¡Despegar!

Reto de Diseño

Formas parte de un equipo de ingenieros que tiene el desafío de construir un modelo de lanzacohetes y diseñar y construir un cohete que pueda elevarse más alto y más recto en comparación con otros equipos de estudiantes de tu clase.

Criterios 

• Diseñado para subir más alto y más recto

Limitaciones

• Utilice solo los materiales del kit proporcionados

1. Divida la clase en equipos de 2-4.
2. Reparta la hoja de trabajo Blast Off, así como algunas hojas de papel para dibujar. 
3. Muestre a los estudiantes la Guía para principiantes de cohetería de la NASA (www.grc.nasa.gov/www/k-12/rocket/) y echa un vistazo al simulador de cohetes en línea. Considere preguntar a los estudiantes cómo creen que puede volar un cohete y cómo los ingenieros deben considerar la carga útil, el clima y la forma y el peso de un cohete al desarrollar un diseño de cohete nuevo o rediseñado.
4. Revise el proceso de diseño de ingeniería, el desafío de diseño, los criterios, las restricciones y los materiales del kit. 
5. Indique a los estudiantes que comiencen a hacer una lluvia de ideas y esbocen un diagrama detallado de cómo se verá su cohete cuando esté terminado. También discutirán cómo trabajarán juntos para construir su lanzacohetes. Deben estimar qué tan alto creen que viajará su cohete. Deben pensar en lo que pueden hacer en su diseño para asegurarse de que su cohete vaya más alto y más recto. 
6. Proporcione a cada equipo sus kits.
7. Explique que los estudiantes deben construir un cohete y un lanzacohetes usando el kit provisto. 
8. Anuncie la cantidad de tiempo que tienen para construir (se recomienda 1 hora). 
9. Utilice un temporizador o un cronómetro en línea (función de cuenta atrás) para asegurarse de mantener el tiempo. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dé a los estudiantes “avisos de tiempo” regulares para que se mantengan concentrados. Si tienen dificultades, hágales preguntas que los llevarán a una solución más rápido. 
10. Los equipos construyen sus lanzacohetes. 
11. Pruebe los cohetes siguiendo las instrucciones de lanzamiento del kit del lanzacohetes.
12. Los equipos deben observar y documentar los patrones de vuelo de sus cohetes y los de otros equipos.
13. Como clase, discuta las preguntas de reflexión de los estudiantes.
14. Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."

Actividad de ampliación

Haga que los estudiantes mayores o más avanzados usen un altímetro para medir la aceleración como parte de esta lección e incorpore discusiones sobre la fuerza g.

Estudiantes más jóvenes

Para los estudiantes más jóvenes, TryEngineering.org ofrece una lección de cohetes de presión de agua, llamada "Lanzamiento de cohetes de agua" 

Reflexión Estudiantil (cuaderno de ingeniería)

1. ¿Cómo se compara la altura que estimó que alcanzaría su cohete con la altura real estimada? 
2. ¿Qué crees que pudo haber causado alguna diferencia en la altura que alcanzaste? 
3. ¿Tu cohete se lanzó hacia arriba? Si no es así, ¿por qué cree que se desvió de su curso? 
4. ¿Crees que esta actividad fue más gratificante para hacer en equipo, o hubieras preferido trabajar solo en ella? ¿Por qué? 
5. ¿Ajustó su modelo de cohete en absoluto? ¿Cómo? ¿Cree que esto ayudó u obstaculizó sus resultados?
6. ¿Cómo crees que se habría comportado de manera diferente el cohete si hubiera sido lanzado en una atmósfera ingrávida?
7. ¿Qué medidas de seguridad crees que tienen en cuenta los ingenieros al lanzar un cohete real? Considere la ubicación de la mayoría de los sitios de lanzamiento como parte de su respuesta.
8. Cuando los ingenieros están diseñando un cohete que transportará personas además de carga, ¿cómo crees que cambiará el cohete en términos de diseño estructural, funcionalidad y ¿caracteristicas?
9. ¿Crees que los diseños de cohetes cambiarán mucho en los próximos diez años? ¿Cómo?
10. ¿Qué compensaciones tienen que hacer los ingenieros al considerar el espacio / peso del combustible frente al peso de la carga?

La lección se puede realizar en tan solo 1 período de clase para estudiantes mayores. Sin embargo, para ayudar a los estudiantes a no sentirse apresurados y asegurar el éxito de los estudiantes (especialmente para los estudiantes más jóvenes), divida la lección en dos períodos para que los estudiantes tengan más tiempo para intercambiar ideas, probar ideas y finalizar su diseño. Realice las pruebas y el informe en el próximo período de clases.

• Restricciones: limitaciones de material, tiempo, tamaño del equipo, etc.
• Criterios: Condiciones que debe satisfacer el diseño como su tamaño total, etc.
• Ingenieros: inventores y solucionadores de problemas del mundo. Se reconocen veinticinco especialidades principales en ingeniería (ver infografía).
• Proceso de diseño de ingeniería: los ingenieros de procesos utilizan para resolver problemas. 
• Hábitos de la mente de ingeniería (EHM): Seis formas únicas en que piensan los ingenieros.
• Iteración: Probar y rediseñar es una iteración. Repetir (múltiples iteraciones).
• Carga útil: Cantidad de bienes transportados por un vehículo, avión o nave espacial.
• Prototipo: Modelo funcional de la solución a probar.
• Cohete: un dispositivo volador, con forma de tubo, que es impulsado por gases calientes liberados por motores en su parte trasera.

Enlaces a Internet

Cronología de la historia de los cohetes
Guía de cohetes para principiantes de la NASA  
Vuelo espacial humano de Virgin Galactic
Sonda solar Parker de la NASA

Lectura Recomendada

Hacer: Cohetes: ciencia espacial realista (ISBN: 978-1457182921)
Manual de modelo de cohetería (ISBN: 978-0471472421)
"Una historia pictórica de cohetes" (https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/rockets-guide-20-history.pdf)

Actividad de Escritura 

Escriba un ensayo o un párrafo que describa un ejemplo de cohetes que podrían usarse para ayudar a la sociedad en tiempos de paz.

Alineación con los marcos curriculares

Nota: Los planes de lecciones de esta serie están alineados con uno o más de los siguientes conjuntos de estándares:  

• Estándares de educación científica de EE. UU. (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Estándares de ciencia de la próxima generación de EE. UU. (http://www.nextgenscience.org/) 
• Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Principios y estándares para las matemáticas escolares del Consejo Nacional de Profesores de Matemáticas de EE. UU. (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Estándares Estatales Básicos Comunes de EE. UU. Para Matemáticas (http://www.corestandards.org/Math)
• Estándares de Informática de la Asociación de Maestros de Ciencias de la Computación K-12 (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 9-12 (14-18 años)

ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar

• Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas. 

ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas 

Como resultado de sus actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de

• Reacciones químicas 
• Movimientos y fuerzas 

ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar

• Habilidades de diseño tecnológico 
• Comprensión de ciencia y tecnología. 

ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de

• Ciencia y tecnología en desafíos locales, nacionales y globales 

ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de

• La ciencia como esfuerzo humano 
• Naturaleza del conocimiento científico 
• Perspectivas historicas 

Estándares de ciencias de la próxima generación: grados 6-8 (edades 11-14)

Materia y sus interacciones

Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:

• MS-PS1-6. Emprender un proyecto de diseño para construir, probar y modificar un dispositivo que libera o absorbe energía térmica mediante procesos químicos.

Diseño de ingeniería 

Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:

• MS-ETS1-1. Definir los criterios y limitaciones de un problema de diseño con suficiente precisión para asegurar una solución exitosa, teniendo en cuenta los principios científicos relevantes y los impactos potenciales en las personas y el medio ambiente natural que pueden limitar las posibles soluciones.
• MS-ETS1-2. Evalúe las soluciones de diseño de la competencia mediante un proceso sistemático para determinar qué tan bien cumplen con los criterios y limitaciones del problema.

Estándares de ciencias de la próxima generación: grados 9-12 (edades 14-18)

• HS-ETS1-4. Utilice una simulación por computadora para modelar el impacto de las soluciones propuestas a un problema complejo del mundo real con numerosos criterios y restricciones en las interacciones dentro y entre los sistemas relevantes para el problema.

Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades

La naturaleza de la tecnología

• Estándar 1: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de las características y el alcance de la tecnología.

Tecnología y Sociedad

• Estándar 6: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la sociedad en el desarrollo y uso de la tecnología.
• Estándar 7: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de la influencia de la tecnología en la historia.

Diseño

• Estándar 8: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los atributos del diseño.
• Estándar 9: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del diseño de ingeniería.
• Estándar 10: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la resolución de problemas, la investigación y el desarrollo, la invención y la innovación y la experimentación en la resolución de problemas.

Habilidades para un mundo tecnológico

Estándar 11: Los estudiantes desarrollarán habilidades para aplicar el proceso de diseño.

• Los estudiantes y el maestro a cargo deben leer y seguir CUIDADOSAMENTE las instrucciones del fabricante del cohete.
• Los profesores que nunca han supervisado el lanzamiento de un cohete pueden querer asociarse con un profesor que tenga su primer lanzamiento.
• Asegúrese de seguir las políticas de seguridad de su escuela.
• El lanzamiento, por supuesto, solo se puede realizar al aire libre.
• Los estudiantes y otras personas que no participan activamente en el lanzamiento del cohete deben mantenerse alejados. 250 pies es una cifra segura.
• Todos los miembros del equipo de lanzamiento deben usar gafas protectoras.
• Los cohetes del tipo ilustrado se encienden eléctricamente mediante un par de cables de unos 20 pies de largo. El equipo de lanzamiento debe estar detrás de un automóvil u otra barrera protectora. Incluso podrían sentarse dentro del automóvil si fuera necesario.
• Tenga en cuenta que una alternativa a los kits de lanzamiento de cohetes sería usar una bomba de pie y lanzar un cohete de aire (usando una botella de refresco vacía u otro recipiente para el cohete).