Clipper Creations
U ovoj lekciji učenici uče o jednostavnim mašinama. Studenti dizajniraju i izrađuju radni model škare za nokte.
- Istražite osnovne principe inženjerskog dizajna.
- Naučite kako napraviti model jednostavne mašine.
- Istražite kako funkcionira jednostavna mašina poput škare za nokte.
Starosni nivoi: 8-18
Građevinski materijali
Potrebni materijali
- Listovi od pjenaste ploče
- Škotska traka
- lijepak
- Čačkalice
- Sekač kutija
Komponente modela
- Donja daska za šišanje
- Gornja daska za šišanje
- Ručna poluga za rukovanje škarama
- Dio olovke koji služi kao osovina
- Klin od pjenaste ploče za kraj gdje se daske za šišanje spajaju (prethodno izrezao nastavnik)
- Dvostruka debljina uporišta za ručnu polugu
- 8 rubova za šišanje (predstavljaju rezne ivice pravih aparata za šišanje)
- 10 čačkalica za oblikovanje krajeva osovine olovke
Učitelj treba unaprijed izrezati pjenastu ploču prema donjem dijagramu, pružajući učenicima unaprijed izrezane oblike. Učenici zatim sastavljaju male dijelove na velike dijelove opremljene ljepilom. Pustite da se ljepilo osuši. Sljedećeg dana ili na satu, učenici trebaju sastaviti model škare sa trakom na rubovima donje i gornje ploče za šišanje. Provucite čačkalice kroz rupe na olovci ili ih zalijepite ljepljivom trakom za olovku.
Materijali
- Modeli škare za nokte
proces
- Učenici isprobavaju svoje modele škare za nokte koristeći ih kako bi simulirali rezanje noktiju
Dizajn izazov
Vi ste tim inženjera koji ima izazov izgraditi radni model kompleta škare za nokte koristeći priložene materijale. Nakon što dovršite model, isprobajte svoj dizajn kako biste simulirali rezanje noktiju.
Zatim ćete imati izazov osmisliti plan koristeći jednostavne mašine za premještanje telefonskog imenika s jedne strane učionice na drugu bez dodirivanja knjige. Morate koristiti barem jednu jednostavnu mašinu u svom rješenju ... ali možete koristiti koliko god želite.
kriteriji
- Slijedite upute navedene na učeničkom radnom listu za izradu modela
Ograničenja
- Koristite samo dostavljene materijale
- Razbijte razred u timove od po dva.
- Podijelite radni list Clipper Creations.
- Raspravljajte o temama u odjeljku Pozadinski koncepti. Istaknite vrste jednostavnih mašina, posvećujući veliku pažnju "poluzi". Uputite učenike da koriste Studentski radni list kao vodič za sastavljanje svojih modela škare za nokte.
- Pregledajte postupak inženjerskog dizajna, izazov za dizajn, kriterije, ograničenja i materijale.
- Obezbedite svaki tim svojim materijalima.
- Objasnite da studenti moraju izgraditi radni model kompleta škare za nokte.
- Najavite koliko im treba vremena za izgradnju (preporučuje se 1 sat).
- Upotrijebite tajmer ili on-line štopericu (funkcija odbrojavanja) kako biste osigurali da budete na vremenu. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dajte učenicima redovne „vremenske provjere“ kako bi ostali na zadatku. Ako se muče, postavljajte pitanja koja će ih brže dovesti do rješenja.
- Učenici se sastaju i grade svoje modele koristeći upute i dijagrame prikazane na učeničkom radnom listu
- Timovi grade svoje dizajne.
- Timovi testiraju svoj dizajn simulirajući kako će im rezač noktiju rezati nokte.
- Nakon što dovrše izradu modela, uputite učeničke timove da osmisle plan koristeći jednostavne mašine za premještanje telefonskog imenika s jedne strane učionice na drugu bez dodirivanja knjige. Moraju koristiti barem jednu jednostavnu mašinu u svom rješenju ... ali mogu koristiti mnoge koje žele. Trebali bi skicirati svoj plan.
- Kao razred, razgovarajte o pitanjima za razmišljanje učenika.
- Za više sadržaja o temi, pogledajte odjeljak "Dublje kopanje".
Refleksija učenika (inženjerska sveska)
- Koji je bio najefikasniji dio vašeg dizajna - dio koji je funkcionirao prema planu?
- Koji je bio najmanje učinkovit dio vašeg dizajna - dio koji je izazvao najviše problema ili nije funkcionirao kako ste planirali?
- Kada biste mogli ponoviti svoj prvobitni plan, šta biste promijenili?
- Mislite li da inženjeri moraju dizajnirati, redizajnirati i redizajnirati kako bi došli do najboljeg proizvoda ili procesa? Navedite primjer proizvoda ili procesa koji se vremenom mijenjao (poput telefona ili aviona).
Izmjena vremena
Lekcija se može izvoditi za samo 1 čas za starije učenike. Međutim, da biste učenicima pomogli da se osjećaju požurivano i kako bi osigurali uspjeh učenika (posebno za mlađe učenike), podijelite lekciju u dva razdoblja dajući učenicima više vremena za mozganje, testiranje ideja i doradu njihovog dizajna. Sprovedite testiranje i brifing u narednom periodu nastave.
Nastavnički resurs
JEDNOSTAVNE MAŠINE | ŠTA JE TO | KAKO POMAŽE US WORK | PRIMJERI |
POLUGA
|
Kruta šipka koja počiva na podupiraču zvanom uporište
|
Podiže ili premešta teret
|
Grickalica za nokte, lopata, orašara, klackalica, poluga, lakat, pinceta, otvarač za boce
|
INCLINED PLANE
|
Kosa površina koja povezuje niži nivo sa višim
|
Stvari se kreću gore ili dolje
|
Tobogan, stepenice, rampa, pokretne stepenice, padina
|
TOČAK I OSOVINA
|
Točak sa šipkom, nazvan osovina, kroz svoje središte: oba dela se kreću zajedno
|
Podiže ili premešta teret
|
Kvaka na vratima, šiljilo za olovke, bicikl
|
REMENICA
|
Točak sa utorima sa užetom ili sajlom oko njega
|
Pomicanje stvari gore, dolje ili preko
|
Zavjesa, šleper, mini sjenilo, stup za zastavu, kran
|
Obično su strojevi namijenjeni smanjenju sile potrebne za pomicanje objekta. No, pritom se udaljenost povećava. Rampa za invalidska kolica lako je vizualizirati primjer ove veze. Dok se količina napora i snage smanjuje (sila), stvarna udaljenost se značajno povećava. Stoga je količina stvarnog posla ista. Iako je tipična primjena strojeva smanjenje napora ili sile, postoje važne primjene strojeva gdje to nije nikakva prednost - to jest da se sila ne smanjuje, ili zapravo postoji smanjenje prednosti - to jest, sila se povećava. Najbolji primjer stroja koji nema prednosti je jednostavna ili pojedinačna remenica. Jedna remenica mijenja samo smjer sile napora. Primjer je navlačenje zastora.
Škare za nokte primjer su poluga. Sila koja djeluje na dršku škare komprimira oštrice škare tako da sečiva dodiruju i obrezuju čavao. U škarama za nokte uporište je stožerni spoj između dva dijela škare.
Uvod u jednostavne mašine
Jednostavne mašine su „jednostavne“ jer većina ima samo jedan pokretni dio. Kada spojite jednostavne mašine, dobićete složenu mašinu, poput kosilice, automobila, čak i električnog trimera za kosu! Zapamtite, mašina je svaki uređaj koji olakšava rad. U nauci „rad“ znači pokretanje nečega. Važno je znati da kada koristite jednostavnu mašinu, zapravo radite istu količinu posla - samo se čini lakšim. Jednostavna mašina smanjuje količinu napora potrebnog za premještanje nečega, ali vi je na kraju pomaknete na veću udaljenost kako biste obavili istu količinu posla. Zato zapamtite, postoji kompromis energije kada se koriste jednostavne mašine.
Obično su strojevi namijenjeni smanjenju sile potrebne za pomicanje objekta. No, pritom se udaljenost povećava. Rampa za invalidska kolica lako je vizualizirati primjer ove veze. Dok se količina napora i snage smanjuje (sila), stvarna udaljenost se značajno povećava. Stoga je količina stvarnog posla ista. Iako je tipična primjena strojeva smanjenje napora ili sile, postoje važne primjene strojeva gdje to nije nikakva prednost - to jest da se sila ne smanjuje, ili zapravo postoji smanjenje prednosti - to jest, sila se povećava. Najbolji primjer stroja koji nema prednosti je jednostavna ili pojedinačna remenica. Jedna remenica mijenja samo smjer sile napora. Primjer je navlačenje zastora.
Škare za nokte primjer su poluga. Sila koja djeluje na dršku škare komprimira oštrice škare tako da sečiva dodiruju i obrezuju čavao. U škarama za nokte uporište je stožerni spoj između dva dijela škare.
Vrste jednostavnih mašina
Postoje četiri vrste jednostavnih mašina koje čine osnovu svih mehaničkih mašina:
nasip
Pokušajte izvući zaista tvrdoglavi korov iz zemlje. Koristeći samo gole ruke, to može biti teško ili čak bolno. S alatom, poput ručne lopate, ipak biste trebali dobiti bitku. Svaki alat koji oduzima nešto labavo je poluga. Poluga je ruka koja se „okreće“ (ili okreće) prema „tački oslonca“ (ili tački). Zamislite kandžasti kraj čekića koji koristite za otkopčavanje eksera. To je poluga. To je zakrivljena ruka naslonjena na tačku na površini. Dok rotirate zakrivljenu ruku, odvaja nokat sa površine. I to je naporan posao! Postoje tri vrste poluga:
- Poluga prve klase - Kada se uporište nalazi između kraka sile i poluge, poluga se opisuje kao poluga prve klase. Zapravo, mnogi od nas su upoznati s ovom vrstom poluge. To je klasičan primjer klackalica-ili škare za nokte.
- Poluga druge klase - U ručici druge klase, krak tereta leži između uporišta i sile sile. Dobar primjer ove vrste poluge je kolica.
- Poluga treće klase - U ovoj klasi ručica sila kraka leži između uporišta i tereta. Zbog ovog rasporeda potrebna je relativno velika sila za pomicanje tereta. To se nadoknađuje činjenicom da je moguće ostvariti kretanje tereta na velikoj udaljenosti uz relativno malo kretanje kraka sile. Zamislite štap za pecanje!
Nagnuta ravnina
Ravan je ravna površina. Na primjer, glatka ploča je ravnina. Ako avion leži ravno na zemlji, vjerojatno vam neće pomoći u obavljanju posla. Međutim, kada je ta ravnina nagnuta ili kosa, to vam može pomoći u premještanju predmeta na veće daljine. I to je posao! Uobičajena kosa ravnina je rampa. Podizanje teške kutije na utovarni pristanište mnogo je lakše ako kutiju gurnete uz rampu - jednostavnu mašinu.
klin
- Umjesto da koristite glatku stranu nagnute ravni, zašiljene ivice možete koristiti i za druge vrste poslova. Na primjer, rub možete koristiti za razdvajanje stvari. Tada je kosa ravnina klin. Dakle, klin je zapravo vrsta nagnute ravni. Osovina je klin. Zamislite ivicu oštrice. To je rub glatke kose površine. To je klin!
šraf
- Sada uzmite nagnutu ravninu i omotajte je oko cilindra. Njegov oštar rub postaje još jedan jednostavan alat: vijak. Stavite metalni vijak pored rampe i teško je vidjeti sličnosti, ali vijak je zapravo samo druga vrsta nagnute ravnine. Kako vam vijak pomaže pri radu? Svaki okret metalnog vijka pomaže vam da premjestite komad metala kroz drveni prostor.
Točak i osovina
Točak je kružni disk pričvršćen na centralnu šipku, koji se naziva osovina. Volan automobila je točak i osovina. Dio na koji stavljamo ruke i primjenjujemo silu (moment) naziva se kotač koji okreće manju osovinu. Odvijač je još jedan primjer kotača i osovine. Otpuštanje čvrstog vijka golim rukama može biti nemoguće. Debela ručka je kotač, a metalna osovina osovina. Što je ručka veća, potrebna je manja sila za okretanje vijka.
Puli
Umjesto osovine, kotač bi također mogao rotirati uže ili uže. Ova varijacija kotača i osovine je remenica. U remenici užad se omotava oko kotača. Dok se kotač okreće, kabel se pomiče u bilo kojem smjeru. Sada pričvrstite kuku na kabel i pomoću rotacije kotača možete podizati i spuštati predmete. Na jarbolu za zastavu, na primjer, uže je pričvršćeno za remenicu. Na užetu se obično nalaze dvije kuke. Uže se okreće oko remenice i spušta kuke na koje možete pričvrstiti zastavicu. Zatim okrenite kabel i zastavica se podiže visoko na stupu.
Preporučeno čitanje
- Stvaranje mehaničkih čuda u drvetu (ISBN: 978-1626548862)
- Naučni eksperimenti s jednostavnim mašinama (Naučni eksperimenti) Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson (ISBN: 978-0531154458)
Aktivnost pisanja
Odredite primjere drugih dizajna škare za nokte. Napišite esej (ili odlomak ovisno o dobi) o tome kako se dizajni razlikuju i kako različiti dizajni mogu utjecati na funkciju škare.
Usklađivanje sa okvirnim programima
Bilješka: Svi planovi lekcija u ovoj seriji usklađeni su sa Nacionalni standardi naučnog obrazovanja koje su proizveli Nacionalno istraživačko vijeće i koje je odobrilo Nacionalno udruženje nastavnika nauke, a ako je primjenjivo i standardi Međunarodne asocijacije za tehnološko obrazovanje za tehnološku pismenost ili Nacionalno vijeće principa i standarda nastavnika matematike za školsku matematiku.
Nacionalni standardi naučnog obrazovanja Razredi K-4 (uzrast 4 - 9)
SADRŽAJ STANDARD A: Nauka kao upit
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi se trebali razvijati
- Sposobnosti potrebne za obavljanje naučnog istraživanja
- Razumijevanje naučnog istraživanja
SADRŽAJ STANDARD E: Nauka i tehnologija
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi se trebali razvijati
- Sposobnosti tehnološkog dizajna
SADRŽAJ STANDARD F: Nauka u ličnoj i socijalnoj perspektivi
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi trebali razviti razumijevanje
- Nauka i tehnologija u lokalnim izazovima
SADRŽAJ STANDARD G: Istorija i priroda nauke
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi trebali razviti razumijevanje
- Nauka kao ljudski poduhvat
Nacionalni standardi naučnog obrazovanja Razredi 5-8 (uzrast 10 - 14 godina)
SADRŽAJ STANDARD A: Nauka kao upit
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi se trebali razvijati
- Sposobnosti potrebne za obavljanje naučnog istraživanja
- Razumijevanje o naučnom istraživanju
SADRŽAJ STANDARD E: Nauka i tehnologija
Kao rezultat aktivnosti u 5-8 razredima, svi učenici bi se trebali razvijati
- Sposobnosti tehnološkog dizajna
- Razumijevanje nauke i tehnologije
SADRŽAJ STANDARD F: Nauka u ličnoj i socijalnoj perspektivi
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi trebali razviti razumijevanje
- Rizici i koristi
- Nauka i tehnologija u društvu
SADRŽAJ STANDARD G: Istorija i priroda nauke
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi trebali razviti razumijevanje
- Nauka kao ljudski poduhvat
- Istorija nauke
Nacionalni standardi naučnog obrazovanja Razredi 9-12 (uzrast 14-18 godina)
SADRŽAJ STANDARD A: Nauka kao upit
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi se trebali razvijati
- Sposobnosti potrebne za obavljanje naučnog istraživanja
- Razumijevanje o naučnom istraživanju
SADRŽAJ STANDARD E: Nauka i tehnologija
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi se trebali razvijati
- Sposobnosti tehnološkog dizajna
- Razumijevanje nauke i tehnologije
SADRŽAJ STANDARD F: Nauka u ličnoj i socijalnoj perspektivi
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi trebali razviti razumijevanje
- Lično zdravlje i zdravlje zajednice
- Nauka i tehnologija u lokalnim, nacionalnim i globalnim izazovima
SADRŽAJ STANDARD G: Istorija i priroda nauke
Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi trebali razviti razumijevanje
- Priroda naučnog znanja
- Istorijske perspektive
Standardi za tehnološku pismenost - sva doba
Priroda tehnologije
- Standard 1: Studenti će razviti razumijevanje karakteristika i dometa tehnologije.
Tehnologija i društvo
- Standard 4: Studenti će razviti razumijevanje kulturnih, socijalnih, ekonomskih i političkih efekata tehnologije.
- Standard 6: Studenti će razviti razumijevanje uloge društva u razvoju i upotrebi tehnologije.
- Standard 7: Studenti će razviti razumijevanje uticaja tehnologije na istoriju.
dizajn
- Standard 8: Studenti će razviti razumijevanje svojstava dizajna.
- Standard 9: Studenti će razviti razumijevanje inženjerskog dizajna.
- Standard 10: Studenti će razviti razumijevanje uloge rješavanja problema, istraživanja i razvoja, pronalaska i inovacija i eksperimentiranja u rješavanju problema.
Sposobnosti za tehnološki svijet
- Standard 13: Studenti će razviti sposobnosti za procenu uticaja proizvoda i sistema.
Dizajnirani svijet
Standard 17: Studenti će razviti razumijevanje i biti u mogućnosti da biraju i koriste informacione i komunikacione tehnologije.
Napravite model škare za nokte
Lista materijala
- tabla spužve
- ljepljiva traka
- čačkalice
Delovi modela
- Donja daska za šišanje
- Gornja daska za šišanje
- Ručna poluga za rukovanje škarama
- Dio olovke koji služi kao osovina
- Klin od pjenaste ploče za kraj gdje se daske za šišanje spajaju (prethodno izrezao nastavnik)
- Dvostruka debljina uporišta za ručnu polugu
- 8 rubova za šišanje (predstavljaju rezne ivice pravih aparata za šišanje)
- 10 čačkalica za oblikovanje krajeva osovine olovke
instrukcije
Radeći u timovima, proučite sljedeću ilustraciju i sastavite male dijelove na velike dijelove s ljepilom. Pustite da se ljepilo osuši. Zatim sastavite model škare s trakom na rubovima donje i gornje ploče za šišanje. Provucite čačkalice kroz rupe na olovci ili ih zalijepite ljepljivom trakom za olovku. Testirajte svoje škare!
Vi ste inženjer! Radite u timu i osmislite plan koristeći jednostavne mašine za premještanje telefonskog imenika s jedne strane učionice na drugu bez dodirivanja knjige. Morate koristiti barem jednu jednostavnu mašinu u svom rješenju ... ali možete koristiti i mnoge ako želite.
Prvi korak:
Nacrtajte mašinu ili rješenje svog tima u donji okvir.
|
Drugi korak:
Isprobajte plan vašeg tima i provjerite funkcionira li!
Pitanja:
- Koji je bio najefikasniji dio vašeg dizajna - dio koji je funkcionirao prema planu?
- Koji je bio najmanje učinkovit dio vašeg dizajna - dio koji je izazvao najviše problema ili nije funkcionirao kako ste planirali?
- Kada biste mogli ponoviti svoj prvobitni plan, šta biste promijenili?
- Mislite li da inženjeri moraju dizajnirati, redizajnirati i redizajnirati kako bi došli do najboljeg proizvoda ili procesa? Navedite primjer proizvoda ili procesa koji se vremenom mijenjao (poput telefona ili aviona).
Prevođenje plana lekcije