Оваа лекција истражува како е можен лет и како инженерите ги подобриле дизајните и материјалите на едрилици за да ја подобрат точноста и растојанието на летот. Студентите градат и тестираат свои едрилици од едноставни материјали.
- Дознајте за силите што влијаат на летот.
- Дознајте за инженерскиот дизајн, тестирање и смена на проблеми.
- Дознајте како инженерството може да помогне во решавањето на предизвиците на општеството.
- Дознајте за тимска работа и решавање на проблеми.
Возрасни нивоа: 8 - 12
Презентација на план за лекција
Материјали и подготовка
Изградба на материјали (тимови за избор)
Потребни материјали
- Картон / картон
- Картонски цевки (хартиена крпа, тоалетна хартија)
- Стапчиња за лак / дрво од балса / мешалки за боја
- Занаетчиски листови од пена / Табли за пена
- Paperclips / гумени ленти
- Фолија
Материјали за тежина
- Монети / карпи / Глина / кит
Материјали за тестирање
- Мерењето на лента
- Кутија, гол или клупа за цел
- Салата или убав ден - да тестирате на отворено!
Тестирање на материјали и процес
материјали
- Мерењето на лента
- Кутија, гол или клупа за цел
- Салата или убав ден - да тестирате на отворено!
Процесот на
- Секој тим ќе го тестира својот дизајн со летање со едрилица од почетна точка до целта оддалечена петнаесет метри. Измерете и запишете го растојанието што успешно го поминува секој едриличар.
- За тест на лет, идентификувајте голема цел како кутија, гол или клупа, така што едрилици летаат подалеку од учениците. Објективна личност треба да го „лета“ секој едрилица, така што силата на лансирањето е конзистентна. Секој авион ќе биде тестиран три пати со најдалечно растојание од трите што се користат за да се одреди победничкиот тим.
- Документирајте го прелетаното растојание и нацртајте ја патеката на летот на секој тест.
Апликации во реалниот свет
Дознајте ги основите за тоа како работи едрилицата. (Видео 1:00 часот)
https://nj.pbslearningmedia.org/resource/arct14.sci.dsattack/how-does-a-glider-work/
Извор: Интернет-страница за учење на PBS - Нација за дизајн на одред
Постојат 4 сили кои влијаат на тоа како летаат работите (тежина, подигнување, влечење и потиснување). Погледнете како тие работат заедно за да создадат лет. (Видео 1:12)
Извор: Канал на YouTube Смитсонијан Образование
Дали знаевте дека постои Светско првенство во авион од хартија? Вистина е! Ред Бул го спонзорира Шампионатот секоја година. Можеби би можеле да бидете еден од следните конкуренти. (Видео 3:49)
Извор: Канал на Јутјуб Ред Бул
Предизвик за инженерски дизајн
Дизајн предизвик
Вие сте тим инженери со оглед на предизвикот да создадете едрилица од едноставни материјали што можат да летаат што е можно поправилно кон целта што е оддалечена петнаесет метри.
Критериуми
- Едриличарот мора да лета што е можно поправилно кон целта што е оддалечена петнаесет метри.
Ограничувања
- Може да користи само обезбедени материјали.
- Неискористените материјали можат да се споделуваат со други тимови или може да се тргува со материјали.
Инструкции и процедури за активност
- Пауза од часови во тимови од 2-4.
- Поделете го работниот лист Земи лет, како и неколку листови хартија за скицирање на дизајни.
- Дискутирајте за темите во Делот за концепти за позадина.
- Прегледајте го процесот на инженерско дизајнирање, предизвикот за дизајн, критериумите, ограничувањата и материјалите. Ако времето дозволи, прегледајте ги „Апликации во реалниот свет“ пред да го спроведете предизвикот за дизајн.
- Пред да им наложите на учениците да започнат бура на идеи и да ги скицираат своите дизајни, замолете ги да размислат за следново:
● Три главни делови на едрилицата: крилјата, телото (или фузијата) и опашката
● Балансирање на 4-те сили што влијаат на летот: потисок, тежина, подигнување и влечење
● Како „тежината“ на вашиот дизајн се неутрализира со „лифтот“
● Ако е потребен стабилизатор на опашката или дополнителна тежина однапред за да се подобри стабилноста - Обезбедете им на секој тим свои материјали.
- Објаснете дека студентите мора да развиваат едрилица од секојдневните предмети и дека едриличарот мора да може да лета што е можно поправилно кон целта што е оддалечена петнаесет метри.
- Најавете го времето што треба да го дизајнираат и изградат (се препорачува 1 час).
- Користете тајмер или ан on-line стоперка (одбројување одлика) за да се осигурате дека продолжувате на време. Дајте им редовни „проверки на времето“ на студентите за да останат на задачата. Ако се борат, поставете прашања што побрзо ќе ги доведат до решение.
- Студентите се среќаваат и развиваат план за нивниот едриличар. Тие се согласуваат за материјалите што ќе им бидат потребни, го напишуваат / нацртаат својот план и го презентираат својот план на часот. Екипите можат да разменуваат неограничени материјали со други тимови за да го развијат својот идеален список со делови.
- Екипите ги градат своите дизајни.
- Тестирајте ги дизајните на едрилици со летање на секој едрилица од почетна точка до цел оддалечена петнаесет метри. Измерете и запишете го растојанието што успешно го поминува секој едриличар.
- Екипите треба да ја документираат прелетаната далечина и да ја исцртаат патеката на летот на секој тест.
- Како час, дискутирајте ги прашањата за рефлексија на ученикот.
- За повеќе содржини на темата, видете ги деловите „Апликации во реалниот свет“ и „Копање подлабоко“.
Рефлексија на студентите (тетратка за инженеринг)
- Колку последниот едриличар беше сличен на вашиот оригинален образец за дизајн?
- Ако откривте дека треба да направите промени за време на фазата на изградба, опишете зошто вашиот тим одлучи да направи ревизии.
- Дали откривте дека треба да додадете дополнителни материјали за време на изградбата? Што додаде, и зошто?
- Дали мислите дека инженерите често ги менуваат своите оригинални планови за време на фазата на производство на развој? Што мислите, како ова може да влијае на планираниот буџет за дизајн или производство?
- Како одлучивте кои материјали да ги изберете за финална конструкција? Што беше тоа со материјалите за кои мислевте дека можат да му помогнат на вашиот едрилица да лета?
- Како се одлучивте за формата на деловите од вашиот едриличар? Што се однесуваше на обликот на секој дел за кој мислевте дека може да му помогне на вашиот едрилица да лета?
Модификација на времето
Лекцијата може да се заврши во период од само 1 час за постари ученици. Сепак, за да им помогнете на студентите да се почувствуваат избрзани и да обезбедат успех на студентите (особено за помладите ученици), поделете ја лекцијата во два периоди, давајќи им на студентите повеќе време за бура на идеи, тест идеи и финализирање на нивниот дизајн. Спроведете тестирање и дебрифија во следниот час.
Процес на инженерско дизајнирање
Концепти во позадина
Кои сили влијаат на летот?
normalals-bigstock.com
Постојат четири сили кои влијаат на летот: Тежина, Подигнување, Влечење и Придвижување. Сите четири сили треба да се земат предвид при дизајнирање и градење едрилица или авион. Во лет, секоја сила има спротивна сила што работи против неа.
Сè има тежина, што е резултат на гравитационите сили. Материјалите избрани за дизајн на едрилица ќе имаат тежина што треба да се надомести со „Лифт“ за да може да лета.
Подигнете е аеродинамична сила што помага да се спротивстави на тежината. Колку е потежок објектот, толку е потешко лифтот да работи против него и да постигне лет. Но, движењето напред (брзина) или потисок на авион преку воздухот, заедно со обликот на леталото и неговите делови, особено неговите крилја, сето тоа влијае на тоа колку силна ќе биде силата на подигнување! Многу крилја имаат закривена форма одозгора и се порамни од долниот дел, така што воздухот се движи побрзо над врвот. Кога воздухот се движи побрзо, притисокот на воздухот се намалува. Ако притисокот на врвот на крилото е помал од притисокот на дното на крилото, разликата во притисокот помага да се подигне крилото нагоре во воздухот.
Последната од четирите сили што влијаат на летот е влечи.и оваа сила работи на забавување на едрилицата или рамнината. Повлечете е сила што дејствува спротивно на релативното движење на кој било предмет што се движи во однос на околниот воздух (или вода!). На пример, влечете дејствува спротивно на насоката на движење на предмет, како што се автомобил, велосипед, авион, едрилица или труп на брод. На тоа влијаат обликот и материјалниот избор на авион или брод, како и други фактори, вклучувајќи ја и влажноста на воздухот. Влијае на тоа исто така и потисната моќност или брзината на леталото ... колку е поголема ударот, толку е поголема влечењето.
Во случај на едрилица што треба да се изгради како дел од оваа лекција… потисната моќ ја создава лицето кое ќе го протурка вашиот авион низ воздухот за време на тестирањето! За моторизирана рамнина, моторот е тој што обезбедува погон и моќност да се движи низ воздухот. Авион може да има неколку мотори за генерирање на потисна сила, а дизајнот на моторот исто така влијае на начинот на движење на околниот воздух, што пак влијае на потиснување и влечење.
Сите сили што влијаат на летот се меѓусебно поврзани. Како лета авион, зависи од силата и насоката на сите четири сили! Ако сите се во рамнотежа, рамнината ќе се движи заедно со постојана брзина. Ако има нерамнотежа, авионот ќе се движи во насока на таа сила… на пример, ако се кренат надмоќните тежини, авионот ќе се движи надолу.
Авион оди нагоре ако силите на подигнување и нафрли се посилни од гравитацијата и влечењето. Ако гравитацијата и влечењето се посилни од подигнувањето и потиснувањето, авионот се спушта.
Браќата Рајт
jennyt-bigstock.com
Орвил Рајт (19. 1871 - 30, лево) и Вилбур Рајт (1948 април 16 - 1867, десно), биле двајца браќа и пионери во авијацијата, на кои генерално им се заслужни измислувањата, градењето и летањето првиот успешен авион во светот. Тие го извршија првиот контролиран, одржлив лет на авион со погон, потежок од воздух на 30 декември 1912 година, во близина на Кити Хоук, Северна Каролина, САД. Во 17-1903 година браќата понатаму ја развија својата летачка машина во првиот практичен авион со фиксно крило. Иако не беа првите што градеа и летаа со експериментални авиони, Браќата Рајт први измислија и усогласија контроли на авиони што овозможија лет со придвижувано крило
Вистинскиот чекор напред на браќата беше нивниот изум за контрола на три оски - ова му овозможи на пилотот да управува со авионот и да одржува рамнотежа или рамнотежа. Овој метод сè уште останува стандард за сите видови авиони со фиксно крило. Додека другите од ерата се фокусираа на правење помоќни мотори, браќата Рајт сметаа дека наоѓањето начин за контрола на авион е поитнентен предизвик.
Користејќи мал домашен тунел за ветер, браќата ги тестираа и ги тестираа своите идеи и дизајни. Тие собраа многу податоци што им помогнаа да дизајнираат и да изградат поефикасни крилја и пропели што можат да се контролираат. Нивниот прв патент во САД, 821,393 XNUMX, не тврдеше дека е пронајден летачки апарат, туку е пронајден „систем на аеродинамичка контрола што манипулира со површините на летачката машина“
Тие се здобија со искуство и вештини неопходни за нивниот успех работејќи со машини за печатење, велосипеди, мотори и други машини. Нивната работа со велосипеди особено влијаеше на нивното верување дека нестабилно возило како летечка машина навистина може да се контролира и балансира со практика!
Од 1900 година до нивните први придвижувани летови кон крајот на 1903 година, тие спроведоа широки тестови со едрилици кои исто така ги развија нивните вештини како пилоти.
Повеќе детали за Процесот на пронаоѓање на браќата Рајт може да најдете на https://wright.nasa.gov/overview.htm.
Вокабулар
- Аеродинамичен: Квалитетите на објектот што влијаат на тоа колку лесно може да се движи низ воздухот.
- Ограничувања: Ограничувања со материјалот, времето, големината на тимот, итн.
- Критериуми: Услови што дизајнот мора да ги задоволи како неговата вкупна големина, итн.
- Повлечете: Сила што дејствува спротивно на релативното движење на кој било предмет што се движи во однос на околниот воздух.
- Инженери: Пронаоѓачи и решавачи на проблеми во светот. Дваесет и пет главни специјалитети се признати во инженерството (види инфографик).
- Процес на инженерско дизајнирање: Инженерите на процеси користат за решавање на проблеми.
- Инженерски навики на умот (ЕХМ): Шест уникатни начини на кои мислат инженерите.
- Повторување: Тестот и редизајнот е една повторување. Повторете (повеќе повторувања).
- Подигнете: Аеродинамична сила што помага да се спротивстави на тежината. Колку е потежок објектот, толку е потешко лифтот да работи против него и да постигне лет.
- Притисок: Примена на сила врз нешто од нешто друго во директен контакт со него.
- Прототип: Работен модел на решението што треба да се тестира.
- Нафрли: Предно движење (брзина) или потиснување на авион низ воздухот заедно со обликот на леталото и неговите делови.
- Брзина: Колку брзо се движи некој предмет во одредена насока.
- Тежина: Сè има тежина, што е резултат на гравитационите сили. Материјалите избрани за дизајн на едрилица ќе имаат тежина што треба да се надомести со „подигнување“ за да може да лета.
Копаат подлабоко
Интернет конекции
Препорачано четиво
- Авион за авиони: Како работи, Дејвид Меколи (ISBN: 978-1626722118)
- Големата книга за авиони, ДК (ШСБ: 978-1465445070)
- Лет, ДК (ISBN: 978-0756673178)
Активност за пишување
Напишете есеј или пасус за тоа како се смени технологијата на едрилица во текот на изминатите сто години. Или, напишете есеј за тоа како мислите дека влијаел на светот затоа што луѓето можат да летаат.
Усогласување на наставната програма
Усогласување со рамки на наставните програми
Забелешка: Плановите за лекции во оваа серија се усогласени со еден или повеќе од следниве групи на стандарди:
- Стандарди за образование на науки во САД (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Научни стандарди на следната генерација на САД (http://www.nextgenscience.org/)
- Стандарди за меѓународна технолошка асоцијација за технолошка писменост (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Национален совет на наставници по математика на САД, принципи и стандарди за училишна математика (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Заеднички основни државни стандарди на САД за математика (http://www.corestandards.org/Math)
- Здружение на наставници по компјутерски науки К-12 Стандарди за компјутерски науки (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Научни стандарди за следната генерација (3-5 степени)
Студентите кои демонстрираат разбирање можат:
- 3-ПС2-1. Планирајте и спроведете истрага за да обезбедите докази за ефектите на избалансираните и неурамнотежени сили врз движењето на некој предмет.
- 3-ПС2-2. Направете наб observудувања и / или мерења на движењето на објектот за да обезбедите докази дека може да се користи образец за да се предвиди идното движење.
- 3-5-ЕТС1-1. Дефинирајте едноставен проблем со дизајнот што рефлектира потреба или желба што вклучува специфицирани критериуми за успех и ограничувања на материјалите, времето или трошоците.
- 3-5-ЕТС1-2. Генерирајте и споредете повеќе можни решенија за проблем заснован на тоа колку веројатно секој ги исполнува критериумите и ограничувањата на проблемот.
- 3-5-ЕТС1-3. Планирајте и извршете фер тестови во кои се контролираат променливите и се сметаат точките на неуспех за да се идентификуваат аспектите на моделот или прототипот што може да се подобри.
- 5-ПС2-1. Поддржете аргумент дека гравитационата сила што ја извршува Земјата врз објектите е насочена надолу.
Заеднички основни државни стандарди на САД за математика (3-5 одделение)
- Трето одделение: Претставувајте и интерпретирајте ги податоците (CCSS.MATH.CONTENT.3.MD.B.4)
- Четврто одделение: Претставувајте и толкувајте ги податоците (CCSS.MATH.CONTENT.4.MD.B.4)
- Петто одделение: Претставување и толкување на податоците (CCSS.MATH.CONTENT.5.MD.B.2)
Стандарди за меѓународна технолошка асоцијација за технолошка писменост (3-5 одделение)
- Поглавје 8 - Атрибутите на дизајнот
- Дефиниции на дизајнот
- Барања за дизајн
- Поглавје 9 - Инженерски дизајн
- Процес на инженерско дизајнирање
- Креативност и разгледување на сите идеи
- Модели
- Поглавје 10 - Улогата на смена на проблеми, истражување и развој, пронаоѓање и експериментирање при решавање проблеми
- Смена на проблеми
- Пронаоѓање и иновации
- Експериментирање
- Поглавје 11 - Спроведување на Процесот на дизајнирање
- Собери информации
- Визуелизирајте решение
- Тестирајте и проценувајте решенија
- Подобрување на дизајнот
Поврзани инженерски полиња и степени
Работен лист за студенти
Преводи
