تست تونل باد

ساخت مصالح (برای هر تیم)

مواد مورد نیاز (تجارت / جدول احتمالات)

• رشته
• پوشش پلاستیکی
• فویل
• چوب بستنی چوبی
• خلال دندان
• گیره کاغذ
• مقاله
• مقوا
• 1 لوله مقوایی (از حوله کاغذی یا رول دستمال توالت)

مواد آزمایش

• رمپ:
  • قطعه ای از چوب یا پلاستیک سخت (تنظیم شده در شیب 15 درجه)
• تونل باد:
  • پنکه کوچک قابل حمل
  • جعبه مقوایی مستطیلی که انتهای آن برداشته شده است
  • نوار نقاب زدن برای قرار دادن جعبه روی زمین در موقعیت ثابت
  • نوار متر

مواد

• رمپ:
  • قطعه ای از چوب یا پلاستیک سخت (تنظیم شده در شیب 15 درجه)
• تونل باد:
  • پنکه کوچک قابل حمل
  • جعبه مقوایی مستطیلی که انتهای آن برداشته شده است
  • نوار نقاب زدن برای قرار دادن جعبه روی زمین در موقعیت ثابت
  • نوار متر

روند

قبل از آزمایش طراحی اتومبیل خود در تونل باد ، هر تیم باید ماشین خود را روی سطح شیب دار آزمایش کند تا مطمئن شود که می تواند بپیچد. ماشین آنها باید از یک سطح شیب دار با زاویه 15 درجه به پایین بچرخد و باید حداقل 4 فوت قبل از "تأیید شدن" برای آزمایش باد بچرخد.

"تونل باد" کلاس را با ضربه زدن روی جعبه مستطیل (در دو انتهای آن باز) به طبقه کلاس بزنید. فن را در انتهای جعبه قرار دهید. سپس هر تیم طرح اتومبیل خود را در یک انتهای جعبه قرار می دهد (نقطه شروع سازگاری را مشخص کنید). فن را روشن کنید (برای هر آزمایش سرعت یکسانی دارد) و از هر تیم بخواهید مسافتی که ماشین توسط باد تحت فشار قرار گرفته است را قبل از توقف اندازه گیری کند.

چالش طراحی

شما یک تیم مهندس هستید که به شما چالش ایجاد یک طراحی اتومبیل جدید را داده اند که با ایجاد کمترین کشش یا مقاومت در برابر باد ، بهترین بازده سوخت را ارائه می دهد.

ضوابط

• قبل از اینکه "برای آزمایش باد" معتبر باشد ، باید ماشین را پایین رمپ با زاویه 15 درجه و حداقل 4 فوت بچرخانید.

محدودیت ها

• فقط از مواد ارائه شده استفاده کنید.
• تیم ها ممکن است مواد نامحدود را تجارت کنند.

1. کلاس را به تیم های 2-3 نفره تقسیم کنید.
2. کاربرگ تست تونل باد و همچنین برخی از ورق های کاغذ را برای طراحی ترسیم کنید.
3. از دانش آموزان بخواهید در تیم های مختلف تونل باد آنلاین را امتحان کنند https://wright.nasa.gov/airplane/tunnl2int.html. این امر درک بهتری از تأثیر شکل ماشین آنها بر نتایج را فراهم می کند.
4. فرآیند طراحی مهندسی، چالش طراحی، معیارها، محدودیت ها و مواد را مرور کنید. در نظر بگیرید که از دانش آموزان بپرسید که چگونه شکل یک ماشین ممکن است نحوه عملکرد تونل باد را تغییر دهد. آیا تست کامیون متفاوت از ماشین است؟ کانورتیبل چطور؟
5. مواد هر تیم را تهیه کنید.
6. توضیح اینکه دانش آموزان باید نمونه اولیه اتومبیل جدیدی بسازند که با کمترین کشش یا مقاومت در برابر باد بهترین بازده سوخت را ارائه دهد.
7. مدت زمان لازم برای طراحی و ساخت را اعلام کنید (1 ساعت توصیه می شود).
8. برای اطمینان از به موقع بودن خود از تایمر یا کرونومتر آنلاین (ویژگی شمارش معکوس) استفاده کنید. (www.online-stopwatch.com/ تمام صفحه-ساعت-توقف). به دانشجویان مرتباً «چک زمان» بدهید تا آنها در انجام وظایف خود باقی بمانند. اگر آنها در تلاش هستند ، سالاتی بپرسید که سریعتر آنها را به راه حلی برساند.
9. دانش آموزان برای اتومبیل خود ملاقات می کنند و طرحی را تهیه می کنند. آنها در مورد موادی که به آنها احتیاج دارند توافق می کنند ، برنامه خود را می نویسند / می کشند و برنامه خود را به کلاس ارائه می دهند. تیم ها ممکن است مواد نامحدودی را با تیم های دیگر تجارت کنند تا لیست قطعات ایده آل خود را تهیه کنند.
10. تیم ها طرح های خود را می سازند. دانش آموزان باید رمپ اتومبیل خود را آزمایش کنند. ماشین آنها باید از یک سطح شیب دار با زاویه 15 درجه به پایین بچرخد و باید حداقل 4 فوت قبل از "تأیید شدن" برای آزمایش باد بچرخد.
11. با قرار دادن ماشین در یک انتهای جعبه "تونل باد" (در نقطه شروع مشخص شده) ، طراحی های ماشین را آزمایش کنید. فن را روشن کنید (برای هر تست سرعت یکسانی دارد).
12. تیم ها باید مسافتی را که ماشین آنها توسط باد تحت فشار قرار گرفته است قبل از توقف ثبت کنند.
13. اگر زمان اجازه می دهد ، اگر دانش آموزان می توانند اتومبیل خود را دوباره طراحی کنند ، اگر تشخیص دهند که تغییرات ممکن است عملکرد را بهبود بخشد.
14. به عنوان کلاس ، درباره س refالات انعکاس دانش آموز بحث کنید.
15. برای کسب مطالب بیشتر در مورد موضوع ، به بخش "حفاری عمیق تر" مراجعه کنید.

انعکاس دانشجویی (دفتر مهندسی)

1. وقتی تونل باد روشن بود ماشین شما چه مسافتی را طی کرد؟ ارتباط این موضوع با مسافت سایر اتومبیل های نمونه کلاس شما چگونه بود؟
2. به نظر شما جنبه طراحی اتومبیل چه بود که کمترین حرکت را داشت و باعث موفقیت بیشتر شد؟
3. آیا فکر می کنید مهندسین باید در مراحل تولید برنامه های اصلی خود را تنظیم کنند؟ چرا ممکن است؟
4. اگر مجبور باشید این کار را دوباره انجام دهید ، طراحی شما چگونه تغییر می کند؟ چرا؟
5. دیدید تیم های دیگر چه طرح یا روش هایی را امتحان کردند که فکر کردید خوب کار کرده است؟
6. آیا متوجه شدید که در کلاس شما طرح های زیادی وجود دارد که هدف پروژه را برآورده می کند؟ این در مورد برنامه های مهندسی به شما چه می گوید؟
7. فکر می کنید اگر تنها کار می کردید می توانستید این پروژه را راحت تر به پایان برسانید؟ توضیح دهید که کار گروهی چگونه این پروژه را تحت تأثیر قرار داده است.
8. 8- چندین محصول را لیست کنید که فکر می کنید از آزمایش تونل باد بهره مند می شوند.

این درس را می توان در کمتر از 1 دوره کلاس برای دانش آموزان مسن انجام داد. با این حال ، برای کمک به دانش آموزان از احساس عجله و تضمین موفقیت دانش آموزان (به ویژه برای دانش آموزان جوان) ، این درس را به دو دوره تقسیم کنید و به دانشجویان فرصت بیشتری برای طوفان فکری ، آزمایش ایده ها و نهایی کردن طرح آنها دهید. تست و تست را در دوره کلاس بعدی انجام دهید.

• محدودیت ها: محدودیت در مواد، زمان، اندازه تیم و غیره.
• ضوابط: شرایطی که طرح باید رعایت کند مانند اندازه کلی آن و غیره.
• دوام: قابلیت ماندگاری طولانی مدت.
• کارایی: کارکردن یا کار کردن به روشی که با کمی تلاش به نتیجه برسد.
• مهندسان: مخترعان و حل کننده های جهان. بیست و پنج تخصص اصلی در مهندسی به رسمیت شناخته شده است (به اینفوگرافیک مراجعه کنید).
• فرآیند طراحی مهندسی: مهندسین فرآیند برای حل مسائل از آن استفاده می کنند. 
• عادات ذهنی مهندسی (EHM): شش راه منحصر به فرد که مهندسان فکر می کنند.
• تکرار: تست و طراحی مجدد یک تکرار است. تکرار (تکرارهای متعدد).
• عملکرد: روش کار یا عملکرد.
• نمونه اولیه: یک مدل کاری از محلول مورد آزمایش.
• تونل باد: لوله های بزرگ با هوا در حال حرکت در داخل.

اتصال به اینترنت

• تونل های بادی ناسا
• طراحی پرواز آینده ناسا
• پرواز در زمین ، تونل های بادی مرکز تحقیقات گلن
• تونل باد تعاملی رایت 1901

خواندن توصیه می شود

• آزمایش تونل باد Transonic (شابک: 0486458814)
• برادران رایت: بیوگرافی بزرگترین پیشگامان هواپیمایی (شابک: 0316861448)

فعالیت نوشتن

در مورد اینکه سایر محصولات تولیدی از آزمایش تونل باد سود می برند ، یک مقاله یا یک پاراگراف بنویسید.

تراز به چهارچوب برنامه درسی

توجه داشته باشید: برنامه های درسی در این مجموعه با یک یا چند مجموعه از استانداردهای زیر مطابقت دارد:  

• استانداردهای آموزش علوم ایالات متحده (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• استانداردهای علمی نسل بعدی ایالات متحده (http://www.nextgenscience.org/) 
• استانداردهای سواد فناوری انجمن بین المللی آموزش فناوری (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• اصول و معیارهای شورای ملی معلمان ریاضیات ریاضیات مدارس ایالات متحده (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• استانداردهای هسته هسته ای مشترک ایالات متحده برای ریاضیات (http://www.corestandards.org/Math)
• استانداردهای علوم کامپیوتر K-12 انجمن معلمان علوم کامپیوتر (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

استانداردهای ملی آموزش علوم کلاس K-4 (سنین 4 تا 9 سال)

استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی 
• درک در مورد تحقیق علمی 

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• موقعیت و حرکت اشیا 

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری 

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری 
• درک در مورد علم و فناوری 

استاندارد F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم و فناوری در چالش های محلی 

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم به عنوان یک تلاش انسانی 

استانداردهای ملی آموزش علوم کلاس 5-8 (سن 10 - 14)

استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی 

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی

در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• حرکات و نیروها 

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت های کلاس 5-8 ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری 
• تفاهماتی در مورد علم و فناوری 

استاندارد F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم و فناوری در جامعه 

استانداردهای ملی آموزش علوم پایه های 9-12 (سن 14-18)

استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی 
• تفاهماتی در مورد تحقیق علمی 

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی 

در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• حرکات و نیروها 
• فعل و انفعالات انرژی و ماده 

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری 
• تفاهماتی در مورد علم و فناوری 

استاندارد F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• خطرات طبیعی و انسانی 
• علم و فناوری در چالش های محلی ، ملی و جهانی 

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• دیدگاه های تاریخی 

استانداردهای علوم نسل بعدی نمرات 3-5 (سنین 8-11)

حرکت و پایداری: نیروها و فعل و انفعالات

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• 3-PS2-1. برای ارائه شواهدی از تأثیرات نیروهای متعادل و نامتعادل در حرکت یک جسم ، تحقیق و برنامه ریزی کنید. 

طراحی مهندسی 

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• 3-5-ETS1-1. یک مسئله ساده طراحی را منعکس کننده یک نیاز یا خواسته تعریف کنید که شامل معیارهای مشخص شده برای موفقیت و محدودیت در مواد ، زمان یا هزینه باشد.
• 3-5-ETS1-2. تولید و مقایسه چندین راه حل ممکن برای یک مسئله بر اساس میزان مناسب بودن هریک از معیارها و محدودیت های مسئله.
• 3-5-ETS1-3. برنامه ریزی و انجام آزمایش های منصفانه که در آن متغیرها کنترل می شوند و نقاط شکست برای شناسایی جنبه های یک مدل یا نمونه اولیه قابل بهبود در نظر گرفته می شوند.

استانداردهای علوم نسل بعدی نمرات 6-8 (سنین 11-14)

طراحی مهندسی 

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• MS-ETS1-1 معیارها و محدودیت های یک مسئله طراحی را با دقت کافی برای اطمینان از یک راه حل موفقیت آمیز ، با در نظر گرفتن اصول علمی مربوطه و تأثیرات احتمالی بر مردم و محیط طبیعی که ممکن است راه حل های محدود را محدود کند ، تعریف کنید.

استانداردهای علوم نسل بعدی نمرات 6-8 (سنین 11-14)

طراحی مهندسی 

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• MS-ETS1-2 ارزیابی راه حل های طراحی با استفاده از یک فرایند سیستماتیک برای تعیین میزان مطابقت آنها با معیارها و محدودیت های مسئله.

استانداردهای علوم نسل بعدی نمرات 9-12 (سنین 14-18)

طراحی مهندسی 

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• HS-ETS1-4. برای شبیه سازی تأثیر راه حلهای پیشنهادی برای یک مسئله پیچیده در دنیای واقعی با معیارها و محدودیتهای متعدد در تعاملات درون و بین سیستمهای مرتبط با مشکل ، از یک شبیه سازی رایانه ای استفاده کنید.

استانداردهای سواد فناوری - همه اعصار

ماهیت فناوری

• استاندارد 1: دانش آموزان درک درستی از ویژگی ها و دامنه فناوری پیدا می کنند
• استاندارد 2: دانش آموزان درک درستی از مفاهیم اصلی فناوری پیدا می کنند.
• استاندارد 3: دانش آموزان درک درستی از روابط بین فن آوری ها و ارتباطات بین فناوری و سایر زمینه های تحصیل خواهند داشت.

فناوری و جامعه

• استاندارد 4: دانش آموزان درک درستی از تأثیرات فرهنگی ، اجتماعی ، اقتصادی و سیاسی فناوری خواهند داشت.
• استاندارد 7: دانش آموزان درک درستی از تأثیر فناوری بر تاریخ خواهند داشت.

طرح

• استاندارد 9: دانش آموزان درک درستی از طراحی مهندسی خواهند داشت.
• استاندارد 10: دانش آموزان درک درستی از نقش عیب یابی ، تحقیق و توسعه ، اختراع و نوآوری و آزمایش در حل مسئله خواهند داشت.

توانایی هایی برای یک دنیای فناوری

• استاندارد 12: دانش آموزان توانایی استفاده و نگهداری از محصولات و سیستم های فن آوری را توسعه می دهند.
• استاندارد 13: دانش آموزان توانایی ارزیابی تأثیر محصولات و سیستم ها را پیدا می کنند.

جهان طراحی شده

• استاندارد 20: دانش آموزان درک درستی از فناوری های ساخت و ساز را می توانند انتخاب و استفاده کنند.

شما یک تیم مهندس هستید که چالش ساخت نمونه اولیه اتومبیل جدید را برای شما فراهم کرده است که با ایجاد کمترین کشش یا مقاومت در برابر باد ، بهترین بازده سوخت را ارائه می دهد.

مرحله تحقیق / آماده سازی

1. صفحات مختلف مرجع دانشجویی را مرور کنید و در صورت دسترسی به اینترنت ، یک تونل باد مجازی را در http://wright.nasa.gov/airplane/tunnl2int.html امتحان کنید.

برنامه ریزی بصورت تیمی

1. معلم شما "مواد ساختمانی" در اختیار تیم شما قرار داده است. نوار ، رشته ، بسته بندی پلاستیکی ، فویل ، چوب بستنی ، خلال دندان ، گیره های کاغذ ، کاغذ ، مداد ، مقوا ، یک لوله مقوا (از حوله کاغذی یا رول کاغذ توالت) دارید و باید از همه مواد استفاده کنید تا وزن همه ماشین ها یکسان باشد.
2. ابتدا با ملاقات با تیم خود و تدوین برنامه ای برای ماشین خود شروع کنید. احساس کنید که چقدر باد در تونل باد کلاس شما می وزد بنابراین می توانید پیش بینی کنید که چقدر ماشین شما باید قوی باشد. ماشین شما باید فرم خود را از طریق تمام سطح باد حفظ کند و کمترین حرکت را داشته باشد تا نشان دهد کمترین مقاومت را در برابر باد دارد.
3. طرح خود را در کادر زیر بنویسید یا رسم کنید ، از جمله پیش بینی خود را برای مواد مورد نیاز برای تکمیل ساخت. طرح خود را به کلاس ارائه دهید ، و در مورد انتخاب مواد خود توضیح دهید. پس از دریافت بازخورد از کلاس ، ممکن است تصمیم بگیرید که در برنامه تیم های خود تجدید نظر کنید.

فاز ساخت و ساز

1. ماشینت را بساز!

تست رمپ

قبل از تست فن ، ماشین شما باید یک تست رمپ را پشت سر بگذارد. باید از یک سطح شیب دار با زاویه 15 درجه به پایین بچرخد و باید حداقل 4 فوت قبل از "تأیید شدن" برای آزمایش باد بچرخد.

تست تونل باد!

1. مشاهده کنید که تیم شما و تیم های دیگر نمونه های اولیه خود را در تونل باد کلاس شما آزمایش می کنند. شما باید سه تست انجام دهید و مقادیری را که پیدا می کنید به طور متوسط ​​انجام دهید. نتایج تیم خود را در کادر زیر ، شامل نکات و مشاهدات ، ثبت کنید.

مهندسی مجدد

اگر زمان اجازه دهد ، اگر تشخیص دهید که تغییرات ممکن است عملکرد را بهبود بخشد ، می توانید اتومبیل خود را دوباره طراحی کنید.

انعکاس

1. وقتی تونل باد روشن بود ماشین شما چه مسافتی را طی کرد؟ ارتباط این موضوع با مسافت سایر اتومبیل های نمونه کلاس شما چگونه بود؟

2. به نظر شما جنبه طراحی اتومبیل چه بود که کمترین حرکت را داشت و باعث موفقیت بیشتر شد؟

3. آیا فکر می کنید مهندسین باید در مراحل تولید برنامه های اصلی خود را تنظیم کنند؟ چرا ممکن است؟

4. اگر مجبور باشید این کار را دوباره انجام دهید ، طراحی شما چگونه تغییر می کند؟ چرا؟

5. دیدید تیم های دیگر چه طرح یا روش هایی را امتحان کردند که فکر کردید خوب کار کرده است؟

6. آیا متوجه شدید که در کلاس شما طرح های زیادی وجود دارد که هدف پروژه را برآورده می کند؟ این در مورد برنامه های مهندسی به شما چه می گوید؟

7. فکر می کنید اگر تنها کار می کردید می توانستید این پروژه را راحت تر به پایان برسانید؟ توضیح دهید که کار گروهی چگونه این پروژه را تحت تأثیر قرار داده است.

8. چند محصول می توانید از آزمایش تونل باد بهره مند شوید؟

• عربی
• چینی ها
• فرانسوی
• آلمانی
• ژاپنی
• روسی
• اسپانیایی