Creacions Clipper

Materials de construcció

Materials requerits

• Fulls de tauler d’escuma
• cinta adhesiva
• cola
• Palets de dents
• Tallador de caixes

Components del model

• Taula de talladora inferior
• Tauler tallador superior
• Palanca manual per accionar talls
• Part d’un llapis per fer d’eix
• Falca de tauler d'escuma per a l'extrem on s'uneixen les taules de tallar (pre-tallades pel professor)
• Punt de suport de doble gruix per a la palanca manual
• 8 vores de talladora (representen les vores de tall de talladores reals)
• 10 escuradents per formar extrems de l’eix del llapis

Per endavant, el professor hauria de retallar el tauler d’escuma segons el diagrama següent, proporcionant als estudiants formes prèviament tallades. A continuació, els estudiants munten peces petites a peces grans proveïdes de cola. Deixeu assecar la cola. L’endemà o període de classe, els estudiants haurien de muntar el model de talladora amb cinta a l’extrem de la vora tant de la placa inferior com de la superior. Feu lliscar els escuradents pels forats del llapis o cinteu-los al llapis.

materials

• Models de talladores d'ungles

Procés

• Els estudiants posen a prova els seus models de talladores d’ungles fent-los servir per simular el tall de les ungles

Disseny de repte

Vostè és un equip d'enginyers que té el repte de construir un model de treball d'un conjunt de talls d'ungles amb els materials proporcionats. Un cop hàgiu completat el model, proveu el disseny per simular el tall de les ungles.

A continuació, tindreu el repte d’idear un pla amb màquines senzilles per moure una agenda telefònica d’un costat a l’altre de l’aula sense tocar-lo. Heu d'utilitzar com a mínim una màquina senzilla a la vostra solució ... però podeu utilitzar-ne tantes com vulgueu.

Criteris

• Seguiu les instruccions descrites al full de treball de l'estudiant per construir el model

Restriccions

• Utilitzeu només els materials proporcionats

1. Divideix la classe en equips de 2.
2. Repartiu el full de treball Clipper Creations.
3. Discutiu els temes a la secció Conceptes de fons. Destaqueu els tipus de màquines simples, fixant-vos bé en la "palanca". Indiqueu als estudiants que facin servir el full de treball de l’estudiant com a guia per muntar els models de talladores d’ungles.
4. Reviseu el procés de disseny d'enginyeria, el repte de disseny, els criteris, les restriccions i els materials.
5. Proporcionar a cada equip els seus materials.
6. Expliqueu que els estudiants han de construir un model de treball per a un conjunt de talls d’ungles.
7. Anuncieu el temps que han de construir (es recomana 1 hora).
8. Utilitzeu un temporitzador o un cronòmetre en línia (funció de compte enrere) per assegurar-vos de mantenir-vos a temps. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Doneu als estudiants "controls de temps" periòdics perquè continuïn amb la tasca. Si tenen problemes, feu preguntes que els portin a una solució més ràpida.
9. Els estudiants es reuneixen i construeixen els seus models mitjançant les instruccions i els diagrames que es mostren al full de treball de l’estudiant
10. Els equips construeixen els seus dissenys.
11. Els equips posen a prova els seus dissenys simulant com tallarà les ungles el tallador d’ungles.
12. Després de completar la construcció del model, demaneu als equips d'estudiants que elaborin un pla amb màquines senzilles per moure una agenda telefònica d'un costat a l'altre de l'aula sense tocar-lo. Han d’utilitzar com a mínim una màquina senzilla a la seva solució ... però poden utilitzar-ne moltes com vulguin. Han d’esbossar el seu pla.
13. Com a classe, discutiu les preguntes de reflexió dels estudiants.
14. Per obtenir més contingut sobre el tema, consulteu la secció "Aprofundir".

Reflexió dels estudiants (quadern d’enginyeria)

1. Quina va ser la part més eficaç del vostre disseny: la part que va funcionar com estava previst?
2. Quina va ser la part menys efectiva del vostre disseny: la que va causar més problemes o que no va funcionar com teníeu previst?
3. Si pogués refer el pla original, què canviaria?
4. Creieu que els enginyers han de dissenyar, redissenyar i redissenyar per aconseguir el millor producte o procés? Posa un exemple d’un producte o procés que ha canviat amb el pas del temps (com ara telèfons o avions).

La lliçó es pot fer en només un període de classe per a estudiants més grans. Tanmateix, per ajudar els estudiants a no sentir-se precipitats i per garantir l'èxit dels estudiants (especialment per als estudiants més joves), dividiu la lliçó en dos períodes donant-los més temps per fer una pluja d'idees, provar idees i finalitzar el seu disseny. Realitzeu les proves i el resum en el següent període de classes.

Recurs per a professors

Normalment, les màquines tenen com a objectiu reduir la quantitat de força necessària per moure un objecte. Però en el procés, la distància augmenta. Una rampa de cadira de rodes es visualitza fàcilment com exemple d’aquesta relació. Tot i que la quantitat d'esforç i força es redueix (força), la distància real augmenta significativament. Per tant, la quantitat de treball real és la mateixa. Tot i que l’aplicació típica de les màquines és reduir l’esforç o la força, hi ha aplicacions importants de les màquines en què això no suposa cap avantatge, és a dir, la força no es redueix o en realitat hi ha una disminució de l’avantatge, és a dir, s’incrementa la força. El millor exemple d'una màquina que no proporciona cap avantatge és una politja simple o simple. Una sola politja només canvia la direcció de la força d’esforç. Un tiratge de cortina és un exemple.

Les talladores d’ungles són un exemple de palanques. La força que s’exerceix sobre el mànec dels talls comprimeix les fulles de les talls perquè les fulles toquin i retallin l’ungla. En un tallador d’ungles, el punt de suport és l’articulació pivot entre les dues parts del tallador.

Introducció a les màquines simples

Les màquines simples són "simples" perquè la majoria només tenen una part mòbil. Quan ajunteu màquines simples, obtingueu una màquina complexa, com una segadora de gespa, un cotxe i fins i tot una talladora de pèls elèctrica. Recordeu que una màquina és qualsevol dispositiu que facilita la feina. En ciència, "treballar" significa fer moure alguna cosa. És important saber que quan utilitzeu una màquina senzilla realment feu la mateixa quantitat de treball; sembla més senzill. Una màquina senzilla redueix l’esforç necessari per moure alguna cosa, però s’acaba movent a una distància més gran per realitzar la mateixa quantitat de treball. Recordeu, doncs, que hi ha una compensació d’energia quan s’utilitzen màquines simples.

Normalment, les màquines tenen com a objectiu reduir la quantitat de força necessària per moure un objecte. Però en el procés, la distància augmenta. Una rampa de cadira de rodes es visualitza fàcilment com exemple d’aquesta relació. Tot i que la quantitat d'esforç i força es redueix (força), la distància real augmenta significativament. Per tant, la quantitat de treball real és la mateixa. Tot i que l’aplicació típica de les màquines és reduir l’esforç o la força, hi ha aplicacions importants de les màquines en què això no suposa cap avantatge, és a dir, la força no es redueix o en realitat hi ha una disminució de l’avantatge, és a dir, s’incrementa la força. El millor exemple d'una màquina que no proporciona cap avantatge és una politja simple o simple. Una sola politja només canvia la direcció de la força d’esforç. Un tiratge de cortina és un exemple.

Les talladores d’ungles són un exemple de palanques. La força que s’exerceix sobre el mànec dels talls comprimeix les fulles de les talls perquè les fulles toquin i retallin l’ungla. En un tallador d’ungles, el punt de suport és l’articulació pivot entre les dues parts del tallador.

Tipus de màquines simples

Hi ha quatre tipus de màquines simples que constitueixen la base de totes les màquines mecàniques:

Palanca

Proveu de treure del terra una mala herba molt tossuda. Fent servir només les mans nues, pot ser difícil o fins i tot dolorós. Amb una eina, com una pala de mà, hauríeu de guanyar la batalla. Qualsevol eina que priva alguna cosa solta és una palanca. Una palanca és un braç que “gira” (o gira) contra un “punt de suport” (o punt). Penseu en l'extrem de la garra d'un martell que utilitzeu per aixecar les ungles. És una palanca. És un braç corbat que descansa contra un punt d’una superfície. A mesura que gireu el braç corbat, allunya l’ungla de la superfície. I això és un treball dur! Hi ha tres tipus de palanques:

• Palanca de primera classe: quan el punt de suport es troba entre el braç de força i el braç de la palanca, la palanca es descriu com una palanca de primera classe. De fet, molts de nosaltres coneixem aquest tipus de palanca. És l’exemple clàssic de trontollament o un tallador d’ungles.
• Palanca de segona classe: a la palanca de segona classe, el braç de càrrega es troba entre el punt de suport i el braç de força. Un bon exemple d’aquest tipus de palanca és la carretilla.
• Palanca de tercera classe: en aquesta classe de palanques, el braç de força es troba entre el punt de suport i el braç de càrrega. A causa d'aquesta disposició, es requereix una força relativament gran per moure la càrrega. Això es compensa amb el fet que és possible produir moviment de la càrrega a una llarga distància amb un moviment relativament petit del braç de força. Penseu en una canya de pescar!

Plà inclinat

Un pla és una superfície plana. Per exemple, un tauler llis és un avió. Ara bé, si l'avió està estès a terra, és probable que no us ajudi a fer feina. Tanmateix, quan aquest pla està inclinat o inclinat, us pot ajudar a moure objectes a distàncies. I això és feina! Un pla inclinat comú és una rampa. Aixecar una caixa pesada a un moll de càrrega és molt més fàcil si feu lliscar la caixa per una rampa, una màquina senzilla.

Falca

• En lloc d’utilitzar el costat llis del pla inclinat, també podeu utilitzar les vores punxegudes per fer altres tipus de treballs. Per exemple, podeu utilitzar la vora per separar les coses. Llavors, el pla inclinat és una falca. Per tant, una falca és en realitat una mena de pla inclinat. Una fulla d’eix és una falca. Penseu en la vora de la fulla. És la vora d’una superfície inclinada llisa. Això és una falca!

cargol

• Ara, agafeu un pla inclinat i emboliqueu-lo al voltant d’un cilindre. La seva vora afilada es converteix en una altra eina senzilla: el cargol. Poseu un cargol metàl·lic al costat d’una rampa i és difícil veure les semblances, però el cargol és en realitat un altre tipus de pla inclinat. Com us ajuda el cargol a treballar? Cada volta d’un cargol metàl·lic us ajuda a moure un tros de metall per un espai de fusta.

Roda i eix

Una roda és un disc circular unit a una barra central, anomenat eix. El volant d’un cotxe és una roda i un eix. La secció sobre la qual posem les mans i apliquem força (parell) s’anomena roda, que fa girar l’eix més petit. El tornavís és un altre exemple de la roda i l’eix. Afluixar un cargol atapeït amb les mans nues pot ser impossible. El mànec gruixut és la roda i l’eix metàl·lic és l’eix. Com més gran sigui el mànec, menys força es necessita per girar el cargol.

Politja

En lloc d’un eix, la roda també podria fer girar una corda o un cordó. Aquesta variació de la roda i l’eix és la politja. En una politja, un cordó envolta una roda. A mesura que la roda gira, el cable es mou en qualsevol direcció. Ara, fixeu un ganxo al cable i podreu utilitzar la rotació de la roda per pujar i baixar objectes. En un pal de bandera, per exemple, s’uneix una corda a una politja. A la corda, normalment hi ha dos ganxos. El cable gira al voltant de la politja i baixa els ganxos on podeu fixar la bandera. A continuació, gireu el cordó i la bandera s’alça al pal.

lectura recomanada

• Fent meravelles mecàniques a la fusta (ISBN: 978-1626548862)
• Experiments científics amb màquines senzilles (Experiments científics) de Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson (ISBN: 978-0531154458)

Activitat d’escriptura

Identifiqueu exemples d'altres dissenys de talladores d'ungles. Escriviu un assaig (o paràgraf en funció de l’edat) sobre la diferència dels dissenys i sobre com els diferents dissenys poden afectar la funció del tallador.

Alineació als marcs d’estudis

Nota: Tots els plans de lliçons d'aquesta sèrie estan alineats amb el Normes nacionals d’educació científica que van ser produïts pel  Consell Nacional de Recerca i avalat per l'Associació Nacional de Professors de Ciències i, si escau, també pels Estàndards per a l'alfabetització tecnològica de l'Associació Internacional d'Educació Tecnològica o pels Principis i Normes de Matemàtiques Escolars del Consell Nacional de Professors de Matemàtiques.

Normes nacionals d’educació científica Graus K-4 (entre 4 i 9 anys) 

ESTÀNDARD DE CONTINGUT A: La ciència com a consulta

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de desenvolupar-se

• Capacitats necessàries per fer investigacions científiques
• Comprensió sobre la investigació científica

ESTÀNDARD DE CONTINGUT E: Ciència i tecnologia

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de desenvolupar-se

• Habilitats de disseny tecnològic

ESTÀNDARD DE CONTINGUT F: Ciència en perspectives personals i socials

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de comprendre millor

• Ciència i tecnologia en els reptes locals

ESTÀNDARD DE CONTINGUT G: Història i naturalesa de la ciència

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de comprendre millor

• La ciència com a esforç humà

Normes nacionals d’educació científica Cicles 5-8 (entre 10 i 14 anys) 

ESTÀNDARD DE CONTINGUT A: La ciència com a consulta

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de desenvolupar-se

• Capacitats necessàries per fer investigacions científiques
• Comprensions sobre investigació científica

ESTÀNDARD DE CONTINGUT E: Ciència i tecnologia

Com a resultat de les activitats dels cursos 5-8, tots els estudiants haurien de desenvolupar-se

• Habilitats de disseny tecnològic
• Comprensions sobre ciència i tecnologia

ESTÀNDARD DE CONTINGUT F: Ciència en perspectives personals i socials

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de comprendre millor

• Riscos i beneficis
• Ciència i tecnologia a la societat

ESTÀNDARD DE CONTINGUT G: Història i naturalesa de la ciència

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de comprendre millor

• La ciència com a esforç humà
• Història de la ciència

Normes nacionals d’educació científica Cicles 9-12 (edats 14-18)

ESTÀNDARD DE CONTINGUT A: La ciència com a consulta

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de desenvolupar-se

• Capacitats necessàries per fer investigacions científiques
• Comprensions sobre investigació científica

ESTÀNDARD DE CONTINGUT E: Ciència i tecnologia

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de desenvolupar-se

• Habilitats de disseny tecnològic
• Comprensions sobre ciència i tecnologia 

ESTÀNDARD DE CONTINGUT F: Ciència en perspectives personals i socials

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de comprendre millor

• Salut personal i comunitària
• Ciència i tecnologia en els reptes locals, nacionals i globals

ESTÀNDARD DE CONTINGUT G: Història i naturalesa de la ciència

Com a resultat de les activitats, tots els estudiants haurien de comprendre millor

• Naturalesa del coneixement científic
• Perspectives històriques

Normes d’alfabetització tecnològica: totes les edats

La naturalesa de la tecnologia

• Estàndard 1: els estudiants desenvoluparan una comprensió de les característiques i l'abast de la tecnologia.

Tecnologia i societat

• Estàndard 4: els estudiants desenvoluparan una comprensió dels efectes culturals, socials, econòmics i polítics de la tecnologia.
• Estàndard 6: els estudiants desenvoluparan una comprensió del paper de la societat en el desenvolupament i ús de la tecnologia.
• Estàndard 7: els estudiants desenvoluparan una comprensió de la influència de la tecnologia en la història.

disseny

• Estàndard 8: els estudiants desenvoluparan una comprensió dels atributs del disseny.
• Estàndard 9: els estudiants desenvoluparan una comprensió del disseny d’enginyeria.
• Estàndard 10: els estudiants desenvoluparan una comprensió del paper de la resolució de problemes, la investigació i el desenvolupament, la invenció i la innovació i l’experimentació en la resolució de problemes.

Habilitats per a un món tecnològic

• Estàndard 13: els estudiants desenvoluparan habilitats per avaluar l’impacte de productes i sistemes. 

El món dissenyat

Estàndard 17: els estudiants aprendran i seran capaços de seleccionar i utilitzar les tecnologies de la informació i la comunicació.

Construeix un model de talla d’ungles

Llista de materials

• tauler d’escuma
• cinta escocella
• escuradents

Parts del model

• Taula de talladora inferior
• Tauler tallador superior
• Palanca manual per accionar talls
• Part d’un llapis per fer d’eix
• Falca de tauler d'escuma per a l'extrem on s'uneixen les taules de tallar (precallades pel professor)
• Punt de suport de doble gruix per a la palanca manual
• 8 vores de talladora (representen les vores de tall de talladores reals)
• 10 escuradents per formar extrems de l’eix del llapis

instruccions

Treballant en equip, examineu la següent il·lustració i munteu peces petites a peces grans proveïdes de cola. Deixeu assecar la cola. A continuació, munteu el model de talla amb cinta a l'extrem de la vora de les taules de talla inferiors i superiors. Feu lliscar els escuradents pels forats del llapis o cinteu-los al llapis. Posa a prova els talls!

Vostè és l’enginyer! Treballa en equip i elabora un pla amb màquines senzilles per moure una agenda telefònica d’un costat a l’altre de l’aula sense tocar el llibre. Heu d'utilitzar com a mínim una màquina senzilla a la vostra solució ... però podeu utilitzar-ne moltes si voleu.

Pas 1:

Dibuixa la màquina o la solució del teu equip al quadre següent.

Segon pas:

Prova el pla del teu equip i mira si funciona.

Preguntes:

1. Quina va ser la part més eficaç del vostre disseny: la part que va funcionar com estava previst?

2. Quina va ser la part menys efectiva del vostre disseny: la que va causar més problemes o que no va funcionar com teníeu previst?

3. Si pogués refer el pla original, què canviaria?

4. Creieu que els enginyers han de dissenyar, redissenyar i redissenyar per aconseguir el millor producte o procés? Posa un exemple d’un producte o procés que ha canviat amb el pas del temps (com ara telèfons o avions).