Ingeniería de altibajos
Esta lección se enfoca en la ingeniería detrás de los ascensores. Los equipos de estudiantes exploran los principios y requisitos del desplazamiento vertical, luego diseñan y construyen un ascensor funcional para dar servicio a un garaje de juguete.
- Aprende sobre diseño de ingeniería.
- Obtenga más información sobre las operaciones de los ascensores.
- Aprender sobre el trabajo en equipo y el trabajo en grupo.
Rangos de Edad: 11 - 18
Materiales de Construcción (para cada equipo)
Materiales Requeridos
- pegamento
- Cordón
- Clips para papel
- Papel
- Lápices
- Cartulina
- Tubos de cartón (como los de toallas de papel o rollos de papel higiénico)
- Marcadores
- Poleas o carretes de hilo (3)
- Cuerda fina
- Hilo o hilo de pescar
Materiales de Prueba
- Caja de cartón para servicio de ascensor (caja de zapatos, cartón de leche grande)
- Pequeños coches de juguete
Materiales
- Caja de cartón para servicio de ascensor (caja de zapatos, cartón de leche grande)
- Pequeños coches de juguete
Proceso
Pruebe los diseños de los ascensores pidiendo a cada equipo que demuestre cómo su diseño lleva los automóviles a cada uno de los tres pisos del garaje.
Reto de Diseño
Ustedes son un equipo de ingenieros a los que se les ha dado el desafío de construir un pequeño sistema de ascensor para llevar los autos a un garaje de juguete de tres pisos. Su elevador debe poder detenerse de manera segura en cada piso y levantar un carro de juguete de un peso determinado.
Criterios
- Debe poder detenerse de forma segura en cada piso
- Debe levantar un carro de juguete o un peso fijo
Limitaciones
- Utilice solo los materiales proporcionados
- Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados
- Divida la clase en equipos de 2-3.
- Reparta la hoja de trabajo de Ingeniería de altibajos, así como algunas hojas de papel para dibujar diseños.
- Discutan 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.
- Proporcione a cada equipo sus materiales.
- Explique que los estudiantes deben desarrollar un elevador manual para entregar carros de juguete en un estacionamiento de tres pisos. Es posible que desee requerir un cierto peso para cada carga o determinar que cada automóvil tenga un peso similar. Los ascensores deben poder detenerse en cada piso y levantar un peso determinado.
- Anuncie la cantidad de tiempo que tienen para diseñar y construir (se recomienda 1 hora).
- 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.
- Los estudiantes se reúnen y desarrollan un plan para su ascensor. Acuerdan los materiales que necesitarán, escriben / dibujan su plan y presentan su plan a la clase. Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados con otros equipos para desarrollar su lista de piezas ideal.
- Los equipos construyen sus diseños.
Para acelerar el proceso de construcción, es posible que desee crear el "garaje" de tres niveles primero, y luego simplemente hacer que cada equipo mueva su ascensor al garaje para realizar pruebas. Esto eliminará la necesidad de que cada equipo construya el garaje ellos mismos. Los garajes pueden ser tres cajas de zapatos pegadas con cinta adhesiva o alguna otra estructura simple. Además, si los estudiantes pegan cualquier parte de su sistema de ascensor, es posible que requiera un período de secado durante la noche. - Pruebe los diseños de los ascensores pidiendo a cada equipo que demuestre cómo su diseño lleva los automóviles a cada uno de los tres pisos del garaje.
- Como clase, discuta las preguntas de reflexión de los estudiantes.
- Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."
Reflexión Estudiantil (cuaderno de ingeniería)
- ¿Consiguió crear un ascensor que pudiera llevar coches a tres pisos del garaje de coches de juguete? Si no, ¿por qué falló?
- ¿Necesitó solicitar materiales adicionales o diferentes mientras construía su ascensor? Si es así, ¿qué sucedió entre el diseño (dibujo) y la construcción real que cambió sus necesidades de material?
- ¿Crees que los ingenieros tienen que adaptar sus planes originales durante el proceso de fabricación? ¿Por qué podrían hacerlo?
- Si tuvieras que hacerlo todo de nuevo, ¿cómo cambiaría tu diseño planificado? ¿Por qué?
- ¿Qué diseños o métodos viste que probaban otros equipos que creías que funcionaban bien?
- ¿Descubrió que había muchos diseños en su salón de clases que cumplían con el objetivo del proyecto? ¿Qué le dice esto sobre los planes de ingeniería?
- ¿Descubrió que era una ventaja trabajar en equipo para este proyecto?
- ¿Crees que las expectativas de los pasajeros han impactado en los diseños de ascensores? Por ejemplo, ¿cómo se ha ajustado el diseño para adaptarse a los pasajeros con discapacidades?
- ¿Qué consideraciones de seguridad cree que los ingenieros deben integrar en los nuevos diseños de ascensores? Por ejemplo, muchos ascensores tienen teléfonos a bordo en caso de emergencias. ¿Qué más puedes identificar?
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.
La historia de los ascensores
Historia del ascensor
Un ascensor o ascensor es un transporte Dispositivo utilizado para mover mercancías o personas verticalmente. La primera referencia sobre el ascensor se encuentra en las obras del arquitecto romano Vitruvio, quien informó que Arquímedes construyó su primer ascensor o ascensor, probablemente, en el 236 a. C. cuerda y accionado manualmente o por la fuerza de un animal. En 1853, Elisha Otis introdujo el ascensor de seguridad, que evitaba la caída de la cabina si se rompía el cable. El diseño de la seguridad OTIS es algo similar a un tipo que todavía se usa en la actualidad. El elevador de seguridad utilizó un mecanismo especial para bloquear la cabina del elevador en su lugar en caso de que fallaran los cables de elevación. Otis hizo posible los rascacielos al proporcionar un transporte mecánico seguro a los pisos superiores.
Otis y otros fabricantes
El 23 de marzo de 1857 se instaló el primer ascensor Otis en 488 Broadway en la ciudad de Nueva York. El primer hueco del ascensor precedió al primer ascensor en cuatro años. La construcción del edificio Cooper Union de Peter Cooper en Nueva York comenzó en 1853. Se incluyó un hueco de ascensor en el diseño de Cooper Union, porque Cooper estaba absolutamente seguro de que pronto se inventaría un ascensor de pasajeros seguro; sin embargo, el eje era circular porque Cooper consideró que era el diseño más eficiente. Más tarde, Otis diseñó un ascensor especial para la escuela. En la actualidad, Otis Elevator Company, ahora una subsidiaria de United Technologies Corporation, es el mayor fabricante mundial de sistemas de transporte vertical, seguido de Schindler, Thyssen-Krupp, Kone y Fujitec. Según United Technologies, los ascensores Otis transportan el equivalente de la población mundial cada nueve días.
La importancia de las patentes
Revise "Mirando hacia adelante, hacia atrás y hacia los lados: una historia de patentes de ascensores" en https://ip.com/blog/looking-forward-backwards-sideways-patent-history-elevators/.
Tipos de ascensores
En general, existen tres formas de mover un ascensor:
- Ascensores de tracción: Las máquinas de tracción con engranajes son impulsadas por motores eléctricos de CA o CC. Las máquinas con engranajes utilizan engranajes helicoidales para controlar mecánicamente el movimiento de las cabinas de los ascensores al "hacer rodar" cables de elevación de acero sobre una polea motriz que está unida a una caja de engranajes impulsada por un motor de alta velocidad. Se monta un freno entre el motor y la polea motriz (o caja de cambios) para mantener el elevador estacionario en el piso. Las ranuras de la polea motriz están especialmente diseñadas para evitar que los cables se deslicen. La "tracción" se proporciona a las cuerdas mediante el agarre de las ranuras en la polea, de ahí el nombre. A medida que los cables envejecen y las ranuras de tracción se desgastan, se pierde algo de tracción y los cables deben reemplazarse y la polea se debe reparar o reemplazar.
- Ascensores hidráulicos: los ascensores hidráulicos convencionales fueron desarrollados por primera vez por Dover Elevator (ahora ThyssenKrupp Elevator). Son bastante comunes para edificios de baja y media altura (2 a 10 pisos) y usan un émbolo accionado hidráulicamente para empujar el elevador hacia arriba. En algunos, el pistón hidráulico (émbolo) consiste en tubos concéntricos telescópicos, lo que permite que un tubo poco profundo contenga el mecanismo debajo del piso más bajo. En otros, el pistón requiere un orificio más profundo debajo del rellano inferior, generalmente con una carcasa de PVC (también conocida como cajón) para protección.
- Ascensor de escalada: Un elevador de escalada es un elevador auto-ascendente con su propia propulsión. La propulsión puede realizarse mediante un motor eléctrico o de combustión. Los ascensores trepadores se utilizan en torres o mástiles arriostrados, con el fin de facilitar el acceso a partes de estas construcciones, como las lámparas de seguridad de vuelo para mantenimiento.
¿SABÍA QUE…?
- El ascensor en el ayuntamiento de Hannover, Alemania, es una rareza técnica y único en Europa, ya que el ascensor comienza en línea recta, pero luego cambia su ángulo en 15 grados para seguir el contorno de la cúpula del vestíbulo.
Un pequeño elevador de carga a menudo se llama montaplatos, a menudo se usa para mover artículos pequeños como platos en una cocina de dos pisos o libros en un ensamblaje de estantes de varios pisos. Los montaplatos, especialmente los más viejos, también pueden operarse manualmente usando una polea con cuerda, y a menudo se encuentran en casas, oficinas y otros establecimientos de la era victoriana cuando tales dispositivos estaban en su apogeo.
Enlaces a Internet
- Otis en todo el mundo
- El Museo del Ascensor
- "Mirando hacia adelante, hacia atrás y hacia los lados: una historia de patentes de ascensores"
- Ventaja mecanica
Lectura Recomendada
- Arriba, abajo, al otro lado: ascensores, escaleras mecánicas y aceras móviles (ISBN: 1858942136)
- Transporte vertical 3E (ISBN: 0471162914)
Actividad de Escritura
La invención de los ascensores ha tenido un gran impacto en la ingeniería civil y la planificación urbana. Escribe un ensayo o un párrafo sobre cómo crees que la invención del ascensor ha impactado el horizonte de la ciudad en la que vives.
Alineación con los marcos curriculares
Estándares de ciencias de la próxima generación: grados 3-5 (edades 8-11)
Movimiento y estabilidad: fuerzas e interacciones
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- 3-PS2-1. Planificar y realizar una investigación para proporcionar evidencia de los efectos de fuerzas equilibradas y desequilibradas en el movimiento de un objeto.
Diseño de ingeniería
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- 3-5-ETS1-1. Defina un problema de diseño simple que refleje una necesidad o un deseo que incluya criterios específicos para el éxito y limitaciones de materiales, tiempo o costo.
- 3-5-ETS1-2. Genere y compare múltiples soluciones posibles a un problema basándose en qué tan bien es probable que cada una cumpla con los criterios y limitaciones del problema.
- 3-5-ETS1-3.Planificar y realizar pruebas justas en las que se controlen variables y se consideren puntos de falla para identificar aspectos de un modelo o prototipo susceptibles de mejora.
Estándares de ciencias de la próxima generación: grados 6-8 (edades 11-14)
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 Evaluar 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 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.
- Estándar 2: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los conceptos básicos 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.
Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades
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 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.
- Estándar 13: Los estudiantes desarrollarán habilidades para evaluar el impacto de productos y sistemas.
El mundo diseñado
- Estándar 18: Los estudiantes desarrollarán una comprensión y serán capaces de seleccionar y utilizar tecnologías de transporte.
Ingeniería Industrial
Ingeniería Informática
Ustedes son un equipo de ingenieros a los que se les ha dado el desafío de construir un pequeño sistema de ascensor para llevar los autos a un garaje de juguete de tres pisos. Su elevador debe poder detenerse de manera segura en cada piso y levantar un carro de juguete de un peso determinado.
Fase de investigación / preparación
- Revise las diversas hojas de referencia para estudiantes.
Planificación en equipo
- Su equipo ha recibido algunos "materiales de construcción" de su maestro. Tiene pegamento, hilo, clips, papel, lápices, cartón, tubos de cartón (como de papel toalla o rollos de papel higiénico), marcadores, poleas o carretes de hilo (3), cuerda fina, hilo o hilo de pescar, caja de cartón para servir. como sala de ascensores (caja de zapatos, cartón de leche grande), carros de juguete pequeños y otros recursos.
- Empiece por reunirse con su equipo e idear un plan para construir su ascensor. Piense en cómo incorporará las poleas y fijará los materiales a la sala del ascensor, que podría ser un pequeño cartón de leche, una caja de pasta u otro recipiente de comestibles.
- Escriba o dibuje su plan en el cuadro a continuación, incluida su proyección de los materiales que necesitará para completar la construcción. Presente su diseño a la clase y explique su elección de materiales. Puede optar por revisar el plan de sus equipos después de recibir comentarios de la clase.
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| Materiales necesitados:
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Fase de Construcción
- ¡Construye tu ascensor!
- Evalúe los diferentes resultados de sus equipos, complete la hoja de trabajo de evaluación y presente sus hallazgos a la clase.
Utilice esta hoja de trabajo para evaluar los resultados de su equipo en la lección de Ingeniería de altibajos:
- ¿Consiguió crear un ascensor que pudiera llevar coches a tres pisos del garaje de coches de juguete? Si no, ¿por qué falló?
- ¿Necesitó solicitar materiales adicionales o diferentes mientras construía su ascensor? Si es así, ¿qué sucedió entre el diseño (dibujo) y la construcción real que cambió sus necesidades de material?
- ¿Crees que los ingenieros tienen que adaptar sus planes originales durante el proceso de fabricación? ¿Por qué podrían hacerlo?
- Si tuvieras que hacerlo todo de nuevo, ¿cómo cambiaría tu diseño planificado? ¿Por qué?
- ¿Qué diseños o métodos viste que probaban otros equipos que creías que funcionaban bien?
- ¿Descubrió que había muchos diseños en su salón de clases que cumplían con el objetivo del proyecto? ¿Qué le dice esto sobre los planes de ingeniería?
- ¿Descubrió que era una ventaja trabajar en equipo para este proyecto? Explicar…
- ¿Crees que las expectativas de los pasajeros han impactado en los diseños de ascensores? Por ejemplo, ¿cómo se ha ajustado el diseño para adaptarse a los pasajeros con discapacidades?
- ¿Qué consideraciones de seguridad cree que los ingenieros deben integrar en los nuevos diseños de ascensores? Por ejemplo, muchos ascensores tienen teléfonos a bordo en caso de emergencias. ¿Qué más puedes identificar?
