Een tol ontwerpen

Wat heb je nodig?

• Multiplex plankjes (6 tot 9 mm dik)
• Ronde houten deuvels (4 tot 6 mm dik)
• Passers, linialen en potloden
• Figuurzagen en handboren
• Schuurpapier (grof en fijn) en schuurblokjes
• Houtlijm en viltstiften voor optische patronen
• Grote platte spiegels of gladde dienbladen voor de spin-tests
• Leeg, doorzichtig cd-doosje (jewel case) — hiervan wordt de kruisvormige as gemaakt
• Papier of karton voor een pijlvormig sjabloon (minstens 1,5 cm breed)
• Hobbymes/cutter (om de pijlen uit het cd-doosje te snijden)
• Accuboor (om de sleuven in het midden van de cd te boren)

Wat leer je?

• Natuurkundige principes van rotatiesnelheid, massatraagheid en gyroscopische stabiliteit begrijpen
• Zuivere rotatiesymmetrie construeren met passer, figuurzaag en schuurtechnieken
• Wrijving en aerodynamica optimaliseren via gerichte puntafwerking
• Kwantitatieve toltijdmetingen verzamelen en vergelijken

Stappenplan

Een tol is een van de oudste stukjes speelgoed ter wereld, maar het geheim achter zijn balans is verrassend natuurkundig: zodra hij snel genoeg om zijn eigen as draait, blijft hij (bijna) rechtop staan door gyroscopische stabiliteit. Deze opdracht is gebaseerd op een Instructables-bouwtekening die een oude cd hergebruikt als tolschijf, met een as gemaakt uit het lege doorzichtige cd-doosje (de 'jewel case').

1. 1

   Materiaal verzamelen. Zoek een oude cd, een leeg cd-doosje en een stuk papier of karton om een sjabloon van te maken. Verzamel ook een hobbymes/cutter, een schaar en een accuboor.

2. 2

   Het sjabloon tekenen. Teken op je papier of karton een pijlvorm die minstens 1,5 cm breed is: deze pijl wordt straks de as van je tol. Is de pijl smaller, dan passen de sleuven die je later maakt niet meer bij elkaar.

3. 3

   De pijlen uitsnijden. Leg het sjabloon op het doorzichtige plastic van het cd-doosje en trek de pijlvorm over met een pen. Graveer de lijn met een cutter net zo vaak na tot de pijl helemaal los is. Herhaal dit om een tweede, identieke pijl te maken. Werk hierbij rustig en voorzichtig, zodat de dunne plastic pijlen niet breken.

4. 4

   De sleuven maken. Knip met een schaar in het midden van elke pijl een gleuf ter breedte van de dikte van de pijl zelf. De twee gleuven moeten samen precies zo lang zijn als de hoogte van één pijl, zodat de twee pijlen er straks als een kruis in elkaar passen (de ene gleuf van boven, de andere van onder). Leg vervolgens de cd op iets ronds (bijvoorbeeld een lege tape-rol) en boor met een accuboor twee loodrecht op elkaar staande sleuven in het midden van de cd. Gebruik hiervoor geen schaar: die versplintert de cd al snel.

5. 5

   Alles in elkaar zetten. Schuif de twee pijlen als een kruis in elkaar via de gleuven — dit kruis is de as van je tol. Duw de as vervolgens stevig in de sleuf in het midden van de cd. Controleer of de driehoekige 'vleugels' mooi evenwijdig aan de vloer staan; wijkt een hoek af, knip dan met de schaar bij.

6. 6

   Testen & verbeteren. Laat de tol draaien en meet met een stopwatch hoe lang hij blijft staan. Blijft hij niet mooi rechtop of trilt hij, controleer dan of het middelpunt van de cd en de as precies uitgelijnd zijn.

7. 7

   Versieren & vergelijken. Versier je cd (bijvoorbeeld met stift of stickers op de bovenkant) zodat je tijdens het draaien mooie kleurpatronen ziet ontstaan, en organiseer een klassikale wedstrijd om te zien wiens tol het langst blijft draaien.