Un Siglo de Plásticos
Esta lección explora cómo el desarrollo de plásticos, y la ingeniería de componentes plásticos en productos cotidianos, ha impactado al mundo. Los estudiantes aprenden sobre la historia de los plásticos, qué hacen los ingenieros de plásticos y cuántos productos se han mejorado mediante la adición de componentes plásticos. Los estudiantes trabajan en equipos para identificar productos sin plástico y productos que creen que no podrían existir en un mundo preplástico. Trabajan como equipos de "ingenieros" para ver si pueden rediseñar un producto para utilizar un 50% menos de componentes plásticos que en los diseños actuales.
- Aprenda sobre plásticos.
- Conozca cómo los plásticos se han diseñado en tantos productos comunes.
- Aprenda sobre el trabajo en equipo y el proceso de diseño / resolución de problemas de ingeniería.
Rangos de Edad: 8 - 18
Materiales de construcción (para cada alumno)
Materiales Requeridos
- Hojas de trabajo para estudiantes (en inglés)
- Sección de temas de antecedentes
Reto de Diseño
Sois un equipo de ingenieros al que se ha enfrentado el reto de elaborar una lista de cuatro máquinas o productos que creen que serían imposibles sin la invención de los plásticos. Luego, decidirá qué piezas de plástico reemplazará en uno de esos productos o máquinas para facilitar el reciclaje. ¿Qué materiales utilizará en su lugar y cómo afectará el rendimiento, el precio o la estética?
- Divida la clase en equipos de 3-4.
- Reparta la hoja de trabajo del siglo de los plásticos y la impresión de la sección de conceptos básicos.
- Discuta los temas de la sección Conceptos básicos.
- Revise el Proceso de Diseño de Ingeniería, el Desafío de Diseño, los Criterios, las Limitaciones y los Materiales.
- Indique a los estudiantes que trabajen en equipo para completar la primera hoja de trabajo del estudiante: ¡Plastic Hunt !:
- Piense en los artículos que puede encontrar en su hogar, salón de clases o en el patio de recreo. Identifique y documente cualquier artículo que no tenga componentes de plástico.
- Como clase, discuta las preguntas de reflexión:
- ¿Fue más difícil de lo que pensaba encontrar productos que no contenían plástico?
- De los productos que encontró sin plástico, ¿qué tenían en común?
- Si estuviera rediseñando uno de los productos que encontró, ¿cambiaría
- Cualquiera de los componentes al plástico? ¿Por qué? ¿Por qué no?
- ¿Crees que los CD serían posibles sin los plásticos? ¿Por qué? ¿Por qué no?
- ¿Por qué es importante el reciclaje?
- Instruya a los estudiantes a trabajar en equipo para completar Primer Paso
de la segunda hoja de trabajo para el estudiante: usted es el ingeniero:
- Elabora una lista de cuatro máquinas o productos que creas que serían imposibles sin la invención de los plásticos. Para cada uno, responda estas preguntas:
- ¿Qué% del producto es plástico?
- ¿Por qué sería esto imposible sin plástico?
- ¿Cómo ha impactado esta máquina o producto al mundo?
- Elabora una lista de cuatro máquinas o productos que creas que serían imposibles sin la invención de los plásticos. Para cada uno, responda estas preguntas:
- Instruya a los estudiantes a trabajar en equipo para completar Segundo Paso de la segunda hoja de trabajo para el estudiante: usted es el ingeniero:
- Reemplace parte del plástico en cualquiera de los cuatro productos o máquinas que identificó en la Parte Uno para que sean más fáciles de reciclar. Discuta qué materiales usará en su lugar, cómo afectará el rendimiento, el precio o la estética. Luego presente sus ideas a la clase:
- Describe lo que hace tu producto y el porcentaje que crees que es plástico.
- Explique qué componentes reemplazará con otros materiales; describa cómo seleccionó los materiales de reemplazo y cómo los nuevos materiales afectarán el peso, el costo y la funcionalidad del producto.
- Predecir si este producto será tan eficaz como el diseño actual, si su fabricación podría costar más y cómo sería más fácil de reciclar.
- Describa cómo su equipo cree que la ingeniería de plásticos en productos comunes ha impactado al mundo.
- Reemplace parte del plástico en cualquiera de los cuatro productos o máquinas que identificó en la Parte Uno para que sean más fáciles de reciclar. Discuta qué materiales usará en su lugar, cómo afectará el rendimiento, el precio o la estética. Luego presente sus ideas a la clase:
- Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."
Modificación de Tiempo
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.
¿Qué son los plásticos?
Un Siglo de Plásticos
El siglo XIX vio enormes avances en la química de los polímeros. Sin embargo, requirió los conocimientos de los ingenieros químicos durante el siglo XX para hacer de los polímeros producidos en masa una realidad económica viable. Cuando se introdujo un plástico llamado baquelita en 19, lanzó la "Era del plástico". La baquelita se diseñó en muchos productos, desde enchufes eléctricos hasta cepillos para el cabello, radios, relojes e incluso joyas. ¡Los productos de baquelita de esta época ahora son altamente coleccionables! Hoy en día, los plásticos se encuentran en casi todos los productos. Es difícil encontrar muchas máquinas que no incorporen varios tipos de plástico.
¿Qué son los plásticos?
Los plásticos son polímeros: largas cadenas de átomos unidos entre sí. Plástico es un término que en realidad cubre una amplia gama de productos de polimerización sintéticos o semisintéticos. Están compuestos de condensación orgánica o polímeros adicionales y pueden contener otras sustancias para que sean más adecuados para una aplicación con variaciones en la tolerancia al calor, la dureza, el color y la flexibilidad. Los plásticos pueden moldearse o conformarse en formas duras particulares, o desarrollarse como películas o fibras. En algún momento de su fabricación, todos los plásticos pueden fluir. La palabra plástico se deriva del hecho de que muchas formas son maleables y tienen la propiedad de plasticidad. Los ingenieros a menudo recurren al plástico como componente de muchos productos porque es liviano, relativamente económico y duradero. Ha reducido el costo de muchos productos y muchos productos no existirían hoy sin el plástico.
Ingenieros plásticos
El desarrollo de plásticos lanzó un nuevo campo de trabajo: ¡Ingenieros en plásticos! Estudian las propiedades de los materiales poliméricos y desarrollan máquinas que pueden dar forma a piezas de plástico. Exploran formas de moldear plásticos para satisfacer las necesidades de otros ingenieros que necesitan piezas, como fundas para teléfonos móviles, suelas de zapatos y ruedas de mochila. También trabajan para mejorar el rendimiento de los plásticos, buscando nuevos materiales que reaccionen mejor a altas o bajas temperaturas o movimientos repetitivos.
Línea de tiempo corta
- 1907: Leo Hendrik Baekeland crea el primer plástico basado en un polímero sintético, la baquelita. La baquelita fue el primer plástico inventado que mantuvo su forma después de ser calentado.
- 1908: El celofán fue descubierto por el químico suizo Jacques Brandenberger.
- Década de 1920: Se producen acetato de celulosa, acrílicos (Lucite & Plexiglas) y poliestireno.
- 1957: General Electric desarrolla plásticos de policarbonato.
- 1968: El consumo de fibras sintéticas supera a las fibras naturales en EE. UU.
- 1987: Nipon Zeon desarrolla plástico con "memoria" para que se pueda doblar y torcer a bajas temperaturas, pero cuando se calienta por encima de 37 grados Celsius, ¡recupera su forma original!
- Década de 1990: los programas de reciclaje de plásticos son comunes y ofrecen un nuevo uso para los plásticos viejos.
Historia preplástica de los objetos cotidianos
Cepillo de dientes
El primer cepillo de dientes conocido fue un "palo para masticar" hecho de ramitas masticadas o machacadas. Este estilo de higiene dental se remonta a miles de años. Más recientemente, los cepillos de dientes se fabricaron con mangos de hueso con cerdas o pelos de cerdo enrollados con alambre. Este estilo fue popular desde el siglo XVII hasta mediados del siglo XIX, aunque el mango a veces estaba hecho de madera. El siguiente gran cambio de diseño fue impulsado por la introducción de Nylon. Este material sintético se aplicó por primera vez al cepillo de dientes alrededor de 1600. En 1800, los ingenieros comenzaron a desarrollar cepillos de dientes eléctricos para mejorar la eficacia del cepillado. El primer cepillo de dientes eléctrico real se desarrolló en Suiza en 1938. En los Estados Unidos, Squibb introdujo un cepillo de dientes eléctrico en 1939, seguido de General Electric introduciendo un cepillo de dientes inalámbrico recargable en 1939. Incluso el hilo dental, que originalmente estaba hecho de hilo de seda, no se Se popularizó hasta la llegada de los plásticos y materiales sintéticos.
Pluma
Durante los primeros tres mil años desde la invención del papel, el instrumento de escritura que la mayoría de la gente utilizó fue la pluma de un pájaro, generalmente un ganso, que se sumergió en un pozo de tinta. Las puntas de lápiz de acero producidas en masa comenzaron a aparecer a principios del siglo XIX, lo que proporcionó más control sobre la línea. Durante la Primera Guerra Mundial, los bolígrafos comenzaron a fabricarse con una sustancia de goma dura, generalmente negra, conocida como vulcanita. Los primeros plásticos coloreados se introdujeron en la década de 1800. Sheaffer introdujo bolígrafos hechos de celuloide en diferentes colores. Estos eran muy caros, pero demostraron ser tan populares que en unos pocos años la mayoría de los fabricantes de plumas estilográficas estaban ofreciendo bolígrafos en el nuevo material sintético, reemplazando algunos diseños de metal y madera. Sin embargo, fue el uso generalizado de plásticos y la ingeniería del bolígrafo sin fugas lo que redujo el costo de los instrumentos de escritura finos y los puso al alcance de la mayoría de las personas. En la década de 1920, los bolígrafos desechables se hicieron cargo y, aunque las plumas estilográficas siguen disponibles, en la actualidad solo tienen una participación muy pequeña del mercado.
GAFAS
Los anteojos fueron hechos originalmente de metal y vidrio. Sin embargo, si alguien requiriera una receta particularmente fuerte, el vaso sería muy pesado apoyado en la nariz. Los plásticos revolucionaron las gafas, reemplazando la lente de vidrio con material más liviano y reemplazando la mayor parte del metal en los marcos con plásticos más livianos y coloridos. Sin embargo, todavía hay metal en el marco, ya que la mayoría de las bisagras todavía están hechas de metal. Y, por supuesto, no habría lentes de contacto sin el desarrollo de materiales sintéticos.
- 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).
- Prototipo: Modelo funcional de la solución a probar.
- Reciclaje: Proceso de tomar materiales listos para ser desechados y convertirlos (cambiarlos) en materiales reutilizables.
Enlaces a Internet
Lectura Recomendada
- Plástico estadounidense: una historia cultural de Jeffrey L. Meikle (ISBN: 978-0813522357) Ingeniería de plásticos de RJ Crawford (ISBN: 978-0750637640)
Actividad de Escritura
- Escribe un ensayo o un párrafo que describa si crees que los vuelos espaciales serían posibles sin la introducción de plásticos. Dé ejemplos para apoyar su punto de vista.
- Escribe un ensayo o un párrafo que describa cómo funciona el reciclaje en tu ciudad. Dé ejemplos de cómo los ingenieros incorporan materiales reciclados en nuevos productos.
Alineación con los marcos curriculares
Nota: Todos los planes de lecciones de esta serie están alineados con los EE. UU. Estándares Nacionales de Educación Científica (producido por el Consejo nacional de investigación y respaldado por la Asociación Nacional de Maestros de Ciencias), y si corresponde, a los Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica y los Principios y Estándares para Matemáticas Escolares del Consejo Nacional de Maestros de Matemáticas.
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados K-4 (edades 4-9)
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Propiedades de objetos y materiales
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Habilidades para distinguir entre objetos naturales y objetos hechos por humanos.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Tipos de recursos
- Cambios en los entornos
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
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 5-8 (10-14 años)
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de sus actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Propiedades y cambios de propiedades en la materia.
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
- Riesgos y beneficios
- Ciencia y tecnología en la sociedad
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Historia de la ciencia
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 9-12 (14-18 años)
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de sus actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Estructura y propiedades de la materia.
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
- Calidad del medio ambiente
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Perspectivas historicas
Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades
La naturaleza de la tecnología
- Estándar 3: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de las relaciones entre las tecnologías y las conexiones entre la tecnología y otros campos de estudio.
Tecnología y Sociedad
- Estándar 4: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los efectos culturales, sociales, económicos y políticos de la tecnología.
- Estándar 5: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los efectos de la tecnología en el medio ambiente.
- 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.
Habilidades para un mundo tecnológico
- Estándar 13: Los estudiantes desarrollarán habilidades para evaluar el impacto de productos y sistemas.
El mundo diseñado
- Estándar 19: Los estudiantes desarrollarán una comprensión y serán capaces de seleccionar y utilizar tecnologías de fabricación.
Ingeniería Industrial
Ingeniería Informática¡Caza de plástico!
Paso Uno: En equipo, piensen en los artículos que pueden encontrar en su hogar, salón de clases o en el patio de recreo. ¿Puede identificar algún artículo que no tenga componentes de plástico?
| Articulos de cocina | Artículos de baño | Elementos del aula | Equipo deportivo |
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Preguntas:
- ¿Fue más difícil de lo que pensaba encontrar productos que no contenían plástico?
- De los productos que encontró sin plástico, ¿qué tenían en común?
- Si estuviera rediseñando uno de los productos que encontró, ¿cambiaría alguno de los componentes por plástico? ¿Por qué? ¿Por qué no?
- ¿Crees que los CD serían posibles sin los plásticos? ¿Por qué? ¿Por qué no?
- ¿Por qué es importante el reciclaje?
Paso Uno: En equipo, elaboren una lista de cuatro máquinas o productos que crean que serían imposibles sin la invención de los plásticos. Para cada uno, responda las siguientes preguntas:
| ¿Qué porcentaje del producto es plástico? | ¿Por qué sería esto imposible sin plástico? | ¿Cómo ha impactado esta máquina o producto al mundo? | |
| 1-
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| 2-
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| 3-
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| 4-
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Paso Dos: Su desafío es trabajar como un equipo de “ingenieros” para reemplazar parte del plástico en cualquiera de los cuatro productos o máquinas que identificó en la primera parte de esta hoja de trabajo para facilitar su reciclaje. Discuta qué materiales usará en su lugar, cómo afectará el rendimiento, el precio o la estética. Luego presente sus ideas a la clase en tres formas:
- Describe lo que hace tu producto y el porcentaje que crees que es plástico.
- explique qué componentes reemplazará con otros materiales; describa cómo seleccionó los materiales de reemplazo y cómo los nuevos materiales afectarán el peso, el costo y la funcionalidad del producto.
- predecir si este producto será tan eficaz como el diseño actual, si su fabricación podría costar más y cómo sería más fácil de reciclar.
- describa cómo su equipo cree que la ingeniería de plásticos en productos comunes ha impactado al mundo.
