Redwood Discovery Museum magnetism/de

Projektdaten

Typ
Autoren	XSkev Ryan Bergum Keiran Miller Brian
Standort	Eureka , Kalifornien
Status	Bereitgestellt
Jahre
Gemacht	Ja
Repliziert	NEIN
Anwendung	Ausbildung
OKH-Manifest	Herunterladen

„Multiple Magnetic Stations“ ist eine Ausstellung, die vom Team Saucers für das Redwood Discovery Museum in Eureka, Kalifornien, im Herbstsemester 2022 des Kurses „Einführung in Design“ (Engr205) an der Cal Poly Humboldt entworfen wurde . Die Ausstellung besteht aus drei separaten Abschnitten, die jeweils eine spannende und lehrreiche Möglichkeit bieten, Magnetismus zu erleben.

Hintergrund

Ziel dieses Projekts war es, im Redwood Discovery Museum, einem Kindermuseum in Eureka, Kalifornien, eine Reihe magnetischer Objekte in einem geschlossenen Rahmen zu präsentieren. Ziel war es, naturwissenschaftliche Bildung und Entdeckungen durch Freizeitaktivitäten zu fördern. Die Ausstellung kann für Kinder ab 4 Jahren zu Freizeit- und Bildungszwecken genutzt werden.

Problemstellung

Ziel dieses Projekts ist die Schaffung einer interaktiven Ausstellung, die Kindern die Prinzipien des Magnetismus auf unterhaltsame, spannende und lehrreiche Weise vermittelt. Team Saucers konzipierte und realisierte dieses Projekt auch, um das Redwood Discovery Museum zu unterstützen und so die Freude am lebenslangen Lernen bei Kindern zu wecken.

Kriterien

Während des Designprozesses wurden die folgenden Kriterien verwendet und gewichtet, um die wichtigsten Aspekte des Projekts für die endgültige Ausstellung hervorzuheben. Diese Kriterien wurden während des gesamten Designprozesses überprüft (und können weiterhin überprüft werden), um sicherzustellen, dass die Ausstellung die Mindestanforderungen für jedes Kriterium erfüllt oder übertrifft.

Prototyping

To prototype the framework and layout of the final frame design, cardboard and duct tape was used to create three boxes connected by a cardboard backboard, resulting in three exhibits for the magnetic solids, magnetic sand, and ferrofluid exhibits. The order of the contents of the boxes was determined to be (from left to right) magnetic solids, magnetic sands, and ferrofluid. This layout provides users with a pathway, progressing from most interacted with, to least commonly interacted with around a typical household.

The Magnetic Solids section was prototyped using 3D printed Tetris-like blocks that are made of ferrous 3D printing material. The objective of the prototype was to complete a puzzle of fitting blocks into a 4x4x2 grid, without any blocks sticking out of the set space. This prototype ended up being too restrictive in function, as there was one set goal, and only one solution to that set goal. This design prompted more thought into how to create a solution that is creative in use, and rely on intuition rather than the trial and error of fitting puzzle pieces into the grid.

To prototype the magnetic sands section of the final design, an acrylic box was filled with magnetic sand, or iron filings, and a magnetic grid set on a dowel connected to a wood sliding track was placed behind the acrylic box. The dowel connected to the wood sliding track is meant to slide the magnetic grid back and forth behind the acrylic box, allowing for magnetic sand to attract to the magnetic grid when the grid was close towards the acrylic box. The user can move magnetic sand and create a picture from the magnetic grid’s magnetic attraction. The user can then move the wooden slide back away from the magnetic sand and drop the magnetic sand by removing its magnetic attraction. This prototype was a proof of concept that showed that the design functions properly, and the magnetic sand is able to attract to the magnetic grid and drop when the magnetic grid is moved away.

Um einen Prototyp für das Ferrofluid-Exponat zu erstellen, wurde ein erster Versuch durchgeführt, bei dem Ferrofluid in eine leere Wasserflasche gegossen wurde. Dabei stellte sich heraus, dass sowohl Suspensionsflüssigkeit als auch ein gründlich gereinigter Behälter erforderlich sind, da sich der Behälter vollständig mit Ferrofluid verfärbte. Eine Manipulation des Ferrofluids mithilfe von Magneten war zwar erkennbar, aber schwer zu erkennen, da sich der Behälter durch das Ferrofluid dunkel verfärbte. Der zweite Ferrofluid-Versuch umfasste einen zylindrischen Acrylbehälter, der mit Spülmittel und einer Salzlösung als Suspensionsflüssigkeit gereinigt wurde. Auch dieser Prototyp war aufschlussreich, da er weiterhin Flecken und die Bildung von Salzkristallen aus der Salzlösung aufwies. Daraus ergab sich, dass Acryl für Ferrofluid-Displays ungeeignet ist, da seine Oberfläche nicht glatt genug ist, um ein Anhaften und Verfärben der Oberfläche durch Ferrofluid zu verhindern. Die Suspensionsflüssigkeit in Salzlösung konnte das Ferrofluid zwar suspendieren und stärkere Fleckenbildung verhindern als ohne Suspensionsflüssigkeit, hinterließ jedoch Salzkristalle an den Rändern des Behälters und war trüb. Dieser zweite Prototyp führte zu weiteren Untersuchungen. Wir kontaktierten die Firma FerroTech (einen kommerziellen Ferrofluid-Vertrieb), die uns an die Firma Concept Zero verwies, die auf die Herstellung von Ferrofluid-Displays für Museen und den privaten Gebrauch spezialisiert ist. Auf Grundlage dieser beiden Prototypen wurde eine Lösung für die Nutzung von Displays von Concept Zero gefunden.

• 
  Erster Prototypentwurf für den Rahmen der Magnetismus-Ausstellung.
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  3D-gedruckter Prototyp für den Bereich der magnetischen Feststoffe in der Ausstellung
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  Ein Prototyp für den Abschnitt „Magnetsand“ der Ausstellung, der die Funktion des Magnetsands (Eisenspäne) demonstriert, der von einem beweglichen Magnetgitter angezogen wird.
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  Erster Prototyp eines Ferrofluids, dessen Funktionsweise in einem Kunststoffbehälter getestet wird.
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  Zweiter Prototyp eines Ferrofluids, bei dem getestet wird, wie es sich in einem Acrylbehälter mit einer salzhaltigen Suspensionsflüssigkeit verhält.

Endprodukt

Die Lösung „Mehrere Magnetstationen“ oder kurz „Multi-Magnetstationen“ umfasst drei separate Abschnitte, die jeweils eine Form von Magnetismus aufweisen. Das aktuelle Design ist eine stark adaptierte Lösung der früheren Prototypen, behält jedoch die Kernidee bei, Konzepte mehrerer Magnetismen auf unterhaltsame, zugängliche und spannende Weise umzusetzen.

Der Rahmen der Ausstellung besteht aus zwei horizontalen, zwei vertikalen und zwei vertikalen Brettern (2 x 6 x 39 Zoll), die die drei Bereiche der Ausstellung voneinander trennen. Jeder Bereich verfügt über eine 12 x 23 Zoll große Öffnung, die viel Spielraum für die Gestaltung der einzelnen Ausstellungen bietet. Eine 41 x 14 Zoll große Sperrholzrückwand bedeckt die gesamte Rückseite der Ausstellung und vervollständigt die Kisten. Kleinere Holzstücke dienen als Struktur und Trennwände für die Ferrofluid-Flaschen im Ferrofluid-Bereich. An der Unterseite des Rahmens ist in der Mitte eine Holzrutsche für den Magnetsand-Bereich befestigt.

Der erste Teil unserer Ausstellung ist der Bereich Magnetische Festkörper. Dieser besteht aus 14 Blöcken, in die an mehreren Seiten kleine Magnete eingelassen sind. Jede Seite mit einem Magneten ist entweder blau oder rot lackiert. Die Farbe entspricht dem Magnetpol des Magneten. Die entgegengesetzten Pole oder Farben ziehen sich an, sodass die Blöcke nur dann eine Verbindung herstellen, wenn unterschiedliche Farben vorhanden sind.

Der Magnetsand-Bereich der Ausstellung besteht aus einer Acrylbox mit Magnetsand. An der Rückseite der Acrylbox ist ein Papierträger mit der Abbildung eines Sasquatchs angebracht. Dahinter befindet sich eine Reihe von Magneten, die an einem weiteren dicken Papierblatt befestigt sind. Dieses dicke Papierblatt ist an einem Holzdübel befestigt, der durch die untere 2x6-Platte ragt. Dieser Dübel bewegt sich auf einer Holzschiene, die in die Unterseite der 2x6-Platte geschraubt ist. Dadurch kann sich die Magnetanordnung hin und her bewegen und der Benutzer kann den Magnetsand neu einstellen.

Der Ferrofluid-Bereich der Ausstellung besteht aus drei vorversiegelten Glasflaschen. Jede Flasche enthält Ferrofluid, das in einer Suspensionsflüssigkeit von Concept Zero suspendiert ist. Dies verhindert Verfärbungen und ermöglicht die freie Bewegung des Ferrofluids in der Flasche bei Manipulation mit Magneten.

Konstruktion

Der Bauprozess beginnt mit dem Ausmessen der gewünschten Rahmenmaße aus Douglasienbrettern (5 x 15 cm). Die oberen und unteren Bretter wurden auf 104 cm Länge zugeschnitten, während vier vertikale Bretter auf 30 cm Länge zugeschnitten wurden. Die vertikalen Teile werden in 30-cm-Schritten in das obere Brett geschraubt, um den Rahmen für drei Fächer zu bilden. Das untere 104 cm lange Brett hat einen 7,5 cm langen Kanal, der senkrecht zur Länge des Bretts, etwa einen halben Zoll von einem Ende entfernt, ausgefräst wurde. Dieser Kanal wird genau in der Mitte des Bretts, etwa 52 cm von einem Ende entfernt, geschnitten.

Von hier aus begann der Bau des Acrylgehäuses. Zwei Acrylplatten mit einer Höhe von 30 cm und einer Breite von 29 cm wurden mit einer Tischkreissäge zugeschnitten, zusammen mit vier zusätzlichen Streifen zum Verschließen der Box. Zwei Streifen wurden mit einer Breite von 2,5 cm und einer Höhe von 30 cm zugeschnitten, zusammen mit zwei weiteren Streifen mit einer Breite von 2,5 cm und einer Länge von 29 cm. Acrylkleber wurde mit einer Spritze aufgetragen, um die Platten abzudichten und zusammenzukleben. Das obere Stück (2,5 cm x 29 cm) muss unbedingt entfernt werden, damit der Magnetsand nach dem Trocknen des Klebers in die Box gefüllt werden kann.

Für die magnetische Sandfunktion muss ein Gleitdübel an der unteren 2 x 6 Zoll großen Platte befestigt werden. Eine hölzerne Gleitschiene wurde auf die Breite von 2 x 6 Zoll zugeschnitten. Zur Befestigung der Gleitschiene auf der 2 x 6 Zoll großen Platte müssen zwei Sperrholzstücke mit einer Dicke von einem halben Zoll auf die Breite von 2 x 6 zugeschnitten werden, um die Gleitschiene für eine optimale Funktion anzuheben. Die Gleitschiene hatte eine vorgebohrte 1/4 x 1/4 Zoll große Aussparung für den Dübel. Zur Befestigung der Sperrholzstücke auf gegenüberliegenden Seiten des gefrästen Kanals sind zwei Schrauben erforderlich; von diesem Punkt an kann die Gleitschiene auf die Sperrholzstücke geschraubt werden. Nach diesem Vorgang wurden die Holzstücke gebeizt. Als Nächstes wird ein Stück Pappe in Form eines Sasquatch mit einem Teppichmesser ausgeschnitten. Nach dem Ausschneiden werden kleine Neodym-Magnete mit Sekundenkleber auf die Ausschnitte geklebt. Danach wird auf eine auf 8 x 8 Zoll zugeschnittene Plakattafel ein Sasquatch mit Acrylfarbe gemalt. Von hier aus wurde der Dübel mit Sekundenkleber in die vorgebohrte 1/4-Zoll-Vertiefung geklebt. Nachdem der Kleber getrocknet war, wurde die Sasquatch-Silhouette aus Pappe mit Sekundenkleber auf den Dübel geklebt.

Als Nächstes wird die Acrylbox an der unteren 2 x 6 Zoll großen Platte befestigt. Dazu wird die Box an der Wirkungslinie des Dübels ausgerichtet, sodass die obere Platte und ihre vertikalen Teile um die Box herum passen. Nachdem die Position durch Messen und Referenzieren bestimmt war, wurde die Box mit Sekundenkleber an der unteren Platte befestigt. Ein 12 x 1,27 cm großer Sperrholzstreifen wurde ausgeschnitten und in das obere Fach gelegt, um die Oberseite der Acrylbox zu stützen. Im nächsten Schritt wird die obere Platte mit ihren vertikalen Teilen an der unteren Platte befestigt, um den Rahmen zu verbinden. Nachdem das Oberteil in der richtigen Position platziert wurde, wird hinter der Acrylbox nahe der Oberseite Sekundenkleber aufgetragen, um die Box an dem oberen Teil festzukleben. In jedes vertikale Element wurden von unten zwei Schrauben gebohrt.

Anschließend wurde eine große Sperrholzplatte mit der gleichen Beize gebeizt, die für die 2 x 6 Zoll großen Stücke verwendet wurde. Nach dem Trocknen wurde die Sperrholzrückwand für den 41 x 14 Zoll großen Rahmen ausgeschnitten. Zur Verstrebung der Ferrofluidflaschen wurden mehrere weitere Sperrholzstreifen zugeschnitten. Diese Sperrholzstreifen hatten Abmessungen zwischen 12 x 0,5 Zoll und 12 x 3 Zoll. Für die Ferrofluidhalterung wurden 4 Blöcke in Abmessungen zwischen 4 x 4 Zoll und 2 x 4 Zoll zugeschnitten. Nachdem die zugeschnittenen Stücke gebeizt waren, wurden sie in einem der Fächer des Rahmens festgebohrt. Im Anschluss an diesen Schritt wurden 3 Stücke der vorgeschnittenen Sperrholzstreifen auf der Rückseite der Blöcke montiert, um die Ferrofluidflaschen zu stützen. Die Flaschen wurden dann an ihre Position gebracht und die letzten drei Sperrholzstreifen in den Block geschraubt.

Anschließend wurde die vorgeschnittene Sperrholzrückwand auf die Rückseite des Rahmens gebohrt. Damit der Sasquatch-Sandkasten richtig funktioniert, wurden zwei 3 x 6 Zoll große, im 40-Grad-Winkel stehende Beine zugeschnitten und an der Unterseite des Rahmens montiert. Zwei weitere 3 x 14 Zoll große Sperrholzstützbalken wurden zugeschnitten und an der Seite des Rahmens gebohrt. Der letzte Schritt vor dem Anbringen der letzten Magnete war die Installation des Saitenmagneten. In die Rückseite des Rahmens wurde eine Schraube gebohrt, an der eine Schnur befestigt war. Am anderen Ende der Schnur war ein Neodym-Magnet befestigt, der mit magnetischem Sand und Ferrofluid verwendet werden konnte. Schließlich wurden die Magnetwürfel, die aus ausgefrästen Holzwürfeln für kleine Neodym-Magnete hergestellt wurden, in das dritte Fach gestellt, womit die Ausstellung komplett war.

• Visuelle Darstellung einiger Punkte während unseres Designprozesses:
• 
  Abgebildeter Rahmen mit unfertigen Ferrofluid-Stützblöcken.
• 
  Rahmen aus 2x6-Zoll-Doug-Fir-Bretter.
• 
  Videodemonstration des Sasquatch-Magnetdübelschlittens, montiert auf der Unterseite eines 2x6-Bretts.

Video

Magnetischer Sasquatch

Beispiel für die Verwendung des magnetischen Sasquatch.

Autoren: Fenix Banaskiewicz

Stückliste

Nachfolgend finden Sie die Liste der für dieses Projekt gekauften Materialien und deren Kosten. Beachten Sie, dass dies unsere vorgeschlagenen Kosten sind und diese von denen anderer Personen, die dasselbe Projekt nachbauen möchten, erheblich abweichen können. Einige dieser Materialien wurden gespendet, daher ein großes Dankeschön an alle, die die Kosten gesenkt haben.

Die Gesamtsumme umfasst sowohl im Projekt enthaltene Materialien als auch ungenutztes Material, das entweder überzählig war oder für Forschungs- und Prototyping-Zwecke verwendet wurde.

Operation

Multimagnetische Stationen bestehen aus drei separaten Abschnitten, die jeweils unterschiedlich funktionieren. Nachfolgend finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Bedienung der einzelnen Abschnitte der Ausstellung.

( WICHTIGER HINWEIS: Diese Ausstellung ist sehr offen. Die folgenden Anweisungen dienen lediglich als Ausgangspunkt. Der Benutzer wird dringend ermutigt, die „Magie“ des Magnetismus zu erforschen und die Ausstellung nach eigenem Ermessen zu gestalten.)

Magnetische Feststoffstation

2

Positionieren Sie Blöcke nahe beieinander

Versuchen Sie, die Seiten der Blöcke in unterschiedlichen Ausrichtungen aneinander zu legen. Beobachten Sie die magnetischen Kräfte.

Magnetische Sandstation

3

Zurücksetzen und wiederholen

Um den Sand aus dem Sasquatch zu entfernen, drücken Sie den Holzgriff (direkt unter der Acrylbox) hinein. Beobachten Sie den magnetischen Sandfall. Ziehen Sie den Griff bis zum Anschlag zu sich heran. Jetzt ist der Sasquatch bereit zum Dekorieren.

Magnetische Flüssigkeitsstation

1

Magnet über die Flasche ziehen

Ähnlich wie bei der magnetischen Sandstation nimmst du einen Magneten (mit Schnur befestigt) in der Nähe und ziehst ihn über eine der drei Flaschen. Beobachte, wie die farbige magnetische Flüssigkeit auf den Magneten reagiert.

Wartung

Multi-Magnetic Stations ist ein vielseitiges und robustes Exponat, sodass der Wartungsaufwand größtenteils gering ist. Langfristig sind jedoch höhere Wartungsanforderungen und -kosten zu erwarten. Die Wartung sollte von einem Museumsmitarbeiter oder dem Eigentümer des Exponats durchgeführt werden. Die Wartungsarbeiten finden Sie im unten stehenden Zeitplan.

Wartungsplan

Täglich

• Prüfen Sie, ob Magnetblöcke fehlen.
• Prüfen Sie, ob die an den Magneten befestigten Schnüre reißen oder sich lösen.

Wöchentlich

• Überprüfen Sie, ob das magnetische Sandgehäuse Lecks oder sichtbare Schäden aufweist.
• Untersuchen Sie den magnetischen Sandschieber, um zu sehen, ob er ordnungsgemäß funktioniert.

Monatlich

• Achten Sie auf die strukturelle Integrität der Stützbalken.
• Prüfen Sie, ob Ferrofluidflaschen beschädigt wurden.

Jährlich

• Überprüfen Sie, ob die Ferrofluidflaschen trüb werden oder Flecken bekommen.
• Überprüfen Sie den gesamten Rahmen, um zu sehen, ob der Rahmen oder seine Stützen beschädigt sind.

Alle 2 Jahre

• Untersuchen Sie Ferrofluidflaschen, um zu sehen, ob der Inhalt noch immer auf die Magnete reagiert, ohne dass die Sicht beeinträchtigt wird.
• Beobachten Sie und stellen Sie fest, ob der magnetische Sand oxidiert ist.

Fazit

Testergebnisse

Die eingebetteten Magnete in den Holzblöcken des Abschnitts „Magnetische Feststoffe“ zogen sich gegenseitig an, je nachdem, welche Seite des Magneten frei lag. Die Seiten der Holzblöcke wurden rot und blau bemalt, je nachdem, ob sich die Magnete anzogen oder abstießen. Die roten Seiten zogen die blauen Seiten an (und umgekehrt), während die Seiten die gleichfarbigen abstießen. Die Blöcke wurden mit der Grundidee gebaut, eine Halbpyramidenform zu bilden, bieten aber die Möglichkeit, sich je nach magnetischer Anziehung/Abstoßung der eingebetteten Magnete in andere Formen zu verzweigen.

Der magnetische Sand (Eisenspäne) konnte durch die Neodym-Magnete manipuliert werden, wodurch aufgrund der magnetischen Anziehung interessante Muster entstanden. Das Magnetgitter hinter dem Sasquatch-Bild konnte nicht genügend magnetischen Sand anziehen, um ein ausreichend starkes Bild des Fells zu erzeugen, das den Sasquatch bedeckte, als das Magnetgitter in Richtung des Sasquatch-Bildes gezogen wurde.

Die Ferrofluid-Displays von Concept Zero konnten mit den mitgelieferten Magneten manipuliert werden und erforderten eine sichere Befestigung, da die Displays aus Glas gefertigt waren, um Klarheit und minimale Verschmutzung der Flaschen zu gewährleisten. Das Ferrofluid erzeugt Muster und folgt den Magneten problemlos und ohne Komplikationen.

Diskussion

Die magnetischen Feststoffe funktionierten wie vorgesehen und ermöglichten es, intuitiv zu lernen, wie magnetische Pole funktionieren. Außerdem konnten die Forscher herausfinden, warum sich ähnlich gefärbte Flächen abstoßen und sich entgegengesetzte gefärbte Flächen anziehen, wodurch Parallelen zwischen positiven und negativen Magnetpolen entstanden.

Der magnetische Sand und die magnetische Gitterrückwand hinter dem Sasquatch-Bild erforderten einen größeren Winkel, den wir entsprechend anpassten, sodass der Sand auf das Bild fiel und nicht gerade nach unten, was dazu führte, dass mehr Sand das Bild bedeckte und von der magnetischen Rückwand angezogen wurde.

Die Ferrofluid-Displays wurden mit 2x6 Holzstücken montiert, um sie mit minimaler Bewegung am Exponat zu befestigen. Die Vorderseite der Displays ist für die Benutzer sichtbar, die Holzstücke umschließen jedoch die Seiten des Displays, um zu verhindern, dass Benutzer das Display vom Exponat greifen oder abziehen können.

Gelernte Lektionen

Dieses Projekt unterstrich die Bedeutung der Forschung, da viele Produktionsverzögerungen auf nicht wie vorgesehen funktionierende Abschnitte zurückzuführen waren. Mehr Zeit für die Forschung hätte zu weniger Kosten für Prototypen und unser endgültiges Design geführt und weniger Zeit mit ausgelassenen Projektaspekten verschwendet. Weitere Zeit hätte in die Verbesserung der Ästhetik und Benutzerfreundlichkeit des Projekts, die Verbesserung der Ästhetik der magnetischen Sandausstellung sowie in die Entwicklung einer weniger restriktiven Halterung für die Ferrofluid-Displays investiert werden sollen, die den Zugang zu Rück- und Seitenteilen ermöglicht.

Nächste Schritte

Im weiteren Verlauf dieses Projekts können der Ausstellung möglicherweise Magnetstäbe und Werkzeuge in verschiedenen Formen hinzugefügt werden, sodass die Benutzer mit Magneten unterschiedlicher Größe an den magnetischen Sand- und Ferrofluidabschnitten experimentieren können.

Fehlerbehebung

Verwenden Sie die folgende Tabelle zur Fehlerbehebung:

Team

Cal Poly Humboldt, ENGR 215 (Herbst 2022), Mitglieder des Team Saucers:

• Fenix Banaskiewicz
• Keiran Miller
• Brian Nguyen

Referenzen

Seitendaten

Schlüsselwörter	engr 215 , Redwood Discovery Museum , Arcata , Cal Poly Humboldt , Herbst 2022 , Magnetismus , Magnetismus-Ausstellung , Ferrofluid
SDG	SDG04 Hochwertige Bildung
Autoren	Brian , Lonny Grafman , XSkev , Keiran Miller
Lizenz	CC-BY-SA-4.0
Organisationen	Cal Poly Humboldt
Sprache	Englisch (en)
Verwandt	0 Unterseiten , 6 Seiten verlinken hierher
Ansichten	72 Seitenaufrufe ( Analyse )
Erstellt	1. Dezember 2022 von Lonny Grafman
Letzte Bearbeitung	28. Februar 2024 von Felipe Schenone
Zitieren als	Brian , Lonny Grafman , XSkev , Keiran Miller (2022–2024). „Magnetismus im Redwood Discovery Museum“ . Appropedia . Abgerufen am 22. Juli 2025 .
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