Créations Clipper

Matériaux de construction

Matériaux nécessaires

• Feuilles de carton mousse
• ruban adhésif
• Colle
• Cure-dents
• Cutter

Composants du modèle

• Planche de coupe inférieure
• Planche de coupe supérieure
• Levier à main pour actionner les tondeuses
• Partie d'un crayon pour servir de tige
• Cale de planche en mousse pour l'extrémité où les planches à clipper se rejoignent (prédécoupées par l'enseignant)
• Point d'appui double épaisseur pour levier à main
• 8 arêtes de tondeuse (représentent les arêtes de coupe de vraies tondeuses)
• 10 cure-dents pour former les extrémités de la tige du crayon

À l'avance, l'enseignant doit découper le carton mousse selon le schéma ci-dessous, en fournissant aux élèves des formes prédécoupées. Les élèves assemblent ensuite de petites pièces aux grandes pièces munies de colle. Laissez sécher la colle. Le lendemain ou la période de classe, les élèves doivent assembler le modèle de tondeuse avec du ruban adhésif à l'extrémité des planches de tondeuse inférieure et supérieure. Faites glisser des cure-dents dans les trous du crayon ou collez-les sur le crayon.

Matériaux

• Modèles de coupe-ongles

Processus

• Les élèves testent leurs modèles de coupe-ongles en les utilisant pour simuler la coupe des ongles

Défi de conception

Vous êtes une équipe d'ingénieurs face au défi de construire un modèle fonctionnel d'un ensemble de coupe-ongles en utilisant les matériaux fournis. Une fois que vous avez terminé votre modèle, testez votre conception pour simuler la coupe de vos ongles.

Ensuite, vous aurez le défi d'élaborer un plan à l'aide de machines simples pour déplacer un annuaire téléphonique d'un côté de la classe à l'autre sans toucher l'annuaire. Vous devez utiliser au moins une machine simple dans votre solution… mais vous pouvez en utiliser autant que vous le souhaitez.

Critères

• Suivez les instructions décrites sur la feuille de travail de l'élève pour construire le modèle

contraintes

• Utilisez uniquement les matériaux fournis

1. Divisez la classe en équipes de 2.
2. Distribuez la feuille de travail Clipper Creations.
3. Discutez des sujets de la section Concepts de base. Mettez en évidence les types de machines simples, en accordant une attention particulière au « levier ». Demandez aux élèves d'utiliser la feuille de travail de l'élève comme guide pour assembler leurs modèles de coupe-ongles.
4. Passez en revue le processus de conception technique, le défi de conception, les critères, les contraintes et les matériaux.
5. Fournissez à chaque équipe son matériel.
6. Expliquez que les élèves doivent construire un modèle fonctionnel d'un ensemble de coupe-ongles.
7. Annoncez le temps dont ils disposent pour construire (1 heure recommandée).
8. Utilisez une minuterie ou un chronomètre en ligne (fonction de compte à rebours) pour vous assurer de rester à l'heure. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Donnez aux élèves des «contrôles de temps» réguliers pour qu'ils restent concentrés sur la tâche. S'ils éprouvent des difficultés, posez des questions qui les mèneront plus rapidement à une solution.
9. Les élèves se rencontrent et construisent leurs modèles en utilisant les instructions et les diagrammes indiqués dans la feuille de travail de l'élève
10. Les équipes construisent leurs conceptions.
11. Les équipes testent leurs conceptions en simulant la façon dont le coupe-ongles coupera leurs ongles.
12. Après avoir terminé la construction du modèle, demandez aux équipes d'élèves de concevoir un plan à l'aide de machines simples pour déplacer un annuaire téléphonique d'un côté de la classe à l'autre sans toucher le livre. Ils doivent utiliser au moins une machine simple dans leur solution… mais peuvent en utiliser plusieurs à leur guise. Ils devraient esquisser leur plan.
13. En classe, discutez des questions de réflexion des élèves.
14. Pour plus de contenu sur le sujet, consultez la section «Creuser plus profondément».

Réflexion étudiante (cahier d'ingénierie)

1. Quelle a été la partie la plus efficace de votre conception — la partie qui a fonctionné comme prévu ?
2. Quelle a été la partie la moins efficace de votre conception — la partie qui a causé le plus de problèmes ou n'a pas fonctionné comme vous l'aviez prévu ?
3. Si vous pouviez refaire votre plan initial, que changeriez-vous ?
4. Pensez-vous que les ingénieurs doivent concevoir, reconcevoir et reconcevoir afin de proposer le meilleur produit ou processus ? Donnez un exemple de produit ou de processus qui a changé au fil du temps (comme des téléphones ou des avions).

La leçon peut être faite en aussi peu qu'une période de cours pour les élèves plus âgés. Cependant, pour aider les élèves à ne pas se sentir pressés et pour assurer la réussite des élèves (en particulier pour les élèves plus jeunes), divisez la leçon en deux périodes en leur donnant plus de temps pour réfléchir, tester des idées et finaliser leur conception. Faites les tests et faites le compte rendu lors de la prochaine période de classe.

Ressource de l'enseignant

En règle générale, les machines sont destinées à réduire la quantité de force requise pour déplacer un objet. Mais dans le processus, la distance est augmentée. Une rampe pour fauteuil roulant est un exemple facilement visualisé de cette relation. Alors que la quantité d'effort et de force est réduite (force), la distance réelle est considérablement augmentée. Par conséquent, la quantité de travail réel est la même. Alors que l'application typique des machines consiste à réduire l'effort ou la force, il existe des applications importantes de machines où cela n'est pas avantageux - c'est-à-dire que la force n'est pas réduite, ou il y a en fait une diminution de l'avantage - c'est-à-dire que la force est augmentée. Le meilleur exemple d'une machine qui n'offre aucun avantage est une poulie simple ou simple. Une seule poulie ne change que la direction de la force d'effort. Une traction de rideau est un exemple.

Les coupe-ongles sont un exemple de leviers. La force exercée sur le manche de la tondeuse comprime les lames de la tondeuse de sorte que les lames touchent et coupent l'ongle. Dans un coupe-ongles, le point d'appui est l'articulation pivot entre les deux parties du coupe-ongles.

Introduction aux machines simples

Les machines simples sont « simples » car la plupart n'ont qu'une seule pièce mobile. Lorsque vous assemblez des machines simples, vous obtenez une machine complexe, comme une tondeuse à gazon, une voiture, même une tondeuse électrique pour les poils du nez ! N'oubliez pas qu'une machine est tout appareil qui facilite le travail. En science, « travailler » signifie faire bouger quelque chose. Il est important de savoir que lorsque vous utilisez une machine simple, vous effectuez en fait la même quantité de travail - cela semble juste plus facile. Une machine simple réduit la quantité d'effort nécessaire pour déplacer quelque chose, mais vous finissez par la déplacer sur une plus grande distance pour accomplir la même quantité de travail. N'oubliez donc pas qu'il y a un compromis à faire en matière d'énergie lorsque vous utilisez des machines simples.

En règle générale, les machines sont destinées à réduire la quantité de force requise pour déplacer un objet. Mais dans le processus, la distance est augmentée. Une rampe pour fauteuil roulant est un exemple facilement visualisé de cette relation. Alors que la quantité d'effort et de force est réduite (force), la distance réelle est considérablement augmentée. Par conséquent, la quantité de travail réel est la même. Alors que l'application typique des machines consiste à réduire l'effort ou la force, il existe des applications importantes de machines où cela n'est pas avantageux - c'est-à-dire que la force n'est pas réduite, ou il y a en fait une diminution de l'avantage - c'est-à-dire que la force est augmentée. Le meilleur exemple d'une machine qui n'offre aucun avantage est une poulie simple ou simple. Une seule poulie ne change que la direction de la force d'effort. Une traction de rideau est un exemple.

Les coupe-ongles sont un exemple de leviers. La force exercée sur le manche de la tondeuse comprime les lames de la tondeuse de sorte que les lames touchent et coupent l'ongle. Dans un coupe-ongles, le point d'appui est l'articulation pivot entre les deux parties du coupe-ongles.

Types de machines simples

Il existe quatre types de machines simples qui constituent la base de toutes les machines mécaniques:

Levier

Essayez de retirer une mauvaise herbe vraiment tenace du sol. En utilisant uniquement vos mains nues, cela peut être difficile, voire douloureux. Avec un outil, comme une pelle à main, cependant, vous devriez gagner la bataille. Tout outil qui arrache quelque chose est un levier. Un levier est un bras qui « pivote » (ou tourne) contre un « point d'appui » (ou point). Pensez à la griffe d'un marteau que vous utilisez pour détacher les clous. C'est un levier. C'est un bras incurvé qui repose contre un point sur une surface. Lorsque vous faites pivoter le bras incurvé, il détache le clou de la surface. Et c'est un travail difficile ! Il existe trois sortes de leviers :

• Levier de première classe - Lorsque le point d'appui se situe entre le bras de force et le bras de levier, le levier est décrit comme un levier de première classe. En fait, beaucoup d'entre nous connaissent ce type de levier. C'est l'exemple classique de la bascule - ou d'un coupe-ongles.
• Levier de deuxième classe - Dans le levier de deuxième classe, le bras de charge se trouve entre le point d'appui et le bras de force. Un bon exemple de ce type de levier est la brouette.
• Levier de troisième classe - Dans cette classe de leviers, le bras de force se situe entre le point d'appui et le bras de charge. En raison de cet agencement, une force relativement importante est nécessaire pour déplacer la charge. Ceci est compensé par le fait qu'il est possible de produire un mouvement de la charge sur une longue distance avec un mouvement relativement petit du bras de force. Pensez à une canne à pêche!

Plan incliné

Un avion est une surface plane. Par exemple, une planche lisse est un avion. Maintenant, si l'avion repose à plat sur le sol, il est peu probable qu'il vous aide à travailler. Cependant, lorsque ce plan est incliné ou incliné, il peut vous aider à déplacer des objets sur des distances. Et c'est du travail! Un plan incliné commun est une rampe. Il est beaucoup plus facile de soulever une boîte lourde sur un quai de chargement si vous faites glisser la boîte sur une rampe, une simple machine.

Wedge

• Au lieu d'utiliser le côté lisse du plan incliné, vous pouvez également utiliser les bords pointus pour effectuer d'autres types de travail. Par exemple, vous pouvez utiliser le bord pour séparer les choses. Ensuite, le plan incliné est un coin. Ainsi, un coin est en fait une sorte de plan incliné. Une lame de hache est un coin. Pensez au bord de la lame. C'est le bord d'une surface lisse et inclinée. C'est un coin!

Vis

• Maintenant, prenez un plan incliné et enroulez-le autour d'un cylindre. Son tranchant devient un autre outil simple : la vis. Mettez une vis en métal à côté d'une rampe et il est un peu difficile de voir les similitudes, mais la vis n'est en fait qu'un autre type de plan incliné. Comment la vis vous aide-t-elle à travailler? Chaque tour de vis à métal vous aide à déplacer un morceau de métal à travers un espace en bois.

Roue et l'essieu

Une roue est un disque circulaire attaché à une tige centrale, appelée axe. Le volant d'une voiture est une roue et un essieu. La section sur laquelle nous plaçons nos mains et appliquons une force (couple) s'appelle la roue, qui fait tourner le plus petit axe. Le tournevis est un autre exemple de la roue et de l'essieu. Il peut être impossible de desserrer une vis serrée à mains nues. La poignée épaisse est la roue et l'arbre métallique est l'axe. Plus la poignée est grande, moins il faut de force pour tourner la vis.

Poulie

Au lieu d'un axe, la roue pourrait également faire tourner une corde ou une corde. Cette variation de la roue et de l'essieu est la poulie. Dans une poulie, une corde s'enroule autour d'une roue. Lorsque la roue tourne, le cordon se déplace dans les deux sens. Maintenant, attachez un crochet au cordon et vous pouvez utiliser la rotation de la roue pour soulever et abaisser des objets. Sur un mât, par exemple, une corde est attachée à une poulie. Sur la corde, il y a généralement deux crochets. Le cordon tourne autour de la poulie et abaisse les crochets où vous pouvez attacher le drapeau. Ensuite, faites pivoter la corde et le drapeau s'élève haut sur le poteau.

lecture recommandée

• Faire des merveilles mécaniques en bois (ISBN: 978-1626548862)
• Expériences scientifiques avec des machines simples (expériences scientifiques) par Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson (ISBN : 978-0531154458)

Activité d'écriture

Identifiez des exemples d'autres modèles de coupe-ongles. Rédigez un essai (ou un paragraphe selon l'âge) sur la façon dont les conceptions diffèrent et comment les différentes conceptions peuvent avoir un impact sur la fonction de la tondeuse.

Alignement sur les cadres de programmes

Remarque: Tous les plans de cours de cette série sont alignés sur les Normes nationales d'enseignement scientifique qui ont été produits par le  Conseil National de Recherche et approuvé par la National Science Teachers Association et, le cas échéant, également par les Standards for Technology Education Association de l'International Technology Education Association ou par le National Council of Teachers of Mathematics 'Principles and Standards for School Mathematics.

Normes nationales d'enseignement scientifique De la maternelle à la 4e année (4 à 9 ans) 

NORME DE CONTENU A: La science comme enquête

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer

• Capacités nécessaires pour faire une enquête scientifique
• Compréhension de la recherche scientifique

NORME DE CONTENU E: Science et technologie

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer

• Capacités de conception technologique

NORME DE CONTENU F: La science dans des perspectives personnelles et sociales

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer une compréhension

• Science et technologie dans les défis locaux

NORME DE CONTENU G: Histoire et nature de la science

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer une compréhension

• La science comme entreprise humaine

Normes nationales d'enseignement scientifique De la 5e à la 8e année (10 à 14 ans) 

NORME DE CONTENU A: La science comme enquête

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer

• Capacités nécessaires pour faire une enquête scientifique
• Compréhensions sur la recherche scientifique

NORME DE CONTENU E: Science et technologie

À la suite des activités de la 5e à la 8e année, tous les élèves devraient développer

• Capacités de conception technologique
• Compréhension de la science et de la technologie

NORME DE CONTENU F: La science dans des perspectives personnelles et sociales

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer une compréhension

• Risques et avantages
• Science et technologie dans la société

NORME DE CONTENU G: Histoire et nature de la science

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer une compréhension

• La science comme entreprise humaine
• Histoire de la science

Normes nationales d'enseignement scientifique De la 9e à la 12e année (14 à 18 ans)

NORME DE CONTENU A: La science comme enquête

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer

• Capacités nécessaires pour faire une enquête scientifique
• Compréhensions sur la recherche scientifique

NORME DE CONTENU E: Science et technologie

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer

• Capacités de conception technologique
• Compréhension de la science et de la technologie 

NORME DE CONTENU F: La science dans des perspectives personnelles et sociales

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer une compréhension

• Santé personnelle et communautaire
• La science et la technologie dans les défis locaux, nationaux et mondiaux

NORME DE CONTENU G: Histoire et nature de la science

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer une compréhension

• Nature des connaissances scientifiques
• Perspectives historiques

Normes de littératie technologique - Tous les âges

La nature de la technologie

• Norme 1: Les étudiants développeront une compréhension des caractéristiques et de la portée de la technologie.

Technologie et société

• Norme 4: Les élèves développeront une compréhension des effets culturels, sociaux, économiques et politiques de la technologie.
• Norme 6: Les élèves développeront une compréhension du rôle de la société dans le développement et l'utilisation de la technologie.
• Norme 7: Les élèves développeront une compréhension de l'influence de la technologie sur l'histoire.

Conception

• Norme 8: Les élèves développeront une compréhension des attributs de la conception.
• Norme 9: Les étudiants développeront une compréhension de la conception technique.
• Norme 10: Les étudiants développeront une compréhension du rôle du dépannage, de la recherche et du développement, de l'invention et de l'innovation, et de l'expérimentation dans la résolution de problèmes.

Capacités pour un monde technologique

• Norme 13: Les élèves développeront des capacités à évaluer l'impact des produits et des systèmes. 

Le monde conçu

Norme 17: Les étudiants développeront une compréhension et seront capables de sélectionner et d'utiliser les technologies de l'information et de la communication.

Construire un modèle de coupe-ongles

Liste des matériaux

• panneau de mousse
• scotch
• cure-dents

Parties du modèle

• Planche de coupe inférieure
• Planche de coupe supérieure
• Levier à main pour actionner les tondeuses
• Partie d'un crayon pour servir de tige
• Cale de planche en mousse pour l'extrémité où les planches à tondeuse se rejoignent (prédécoupées par l'enseignant)
• Point d'appui double épaisseur pour levier à main
• 8 arêtes de tondeuse (représentent les arêtes de coupe de vraies tondeuses)
• 10 cure-dents pour former les extrémités de la tige du crayon

Instructions

En équipe, examinez l'illustration suivante et assemblez les petites pièces aux grandes pièces munies de colle. Laissez sécher la colle. Ensuite, assemblez le modèle de tondeuse avec du ruban adhésif à l'extrémité des planches de tondeuse inférieure et supérieure. Faites glisser des cure-dents dans les trous du crayon ou collez-les sur le crayon. Testez vos tondeuses !

Vous êtes l'ingénieur ! Travaillez en équipe et élaborez un plan à l'aide de machines simples pour déplacer un annuaire téléphonique d'un côté de la classe à l'autre sans toucher l'annuaire. Vous devez utiliser au moins une machine simple dans votre solution… mais vous pouvez en utiliser plusieurs si vous le souhaitez.

Première étape:

Dessinez la machine ou la solution de votre équipe dans l'encadré ci-dessous.

Deuxième étape:

Essayez le plan de votre équipe et voyez si cela fonctionne !

Les questions:

1. Quelle a été la partie la plus efficace de votre conception — la partie qui a fonctionné comme prévu ?

2. Quelle a été la partie la moins efficace de votre conception — la partie qui a causé le plus de problèmes ou n'a pas fonctionné comme vous l'aviez prévu ?

3. Si vous pouviez refaire votre plan initial, que changeriez-vous ?

4. Pensez-vous que les ingénieurs doivent concevoir, reconcevoir et reconcevoir afin de proposer le meilleur produit ou processus ? Donnez un exemple de produit ou de processus qui a changé au fil du temps (comme des téléphones ou des avions).