Clipper darbi
Šajā nodarbībā skolēni uzzina par vienkāršām mašīnām. Studenti izstrādā un izveido nagu griešanas mašīnas darba modeli.
- Izpētiet inženierprojektēšanas pamatprincipus.
- Uzziniet, kā izveidot vienkāršas mašīnas modeli.
- Izpētiet, kā darbojas vienkārša mašīna, piemēram, nagu griešanas līdzeklis.
Vecuma līmeņi: 8-18
Materiālu veidošana
Nepieciešamie materiāli
- Putu dēļu loksnes
- līmlente
- līme
- Zobu bakstāmais
- Kārbu griezējs
Modeļa sastāvdaļas
- Apakšējais griešanas dēlis
- Augšējais griešanas dēlis
- Rokas svira griešanas mašīnu darbināšanai
- Zīmuļa daļa kalpo kā vārpsta
- Putu dēļa ķīlis galam, kur saliekas griešanas dēļi (skolotājs iepriekš sagriež)
- Divreiz biezs atbalsta punkts rokas svīrai
- 8 griešanas malas (attēlo īsto griezēju griešanas malas)
- 10 zobu bakstāmie, lai veidotu zīmuļa vārpstas galus
Iepriekš skolotājam vajadzētu izgriezt putuplasta plāksni saskaņā ar zemāk redzamo diagrammu, nodrošinot skolēniem iepriekš izgrieztas formas. Pēc tam studenti saliek mazas detaļas uz lielām detaļām, kas aprīkotas ar līmi. Ļaujiet līmei nožūt. Nākamajā dienā vai klases laikā studentiem jāsamontē griezēja modelis ar lenti gan apakšējā, gan augšējā griešanas dēļa malā. Izbīdiet zobu bakstāmos caur zīmuļa caurumiem vai piestipriniet tos pie zīmuļa.
Materiāli
- Nagu griešanas mašīnu modeļi
Process
- Studenti pārbauda savus nagu griešanas modeļus, tos darbinot, lai simulētu nagu griešanu
Dizains izaicinājums
Jūs esat inženieru komanda, ņemot vērā izaicinājumu izveidot naglu griezēju komplekta darba modeli, izmantojot piedāvātos materiālus. Kad esat pabeidzis savu modeli, pārbaudiet savu dizainu, lai simulētu nagu griešanu.
Tālāk jums būs jāizstrādā plāns, izmantojot vienkāršas mašīnas, lai pārvietotu tālruņu grāmatu no vienas klases puses uz otru, nepieskaroties grāmatai. Risinājumā jāizmanto vismaz viena vienkārša mašīna ... bet var izmantot tik daudz, cik vēlaties.
Kritēriji
- Izpildiet Studentu darblapā sniegtos norādījumus, lai izveidotu modeli
Ierobežojumi
- Izmantojiet tikai komplektācijā iekļautos materiālus
- Sadaliet klasi pa 2 komandām.
- Izdaliet darblapu Clipper Creations.
- Apspriediet tēmas sadaļā Fona jēdzieni. Izceliet vienkāršu mašīnu veidus, pievēršot uzmanību “svirai”. Uzdodiet studentiem izmantot Studentu darba lapu kā ceļvedi nagu griezēju modeļu salikšanā.
- Pārskatiet projektēšanas procesu, projektēšanas izaicinājumu, kritērijus, ierobežojumus un materiālus.
- Nodrošiniet katrai komandai savus materiālus.
- Paskaidrojiet, ka skolēniem jāizveido naglu griezēju komplekta darba modelis.
- Paziņojiet, cik daudz laika viņiem jāveido (ieteicams 1 stunda).
- Izmantojiet taimeri vai tiešsaistes hronometru (atpakaļskaitīšanas funkcija), lai nodrošinātu pareizu savlaicīgumu. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dodiet studentiem regulāras “laika pārbaudes”, lai viņi turpinātu pildīt uzdevumu. Ja viņi cīnās, uzdodiet jautājumus, kas viņus novedīs pie ātrāka risinājuma.
- Skolēni satiekas un veido savus modeļus, izmantojot Studentu darblapā redzamos norādījumus un diagrammas
- Komandas veido savu dizainu.
- Komandas pārbauda savu dizainu, imitējot, kā nagu griezējs nogriezīs nagus.
- Pēc modeļa uzbūves pabeigšanas uzdodiet studentu komandām, izmantojot vienkāršas mašīnas, izstrādāt plānu, kā pārvietot tālruņu grāmatu no vienas klases puses uz otru, nepieskaroties grāmatai. Viņiem savā risinājumā jāizmanto vismaz viena vienkārša mašīna ... bet var izmantot daudzus, kā viņiem patīk. Viņiem vajadzētu ieskicēt savu plānu.
- Klasē pārrunājiet studentu pārdomu jautājumus.
- Lai iegūtu vairāk satura par šo tēmu, skatiet sadaļu “Rakšana dziļāk”.
Studentu refleksija (inženieru piezīmju grāmatiņa)
- Kāda bija jūsu dizaina visefektīvākā daļa - daļa, kas darbojās, kā plānots?
- Kāda bija jūsu dizaina neefektīvākā daļa - daļa, kas sagādāja vislielākās nepatikšanas vai nedarbojās tā, kā bijāt plānojis?
- Ja jūs varētu pārtaisīt savu sākotnējo plānu, ko jūs mainītu?
- Vai jūs domājat, ka inženieriem ir jāprojektē un jāpārprojektē un jāpārprojektē, lai radītu vislabāko produktu vai procesu? Sniedziet produkta vai procesa piemēru, kas laika gaitā ir mainījies (piemēram, telefonus vai lidmašīnas).
Laika maiņa
Nodarbību var veikt tikai 1 klases periodā vecākiem skolēniem. Tomēr, lai palīdzētu studentiem nejusties sasteigtiem un nodrošinātu studentu panākumus (īpaši jaunākiem skolēniem), sadaliet stundu divos periodos, dodot studentiem vairāk laika domāt par idejām, pārbaudīt idejas un pabeigt to noformējumu. Veiciet pārbaudi un pārskatu nākamajā klases periodā.
Skolotāja resurss
VIENKĀRŠAS MAŠĪNAS | KAS TAS IR | KĀ tas palīdz ASV DARBS | PIEMĒRI |
LEVER
|
Stīvs stienis, kas balstās uz atbalsta, ko sauc par atbalsta punktu
|
Paceļ vai pārvieto kravas
|
Nagu griešanas līdzeklis, lāpsta, riekstkodis, šūpoles, vārnu stienis, elkonis, pincete, pudeļu atvērējs
|
SLĪPA PLAKNE
|
Slīpa virsma, kas savieno zemāku līmeni ar augstāku līmeni
|
Lietas virzās uz augšu vai uz leju
|
Slidkalniņš, kāpnes, uzbrauktuve, eskalators, nogāze
|
RITS UN ASS
|
Ritenis ar stieni, ko sauc par asi, caur tā centru: abas daļas pārvietojas kopā
|
Paceļ vai pārvieto kravas
|
Durvju rokturis, zīmuļu asināmais, velosipēds
|
PULLI
|
Rievots ritenis ar virvi vai trosi ap to
|
Pārvieto lietas uz augšu, uz leju vai pāri
|
Aizkaru stienis, evakuators, mini žalūzija, karoga kāts, celtnis
|
Parasti mašīnas ir paredzētas, lai samazinātu objekta pārvietošanai nepieciešamo spēku. Bet procesā attālums tiek palielināts. Ratiņu krēsla uzbrauktuve ir viegli vizualizējams šo attiecību piemērs. Kamēr tiek samazināts piepūles un spēka daudzums (spēks), faktiskais attālums tiek ievērojami palielināts. Tāpēc faktiskā darba apjoms ir vienāds. Lai gan tipisks mašīnu pielietojums ir piepūles vai spēka samazināšana, ir svarīgi mašīnu pielietojumi, kur tas nav nekāds ieguvums - tas ir, spēks netiek samazināts vai faktiski tiek samazināta priekšrocība - tas ir, spēks tiek palielināts. Labākais mašīnas piemērs, kas nesniedz nekādas priekšrocības, ir vienkāršs vai viens skriemelis. Viens skriemelis maina tikai piepūles spēka virzienu. Aizkaru vilkšana ir piemērs.
Nagu griešanas mašīnas ir sviru piemērs. Spēks, kas tiek iedarbināts uz griezēju rokturi, saspiež griešanas asmeņus, lai asmeņi pieskartos un sagrieztu naglu. Nagu griešanas mašīnā atbalsta punkts ir šarnīra savienojums starp abām griešanas mašīnas daļām.
Ievads vienkāršās mašīnās
Vienkāršas mašīnas ir “vienkāršas”, jo lielākajai daļai ir tikai viena kustīga daļa. Saliekot vienkāršas mašīnas, jūs iegūstat sarežģītu mašīnu, piemēram, zāles pļāvēju, automašīnu, pat elektrisko deguna matu griezēju! Atcerieties, ka mašīna ir jebkura ierīce, kas atvieglo darbu. Zinātnē “darbs” nozīmē kaut ko kustināt. Ir svarīgi zināt, ka, izmantojot vienkāršu mašīnu, jūs faktiski veicat tikpat daudz darba - tas vienkārši šķiet vieglāk. Vienkārša mašīna samazina pūles, kas nepieciešamas, lai kaut ko pārvietotu, bet jūs galu galā pārvietojat to lielāku attālumu, lai paveiktu tādu pašu darba apjomu. Tāpēc atcerieties, ka, izmantojot vienkāršas mašīnas, pastāv enerģijas kompromiss.
Parasti mašīnas ir paredzētas, lai samazinātu objekta pārvietošanai nepieciešamo spēku. Bet procesā attālums tiek palielināts. Ratiņu krēsla uzbrauktuve ir viegli vizualizējams šo attiecību piemērs. Kamēr tiek samazināts piepūles un spēka daudzums (spēks), faktiskais attālums tiek ievērojami palielināts. Tāpēc faktiskā darba apjoms ir vienāds. Lai gan tipisks mašīnu pielietojums ir piepūles vai spēka samazināšana, ir svarīgi mašīnu pielietojumi, kur tas nav nekāds ieguvums - tas ir, spēks netiek samazināts vai faktiski tiek samazināta priekšrocība - tas ir, spēks tiek palielināts. Labākais mašīnas piemērs, kas nesniedz nekādas priekšrocības, ir vienkāršs vai viens skriemelis. Viens skriemelis maina tikai piepūles spēka virzienu. Aizkaru vilkšana ir piemērs.
Nagu griešanas mašīnas ir sviru piemērs. Spēks, kas tiek iedarbināts uz griezēju rokturi, saspiež griešanas asmeņus, lai asmeņi pieskartos un sagrieztu naglu. Nagu griešanas mašīnā atbalsta punkts ir šarnīra savienojums starp abām griešanas mašīnas daļām.
Vienkāršu mašīnu veidi
Visu mehānisko mašīnu pamatā ir četri vienkāršu mašīnu veidi:
Svira
Mēģiniet izvilkt no zemes patiešām spītīgu nezāli. Izmantojot tikai tukšas rokas, tas var būt grūti vai pat sāpīgi. Izmantojot rīku, piemēram, rokas lāpstu, jums vajadzētu uzvarēt cīņā. Jebkurš instruments, kas kaut ko atlaiž, ir svira. Svira ir roka, kas “pagriežas” (vai pagriežas) pret “atbalsta punktu” (vai punktu). Padomājiet par āmura naga galu, ko izmantojat, lai atbrīvotu nagus. Tā ir svira. Tā ir izliekta roka, kas balstās pret punktu uz virsmas. Pagriežot izliekto roku, tā atbrīvo naglu no virsmas. Un tas ir smags darbs! Ir trīs veidu sviras:
- Pirmās klases svira - Kad atbalsta punkts atrodas starp spēka roku un sviras sviru, svira tiek raksturota kā pirmās klases svira. Patiesībā daudzi no mums ir pazīstami ar šāda veida svirām. Tas ir klasisks teeter-totter piemērs-vai nagu griezējs.
- Otrās klases svira - otrās klases svirā kravas svira atrodas starp atbalsta punktu un spēka sviru. Labs šāda veida sviras piemērs ir ķerra.
- Trešās klases svira - šajā sviru klasē spēka svira atrodas starp atbalsta punktu un kravas sviru. Šīs vienošanās dēļ slodzes pārvietošanai ir nepieciešams salīdzinoši liels spēks. To kompensē fakts, ka ar relatīvi nelielu spēka kustību ir iespējams panākt kravas kustību lielā attālumā. Padomājiet par makšķeri!
Slīpa plakne
Plakne ir līdzena virsma. Piemēram, gluda dēlis ir plakne. Tagad, ja lidmašīna guļ plakani uz zemes, visticamāk, tas nepalīdzēs jums veikt darbu. Tomēr, ja šī plakne ir slīpa vai slīpa, tas var palīdzēt pārvietot objektus lielā attālumā. Un tas ir darbs! Kopēja slīpa plakne ir uzbrauktuve. Smagas kastes pacelšana uz iekraušanas doka ir daudz vienkāršāka, ja bīdāt kastīti uz augšu pa rampu - vienkāršu mašīnu.
Ķīlis
- Tā vietā, lai izmantotu slīpās plaknes gludo pusi, jūs varat izmantot smailās malas arī cita veida darbu veikšanai. Piemēram, jūs varat izmantot malu, lai virzītu lietas atsevišķi. Tad slīpa plakne ir ķīlis. Tātad, ķīlis faktiski ir sava veida slīpa plakne. Cirvja plātne ir ķīlis. Padomājiet par asmens malu. Tā ir gludas slīpas virsmas mala. Tas ir ķīlis!
skrūve
- Tagad paņemiet slīpu plakni un aptiniet to ap cilindru. Tā asā mala kļūst par vēl vienu vienkāršu instrumentu: skrūvi. Novietojiet metāla skrūvi pie rampas, un ir grūti saskatīt līdzības, taču skrūve patiesībā ir tikai cita veida slīpa plakne. Kā skrūve palīdz strādāt? Katrs metāla skrūves pagrieziens palīdz pārvietot metāla gabalu caur koka telpu.
Ritenis un ass
Ritenis ir apļveida disks, kas piestiprināts pie centrālā stieņa, ko sauc par asi. Automašīnas stūre ir ritenis un ass. Sadaļu, uz kuras mēs uzliekam rokas un pieliekam spēku (griezes momentu), sauc par riteni, kas pagriež mazāko asi. Skrūvgriezis ir vēl viens riteņa un ass piemērs. Ciešas skrūves atskrūvēšana ar kailām rokām var būt neiespējama. Biezs rokturis ir ritenis, un metāla vārpsta ir ass. Jo lielāks ir rokturis, jo mazāk spēka nepieciešams, lai pagrieztu skrūvi.
Skriemelis
Asis vietā ritenis varēja griezt arī virvi vai auklu. Šī riteņa un ass variācija ir skriemelis. Skriemelī aukla apvij ritenīti. Ritenim griežoties, vads pārvietojas jebkurā virzienā. Tagad pievienojiet vadam āķi, un jūs varat izmantot riteņa rotāciju, lai paceltu un nolaistu priekšmetus. Piemēram, uz karoga masta virve ir piestiprināta pie skriemeļa. Uz virves parasti ir divi āķi. Aukla griežas ap skriemeli un nolaiž āķus, kur var piestiprināt karogu. Pēc tam pagrieziet vadu, un karogs paceļas augstu uz staba.
Ieteicamais Reading
- Mehānisku brīnumu veidošana kokā (ISBN: 978-1626548862)
- Zinātniskie eksperimenti ar vienkāršām mašīnām (zinātniskie eksperimenti), autore Sallija Nankivella-Astone, Dorotija Džeksone (ISBN: 978-0531154458)
Rakstīšanas aktivitāte
Nosakiet citu nagu griešanas mašīnu dizaina piemērus. Uzrakstiet eseju (vai rindkopu atkarībā no vecuma) par to, kā dizainparaugi atšķiras un kā dažādi dizaini var ietekmēt griezēja funkciju.
Pielāgošana mācību programmas ietvariem
Piezīme: Visi šīs sērijas stundu plāni ir saskaņoti ar Nacionālie zinātnes izglītības standarti kurus ražoja Nacionālā pētniecības padome un to ir apstiprinājusi Nacionālā dabaszinātņu skolotāju asociācija un, ja piemērojams, arī Starptautiskās tehnoloģiju izglītības asociācijas Tehnoloģiskās pratības standarti vai Nacionālās matemātikas skolotāju padomes skolas matemātikas principi un standarti.
Nacionālie zinātnes izglītības standarti K-4 pakāpe (no 4 līdz 9 gadiem)
SATURA A STANDARTS: Zinātne kā izmeklēšana
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties
- Zinātniskās izpētes veikšanai nepieciešamās spējas
- Izpratne par zinātnisko izpēti
E SATURA STANDARTS: Zinātne un tehnoloģija
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties
- Tehnoloģiskā dizaina spējas
F SATURA STANDARTS: Zinātne personīgajā un sociālajā perspektīvā
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem būtu jāattīsta izpratne par
- Zinātne un tehnoloģija vietējos izaicinājumos
G SATURA STANDARTS: Zinātnes vēsture un daba
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem būtu jāattīsta izpratne par
- Zinātne kā cilvēka centieni
Nacionālie zinātnes izglītības standarti 5. – 8. Klase (vecumā no 10 līdz 14 gadiem)
SATURA A STANDARTS: Zinātne kā izmeklēšana
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties
- Zinātniskās izpētes veikšanai nepieciešamās spējas
- Izpratne par zinātnisko izpēti
E SATURA STANDARTS: Zinātne un tehnoloģija
5.-8.klašu aktivitāšu rezultātā visiem skolēniem vajadzētu attīstīties
- Tehnoloģiskā dizaina spējas
- Izpratne par zinātni un tehnoloģiju
F SATURA STANDARTS: Zinātne personīgajā un sociālajā perspektīvā
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem būtu jāattīsta izpratne par
- Riski un ieguvumi
- Zinātne un tehnoloģija sabiedrībā
G SATURA STANDARTS: Zinātnes vēsture un daba
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem būtu jāattīsta izpratne par
- Zinātne kā cilvēka centieni
- Zinātnes vēsture
Nacionālie zinātnes izglītības standarti 9. – 12. Klase (vecumā no 14 līdz 18 gadiem)
SATURA A STANDARTS: Zinātne kā izmeklēšana
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties
- Zinātniskās izpētes veikšanai nepieciešamās spējas
- Izpratne par zinātnisko izpēti
E SATURA STANDARTS: Zinātne un tehnoloģija
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties
- Tehnoloģiskā dizaina spējas
- Izpratne par zinātni un tehnoloģiju
F SATURA STANDARTS: Zinātne personīgajā un sociālajā perspektīvā
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem būtu jāattīsta izpratne par
- Personīgā un sabiedrības veselība
- Zinātne un tehnoloģija vietējiem, nacionāliem un globāliem izaicinājumiem
G SATURA STANDARTS: Zinātnes vēsture un daba
Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem būtu jāattīsta izpratne par
- Zinātnisko zināšanu būtība
- Vēsturiskās perspektīvas
Tehnoloģiskās pratības standarti - visos vecumos
Tehnoloģijas daba
- 1. standarts: Studenti attīstīs izpratni par tehnoloģiju īpašībām un apjomu.
Tehnoloģija un sabiedrība
- 4. standarts: Studenti attīstīs izpratni par tehnoloģiju kultūras, sociālo, ekonomisko un politisko ietekmi.
- 6. standarts: Studenti attīstīs izpratni par sabiedrības lomu tehnoloģiju attīstībā un izmantošanā.
- 7. standarts: Studenti attīstīs izpratni par tehnoloģiju ietekmi uz vēsturi.
Dizains
- 8. standarts: Studenti attīstīs izpratni par dizaina atribūtiem.
- 9. standarts: Studenti attīstīs izpratni par inženiertehnisko dizainu.
- 10. standarts: Studenti attīstīs izpratni par problēmu novēršanas, izpētes un izstrādes, izgudrošanas un inovācijas un eksperimentēšanas nozīmi problēmu risināšanā.
Tehnoloģiskās pasaules spējas
- 13. standarts: Studenti attīstīs spējas novērtēt produktu un sistēmu ietekmi.
Projektētā pasaule
17. standarts: Studenti attīstīs izpratni un spēs izvēlēties un izmantot informācijas un komunikācijas tehnoloģijas.
Izveidojiet nagu griešanas mašīnas modeli
Materiālu saraksts
- putu dēlis
- skotu lente
- zobu bakstāmie
Modeļa daļas
- Apakšējais griešanas dēlis
- Augšējais griešanas dēlis
- Rokas svira griešanas mašīnu darbināšanai
- Zīmuļa daļa kalpo kā vārpsta
- Putu dēļa ķīlis galam, kur sagriežas griešanas dēļi (skolotājs iepriekš izgriezis)
- Divreiz biezs atbalsta punkts rokas svīrai
- 8 griešanas malas (attēlo īsto griezēju griešanas malas)
- 10 zobu bakstāmie, lai veidotu zīmuļa vārpstas galus
Instrukcijas
Strādājot komandās, pārbaudiet šo ilustrāciju un salieciet mazās detaļas uz lielām detaļām, kas ir aprīkotas ar līmi. Ļaujiet līmei nožūt. Pēc tam samontējiet griešanas mašīnas modeli ar lenti gan apakšējā, gan augšējā griešanas dēļa malas galā. Izbīdiet zobu bakstāmos caur zīmuļa caurumiem vai piestipriniet tos pie zīmuļa. Pārbaudi savas griešanas mašīnas!
Jūs esat inženieris! Strādājiet komandā un izstrādājiet plānu, izmantojot vienkāršas mašīnas, lai pārvietotu tālruņu grāmatu no vienas klases puses uz otru, nepieskaroties grāmatai. Risinājumā jāizmanto vismaz viena vienkārša mašīna ... bet, ja vēlaties, varat izmantot daudzas.
Pirmais solis:
Zemāk esošajā lodziņā uzzīmējiet savas komandas mašīnu vai risinājumu.
|
Otrais solis:
Izmēģiniet savas komandas plānu un pārbaudiet, vai tas darbojas!
Jautājumi:
- Kāda bija jūsu dizaina visefektīvākā daļa - daļa, kas darbojās, kā plānots?
- Kāda bija jūsu dizaina neefektīvākā daļa - daļa, kas sagādāja vislielākās nepatikšanas vai nedarbojās tā, kā bijāt plānojis?
- Ja jūs varētu pārtaisīt savu sākotnējo plānu, ko jūs mainītu?
- Vai jūs domājat, ka inženieriem ir jāprojektē un jāpārprojektē un jāpārprojektē, lai radītu vislabāko produktu vai procesu? Sniedziet produkta vai procesa piemēru, kas laika gaitā ir mainījies (piemēram, telefonus vai lidmašīnas).
Nodarbības plāna tulkošana