Að fá leguna þína
Þessi lexía kannar núningahugtakið og sýnir hvernig kúlulaga draga úr núningi. Nemendur læra um mismunandi notkun kúlulaga, hvernig hönnunin hefur breyst með tímanum til að fella rúllulaga, prófa núning með marmara og greina notkun kúlulaga í daglegum hlutum
- Lærðu um núning.
- Lærðu um kúlulaga.
- Lærðu hvernig verkfræðingar bættu kúlu legur og þróun rúllulaga.
- Lærðu hvernig vals- / kúlulaga er notuð í vélum og haft áhrif á daglegt líf.
- Lærðu um teymisvinnu og úrlausn vandamála í hópum.
Aldursstig: 8-18
Byggja efni (fyrir hvert lið)
Nauðsynlegt efni fyrir starfsemi 1, 2, 3
- Krukkulok (úr majónesi eða svipuðu íláti)
- 25 marmari í sömu stærð (stærri en lok dýpt notaður)
- bók
- Hluti af teppi eða teppi
Nauðsynlegt efni fyrir áskorunina
- 100 blýantar
- Borði
- 25 Gúmmíband
Prófunarefni
- Skrifborð eða lítið borð
- Hluti af teppi eða teppi
efni
- Skrifborð eða lítið borð
- Hluti af teppi eða teppi
aðferð
Lið prófa hönnun sína með því að sýna hvernig þau geta hreyft skrifborðið/borðið 10 fet með aðeins vísifingri.
Hönnun áskorun
Þú ert hópur verkfræðinga sem vinnur saman að því að hanna kerfi með því að nota rúllulaga til að færa eitt af skólastofunum þínum eða borð, 10 fet. Takmarkaðu kraftinn sem þú beitir til að láta skrifborðið eða borðið hreyfast við það sem þú getur ýtt á með aðeins vísifingri.
Viðmiðanir
- Verður að færa skrifborð eða borð 10 fet.
- Notaðu aðeins vísifingurinn til að færa skrifborðið eða borðið.
Þvinganir
- Getur aðeins notað allt að 100 blýanta, borði og 25 gúmmíbönd
- Notaðu aðeins efnin sem þér eru veitt.
- Skiptu bekknum í lið 3-4.
- Gefðu vinnublaðinu Getting your Bearings, svo og nokkur blað til að teikna hönnun.
- Ræddu efnin í hlutanum Bakgrunnshugtök. Biðjið nemendur að finna fyrir styrk núningsins þegar þeir reyna að færa lokið (opinn hluti niður) krukkunnar yfir mismunandi fleti: borðplötu, flísar á gólfi, teppi. Biðjið nemendur að stinga upp á mismunandi vélum sem innihalda kúlulaga eða kúlulaga.
- Farið yfir verkfræðihönnunarferli, hönnunaráskorun, viðmið, takmarkanir og efni.
- Gefðu hverju liði efni sitt.
- Kenndu nemendum að þeir muni klára 3 verkefni og síðan áskorun.
Verkefni 1: Nemendur reyna að færa lokið sem þeim var veitt yfir nokkra fleti - bók, skrifborð, gólf, teppi.
Verkefni 2: Nemendur setja bara nóg af marmara í krukkulokið til að fylla næstum plássið með marmara (þeir ættu ekki að fylla það of mikið þannig að marmararnir geti ekki hreyft sig frjálslega). Næst ættu þeir að nota bók til að snúa lokinu við og reyna síðan að færa lokið með marmarakúlunum.
Verkefni 3: Nemendur prófa afbrigði þar sem bók eða annarri þyngd er komið fyrir ofan lokið (með og án marmara). - Útskýrðu að fyrir áskorunina verða nemendur að hanna kerfi með því að nota rúllulaga til að færa eitt af skólastofunum eða borðinu 10 fet. Þeir ættu að takmarka kraftinn sem þeir beita til að láta skrifborðið eða borðið hreyfast við það sem þeir geta ýtt á með aðeins vísifingri.
- Tilkynntu þann tíma sem þeir hafa til að hanna og smíða (mælt er með 1 klukkustund).
- Notaðu tímastillingu eða skeiðklukku á netinu (niðurtalningaraðgerð) til að tryggja að þú haldir þér á réttum tíma. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Gefðu nemendum reglulegar „tímaprófanir“ svo þeir haldi áfram að vinna. Ef þeir eru í erfiðleikum skaltu spyrja spurninga sem leiða þá til lausnar hraðar.
- Nemendur hittast og þróa áætlun fyrir rúllulaga kerfið sitt. Þeir eru sammála um efni sem þeir þurfa, skrifa/teikna áætlun sína og kynna áætlun sína fyrir bekknum.
- Lið byggja hönnun sína.
- Lið prófa hönnun sína með því að sýna hvernig þau geta hreyft skrifborðið/borðið 10 fet með aðeins vísifingri.
- Ræddu spurningar nemenda um hugleiðingar sem námskeið.
- Fyrir meira efni um efnið, sjá hlutann „Grafa dýpra“.
Valfrjálst fyrir eldri nemendur
Vinnið í teymi til að kanna hvort aðrar gerðir af legum gætu haft kosti umfram núverandi bolta eða rúlluhönnun. Hvers vegna eða hvers vegna ekki?
Hugleiðing nemenda (verkfræðirit)
- Aðgerð 1:
- Hver var munurinn á núningi sem færði lokið yfir mismunandi fleti?
- Hvaða yfirborð sýndi mestan núning? Hvers vegna? - Aðgerð 2:
- Hver var munurinn á núningnum sem þú upplifðir þegar marmara rúllaði
undir lokinu?
- Hjálpuðu marmari á öllum fleti? Aðeins sumir?
- Hvaða yfirborð, ef nokkurt, sýndi nú mestan núning? Hvers vegna? - Aðgerð 3:
- Leyfir marmaragrunnurinn auðveldari hreyfingu þegar lóðum er bætt við?
- Geturðu hugsað þér forrit fyrir tæki eins og þetta?
- Hver þyrfti að færa hluti með mikla þunga? Hvernig myndi þetta hjálpa?
- Skráðu þrjár mismunandi vélar sem innihalda kúlulaga eða kúlulaga. - Áskorun:
- Hefurðu skipulagt hönnunarvinnu? Hvers vegna eða hvers vegna ekki?
- Hvaða breytingar þurfti að gera á áætlun þinni til að gera hana að skilvirkari lausn?
- Gátirðu hreyft skrifborðið/borðið með því aðeins að nota kraftinn frá einum vísifingri?
Tímabreyting
Kennslustundina er hægt að gera í allt að 1 kennslustund fyrir eldri nemendur. Hins vegar, til að hjálpa nemendum að finna fyrir áhlaupi og til að tryggja velgengni nemenda (sérstaklega fyrir yngri nemendur), skaltu skipta kennslustundinni í tvö tímabil og gefa nemendum meiri tíma til að hugleiða, prófa hugmyndir og ganga frá hönnun þeirra. Framkvæmdu prófanirnar og debriefið á næsta tíma.
Hvað er núning?
Hvernig hjálpa kúlulaga?
Núning
Núning er hugtak sem lýsir því hversu mikil mótstaða er fyrir tvo hluti að hreyfa sig yfir annan. Því meiri núning, því erfiðara er fyrir hlutina tvo að hreyfa sig vel. Með minni núningi hreyfast hlutir auðveldlega og vel á móti hvor öðrum. Til dæmis hefði gúmmíhluti meiri núning sem færðist yfir teppi en slétt kennslubók hefði. Í vélum nudda hlutar hver á annan og aukinn núningur getur slitnað hlutum hraðar.
Kúlulaga
Hugtakið kúlulaga þýðir stundum legusamstæðu sem notar kúlulaga legur sem valsþætti. Það þýðir einnig einstaka bolta fyrir legusamsetningu. Kúlulaga eru úr mörgum mismunandi efnum, þar á meðal keramik, málmum, ryðfríu stáli og öðrum blendingum. Þeir hjálpa til við að draga úr núningi sem heldur vélum í gangi lengur. Þeir geta einnig leyft vél að vinna hljóðlátari. Legur voru hannaðar á einfaldan hátt - að hlutir rúlla auðveldara en þeir renna. Þegar tveir hlutir renna á móti hvor öðrum, eins og bók á borði, eða krukka á teppi, vinnur núningin milli yfirborðanna til að hægja á hreyfingu. Ef hlutirnir gætu þess í stað rúllað hver yfir annan, þá er yfirborðsflatarmál sem snerting er takmarkað og þannig minnkar núningin.
Rolling Element legur
Veltibúnaður er lega sem ber álag með því að setja hringlaga þætti á milli tveggja hluta. Hlutfallsleg hreyfing stykkjanna veldur því að kringlóttir þættir rúlla (falla) með litlum rennibraut. Á myndinni má sjá hvernig kúlurnar eru huldar milli hringlaga hlutanna. Ein af elstu og þekktustu veltilögunum eru sett af trjábolum sem eru lagðir á jörðina með stórum steinblokk ofan á. Þegar steinninn er dreginn rúlla trjábolirnir meðfram jörðinni með lítilli núningi. Þegar hver stokkur kemur út að aftan er hann færður að framan þar sem kubburinn rúllar síðan að henni. Þú getur líkt eftir slíkri legu með því að setja nokkra penna eða blýanta á borð og leggja hönd þína ofan á þá.
Reiðhjól án kúlulaga? Roller Coasters Án Roller legum?
Reiðhjól eru frábært dæmi um vél sem notar kúlulaga til að draga úr núningi. Kúlulaga er að finna í pedalunum, í fram- og afturhjólunum fyrir hjólin og slönguna þar sem stýrið er fest. Og hjólabretti og rúllublöð innihalda kúlulaga líka! Handan þessara dæma eru kúlulaga mikilvægur hönnunarþáttur fyrir olíuborunarbúnað, flugvélar og bíla. Roller legur eru notaðar í rússíbana!
Kúlulaga saga - þróun vörunnar
Saga
Snemma dæmi um trékúlu sem styður snúningsborð var sótt úr leifum rómversks skips í Nemi -vatni á Ítalíu. Flakið var frá 40 f.Kr. Leonardo da Vinci er sagður hafa lýst tegund kúlulaga í kringum árið 1500. Eitt af vandamálunum með kúlulaga er að þeir geta nuddað hver á annan og valdið frekari núningi en hægt er að koma í veg fyrir það með því að loka kúlunum í búri . Kúlulaga, sem var handtekinn eða í búri, var upphaflega lýst af Galileo á 1600.
nýsköpun
Henry Timken, hugsjónamaður og frumkvöðull frá 19. öld í flutningaframleiðslu, fékk einkaleyfi á tapered Roller Bearing árið 1898. Hann sá fyrir sér fyrirtæki byggt á því að leysa gagnrýnt, aldgamalt tæknilegt vandamál: núning, kraftinn sem hindrar hreyfingu hluta í snertingu við hvort annað. „Maðurinn sem gæti hugsað sér eitthvað sem myndi draga úr núningi í grundvallaratriðum,“ sagði Timken, „myndi ná einhverju sem er raunverulegt gildi fyrir heiminn. Árið eftir stofnaði hann The Timken Company til að framleiða nýsköpun sína.
Vöruhönnun og endurbætur
Þegar Henry byrjaði á þróunarstarfi sínu var ríkjandi burðurinn „núningurinn“ sem hafði verið í notkun með litlum breytingum frá fornu fari. Það var í grundvallaratriðum málmfóður í gatinu í kringum snúningsás, aðalatriðið við núningslækkun fer eftir smurningu. Henry byrjaði að gera tilraunir með kúlulaga en þær brugðust hratt vegna slitna. Hann komst að þeirri niðurstöðu að „rúllulaga“ legur héldu meiri loforð fyrir ökutæki, svo sem bíla, vegna þess að þyngd álags- svo miklu þyngri en á reiðhjóli- gæti borist meðfram lengd valsa, öfugt við einhliðina snertipunktur á hverri kúlu í kúlulaga. Henry prófaði beina valsa en settist á taps, sem leyfði legum að halda uppi öflum úr öllum áttum. Síðan 1899 hefur The Timken Company framleitt meira en sex milljarða legur og framleiðir nú legur af mörgum mismunandi gerðum.
Iðnaður og forrit
Kúlulaga eru notuð í flestum atvinnugreinum, þar á meðal flutningum, geimferðum, framleiðslu, landbúnaði og íþróttum/skemmtunum. Þú finnur nokkur dæmi um kúlu- eða rúllulaga sem notaðir eru í lendingarhjól flugvéla, vindmyllur, gervitungl og veltimyllur. Smærri legur er að finna í læknisfræðilegum forritum eins og tannbúnaði.
Internet tengingar
Mælt Reading
- Timken: From Missouri to Mars - A Century of Leadership in Manufacturing (ISBN: 0875848877)
- Bicycling Science, eftir David Gordon Wilson (ISBN: 0262731541)
- Kúlu- og rúllulaga: kenning, hönnun og notkun (ISBN: 0471984523)
Ritstörf
Skrifaðu ritgerð eða málsgrein þar sem lýst er þremur mismunandi vélum sem innihalda kúlulaga eða kúlulaga. Hvernig bætir notkun legunnar vélina?
Aðlögun að námskrárramma
Athugaðu: Kennsluáætlanir í þessari röð eru samstilltar við eitt eða fleiri af eftirfarandi stöðlum:
- S. Vísindamenntunarviðmið (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- S. Vísindastaðlar næstu kynslóðar (http://www.nextgenscience.org/)
- Staðlar alþjóðatæknifræðingafélagsins um tæknilæsi (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- S. Meginreglur og staðlar fyrir stærðfræði skólaráðs kennara í stærðfræði (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- S. Common Core State staðlar fyrir stærðfræði (http://www.corestandards.org/Math)
- Félag tölvunarfræðikennara K-12 staðlar tölvunarfræði (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
National Vísindamenntunarstaðlar Bekkur K-4 (4-9 ára)
INNIHALDSSTANDARD B: Eðlisfræði
Sem afleiðing af verkefnum sínum ættu allir nemendur að þroska skilning á
- Eiginleikar hlutar og efna
- Staða og hreyfing hluta
INNIHALDSSTANDAL E: Vísindi og tækni
Sem afleiðing af verkefnum ættu allir nemendur að þroskast
- Hæfileikar tæknihönnunar
INNIHALDSSTANDARD G: Saga og eðli vísinda
Sem afleiðing af verkefnum ættu allir nemendur að þróa skilning á
- Vísindi sem mannleg viðleitni
National Vísindamenntunarstaðlar 5. - 8. bekkur (10-14 ára)
INNIHALDSSTANDARD B: Eðlisfræði
Sem afleiðing af verkefnum sínum ættu allir nemendur að þroska skilning á
- Eiginleikar og breytingar á eignum í efni
- Hreyfingar og kraftar
- Flutningur orku
INNIHALDSSTANDAL E: Vísindi og tækni
Sem afleiðing af verkefnum ættu allir nemendur að þroskast
- Hæfileikar tæknihönnunar
INNIHALDSSTANDARD G: Saga og eðli vísinda
Sem afleiðing af verkefnum ættu allir nemendur að þróa skilning á
- Vísindi sem mannleg viðleitni
- Saga vísinda
National Vísindamenntunarstaðlar 9. - 12. bekkur (14-18 ára)
INNIHALDSSTANDARD B: Eðlisfræði
Sem afleiðing af verkefnum sínum ættu allir nemendur að þroska skilning á
- Hreyfingar og kraftar
- Samspil orku og efnis
INNIHALDSSTANDAL E: Vísindi og tækni
Sem afleiðing af verkefnum ættu allir nemendur að þroskast
- Hæfileikar tæknihönnunar
- Skilningur um vísindi og tækni
National Vísindamenntunarstaðlar 9. - 12. bekkur (14-18 ára)
INNIHALDSSTANDARD F: Vísindi í persónulegu og félagslegu sjónarhorni
Sem afleiðing af verkefnum ættu allir nemendur að þróa skilning á
- Vísindi og tækni í staðbundnum, innlendum og alþjóðlegum áskorunum
INNIHALDSSTANDARD G: Saga og eðli vísinda
Sem afleiðing af verkefnum ættu allir nemendur að þróa skilning á
- Söguleg sjónarmið
Vísindastaðlar næstu kynslóðar - 2. bekkur (5. - 7. aldur)
Mál og samskipti þess
- 2-PS1-2. Greindu gögn sem fengin eru við prófanir á mismunandi efnum til að ákvarða hvaða efni hafa þá eiginleika sem henta best í ætluðum tilgangi.
Hreyfing og stöðugleiki: Kraftar og samskipti
Nemendur sem sýna skilning geta:
- 3-PS2-1. Skipuleggðu og gerðu rannsókn til að færa sönnur á áhrif jafnvægis og ójafnvægis krafta á hreyfingu hlutar.
Verkfræðihönnun
Nemendur sem sýna skilning geta:
- 3-5-ETS1-1. Skilgreindu einfalt hönnunarvandamál sem endurspeglar þörf eða vilja sem inniheldur tilgreind viðmið um árangur og takmarkanir á efni, tíma eða kostnaði.
- 3-5-ETS1-2.Búðu til og berðu saman margar mögulegar lausnir við vandamál byggt á því hve vel hver er líklegur til að uppfylla skilyrði og takmarkanir vandans.
Vísindastaðlar næstu kynslóðar - 6. bekkur (8. - 11. aldur)
Verkfræðihönnun
Nemendur sem sýna skilning geta:
- MS-ETS1-2 Metið samkeppnishönnunarlausnir með kerfisbundnu ferli til að ákvarða hversu vel þær uppfylla skilyrði og takmarkanir vandans.
Staðlar fyrir tæknilæsi - allar aldir
Tækni og samfélag
- Staðall 6: Nemendur þróa skilning á hlutverki samfélagsins í þróun og notkun tækni.
- Staðall 7: Nemendur þróa skilning á áhrifum tækni á sögu.
hönnun
- Staðall 8: Nemendur þróa skilning á eiginleikum hönnunar.
Staðall 9: Nemendur þróa skilning á verkfræði
Skref eitt:
Lestu tilvísunarblöð nemenda til að læra um legur og sögu og þróun kúlu- og rúllulaga.
Skref tvö:
Reyndu að færa lokið sem þú fékkst yfir nokkra fleti í hópum 3-4 nemenda-bók, skrifborð, gólf, teppi.
Spurning:
- Hver var munurinn á núningi sem færði lokið yfir mismunandi fleti? Hvaða yfirborð sýndi mestan núning? Hvers vegna?
Skref þrjú:
Setjið nægilega marga marmara í lok krukkunnar til að fylla plássið næstum með marmara (ekki fylla of mikið svo marmari getur ekki hreyft sig frjálslega). Notaðu bók til að snúa lokinu við og reyndu nú að færa lokið með marmarakúlunum og veita aðstoð við núningslokið yfir sömu yfirborð sem áður hefur verið reynt.
spurningar:
- Hver var munurinn á núningunni sem þú upplifðir með marmara sem rúlluðu undir lokinu?
- Hjálpuðu marmari á öllum flötum? Aðeins sumir? Hvaða yfirborð, ef eitthvað, sýndi nú mestan núning? Hvers vegna?
Skref fjögur:
Prófaðu afbrigði þar sem bók eða önnur þyngd er sett ofan á lokið (með og án marmara).
spurningar:
- Leyfir marmaragrunnurinn auðveldari hreyfingu þegar lóðum er bætt við?
- Dettur þér í hug að þú sért með forrit fyrir svona tæki? Hver þyrfti að færa hluti með þungar lóðir? Hvernig myndi þetta hjálpa?
- Nefndu þrjár mismunandi vélar sem innihalda kúlulaga eða kúlulaga.
1: _____________ 2. ______________ 3. ._____________
Valfrjálst nemendavinnublað:
Þú ert verkfræðingurinn! Vandamál við að leysa með Roller legum
Leiðbeiningar
Þú ert verkfræðingurinn! Vinnið í teymi og gerið áætlun með því að nota rúllulaga til að færa eitt af skrifstofum skólastofunnar eða borð, 10 fet með því að nota efni sem fylgir. Áskorun: takmarkaðu kraftinn sem þú beitir til að láta skrifborðið eða borðið hreyfast við það sem þú getur ýtt á með því aðeins að nota vísifingurinn. Þú getur notað allt að 100 blýanta, borði.
efni
Eitt sett af efnum fyrir hvern nemendahóp:
- 100 blýantar
- borði
- gúmmíteygjur
- Hluti af teppi eða teppi
Skref eitt:
Teiknaðu mynd sem sýnir fyrirhugaða lausn þína hér að neðan.
|
Skref tvö:
Prófaðu áætlun þína! Athugaðu hvort þú getur hreyft skrifborðið aðeins með því að nota - verkfræðingar vinna allan tímann á mismunandi mælikvarða!
spurningar:
- Hefur þú skipulagt hönnunarvinnu? Hvers vegna eða hvers vegna ekki?
- Hvaða breytingar þurfti að gera á áætlun þinni til að gera hana að skilvirkari lausn?
- Gátirðu hreyft skrifborðið/borðið með aðeins kraftinum frá einum vísifingri?
Lestraráætlun Þýðing