω από το άθροισμα των επί μέρους κομματιών και έτσι χρειάστηκε αρκετή δουλειά στη συναρμολόγηση όλων των παραπάνω, μέχρι να πάρουμε το τελικό επιθυμητό αποτέλεσμα. Για να κολλήσουμε τα διάφορα μέρη των αυτοκινήτων μας χρησιμοποιήσαμε κυρίως θερμοσιλικόνη με πιστόλι θερμοκόλλησης, που κολλά γρήγορα και σταθερά, ενώ επίσης ξεκολλά σχετικά εύκολα με λίγο ζέσταμα, για τη διόρθωση των λαθών μας. Έτσι κολλήσαμε τα πλαστικά σωληνάκια ή "μακαρόνια" στο κάτω μέρος των σασί των οχημάτων μας, μέσα στα οποία πέρασαν οι άξονες με τις ρόδες, καθώς επίσης και τα μοτεράκια επάνω στα σασί, χωρίς να χρειαστεί να χρησιμοποιήσουμε αντίστοιχες βάσεις στήριξης. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία φροντίζαμε να τα σφηνώνουμε επάνω στο σασί σε αυτοσχέδιες "θήκες" που κατασκευάζαμε κυρίως από μακετόχαρτο και ξυλάκια, για να μπαινοβγαίνουν εύκολα και να μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε άλλες κατασκευές. Κατασκευάσαμε καλώδια με κροκοδειλάκια για να ενώσουμε τις ακίδες των μοτέρ με εκείνες των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Τέλος, βάψαμε τα αυτοκινητάκια μας χρησιμοποιώντας απλές ακριλικές μπόγιες.

Δείτε παρακάτω ενδιαφέρουσες συνδέσεις σχετικές με την κατασκευή ηλιακών αυτοκινήτων και τη συμμετοχή σχολείων και παιδιών σε Πανηγύρια Φυσικής, αλλά και αγώνες ηλιακών αυτοκινήτων

	National Junior Solar Sprint Πρόκειται για ένα Πρόγραμμα του Αμερικάνικου Τμήματος Ενέργειας (U.S. Department of Energy) που απευθύνεται κυρίως σε παιδιά Πρωτοβάθμιας και των πρώτων τάξεων της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης.  Κύριο σκοπό έχει να εμπλακούν τα παιδιά σε εκπαιδευτικές δραστηριότητες σχετικές με την κατασκευή μοντέλων ηλιακών αυτοκινήτων και την οργάνωση σχετικών Πανηγυριών Φυσικής αλλά και αγώνων. Βρήκαμε χρήσιμες οδηγίες και ιδέες για την κατασκευή των ηλιακών αυτοκινήτων μας σε αρχεία ".pdf", που υπάρχουν στο δικτυακό αυτό τόπο ... δυστυχώς, όμως,  μόνο στα αγγλικά
	SunWind Μία ενδιαφέρουσα εταιρεία που εμπορεύεται εξαρτήματα και σχέδια για την κατασκευή μοντέλων ηλιακών αυτοκινήτων, αλλά επίσης παρουσιάζει ιδέες για άλλες πρωτότυπες κατασκευές. Έχει ακόμα έντυπα με σχετικά μαθήματα, κάποια ως δείγματα και άλλα με το αζημίωτο ...

  Κάντε κλικ πάνω στις φωτογραφίες για να τις δείτε σε μεγέθυνση 

Φωτογραφίες από τους πειραματισμούς με τα σασί των ηλιακών αυτοκινήτων και τα τελειωμένα μοντέλα

Ο συνάδελφος κ. Μανόλης Πρωτογεράκης και ο φοιτητής κ. Γιάννης Σέργης χρησιμοποιούν ηλεκτρική σέγα για να κόψουν ένα πλαίσιο για σασί αυτοκινήτου	Ο Γίανννης μαζί με το μαθητή Στέλιο Μανουσάκη κόβουν το μπροστινό μέρος του σασί για να μοιάζει με αγωνιστικό αυτοκίνητο	Έτοιμο το "αγωνιστικό" σασί με τις ρόδες, ενώ στον πίσω άξονα έχει τοποθετηθεί ένα γρανάζι που θα χρεισιμοποιηθεί για τη μεταφορά της κίνησης	Αυτοκινητάκι με σασί από πλεξιγκλάς και ξυλάκια, με ένα μεγάλο γρανάζι στον πίσω άξονα που συνδέεται με ένα μικρό γρανάζι προσαρμοσμένο πάνω στο μοτέρ	Αυτοκινητάκι με σασί από πλεξιγκλάς και ξυλάκια, με μετάδοση κίνησης από το μοτέρ στον πίσω άξονα μέσω 2 τροχαλιών και 1 μικρού λαστίχου	Αυτοκινητάκι με σασί από κόντρα πλακέ και με μετάδοση κίνησης από το μοτέρ στον πίσω άξονα με 2 τροχαλίες (η μεγάλη είναι στο πλάι) και 1 λαστιχάκι
Ηλιακό αυτοκινητάκι με σασί από κόντρα πλακέ και με μετάδοση κίνησης με 2 τροχαλίες και λαστιχάκι, βαμμένο με το φωτοβολταϊκό στοιχείο επάνω του	Το ηλιακό αυτοκινητάκι .... σε κίνηση στην αυλή του Σχολείου	Ένα ηλιακό αυτοκινητάκι από πλεξιγκλάς κινείται στην αυλή του Σχολείου	Ένα αυτοκινητάκι από κόντρα πλακέ με το φωτοβολταϊκό στοιχείο τοποθετημένο μέσα σε μία θήκη, που στηρίζεται επάνω στο σασί	Το αγωνιστικό αυτοκινητάκι έτοιμο και βαμμένο, με το φωτοβολταϊκό στοιχείο τοποθετημένο μέσα σε μια θήκη από μακετόχαρτο κολλημένη επάνω στο σασί	Το αυτοκινητάκι από πλεξιγκλάς έτοιμο, με το φωτοβολταϊκό στοιχείο τοποθετημένο μέσα σε μια θήκη από μακετόχαρτο κολλημένη επάνω στο σασί
Το ίδιο αυτοκινητάκι από πλεξιγκλάς φωτογραφημένο από μπροστά	Ένα ηλιακό αυτοκινητάκι έτοιμο και βαμμένο, με το φωτοβολταϊκό στοιχείο τοποθετημένο μέσα σε μια θήκη από μακετόχαρτο κολλημένη επάνω στο σασί	Ένα ηλιακό αυτοκινητάκι έτοιμο και βαμμένο, με 2 φωτοβολταϊκά στοιχεία και 2 μοτέρ με μεγάλες αγωνιστικές επιδόσεις	Ένα ηλιακό αυτοκινητάκι έτοιμο και βαμμένο, με το φωτοβολταϊκό στοιχείο μέσα σε μια θήκη, με προσαρμοσμένους ανακλαστήρες για καλύτερη απόδοση	Αυτοκινητάκι από πλεξιγκλάς έτοιμο, με το φωτοβολταϊκό στοιχείο να συγκρατείται απλά με 2 λαστιχάκια επάνω στο σασί	Τα ηλιακά μας αυτοκινητάκια παραταγμένα πάνω στο τραπέζι του Εργαστηρίου Φυσικών Επιστημών του Σχολείου

Βάψιμο των μικρών ηλιακών αυτοκινήτων

Οι μαθητές Γιώργος Σχοιναράκης και Βασίλης Τζιμπουκάκης βάφουν ένα από τα ηλιακά αυτοκινητάκια μας	Βάψιμο αγωνιστικού αυτοκινήτου "ράλι". Διακρίνεται το αρχικό σύστημα μετάδοσης κίνησης με 2 γρανάζια, το οποίο αργότερα αντικαταστάθηκε με 2 τροχαλίες	Ο Μάνος Σχοιναράκης βάφει ένα αυτοκινητάκι με σασί από κόντρα πλακέ και λαστιχένιες ρόδες	Ο Βασίλης βάφει ένα ακόμα ηλιακό αυτοκινητάκι	Οι μαθήτριες Σοφία Καραγιαννάκη και Χαρούλα Νικολουδάκη βάφουν ένα ηλιακό αυτοκινητάκι	Τα ηλιακά αυτοκινητάκια είναι έτοιμα και γίνεται ένας τελικός καθαρισμός της επιφάνειας των φωτοβολταϊκών στοιχείων