Creaciones Clipper

Materiales de construcción

Materiales Requeridos

• Láminas de cartón de espuma
• cinta adhesiva
• pegamento
• Palillos de dientes
• Cortador de cajas

Componentes del modelo

• Tablero de podadoras inferior
• Tablero de podadoras superior
• Palanca de mano para operar maquinillas
• Parte de un lápiz para que sirva de eje.
• Cuña de tablero de espuma para el extremo donde se juntan los tableros de la podadora (precortado por el maestro)
• Fulcro de doble espesor para palanca manual
• 8 bordes del cortapelos (representan los bordes cortantes de los cortaúñas reales)
• 10 palillos de dientes para formar los extremos del eje del lápiz

De antemano, el maestro debe cortar la tabla de espuma según el diagrama a continuación, proporcionando a los estudiantes formas precortadas. Luego, los estudiantes ensamblan piezas pequeñas en piezas grandes provistas de pegamento. Deje que el pegamento se seque. Al día siguiente o período de clases, los estudiantes deben ensamblar el modelo de la cortadora con cinta adhesiva en el extremo del borde de las tablas de la cortadora inferior y superior. Deslice los mondadientes a través de los orificios del lápiz o péguelos con cinta adhesiva.

Materiales

• Modelos de cortaúñas

Proceso

• Los estudiantes prueban sus modelos de cortaúñas usándolos para simular cortarse las uñas

Reto de Diseño

Ustedes son un equipo de ingenieros al que se les ha dado el desafío de construir un modelo funcional de un juego de cortaúñas utilizando los materiales proporcionados. Una vez que haya completado su modelo, pruebe su diseño para simular cortarse las uñas.

A continuación, tendrá el desafío de diseñar un plan utilizando máquinas simples para mover una guía telefónica de un lado del aula a otro sin tocar el libro. Debe usar al menos una máquina simple en su solución ... pero puede usar tantas como desee.

Criterios

• Siga las instrucciones descritas en la Hoja de trabajo del estudiante para construir el modelo.

Limitaciones

• Utilice solo los materiales proporcionados

1. Divida la clase en equipos de 2.
2. Reparta la hoja de trabajo de Clipper Creations.
3. Analice los temas de la sección Conceptos básicos. Resalte los tipos de máquinas simples, prestando mucha atención a la "palanca". Indique a los alumnos que utilicen la Hoja de trabajo del alumno como guía para armar sus modelos de cortaúñas.
4. Revise el Proceso de Diseño de Ingeniería, el Desafío de Diseño, los Criterios, las Limitaciones y los Materiales.
5. Proporcione a cada equipo sus materiales.
6. Explique que los estudiantes deben construir un modelo funcional de un juego de cortaúñas.
7. Anuncie la cantidad de tiempo que tienen para construir (se recomienda 1 hora).
8. 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.
9. Los estudiantes se reúnen y construyen sus modelos usando las instrucciones y los diagramas que se muestran en la Hoja de trabajo del estudiante.
10. Los equipos construyen sus diseños.
11. Los equipos prueban sus diseños simulando cómo el cortador de uñas les cortará las uñas.
12. Después de completar la construcción del modelo, pida a los equipos de estudiantes que elaboren un plan utilizando máquinas simples para mover una guía telefónica de un lado del aula a otro sin tocar el libro. Deben usar al menos una máquina simple en su solución… pero pueden usar tantas como deseen. Deben esbozar su plan.
13. Como clase, discuta las preguntas de reflexión de los estudiantes.
14. Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."

Reflexión Estudiantil (cuaderno de ingeniería)

1. ¿Cuál fue la parte más efectiva de su diseño, la parte que funcionó según lo planeado?
2. ¿Cuál fue la parte menos efectiva de su diseño, la parte que causó más problemas o no funcionó como lo había planeado?
3. Si pudiera rehacer su plan original, ¿qué cambiaría?
4. ¿Cree que los ingenieros tienen que diseñar y rediseñar y rediseñar para poder encontrar el mejor producto o proceso? Dé un ejemplo de un producto o proceso que haya cambiado con el tiempo (como teléfonos o aviones).

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.

Recurso para maestros

Normalmente, las máquinas están destinadas a reducir la cantidad de fuerza necesaria para mover un objeto. Pero en el proceso, la distancia aumenta. Una rampa para silla de ruedas es un ejemplo fácil de visualizar de esta relación. Si bien la cantidad de esfuerzo y fuerza se reduce (fuerza), la distancia real aumenta significativamente. Por lo tanto, la cantidad de trabajo real es la misma. Si bien la aplicación típica de las máquinas es reducir el esfuerzo o la fuerza, hay aplicaciones importantes de las máquinas en las que esto no representa una ventaja, es decir, la fuerza no se reduce o en realidad hay una disminución en la ventaja, es decir, la fuerza aumenta. El mejor ejemplo de una máquina que no ofrece ninguna ventaja es una polea simple o única. Una sola polea solo cambia la dirección de la fuerza de esfuerzo. Un tirador de cortina es un ejemplo.

Los cortaúñas son un ejemplo de palancas. La fuerza ejercida sobre el mango del cortaúñas comprime las hojas del cortaúñas de modo que las hojas toquen y corten la uña. En un cortaúñas, el punto de apoyo es la articulación de pivote entre las dos partes del cortaúñas.

Introducción a las máquinas simples

Las máquinas simples son “simples” porque la mayoría tienen solo una parte móvil. Cuando juntas máquinas simples, obtienes una máquina compleja, como una cortadora de césped, un automóvil, ¡incluso una cortadora de pelo de nariz eléctrica! Recuerde, una máquina es cualquier dispositivo que facilita el trabajo. En ciencia, "trabajar" significa hacer que algo se mueva. Es importante saber que cuando usa una máquina simple, en realidad está haciendo la misma cantidad de trabajo, simplemente parece más fácil. Una máquina simple reduce la cantidad de esfuerzo necesario para mover algo, pero terminas moviéndola una distancia mayor para lograr la misma cantidad de trabajo. Así que recuerde, hay una compensación de energía cuando se usan máquinas simples.

Normalmente, las máquinas están destinadas a reducir la cantidad de fuerza necesaria para mover un objeto. Pero en el proceso, la distancia aumenta. Una rampa para silla de ruedas es un ejemplo fácil de visualizar de esta relación. Si bien la cantidad de esfuerzo y fuerza se reduce (fuerza), la distancia real aumenta significativamente. Por lo tanto, la cantidad de trabajo real es la misma. Si bien la aplicación típica de las máquinas es reducir el esfuerzo o la fuerza, hay aplicaciones importantes de las máquinas en las que esto no representa una ventaja, es decir, la fuerza no se reduce o en realidad hay una disminución en la ventaja, es decir, la fuerza aumenta. El mejor ejemplo de una máquina que no ofrece ninguna ventaja es una polea simple o única. Una sola polea solo cambia la dirección de la fuerza de esfuerzo. Un tirador de cortina es un ejemplo.

Los cortaúñas son un ejemplo de palancas. La fuerza ejercida sobre el mango del cortaúñas comprime las hojas del cortaúñas de modo que las hojas toquen y corten la uña. En un cortaúñas, el punto de apoyo es la articulación de pivote entre las dos partes del cortaúñas.

Tipos de máquinas simples

Hay cuatro tipos de máquinas simples que forman la base de todas las máquinas mecánicas:

Palanca

Intenta arrancar del suelo una mala hierba muy rebelde. Usar solo sus manos desnudas, puede ser difícil o incluso doloroso. Sin embargo, con una herramienta, como una pala de mano, debes ganar la batalla. Cualquier herramienta que saque algo suelto es una palanca. Una palanca es un brazo que "pivota" (o gira) contra un "fulcro" (o punto). Piense en el extremo en forma de garra de un martillo que usa para hacer palanca para aflojar las uñas. Es una palanca. Es un brazo curvo que se apoya en un punto de una superficie. A medida que gira el brazo curvo, hace palanca para soltar el clavo de la superficie. ¡Y eso es un trabajo duro! Hay tres tipos de palancas:

• Palanca de primera clase: cuando el fulcro se encuentra entre el brazo de fuerza y ​​el brazo de palanca, la palanca se describe como una palanca de primera clase. De hecho, muchos de nosotros estamos familiarizados con este tipo de palanca. Es el ejemplo clásico de balancín, o un cortaúñas.
• Palanca de segunda clase: en la palanca de segunda clase, el brazo de carga se encuentra entre el fulcro y el brazo de fuerza. Un buen ejemplo de este tipo de palanca es la carretilla.
• Palanca de tercera clase: en esta clase de palancas, el brazo de fuerza se encuentra entre el fulcro y el brazo de carga. Debido a esta disposición, se requiere una fuerza relativamente grande para mover la carga. Esto se compensa por el hecho de que es posible producir un movimiento de la carga a una gran distancia con un movimiento relativamente pequeño del brazo de fuerza. ¡Piense en una caña de pescar!

Plano inclinado

Un avión es una superficie plana. Por ejemplo, una tabla lisa es un plano. Ahora bien, si el avión está apoyado en el suelo, no es probable que le ayude a trabajar. Sin embargo, cuando ese plano está inclinado o inclinado, puede ayudarlo a mover objetos a través de distancias. ¡Y eso es trabajo! Un plano inclinado común es una rampa. Levantar una caja pesada a un muelle de carga es mucho más fácil si desliza la caja por una rampa, una máquina simple.

Cuña

• En lugar de usar el lado liso del plano inclinado, también puede usar los bordes puntiagudos para hacer otros tipos de trabajo. Por ejemplo, puede usar el borde para separar cosas. Entonces, el plano inclinado es una cuña. Entonces, una cuña es en realidad una especie de plano inclinado. Una hoja de hacha es una cuña. Piense en el filo de la hoja. Es el borde de una superficie lisa e inclinada. ¡Eso es una cuña!

Tornillo

• Ahora, tome un plano inclinado y envuélvalo alrededor de un cilindro. Su filo se convierte en otra sencilla herramienta: el tornillo. Ponga un tornillo de metal al lado de una rampa y es un poco difícil ver las similitudes, pero el tornillo es en realidad otro tipo de plano inclinado. ¿Cómo te ayuda el tornillo a trabajar? Cada vuelta de un tornillo de metal te ayuda a mover una pieza de metal a través de un espacio de madera.

Rueda y eje

Una rueda es un disco circular unido a una varilla central, llamada eje. El volante de un automóvil es una rueda y un eje. La sección en la que colocamos nuestras manos y aplicamos fuerza (torque) se llama rueda, que gira el eje más pequeño. El destornillador es otro ejemplo de rueda y eje. Aflojar un tornillo apretado con las manos desnudas puede ser imposible. El mango grueso es la rueda y el eje de metal es el eje. Cuanto más grande sea el mango, menos fuerza se necesita para girar el tornillo.

Polea

En lugar de un eje, la rueda también podría hacer girar una cuerda o cordón. Esta variación de la rueda y el eje es la polea. En una polea, una cuerda se enrolla alrededor de una rueda. A medida que gira la rueda, el cable se mueve en cualquier dirección. Ahora, coloque un gancho en el cable y podrá usar la rotación de la rueda para subir y bajar objetos. En un asta de bandera, por ejemplo, se ata una cuerda a una polea. En la cuerda, generalmente hay dos ganchos. El cordón gira alrededor de la polea y baja los ganchos donde puede sujetar la bandera. Luego, gire la cuerda y la bandera se levantará en lo alto del poste.

Lectura Recomendada

• Haciendo maravillas mecánicas en madera (ISBN: 978-1626548862)
• Experimentos científicos con máquinas simples (experimentos científicos) por Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson (ISBN: 978-0531154458)

Actividad de Escritura

Identifique ejemplos de otros diseños de cortaúñas. Escribe un ensayo (o un párrafo según la edad) sobre cómo difieren los diseños y cómo los diferentes diseños pueden afectar la función del cortapelos.

Alineación con los marcos curriculares

Nota: Todos los planes de lecciones de esta serie están alineados con el Estándares Nacionales de Educación Científica que fueron producidos por el  Consejo nacional de investigación y respaldado por la Asociación Nacional de Maestros de Ciencias y, si corresponde, también por los Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica o los Principios y Estándares para las Matemáticas Escolares del Consejo Nacional de Maestros de Matemáticas.

Estándares Nacionales de Educación Científica Grados K-4 (de 4 a 9 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.
• Comprensión de la investigación científica

ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar

• Habilidades de diseño tecnológico

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

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 (edades 10-14) 

ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar

• Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
• Comprensión de la investigación científica

ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología

Como resultado de las actividades en los grados 5-8, 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

• La ciencia como esfuerzo humano
• Historia de la ciencia

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.
• Comprensión de la investigación científica

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

• Salud personal y comunitaria
• 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

• Naturaleza del conocimiento científico
• Perspectivas historicas

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 4: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los efectos culturales, sociales, económicos y políticos de la tecnología.
• 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 13: Los estudiantes desarrollarán habilidades para evaluar el impacto de productos y sistemas. 

El mundo diseñado

Estándar 17: Los estudiantes desarrollarán una comprensión y serán capaces de seleccionar y utilizar tecnologías de la información y la comunicación.

Construir un modelo de cortaúñas

Lista de materiales

• tablero de espuma
• cinta adhesiva
• palillos de dientes

Partes del modelo

• Tablero de podadoras inferior
• Tablero de podadoras superior
• Palanca de mano para operar maquinillas
• Parte de un lápiz para que sirva de eje.
• Cuña de tablero de espuma para el extremo donde se juntan los tableros de la podadora (precortado por el maestro)
• Fulcro de doble espesor para palanca manual
• 8 bordes del cortapelos (representan los bordes cortantes de los cortaúñas reales)
• 10 palillos de dientes para formar los extremos del eje del lápiz

Instrucciones

Trabajando en equipo, examine la siguiente ilustración y ensamble piezas pequeñas en piezas grandes provistas de pegamento. Deje que el pegamento se seque. Luego, ensamble el modelo de la cortadora con cinta en el extremo del borde de las tablas de la cortadora inferior y superior. Deslice los mondadientes a través de los orificios del lápiz o péguelos con cinta adhesiva. ¡Pon a prueba tus maquinillas!

¡Eres el ingeniero! Trabaje en equipo y elabore un plan utilizando máquinas simples para mover una guía telefónica de un lado del aula a otro sin tocar el libro. Debe usar al menos una máquina simple en su solución ... pero puede usar muchas si lo desea.

Paso Uno:

Dibuja la máquina o la solución de tu equipo en el cuadro a continuación.

Paso Dos:

¡Pruebe el plan de su equipo y vea si funciona!

Preguntas:

1. ¿Cuál fue la parte más efectiva de su diseño, la parte que funcionó según lo planeado?

2. ¿Cuál fue la parte menos efectiva de su diseño, la parte que causó más problemas o no funcionó como lo había planeado?

3. Si pudiera rehacer su plan original, ¿qué cambiaría?

4. ¿Cree que los ingenieros tienen que diseñar y rediseñar y rediseñar para poder encontrar el mejor producto o proceso? Dé un ejemplo de un producto o proceso que haya cambiado con el tiempo (como teléfonos o aviones).