Bouw een Ornithopter, de oervogel met bewegende vleugels

Heel wat machines zetten een heen- en weergaande beweging om naar een ronddraaiende beweging. Een voorbeeld van zo'n machine is een zuigermotor zoals in de motor van een auto. In dit project maken kinderen kennis met het mechanisme van een drijfstang en krukas door het zelf te bouwen. Zo laten ze de vleugels van hun de ornithopter op en neer bewegen.


De ornithopter

Het woord Ornithopter komt van de Griekse woorden Ornithos (vogel) en pteron (vleugel). We vertrekken vanuit de vragen ’Welke dieren kunnen vliegen?’; ’Welke vliegende machines bestaan er?’ en ’Wat is het verschil tussen een vliegtuig en een vogel?’. Deze vragen worden aan de kinderen gesteld terwijl ze kijken naar afbeeldingen van een vogel, een vliegtuig en een vliegende ornithopter. Als je wil weten hoe een Canadees team er in geslaagd is een door de mens aangedreven ornithopter te maken ornithopter.

Het mechanisme van drijfstang en krukas

Tal van machines vereisen dat een heen- en weergaande beweging wordt omgezet naar een ronddraaiende beweging of omgekeerd. Dit kan met behulp van een krukas en een drijfstang. Een goed voorbeeld waarin dit toegepast wordt is de zuigermotor, die door verbranding van brandstof energie vrijmaakt onder de vorm van hoge druk die de zuiger doet bewegen. Een drijfstang en krukas mechanisme zet dan deze zuigerbeweging om in een ronddraaiende beweging die bijv. wielen van een wagen of rotors van een propeller vliegtuig te laten draaien. Een verduidelijkende animatie is te vinden op wikipedia en extra informatie op de website van NASA:

krukas en drijfstang

Laat de kinderen kennismaken met de verschillende onderdelen waaronder de krukas, zwengel en drijfstang. Laat ze bovendien eens nadenken waar ze dit zelf al eens zagen. Veel kinderen hebben dit gezien bij een locomotief: denk aan Thomas de trein en de Zweinstein Express in Harry Potter.

Zelf een ornithopter bouwen

De beste manier om met het principe van drijfstang en krukas vertrouwd de worden is er zelf een te bouwen. Dit kan met goedkope materialen zoals lege Cornflakes-dozen, ijzerdraad en rietjes. Wat plakband en materiaal om de ornithopter te versieren is ook handig. Door recyclagematerialen te gebruiken is de totale kost van de ornithopter ** €0**. De zwengel met krukas (1x) en de krukassen met vleugelbevestiging (2x) worden geplooid in ijzerdraad. Gebruik hiervoor een ijzerdraad zoals een binddraad (bv. voor planten): deze is voldoende hard maar toch nog plooibaar.
Om de ijzerdraad te knippen heb je een kniptang nodig. Gebruik geen schaar, want het zal moeilijk gaan en de schaar zal erdoor beschadigd worden. Om de draad dan te plooien, gebruik je een plooitang. Vraag op voorhand aan de leerlingen om deze hulpmiddelen mee te brengen naar school.

Onderdelen maken

Download hier de Dwengo Ornithopter sjabloon en druk het af op A4. De ornithopter heeft twee vleugels en een lichaam die uit karton geknipt worden. Om de creativiteit te bevorderen, kunnen de leerlingen vrij de vorm van hun vogel tekenen en uitknippen. Zorg er wel voor dat het voetstuk voldoende groot is zoals op de Dwengo sjabloon. 
 Voor de krukas en zwengel krijgt elk kind een stuk ijzerdraad van 1m. Ze knippen en plooien de ijzerdraad volgens de Dwengo sjabloon.

sjabloon ornithopter

Nu heb je alle onderdelen van de ornithopter: 2 vleugels uit karton, het ornithopter lichaam met voetstuk uit karton, één zwengel met krukas uit ijzerdraad, en twee krukassen met vleugelbevestigingen uit ijzerdraad.

Montage

Knip nu de twee geleiders voor de krukassen met vleugelbevestigingen uit een rietje, en bevestig ze aan beide kanten van de vogel bevestigd. De zwengel met krukas monteer je onderaan het voetstuk.

voetstuk

De twee krukassen met vleugelbevestiging schuif je dan in de geleiders (rietjes) die je zonet op de vogel plakte en je plooit dan de ijzerdraadjes zo dat de vleugels eraan bevestigd kunnen worden. Als alles klopt, dan zal je zal je mechanisme er zo uitzien:

Voorbeeld ornithopter

De lengte van de drijfstangen bepalen

Om de vleugels op en neer te laten bewegen, wordt de drijfstangen op de krukas gemonteerd. De lengte van de drijfstangen is hierbij cruciaal: als de drijfstang te kort is, dan zal het mechanisme niet werken! Laat de kinderen zelf uitzoeken wat de ideale lengte is. Sommigen zullen dit doen met de trial en error methode terwijl anderen dit zullen beredeneren op basis van de gewenste vleugelstand.

Voorbeeld ornithopter

Evaluatie

Laat de leerlingen hun ornithopters vergelijken in groep. Wiens vleugels werken er mooi synchroon? Hoe kan men zonder al te veel proberen de lengte van de drijfstangen bepalen?

Laat je alvast inspireren door het filmpje bovenaan deze pagina.

Additional Materials