Kreasi Clipper

Membangun Bahan

Bahan yang Diperlukan

• Lembar papan busa
• selotip
• Lem
• Tusuk gigi
• Pemotong kotak

Komponen Model

• Papan gunting bawah
• Papan gunting teratas
• Tuas tangan untuk mengoperasikan gunting
• Bagian dari pensil yang berfungsi sebagai poros
• Baji papan busa untuk ujung tempat papan gunting disatukan (dipotong sebelumnya oleh guru)
• Titik tumpu tebal ganda untuk tuas tangan
• 8 tepi pemotong (mewakili tepi tajam pemotong asli)
• 10 tusuk gigi untuk membentuk ujung batang pensil

Sebelumnya, guru harus memotong papan busa sesuai diagram di bawah ini, memberikan siswa dengan bentuk pra-potong. Siswa kemudian merakit bagian-bagian kecil menjadi bagian besar yang dilengkapi dengan lem. Biarkan lem mengering. Hari berikutnya atau jam pelajaran, siswa harus merakit model clipper dengan selotip di ujung ujung papan clipper bawah dan atas. Geser tusuk gigi melalui lubang di pensil, atau rekatkan ke pensil.

bahan

• Model gunting kuku

Proses

• Siswa menguji model gunting kuku mereka dengan mengoperasikannya untuk mensimulasikan pemotongan kuku

Desain Tantangan

Anda adalah tim insinyur yang diberi tantangan untuk membangun model kerja satu set gunting kuku menggunakan bahan yang disediakan. Setelah Anda menyelesaikan model Anda, uji desain Anda untuk mensimulasikan pemotongan kuku Anda.

Selanjutnya, Anda akan mendapat tantangan merancang rencana menggunakan mesin sederhana untuk memindahkan buku telepon dari satu sisi kelas ke sisi lain tanpa menyentuh buku. Anda harus menggunakan setidaknya satu mesin sederhana dalam solusi Anda…tetapi dapat menggunakan sebanyak yang Anda suka.

Kriteria

• Ikuti instruksi yang diuraikan pada Lembar Kerja Siswa untuk membangun model

kendala

• Gunakan hanya bahan yang disediakan

1. Bagi kelas menjadi 2 tim.
2. Bagikan lembar kerja Clipper Creations.
3. Diskusikan topik-topik di Bagian Konsep Latar Belakang. Sorot jenis mesin sederhana, perhatikan baik-baik "tuas". Instruksikan siswa untuk menggunakan Lembar Kerja Siswa sebagai panduan untuk merakit model gunting kuku mereka.
4. Tinjau Proses Desain Rekayasa, Tantangan Desain, Kriteria, Kendala dan Bahan.
5. Berikan masing-masing tim dengan materi mereka.
6. Jelaskan bahwa siswa harus membuat model kerja dari satu set gunting kuku.
7. Umumkan jumlah waktu yang mereka miliki untuk membangun (disarankan 1 jam).
8. Gunakan timer atau stopwatch online (fitur hitung mundur) untuk memastikan Anda tetap tepat waktu. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Beri siswa “pemeriksaan waktu” secara teratur agar mereka tetap mengerjakan tugas. Jika mereka kesulitan, ajukan pertanyaan yang akan mengarahkan mereka ke solusi lebih cepat.
9. Siswa bertemu dan membangun model mereka menggunakan instruksi dan diagram yang ditunjukkan dalam Lembar Kerja Siswa
10. Tim membangun desain mereka.
11. Tim menguji desain mereka dengan mensimulasikan bagaimana pemotong kuku akan memotong kuku mereka.
12. Setelah menyelesaikan pembuatan model, instruksikan tim siswa untuk menyusun rencana menggunakan mesin sederhana untuk memindahkan buku telepon dari satu sisi kelas ke sisi lain tanpa menyentuh buku. Mereka harus menggunakan setidaknya satu mesin sederhana dalam solusi mereka…tetapi dapat menggunakan banyak yang mereka suka. Mereka harus membuat sketsa rencana mereka.
13. Sebagai kelas, diskusikan pertanyaan refleksi siswa.
14. Untuk konten lebih lanjut tentang topik ini, lihat bagian “Menggali Lebih Dalam”.

Refleksi Mahasiswa (buku catatan teknik)

1. Apa bagian paling efektif dari desain Anda — bagian yang bekerja sesuai rencana?
2. Apa bagian paling tidak efektif dari desain Anda — bagian yang paling banyak menimbulkan masalah atau tidak berfungsi seperti yang Anda rencanakan?
3. Jika Anda dapat mengulang rencana awal Anda, apa yang akan Anda ubah?
4. Apakah menurut Anda para insinyur harus mendesain dan mendesain ulang dan mendesain ulang untuk menghasilkan produk atau proses terbaik? Berikan contoh produk atau proses yang telah berubah dari waktu ke waktu (seperti telepon atau pesawat terbang).

Pelajaran dapat dilakukan hanya dalam 1 periode kelas untuk siswa yang lebih tua. Namun, untuk membantu siswa agar tidak merasa tergesa-gesa dan untuk memastikan keberhasilan siswa (terutama untuk siswa yang lebih muda), bagi pelajaran menjadi dua periode yang memberi siswa lebih banyak waktu untuk bertukar pikiran, menguji ide, dan menyelesaikan desain mereka. Melakukan tes dan pembekalan pada periode kelas berikutnya.

Sumber Daya Guru

Biasanya, mesin dimaksudkan untuk mengurangi jumlah gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu benda. Namun dalam prosesnya, jarak bertambah. Sebuah jalan kursi roda mudah divisualisasikan contoh hubungan ini. Sementara jumlah usaha dan kekuatan berkurang (kekuatan) jarak sebenarnya meningkat secara signifikan. Oleh karena itu, jumlah pekerjaan yang sebenarnya adalah sama. Sementara aplikasi khas mesin adalah untuk mengurangi usaha atau kekuatan, ada aplikasi penting dari mesin di mana ini tidak ada keuntungan - yaitu kekuatan tidak berkurang, atau sebenarnya ada penurunan keuntungan - yaitu, kekuatan meningkat. Contoh terbaik dari mesin yang tidak memberikan keuntungan adalah katrol sederhana atau katrol tunggal. Katrol tunggal hanya mengubah arah gaya usaha. Tarikan gorden adalah contohnya.

Gunting kuku adalah contoh pengungkit. Gaya yang diberikan pada gagang pemotong menekan bilah pemotong sehingga bilah menyentuh dan memotong paku. Dalam gunting kuku, titik tumpu adalah sambungan poros antara dua bagian pemotong.

Pengantar Mesin Sederhana

Mesin sederhana adalah “sederhana” karena kebanyakan hanya memiliki satu bagian yang bergerak. Ketika Anda menyatukan mesin sederhana, Anda mendapatkan mesin yang rumit, seperti mesin pemotong rumput, mobil, bahkan pemangkas bulu hidung elektrik! Ingat, mesin adalah perangkat apa pun yang membuat pekerjaan lebih mudah. Dalam ilmu pengetahuan, "kerja" berarti membuat sesuatu bergerak. Penting untuk diketahui bahwa ketika Anda menggunakan mesin sederhana, Anda sebenarnya melakukan jumlah pekerjaan yang sama — tampaknya lebih mudah. Sebuah mesin sederhana mengurangi jumlah usaha yang diperlukan untuk memindahkan sesuatu, tetapi Anda akhirnya memindahkannya lebih jauh untuk menyelesaikan jumlah pekerjaan yang sama. Jadi ingat, ada trade-off energi saat menggunakan mesin sederhana.

Biasanya, mesin dimaksudkan untuk mengurangi jumlah gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu benda. Namun dalam prosesnya, jarak bertambah. Sebuah jalan kursi roda mudah divisualisasikan contoh hubungan ini. Sementara jumlah usaha dan kekuatan berkurang (kekuatan) jarak sebenarnya meningkat secara signifikan. Oleh karena itu, jumlah pekerjaan yang sebenarnya adalah sama. Sementara aplikasi khas mesin adalah untuk mengurangi usaha atau kekuatan, ada aplikasi penting dari mesin di mana ini tidak ada keuntungan - yaitu kekuatan tidak berkurang, atau sebenarnya ada penurunan keuntungan - yaitu, kekuatan meningkat. Contoh terbaik dari mesin yang tidak memberikan keuntungan adalah katrol sederhana atau katrol tunggal. Katrol tunggal hanya mengubah arah gaya usaha. Tarikan gorden adalah contohnya.

Gunting kuku adalah contoh pengungkit. Gaya yang diberikan pada gagang pemotong menekan bilah pemotong sehingga bilah menyentuh dan memotong paku. Dalam gunting kuku, titik tumpu adalah sambungan poros antara dua bagian pemotong.

Jenis Mesin Sederhana

Ada empat jenis mesin sederhana yang membentuk dasar untuk semua mesin mekanik:

Tuas

Cobalah mencabut rumput liar yang sangat keras kepala dari tanah. Hanya menggunakan tangan kosong, mungkin sulit atau bahkan menyakitkan. Dengan alat, seperti sekop tangan, bagaimanapun, Anda harus memenangkan pertempuran. Alat apa pun yang melepaskan sesuatu adalah tuas. Tuas adalah lengan yang "berputar" (atau berputar) melawan "titik tumpu" (atau titik). Pikirkan ujung cakar palu yang Anda gunakan untuk melepaskan paku. Ini adalah tuas. Ini adalah lengan melengkung yang bersandar pada titik di permukaan. Saat Anda memutar lengan yang melengkung, itu mencabut paku dari permukaan. Dan itu kerja keras! Ada tiga macam tuas:

• Tuas Kelas Satu – Ketika titik tumpu terletak di antara lengan gaya dan lengan tuas, tuas digambarkan sebagai tuas kelas satu. Sebenarnya banyak dari kita yang familiar dengan jenis tuas ini. Ini adalah contoh jungkat-jungkit klasik – atau gunting kuku.
• Tuas Kelas Kedua – Pada tuas kelas kedua, lengan beban terletak di antara titik tumpu dan lengan gaya. Contoh yang baik dari jenis tuas ini adalah gerobak dorong.
• Tuas Kelas Ketiga – Di kelas tuas ini, lengan gaya terletak di antara titik tumpu dan lengan beban. Karena pengaturan ini, diperlukan gaya yang relatif besar untuk memindahkan beban. Hal ini diimbangi oleh fakta bahwa adalah mungkin untuk menghasilkan gerakan beban pada jarak yang jauh dengan gerakan lengan gaya yang relatif kecil. Pikirkan pancing!

Bidang miring

Pesawat adalah permukaan datar. Misalnya, papan halus adalah pesawat. Sekarang, jika pesawat itu berbaring rata di tanah, itu tidak akan membantu Anda melakukan pekerjaan. Namun, ketika bidang itu miring, atau miring, itu dapat membantu Anda memindahkan objek melintasi jarak. Dan, itulah pekerjaan! Bidang miring yang umum adalah tanjakan. Mengangkat kotak berat ke dok pemuatan jauh lebih mudah jika Anda menggeser kotak ke atas tanjakan–mesin sederhana.

Baji

• Alih-alih menggunakan sisi halus dari bidang miring, Anda juga dapat menggunakan ujung runcing untuk melakukan jenis pekerjaan lain. Misalnya, Anda dapat menggunakan tepi untuk mendorong benda-benda terpisah. Kemudian, bidang miring tersebut adalah baji. Jadi, baji sebenarnya adalah sejenis bidang miring. Sebuah kapak adalah baji. Pikirkan ujung pisau. Ini adalah tepi permukaan miring yang halus. Itu bajingan!

Sekrup

• Sekarang, ambil bidang miring dan bungkus di sekitar silinder. Ujungnya yang tajam menjadi alat sederhana lainnya: sekrup. Letakkan sekrup logam di samping tanjakan dan agak sulit untuk melihat kesamaannya, tetapi sekrup sebenarnya hanyalah jenis bidang miring lainnya. Bagaimana sekrup membantu Anda melakukan pekerjaan? Setiap putaran sekrup logam membantu Anda memindahkan sepotong logam melalui ruang kayu.

Roda dan poros

Roda adalah piringan bundar yang melekat pada batang pusat, yang disebut poros. Kemudi mobil adalah roda dan poros. Bagian tempat kita meletakkan tangan dan menerapkan gaya (torsi) disebut roda, yang memutar poros yang lebih kecil. Obeng adalah contoh lain dari roda dan gandar. Melonggarkan sekrup yang kencang dengan tangan kosong tidak mungkin dilakukan. Pegangan yang tebal adalah roda, dan poros logam adalah porosnya. Semakin besar pegangannya, semakin sedikit gaya yang dibutuhkan untuk memutar sekrup.

Katrol

Alih-alih poros, roda juga bisa memutar tali atau tali. Variasi dari roda dan gandar ini adalah katrol. Dalam katrol, seutas tali melilit sebuah roda. Saat roda berputar, kabel bergerak ke kedua arah. Sekarang, pasang pengait ke kabelnya, dan Anda dapat menggunakan putaran roda untuk menaikkan dan menurunkan benda. Pada tiang bendera, misalnya, seutas tali diikatkan pada katrol. Pada tali, biasanya ada dua pengait. Kabel berputar di sekitar katrol dan menurunkan kait di mana Anda dapat memasang bendera. Kemudian, putar kabelnya dan bendera dikibarkan tinggi-tinggi di tiang.

Rekomendasi Reading

• Membuat Keajaiban Mekanik Pada Kayu (ISBN: 978-1626548862)
• Eksperimen Sains Dengan Mesin Sederhana (Science Experiments) oleh Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson (ISBN: 978-0531154458)

Aktivitas Menulis

Identifikasi contoh desain gunting kuku lainnya. Tulis esai (atau paragraf tergantung pada usia) tentang bagaimana desain berbeda, dan bagaimana desain yang berbeda dapat memengaruhi fungsi pemotong.

Penyelarasan dengan Kerangka Kurikulum

Catatan: Semua rencana pelajaran dalam seri ini selaras dengan Standar Nasional Pendidikan Sains yang diproduksi oleh  Dewan Riset Nasional dan didukung oleh Asosiasi Guru Sains Nasional, dan jika berlaku, juga untuk Standar Literasi Teknologi Asosiasi Pendidikan Teknologi Internasional atau Dewan Nasional Guru Matematika Prinsip dan Standar untuk Matematika Sekolah.

Standar Nasional Pendidikan Sains Kelas K-4 (usia 4 – 9) 

STANDAR ISI A: Sains sebagai Inkuiri

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan yang diperlukan untuk melakukan penyelidikan ilmiah
• Memahami tentang penyelidikan ilmiah

STANDAR ISI E: Sains dan Teknologi

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan desain teknologi

STANDAR ISI F: Sains dalam Perspektif Pribadi dan Sosial

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Sains dan teknologi dalam tantangan lokal

STANDAR ISI G: Sejarah dan Sifat Ilmu Pengetahuan

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Ilmu sebagai usaha manusia

Standar Nasional Pendidikan Sains Kelas 5-8 (usia 10 – 14) 

STANDAR ISI A: Sains sebagai Inkuiri

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan yang diperlukan untuk melakukan penyelidikan ilmiah
• Pemahaman tentang penyelidikan ilmiah

STANDAR ISI E: Sains dan Teknologi

Sebagai hasil dari kegiatan di kelas 5-8, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan desain teknologi
• Pemahaman tentang ilmu pengetahuan dan teknologi

STANDAR ISI F: Sains dalam Perspektif Pribadi dan Sosial

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Risiko dan manfaat
• Ilmu pengetahuan dan teknologi dalam masyarakat

STANDAR ISI G: Sejarah dan Sifat Ilmu Pengetahuan

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Ilmu sebagai usaha manusia
• Sejarah sains

Standar Nasional Pendidikan Sains Kelas 9-12 (usia 14-18)

STANDAR ISI A: Sains sebagai Inkuiri

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan yang diperlukan untuk melakukan penyelidikan ilmiah
• Pemahaman tentang penyelidikan ilmiah

STANDAR ISI E: Sains dan Teknologi

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan desain teknologi
• Pemahaman tentang ilmu pengetahuan dan teknologi 

STANDAR ISI F: Sains dalam Perspektif Pribadi dan Sosial

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Kesehatan pribadi dan masyarakat
• Iptek dalam tantangan lokal, nasional, dan global

STANDAR ISI G: Sejarah dan Sifat Ilmu Pengetahuan

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Sifat pengetahuan ilmiah
• Perspektif sejarah

Standar Literasi Teknologi – Semua Usia

Sifat Teknologi

• Standar 1: Siswa akan mengembangkan pemahaman tentang karakteristik dan ruang lingkup teknologi.

Teknologi dan Masyarakat

• Standar 4: Siswa akan mengembangkan pemahaman tentang efek budaya, sosial, ekonomi, dan politik dari teknologi.
• Standar 6: Siswa akan mengembangkan pemahaman tentang peran masyarakat dalam pengembangan dan penggunaan teknologi.
• Standar 7: Siswa akan mengembangkan pemahaman tentang pengaruh teknologi terhadap sejarah.

Mendesain

• Standar 8: Siswa akan mengembangkan pemahaman tentang atribut desain.
• Standar 9: Siswa akan mengembangkan pemahaman tentang desain teknik.
• Standar 10: Siswa akan mengembangkan pemahaman tentang peran pemecahan masalah, penelitian dan pengembangan, penemuan dan inovasi, dan eksperimen dalam pemecahan masalah.

Kemampuan untuk Dunia Teknologi

• Standar 13: Siswa akan mengembangkan kemampuan untuk menilai dampak produk dan sistem. 

Dunia yang Didesain

Standar 17: Siswa akan mengembangkan pemahaman dan mampu memilih dan menggunakan teknologi informasi dan komunikasi.

Bangun Model Gunting Kuku

Daftar Bahan

• papan busa
• pita scotch
• tusuk gigi

Bagian dari Model

• Papan gunting bawah
• Papan gunting teratas
• Tuas tangan untuk mengoperasikan gunting
• Bagian dari pensil yang berfungsi sebagai poros
• Baji papan busa untuk ujung tempat papan gunting disatukan (dipotong oleh guru)
• Titik tumpu tebal ganda untuk tuas tangan
• 8 tepi pemotong (mewakili tepi tajam pemotong asli)
• 10 tusuk gigi untuk membentuk ujung batang pensil

petunjuk

Bekerja dalam tim, periksa ilustrasi berikut, dan kumpulkan bagian-bagian kecil ke bagian besar yang dilengkapi dengan lem. Biarkan lem mengering. Selanjutnya, rakit model clipper dengan selotip di ujung ujung papan clipper bawah dan atas. Geser tusuk gigi melalui lubang di pensil, atau rekatkan ke pensil. Uji gunting Anda!

Anda adalah insinyur! Bekerja dalam tim dan menyusun rencana menggunakan mesin sederhana untuk memindahkan buku telepon dari satu sisi kelas ke sisi lain tanpa menyentuh buku. Anda harus menggunakan setidaknya satu mesin sederhana dalam solusi Anda…tetapi dapat menggunakan banyak jika Anda mau.

Langkah Pertama:

Gambarkan mesin atau solusi tim Anda pada kotak di bawah ini.

Langkah Kedua:

Cobalah rencana tim Anda dan lihat apakah itu berhasil!

pertanyaan:

1. Apa bagian paling efektif dari desain Anda — bagian yang bekerja sesuai rencana?

2. Apa bagian paling tidak efektif dari desain Anda — bagian yang paling banyak menimbulkan masalah atau tidak berfungsi seperti yang Anda rencanakan?

3. Jika Anda dapat mengulang rencana awal Anda, apa yang akan Anda ubah?

4. Apakah menurut Anda para insinyur harus mendesain dan mendesain ulang dan mendesain ulang untuk menghasilkan produk atau proses terbaik? Berikan contoh produk atau proses yang telah berubah dari waktu ke waktu (seperti telepon atau pesawat terbang).