Mendapatkan Bantalan Anda

Bahan Bangunan (Untuk setiap tim)

Materi yang Diperlukan untuk Kegiatan 1, 2, 3

• Tutup toples (dari mayones atau wadah serupa)
• 25 kelereng berukuran sama (lebih besar dari kedalaman tutup yang digunakan)
• buku
• Bagian karpet atau permadani 

Bahan yang Diperlukan untuk Tantangan

• 100 Pensil
• Tamparan
• 25 karet gelang

Bahan Pengujian

• Meja atau meja kecil
• Bagian karpet atau permadani

bahan

• Meja atau meja kecil
• Bagian karpet atau permadani

Proses

Tim menguji desain mereka dengan menunjukkan bagaimana mereka dapat memindahkan meja/meja 10 kaki hanya dengan jari telunjuk mereka.

Desain Tantangan

Anda adalah tim insinyur yang bekerja sama untuk merancang sistem menggunakan bantalan rol untuk memindahkan salah satu meja kelas Anda, atau meja, sejauh 10 kaki. Batasi kekuatan yang Anda terapkan untuk membuat meja atau meja bergerak ke apa yang dapat Anda dorong hanya dengan menggunakan jari telunjuk Anda.

Kriteria

• Harus memindahkan meja atau meja 10 kaki.
• Gunakan hanya jari telunjuk Anda untuk memindahkan meja atau meja.

kendala

• Hanya dapat menggunakan hingga 100 pensil, selotip, dan 25 karet gelang
• Gunakan hanya bahan yang disediakan untuk Anda.

1. Bagi kelas menjadi tim yang terdiri dari 3-4.
2. Bagikan lembar kerja Mendapatkan Bantalan Anda, serta beberapa lembar kertas untuk membuat sketsa desain.
3. Diskusikan topik-topik di Bagian Konsep Latar Belakang. Mintalah siswa untuk merasakan kekuatan gesekan ketika mencoba memindahkan tutup (bagian terbuka ke bawah) toples melintasi permukaan yang berbeda: bagian atas meja, lantai keramik, potongan karpet. Mintalah siswa untuk menyarankan mesin yang berbeda yang menggabungkan bantalan bola atau bantalan rol.
4. Tinjau Proses Desain Rekayasa, Tantangan Desain, Kriteria, Kendala dan Bahan.
5. Berikan masing-masing tim dengan materi mereka.
6. Instruksikan siswa bahwa mereka akan menyelesaikan 3 kegiatan dan kemudian sebuah tantangan.
   Kegiatan 1: Siswa mencoba menggerakkan tutup yang disediakan untuk mereka di beberapa permukaan – buku, meja, lantai, karpet.
   Kegiatan 2: Siswa menempatkan kelereng secukupnya di dalam tutup toples hingga hampir memenuhi ruangan dengan kelereng (mereka tidak boleh mengisinya terlalu banyak agar kelereng tidak dapat bergerak bebas). Selanjutnya, mereka harus menggunakan buku untuk membalik tutupnya, dan kemudian mencoba menggerakkan tutupnya dengan “bola” marmer.
   Kegiatan 3: Siswa mencoba variasi di mana sebuah buku atau pemberat lainnya diletakkan di atas tutupnya (dengan dan tanpa kelereng).
7. Jelaskan bahwa untuk tantangan tersebut siswa harus merancang sistem menggunakan bantalan rol untuk memindahkan salah satu meja kelas, atau meja, sejauh 10 kaki. Mereka harus membatasi kekuatan yang mereka terapkan untuk membuat meja atau meja bergerak ke apa yang dapat mereka dorong hanya dengan menggunakan jari telunjuk Anda.
8. Umumkan jumlah waktu yang mereka miliki untuk merancang dan membangun (disarankan 1 jam).
9. 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.
10. Siswa bertemu dan mengembangkan rencana untuk sistem bantalan rol mereka. Mereka menyepakati bahan yang akan mereka butuhkan, menulis/menggambar rencana mereka, dan mempresentasikan rencana mereka di depan kelas.
11. Tim membangun desain mereka.
12. Tim menguji desain mereka dengan menunjukkan bagaimana mereka dapat memindahkan meja/meja 10 kaki hanya dengan jari telunjuk mereka.
13. Sebagai kelas, diskusikan pertanyaan refleksi siswa.
14. Untuk konten lebih lanjut tentang topik ini, lihat bagian “Menggali Lebih Dalam”.

Opsional untuk Siswa yang Lebih Tua

Bekerja dalam tim untuk mengeksplorasi apakah bentuk bantalan lain mungkin memiliki keunggulan dibandingkan desain bola atau rol saat ini. Mengapa atau mengapa tidak?

Refleksi Mahasiswa (buku catatan teknik)

1. Aktivitas 1:
   – Apa perbedaan gesekan yang menggerakkan tutup melintasi permukaan yang berbeda?
   – Permukaan mana yang paling banyak mengalami gesekan? Mengapa?
2. Aktivitas 2:
   – Berapa perbedaan gesekan yang Anda alami dengan kelereng yang menggelinding?
   di bawah tutupnya?
   – Apakah kelereng membantu di semua permukaan? Hanya beberapa?
   – Permukaan mana, jika ada, yang sekarang paling banyak mengalami gesekan? Mengapa?
3. Aktivitas 3:
   – Apakah alas marmer memungkinkan pergerakan yang lebih mudah saat beban ditambahkan?
   – Dapatkah Anda memikirkan aplikasi untuk perangkat seperti ini?
   – Siapa yang perlu memindahkan barang dengan beban berat? Bagaimana ini bisa membantu?
   – Sebutkan tiga mesin berbeda yang menggunakan bantalan bola atau bantalan rol.
4. Tantangan:
   – Apakah Anda merencanakan pekerjaan desain? Mengapa atau mengapa tidak?
   – Revisi apa yang harus Anda buat pada rencana Anda untuk menjadikannya solusi yang lebih efektif?
   – Apakah Anda dapat memindahkan meja/meja hanya menggunakan kekuatan dari satu jari telunjuk?

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.

Apa itu Friksi?

Bagaimana Bantalan Bola Membantu? 

Gesekan

Gesekan adalah istilah yang menggambarkan seberapa besar hambatan yang ada untuk dua benda untuk bergerak di atas yang lain. Semakin besar gesekan, semakin sulit bagi kedua benda untuk bergerak dengan lancar. Dengan gesekan yang lebih sedikit, benda-benda bergerak dengan mudah dan mulus satu sama lain. Misalnya, sepotong karet akan memiliki gesekan yang lebih besar saat bergerak di atas karpet daripada buku teks yang halus. Pada mesin, suku cadang saling bergesekan dan gesekan yang meningkat dapat membuat suku cadang lebih cepat aus.

Bantalan bola

Istilah bantalan bola kadang-kadang berarti perakitan bantalan yang menggunakan bantalan bola sebagai elemen bergulir. Ini juga berarti bola individu untuk perakitan bantalan. Bantalan bola terbuat dari berbagai bahan, termasuk keramik, logam, baja tahan karat, dan bahan hibrida lainnya. Mereka membantu mengurangi gesekan yang membuat mesin beroperasi lebih lama. Mereka juga dapat memungkinkan mesin untuk beroperasi lebih tenang. Bantalan dirancang dengan prinsip sederhana — benda lebih mudah menggelinding daripada meluncur. Ketika dua benda meluncur satu sama lain, seperti buku di atas meja, atau toples di atas karpet, gesekan antara permukaan bekerja untuk memperlambat gerakan. Jika benda-benda tersebut malah dapat berguling satu sama lain, maka luas permukaan yang disentuh terbatas dan gesekan berkurang.

Bantalan Elemen Bergulir

Bantalan elemen gelinding adalah bantalan yang memikul beban dengan menempatkan elemen bulat di antara dua bagian. Gerak relatif dari potongan menyebabkan elemen bulat berguling (jatuh) dengan sedikit geser. Dalam gambar Anda dapat melihat bagaimana bola terbungkus di antara bagian-bagian bulat. Salah satu bantalan elemen gelinding paling awal dan paling terkenal adalah set balok kayu yang diletakkan di tanah dengan balok batu besar di atasnya. Saat batu ditarik, kayu gelondongan menggelinding di tanah dengan sedikit gesekan geser. Saat setiap batang kayu keluar dari belakang, balok tersebut dipindahkan ke depan di mana balok tersebut kemudian berguling ke atasnya. Anda dapat meniru bantalan seperti itu dengan meletakkan beberapa pena atau pensil di atas meja dan meletakkan tangan Anda di atasnya.

Sepeda Tanpa Bantalan Bola? Roller Coaster Tanpa Roller Bearing?

Sepeda adalah contoh bagus dari mesin yang menggunakan bantalan bola untuk mengurangi gesekan. Bantalan bola dapat ditemukan di pedal, di hub depan dan belakang untuk roda, dan tabung tempat stang terpasang. Dan skateboard dan roller blades termasuk bantalan bola juga! Di luar contoh-contoh ini, bantalan bola merupakan elemen desain penting dari rig pengeboran minyak, pesawat terbang, dan mobil. Bantalan rol digunakan di roller coaster!

Sejarah Ball Bearing – Evolusi Produk  

Sejarah

Contoh awal bantalan bola kayu yang menopang meja berputar diambil dari sisa-sisa kapal Romawi di Danau Nemi, Italia. Bangkai kapal itu bertanggal 40 SM. Leonardo da Vinci dikatakan telah menggambarkan jenis bantalan bola sekitar tahun 1500. Salah satu masalah dengan bantalan bola adalah mereka dapat bergesekan satu sama lain, menyebabkan gesekan tambahan, tetapi ini dapat dicegah dengan memasukkan bola ke dalam sangkar . Bantalan bola yang ditangkap, atau dikurung, awalnya dijelaskan oleh Galileo pada tahun 1600-an.

Innovation

Henry Timken, seorang visioner dan inovator abad ke-19 dalam manufaktur kereta, mematenkan bantalan rol tirus pada tahun 1898. Dia membayangkan sebuah bisnis yang dibangun untuk memecahkan masalah teknis yang kritis dan kuno: gesekan, gaya yang menghambat gerakan benda yang bersentuhan dengan satu sama lain. “Orang yang dapat merancang sesuatu yang akan mengurangi gesekan secara fundamental,” Timken mengamati, “akan mencapai sesuatu yang bernilai nyata bagi dunia.” Tahun berikutnya, ia membentuk The Timken Company untuk menghasilkan inovasinya.

Desain dan Peningkatan Produk

Kembali ketika Henry memulai pekerjaan pengembangannya, bantalan yang dominan adalah bantalan biasa, atau "gesekan", yang telah digunakan dengan sedikit perubahan sejak zaman kuno. Itu pada dasarnya adalah lapisan logam di lubang di sekitar poros yang berputar, dengan pekerjaan utama pengurangan gesekan tergantung pada pelumasan. Henry mulai bereksperimen dengan bantalan bola tetapi gagal dengan cepat karena keausan. Dia menyimpulkan bahwa bantalan “rol” memberikan harapan yang lebih besar untuk kendaraan, seperti mobil, karena berat beban – jauh lebih berat daripada di sepeda – dapat dibawa sepanjang rol, dibandingkan dengan bantalan tunggal. titik kontak pada setiap bola di bantalan bola. Henry mencoba rol lurus tetapi memilih tirus, yang memungkinkan bantalan menopang gaya dari segala arah. Sejak 1899, The Timken Company telah memproduksi lebih dari enam miliar bantalan dan sekarang membuat berbagai jenis bantalan.

Industri dan Aplikasi

Bantalan bola digunakan di sebagian besar industri, termasuk transportasi, kedirgantaraan, manufaktur, pertanian, dan olahraga/hiburan. Anda akan menemukan beberapa contoh bantalan bola atau rol yang digunakan pada roda pendaratan pesawat, turbin angin, satelit, dan rolling mill. Bantalan miniatur dapat ditemukan dalam aplikasi medis seperti peralatan gigi.

Koneksi Internet

• Asosiasi Produsen Bantalan Amerika - Garis Waktu Bearing

Rekomendasi Reading

• Timken: Dari Missouri ke Mars – Satu Abad Kepemimpinan dalam Manufaktur (ISBN: 0875848877)
• Ilmu Bersepeda, oleh David Gordon Wilson (ISBN: 0262731541)
• Bantalan Bola dan Rol : Teori, Desain dan Aplikasi (ISBN: 0471984523)

Aktivitas Menulis

Tulis esai atau paragraf yang menjelaskan tiga mesin berbeda yang menggabungkan bantalan bola atau bantalan rol. Bagaimana penggunaan bantalan meningkatkan mesin?

Penyelarasan dengan Kerangka Kurikulum

Catatan: Rencana pelajaran dalam seri ini diselaraskan dengan satu atau lebih set standar berikut:

• S. Standar Pendidikan Sains (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Standar Sains Generasi Berikutnya (http://www.nextgenscience.org/)
• Standar Asosiasi Pendidikan Teknologi Internasional untuk Literasi Teknologi (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. Dewan Nasional Guru Matematika Prinsip dan Standar untuk Matematika Sekolah (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. Standar Negara Inti Umum untuk Matematika (http://www.corestandards.org/Math)
• Asosiasi Guru Ilmu Komputer K-12 Standar Ilmu Komputer (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

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

STANDAR ISI B: Ilmu Fisika

Sebagai hasil dari kegiatan mereka, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Sifat benda dan bahan
• Posisi dan gerak benda

STANDAR ISI E: Sains dan Teknologi

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan desain teknologi

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 B: Ilmu Fisika

Sebagai hasil dari kegiatan mereka, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Sifat dan perubahan sifat dalam materi
• Gerakan dan gaya
• Perpindahan energi

STANDAR ISI E: Sains dan Teknologi

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan desain teknologi

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 B: Ilmu Fisika

Sebagai hasil dari kegiatan mereka, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Gerakan dan gaya
• Interaksi energi dan materi

STANDAR ISI E: Sains dan Teknologi

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan desain teknologi
• Pemahaman tentang ilmu pengetahuan dan teknologi

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

STANDAR ISI F: Sains dalam Perspektif Pribadi dan Sosial

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• 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

• Perspektif sejarah

Standar Sains Generasi Selanjutnya – Kelas 2-5 (Usia 7-11)

Materi dan Interaksinya

• 2-PS1-2. Menganalisis data yang diperoleh dari pengujian bahan yang berbeda untuk menentukan bahan mana yang memiliki sifat yang paling cocok untuk tujuan yang dimaksudkan.

Gerak dan Stabilitas: Gaya dan Interaksi

Siswa yang menunjukkan pemahaman dapat:

• 3-PS2-1. Merencanakan dan melakukan penyelidikan untuk memberikan bukti tentang pengaruh gaya seimbang dan tidak seimbang terhadap gerak suatu benda.

Desain teknik

Siswa yang menunjukkan pemahaman dapat:

• 3-5-ETS1-1.Mendefinisikan masalah desain sederhana yang mencerminkan kebutuhan atau keinginan yang mencakup kriteria tertentu untuk keberhasilan dan kendala pada bahan, waktu, atau biaya.
• 3-5-ETS1-2.Buat dan bandingkan beberapa solusi yang mungkin untuk masalah berdasarkan seberapa baik masing-masing kemungkinan memenuhi kriteria dan kendala masalah.

Standar Sains Generasi Selanjutnya – Kelas 6-8 (Usia 11-14)

Desain teknik

Siswa yang menunjukkan pemahaman dapat:

• MS-ETS1-2 Mengevaluasi solusi desain yang bersaing menggunakan proses sistematis untuk menentukan seberapa baik solusi tersebut memenuhi kriteria dan kendala masalah.

Standar Literasi Teknologi – Semua Usia

Teknologi dan Masyarakat

• 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 teknik

Langkah Pertama:

Baca Lembar Referensi Siswa untuk mempelajari tentang bantalan dan sejarah serta evolusi bantalan bola dan rol.

Langkah Kedua:

Bekerja dalam kelompok yang terdiri dari 3-4 siswa, coba gerakkan penutup yang disediakan untuk Anda di atas beberapa permukaan – buku, meja, lantai, karpet.

Pertanyaan:

1. Apa perbedaan gesekan yang menggerakkan tutup melintasi permukaan yang berbeda? Permukaan mana yang menunjukkan gesekan paling besar? Mengapa?

Langkah Tiga:

Tempatkan kelereng secukupnya di tutup toples hingga hampir memenuhi ruangan dengan kelereng (jangan terlalu penuh agar kelereng tidak bisa bergerak bebas). Gunakan buku untuk membalik tutupnya, dan sekarang coba gerakkan tutupnya dengan "bola" marmer yang memberikan bantuan dengan gerakan tutup gesekan melintasi permukaan yang sama yang dicoba sebelumnya.

pertanyaan:

1. Apa perbedaan gesekan yang Anda alami dengan kelereng yang menggelinding di bawah tutupnya?

2. Apakah kelereng membantu di semua permukaan? Hanya beberapa? Permukaan mana, jika ada, yang sekarang menunjukkan gesekan paling besar? Mengapa?

Langkah Empat:

Cobalah variasi di mana sebuah buku atau beban lainnya diletakkan di atas tutupnya (dengan dan tanpa kelereng).

pertanyaan:

1. Apakah alas marmer memungkinkan pergerakan yang lebih mudah saat beban ditambahkan?

2. Dapatkah Anda memikirkan aplikasi untuk perangkat seperti ini? Siapa yang perlu memindahkan barang dengan beban berat? Bagaimana ini bisa membantu?

3. Sebutkan tiga mesin berbeda yang menggunakan bantalan bola atau bantalan rol.

1:_____________ 2. ______________ 3._____________

Lembar Kerja Siswa Opsional:
Anda adalah Insinyur! Pemecahan Masalah dengan Bantalan Rol

petunjuk

Anda adalah insinyur! Bekerja dalam tim dan menyusun rencana menggunakan bantalan rol untuk memindahkan salah satu meja kelas Anda, atau meja, 10 kaki menggunakan bahan yang disediakan. Tantangan: batasi kekuatan yang Anda terapkan untuk membuat meja atau meja bergerak ke apa yang dapat Anda dorong hanya dengan jari telunjuk Anda. Anda dapat menggunakan hingga 100 pensil, selotip.

bahan

Satu set materi untuk setiap kelompok siswa:

• 100 Pensil
• tape
• karet gelang
• Bagian karpet atau permadani

Langkah Pertama:

Gambarlah ilustrasi yang menunjukkan solusi yang Anda rencanakan di bawah ini.

Langkah Kedua:

Cobalah rencana Anda! Lihat apakah Anda dapat memindahkan meja hanya dengan menggunakan — insinyur bekerja dalam skala yang berbeda sepanjang waktu!

pertanyaan:

1. Apakah Anda merencanakan pekerjaan desain? Mengapa atau mengapa tidak?

2. Revisi apa yang harus Anda buat pada rencana Anda untuk menjadikannya solusi yang lebih efektif?

3. Apakah Anda dapat memindahkan meja/meja hanya menggunakan kekuatan dari satu jari telunjuk?