I dette forløb arbejder eleverne undersøgende med vindenergi og aerodynamik. Med udgangspunkt i den naturfaglige undersøgelsesmetode (hypotese, forsøg, analyse og konklusion) skal eleverne designe og gennemføre deres egne eksperimenter for at finde frem til den mest effektive vingeform til en vindmølle.
Eleverne starter med at udvikle og teste idéer til vingeformer i en vindtunnel. Herefter bygger de deres egne måleinstrumenter ved at kode et voltmeter med micro:bit, så de kan måle den producerede strøm fra deres vindmølle.
Afslutningsvis designer, bygger og tester de deres egne vindmøllevinger og vurderer, hvordan form og design påvirker energiproduktionen.
Forløbet kombinerer naturfaglig metode, teknologiforståelse og praktisk eksperimentelt arbejde.
Varighed: 6–10 lektioner
Målet med forløbet er at eleverne lære at:
Deltag i vores CFUmaker online fællesskab på Oase.app
Link til Oase.app – både QR kode til mobil app samt link til Oase.app
Problemstilling
Vindenergi er en vigtig del af vores energiforsyning – men hvad afgør egentlig, hvor effektiv en vindmølle er?
I dette forløb skal I undersøge:
Inden I kan bygge en effektiv vindmølle, skal I først finde ud af, hvilke former der bedst udnytter vindens energi.
Første hypoteser
Inden vi tester noget, skal I formulere jeres egne idéer og forventninger.
En hypotese er et kvalificeret gæt, som kan testes.
Overvej fx:
Opgave
Diskutér i grupper:
Hvilke former tror I vil bevæge sig mest i vinden – og hvorfor?
Formulér 2–3 hypoteser:
Brug denne struktur:
Vi tror, at ______ vil bevæge sig mest i vinden, fordi ______.
Tegn eller skitser de former, I vil teste.
Forsøgsdesign
I dette kapitel skal I planlægge og gennemføre jeres eget forsøg.
Formålet er at undersøge, hvilke former der bevæger sig bedst i vinden, så I senere kan lave en kvalificeret hypotese til jeres vindmøllevinger.
1: Formulér jeres hypotese
Start med at tage udgangspunkt i jeres idéer fra tidligere.
Skriv jeres hypotese:
Vi tror, at ________________________________
fordi _____________________________________
2: Planlæg jeres forsøg
I skal nu beslutte, hvordan I vil teste jeres hypotese.
Besvar:
3: Design jeres testformer
Tegn de former, I vil teste i fx Tinkercad.
Overvej:
4: Test i vindtunnel
Test jeres former én ad gangen.
Observer:
Noter jeres observationer:
5: Sammenlign resultater
Se på jeres resultater:
Skriv resultat ned.
6: Justér jeres hypotese
Nu skal I vurdere jeres hypotese:
Hvis I har en ny hypotese, så skriv den ned.
For at kunne vurdere, hvor effektiv jeres vindmølle er, er det nødvendigt at kunne måle den spænding, den producerer.
I dette kapitel skal I derfor udvikle jeres eget voltmeter ved hjælp af en micro:bit.
Men hvordan kan en micro:bit bruges til det?
Micro:bitten kan måle spænding op til 3 volt. Det kan vi udnytte til at måle spændingen i et elektrisk kredsløb. Men fordi micro:bitten er en microcontroller med en 10-bits opløsning, viser den ikke spændingen direkte i volt. I stedet registrerer den værdier som tal mellem 0 og 1023.
Det betyder, at en værdi på 0 svarer til 0 volt, mens en værdi på 1023 svarer til 3 volt.
For at kunne bruge målingerne i praksis, har vi derfor brug for at omregne disse tal til volt. Det gør vi ved at anvende en matematisk funktion.
I kender måske allerede funktioner fra matematik, hvor en sammenhæng beskrives med en formel.
I dette tilfælde skal vi finde en funktion, der kan omsætte micro:bittens målinger til spænding i volt. Når funktionen er fundet, skal den implementeres i koden, så micro:bitten automatisk kan vise den korrekte spænding.
Netop så micro:bitten omskriver det analoge tal til Volt når den måler noget i kredsløbet.
Find funktionen
Nu har du 3 punkter (x,y)
Analogt tal = y
Volt = x
Derefter
Skriv punkterne ind i koordinatsystem.
Lav den bedste rette linje i mellem dem.
Se linjens funktion
y=ax+b
Sæt funktionen ind i koden
Funktionen ligger i den lilla del af blokken.
Kan I se den ligner jeres funktion?
y=ax+b
cm(y)=tal(a)* analog read pin(x)+tal(b)
Skriv jeres tal for a og b ind i funktionen i koden.
Nu skulle micro:bitten gerne vise målingerne i volt. Vær opmærksom på, at den kun måler, når den er tilsluttet et kredsløb.
Hvis målingerne ikke passer helt, kan I justere de to tal i funktionen, så resultatet kommer tættere på det, I måler med multimeteret. Det kaldes kalibrering.
Tillykke. I har nu bygget jeres egen sensor, i dette tilfælde et voltmeter.
Det er ikke kun voltmetre der virker på denne måde. De fleste digitale sensorer fungerer på samme måde. En microcontroller kan i sig selv kun måle spænding. Men ved at koble den med en komponent, for eksempel et materiale der ændrer hæver sig med temperaturen, kan vi omsætte ændringer i modstand til en måling af temperatur ved hjælp af en funktion, ligesom den I lige har arbejdet med.
Nu skal I bruge det, I har lært gennem jeres undersøgelser.
I har testet forskellige former i vindtunnellen og fået en bedre forståelse af, hvordan form, størrelse og vinkel påvirker bevægelse i vind. På baggrund af det skal I nu designe og bygge jeres egne vindmøllevinger.
Målet er at bygge vinger, der kan producere så meget spænding som muligt, når de sidder på en vindmølle.
Start med jeres viden
Inden I går i gang med at bygge, skal I tage udgangspunkt i jeres resultater fra forsøgsdesignet.
Overvej:
Skriv kort jeres idé:
Byg jeres vinger
I skal nu bygge jeres egne vinger ved hjælp af pap og materialer fra skramloteket.
I kan for eksempel bruge:
Når I bygger, skal I tænke over:
Prøv jer frem og vær klar til at justere undervejs.
Test jeres vindmølle
Når jeres vinger er færdige, skal I montere dem på vindmøllen.
Brug jeres micro:bit voltmeter til at måle, hvor meget spænding jeres vindmølle producerer.
Når I tester, er det vigtigt, at I gør det så ens som muligt hver gang:
Noter jeres målinger:
Forbedr jeres design
Når I har testet jeres første version, skal I vurdere, om I kan forbedre jeres design.
Overvej:
Lav ændringer og test igen.
Det er helt normalt at skulle forbedre sit design flere gange.
Konklusion
Når I er færdige, skal I vurdere:
Skriv jeres konklusion:
Til læreren
Denne fase egner sig godt til at blive afsluttet som en konkurrence, hvor eleverne konkurrerer om at bygge den mest effektive vindmølle. Det kan øge motivationen og give en tydelig ramme for arbejdet. Det er en fordel at fastholde fokus på undersøgelsesmetoden, så eleverne ikke kun konkurrerer om resultatet, men også kan forklare, hvorfor deres design virker
