Добивање на вашите лежишта
Оваа лекција го истражува концептот на триење и покажува како топчестите лежишта го намалуваат триењето. Студентите учат за различни намени за топчести лежишта, како се променил дизајнот со текот на времето за да се вклучат валчести лежишта, тестираат триење со џамлии и ја идентификуваат употребата на топчести лежишта во секојдневните предмети
- Дознајте за триењето.
- Дознајте за топчести лежишта.
- Дознајте како инженерите ги подобрија топчестите лежишта и развојот на валчести лежишта.
- Дознајте како се користат валчести / топчести лежишта во машините и влијаат врз секојдневниот живот.
- Дознајте за тимска работа и решавање на проблеми во групи.
Возрасни нивоа: 8-18
Изградба на материјали (за секој тим)
Потребни материјали за активности 1, 2, 3
- Капак на тегли (од мајонез или сличен сад)
- 25 мермери со иста големина (користена е поголема од длабочината на капакот)
- книга
- Дел од тепих или тепих
Потребни материјали за предизвикот
- 100 моливи
- Лента
- 25 гумени ленти
Материјали за тестирање
- Биро или мала маса
- Дел од тепих или тепих
материјали
- Биро или мала маса
- Дел од тепих или тепих
Процесот на
Тимовите ги тестираат своите дизајни со тоа што покажуваат како можат да го поместат бирото/масата на 10 метри само со показалецот.
Дизајн предизвик
Вие сте тим инженери кои работат заедно за да дизајнираат систем користејќи валчести лежишта за да поместите една од вашите работни клупи во училницата, или маса, на 10 метри. Ограничете ја силата што ја применувате за поместување на бирото или масата на она што можете да го притиснете само со показалецот.
Критериуми
- Мора да се движи биро или маса 10 метри.
- Користете го само показалецот за поместување на бирото или масата.
Ограничувања
- Може да користи само до 100 моливи, лента и 25 гумени ленти
- Користете ги само материјалите што ви се дадени.
- Пауза од часови во тимови од 3-4.
- Распределете го работниот лист Getting your Bearings, како и неколку листови хартија за скицирање на дизајни.
- Дискутирајте за темите во делот Позадни концепти. Замолете ги учениците да ја почувствуваат силата на триењето кога се обидуваат да го поместат капакот (отворен дел надолу) на теглата низ различни површини: горен дел, подот за плочки, парче тепих. Замолете ги учениците да предложат различни машини кои вклучуваат топчести лежишта или валчести лежишта.
- Прегледајте го процесот на инженерско дизајнирање, предизвик за дизајн, критериуми, ограничувања и материјали.
- Обезбедете им на секој тим свои материјали.
- Научете ги учениците дека ќе завршат 3 активности, а потоа предизвик.
Активност 1: Учениците се обидуваат да го поместат капакот што им е даден на неколку површини - книга, работна површина, под, тепих.
Активност 2: Учениците ставаат доволно џамлии во капакот на теглата за да го пополнат просторот со џамлии (не треба да го преполнуваат за џамлиите да не можат слободно да се движат). Следно, тие треба да користат книга за да го превртат капакот, а потоа да се обидат да го поместат капакот со мермерни „топчиња“.
Активност 3: Учениците пробуваат варијација каде книга или друга тежина е ставена на врвот на капакот (со и без џамлии). - Објаснете дека за предизвикот учениците мора да дизајнираат систем користејќи валчести лежишта за да поместат една од работните клупи во училницата или маса на 10 метри. Тие треба да ја ограничат силата што ја применуваат за да се придвижат бирото или масата до она што можат да го притиснат користејќи го само вашиот показалец.
- Најавете го времето што треба да го дизајнираат и изградат (се препорачува 1 час).
- Користете тајмер или он-лајн стоперка (одбројување одлика) за да се осигурате дека ќе бидете навреме. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). 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 систем за валчести лежишта. Тие се согласуваат за материјалите што ќе им бидат потребни, го пишуваат/цртаат својот план и го презентираат својот план на часот.
- Екипите ги градат своите дизајни.
- Тимовите ги тестираат своите дизајни со тоа што покажуваат како можат да го поместат бирото/масата на 10 метри само со показалецот.
- Како час, дискутирајте ги прашањата за рефлексија на ученикот.
- За повеќе содржини на темата, видете во делот „Копање подлабоко“.
Факултативно за постари студенти
Работете во тимови за да истражите дали другите форми на лежишта може да имаат предности во однос на сегашниот дизајн на топка или ролери. Зошто да или зошто не?
Рефлексија на студентите (тетратка за инженеринг)
- Активност 1:
- Која беше разликата во триењето поместување на капакот преку различни површини?
- Која површина покажа најмногу триење? Зошто? - Активност 2:
- Која беше разликата во триењето што го доживеавте кога се тркалаа мермерите
под капакот?
- Дали мермерите помогнаа на сите површини? Само некои?
- Која површина, доколку ја има, сега покажува најмногу триење? Зошто? - Активност 3:
- Дали мермерната основа овозможува полесно движење кога се додаваат тегови?
- Можете ли да смислите апликација за ваков уред?
- Кој би требало да преместува предмети со големи тежини? Како би помогнало ова?
- Наведете три различни машини кои вклучуваат топчести лежишта или валчести лежишта. - Предизвик:
- Дали планиравте работа со дизајн? Зошто да или зошто не?
- Какви ревизии требаше да направите на вашиот план за да го направите поефективно решение?
- Дали успеавте да го поместите бирото/масата користејќи ја само силата од еден показалец?
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.
Што е триење?
Како помагаат топчестите лежишта?
Триење
Триење е термин кој опишува колкав отпор има за два објекти да се движат над друг. Колку е поголемо триењето, толку е потешко двата објекти да се движат непречено. Со помало триење, предметите се движат лесно и непречено едни против други. На пример, парче гума би имало поголемо триење што се движело преку тепих отколку што би имало мазен учебник. Во машините, деловите се тријат едни со други и зголеменото триење може побрзо да ги истроши деловите.
Топчести лежишта
Терминот топчести лежишта понекогаш значи склоп на лежиште кој користи сферични лежишта како елементи за тркалање. Тоа исто така значи и индивидуална топка за склоп на лежиште. Топчести лежишта се направени од многу различни материјали, вклучувајќи керамика, метали, нерѓосувачки челик и други хибридни материјали. Тие помагаат да се намали триењето што ги одржува машините да работат подолго. Тие исто така можат да овозможат машината да работи потивко. Лежиштата беа дизајнирани на едноставен принцип - предметите да се тркалаат полесно отколку што се лизгаат. Кога два предмети се лизгаат едни против други, како книга на маса или тегла на тепих, триењето помеѓу површините работи за да го забави движењето. Ако предметите би можеле да се превртуваат еден врз друг, тогаш количината на површината што ја допира е ограничена и така триењето се намалува.
Лежишта за тркалачки елементи
Лежиште за тркалачки елементи е лежиште кое носи товар со поставување тркалезни елементи помеѓу двете парчиња. Релативното движење на парчињата предизвикува тркалезни елементи да се тркалаат (паѓаат) со мало лизгање. На сликата можете да видите како се сместени топчињата помеѓу тркалезните делови. Едно од најраните и најпознатите лежишта за тркалачки елементи се комплети трупци поставени на земја со голем камен блок на врвот. Додека каменот се влече, трупците се тркалаат по земјата со мало триење на лизгање. Како што секој дневник излегува одзади, така се преместува напред, а потоа блокот се тркала кон него. Можете да имитирате таков лого со ставање неколку пенкала или моливи на маса и ставање на раката над нив.
Велосипеди без топчести лежишта? Ролери без ролери?
Велосипедите се одличен пример за машина која користи топчести лежишта за да го намали триењето. Топчести лежишта може да се најдат во педалите, во предните и задните главици за тркалата и цевката каде што се прицврстени рачките. И скејтбордите и ролерите вклучуваат и топчести лежишта! Надвор од овие примери, топчестите лежишта се важен дизајн елемент на платформи за дупчење нафта, авиони и автомобили. Ролери се користат во ролери!
Историја на топчести лежишта - еволуција на производот
историја
Првиот пример на дрвена лежиште со носач што ја држеше ротационата маса беше изваден од остатоците на римски брод во езерото Неми, Италија. Останатиот брод бил датиран во 40 година п.н.е. Се вели дека Леонардо да Винчи опишал тип на носење топка околу 1500 година. Едно од прашањата со топчестите лежишта е тоа што тие можат да се тријат едни со други, предизвикувајќи дополнително триење, но тоа може да се спречи со затворање на топчињата во кафез На Заробениот, или затворен, топчести лежишта првично бил опишан од Галилео во 1600 -тите.
иновации
Хенри Тимкен, визионер од 19 век и иноватор во производството на превоз, го патентираше заострениот ролери во 1898 година. Тој замисли бизнис изграден врз основа на решавање на критичен, вековен технички проблем: триење, сила што го попречува движењето на предметите во контакт со едни со други. „Човекот што може да смисли нешто што ќе го намали триењето фундаментално“, забележа Тимкен, „ќе постигне нешто од вистинска вредност за светот“. Следната година, тој ја формираше компанијата „Тимкен“ за да ја произведе својата иновација.
Дизајн и подобрување на производот
Кога Хенри ја започна својата развојна работа, доминантен лежиште беше обичниот, или „триењето“, лежиштето што се користеше со мали промени од античките времиња. Тоа во суштина беше метален лагер во дупката околу ротирачкото вратило, при што главната работа беше намалување на триењето во зависност од подмачкувањето. Хенри почна да експериментира со топчести лежишта, но тие брзо не успеаја од абење. Тој заклучи дека „валчестите лежишта“ имаа поголеми ветувања за возилата, како што се автомобилите, бидејќи тежината на товарот- многу потешка отколку на велосипед- може да се носи по целата должина на ролерите, за разлика од синглот точка на контакт на секоја топка во топчести лежишта. Хенри се обиде со правилни ролки, но се смести на заострените, што им овозможи на лежиштата да ги одржуваат силите од сите страни. Од 1899 година, компанијата Тимкен произведе повеќе од шест милијарди лежишта и сега произведува лежишта од многу различни видови.
Индустрии и апликации
Топчести лежишта се користат во повеќето индустрии, вклучувајќи транспорт, воздухопловство, производство, земјоделство и спорт/забава. Findе најдете примери за топчести лежишта или валчести лежишта што се користат во тркала за слетување на авиони, турбини на ветер, сателити и тркалачки фабрики. Минијатурни лежишта може да се најдат во медицински апликации како што е стоматолошка опрема.
Интернет конекции
Препорачано четиво
- Тимкен: Од Мисури до Марс - век на лидерство во производството (ISBN: 0875848877)
- Наука за велосипедизам, од Дејвид Гордон Вилсон (ISBN: 0262731541)
- Топчести и валчести лежишта: Теорија, дизајн и примена (ISBN: 0471984523)
Активност за пишување
Напишете есеј или став што опишува три различни машини кои вклучуваат топчести лежишта или валчести лежишта. Како употребата на лежиштата ја подобрува машината?
Усогласување со рамки на наставните програми
Забелешка: Плановите за лекции во оваа серија се усогласени со еден или повеќе од следниве групи на стандарди:
- С. Стандарди за научно образование (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- S. Научни стандарди за следната генерација (http://www.nextgenscience.org/)
- Стандарди за меѓународна технолошка асоцијација за технолошка писменост (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- S. Национален совет на наставници по математички принципи и стандарди за училишна математика (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- С. Заеднички основни државни стандарди 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)
Национални стандарди за образование во наука Одделение К-4 (возраст 4-9)
СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки
Како резултат на нивните активности, сите студенти треба да развијат разбирање за
- Карактеристики на предмети и материјали
- Позиција и движење на предметите
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат
- Способности на технолошки дизајн
СТАНДАРД СОДРИНА Г: Историја и природа на науката
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Науката како човечки потфат
Национални стандарди за образование во наука Одделение 5-8 (возраст од 10-14)
СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки
Како резултат на нивните активности, сите студенти треба да развијат разбирање за
- Својства и промени на својствата во материјата
- Движења и сили
- Трансфер на енергија
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат
- Способности на технолошки дизајн
СТАНДАРД СОДРИНА Г: Историја и природа на науката
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Науката како човечки потфат
- Историја на науката
Национални стандарди за образование во наука Одделение 9-12 (возраст од 14-18)
СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки
Како резултат на нивните активности, сите студенти треба да развијат разбирање за
- Движења и сили
- Интеракции на енергија и материја
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат
- Способности на технолошки дизајн
- Разбирање за науката и технологијата
Национални стандарди за образование во наука Одделение 9-12 (возраст од 14-18)
СТАНДАРД СОДРИНА Ф: Наука во лични и социјални перспективи
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Наука и технологија во локални, национални и глобални предизвици
СТАНДАРД СОДРИНА Г: Историја и природа на науката
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Историски перспективи
Стандарди за наука на следната генерација - одделение 2-5 (7-11 возраст)
Материјата и нејзините интеракции
- 2-ПС1-2. Анализирајте ги податоците добиени од тестирање на различни материјали за да утврдите кои материјали имаат својства што се најпогодни за намена.
Движење и стабилност: Сили и интеракции
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.
Инженерски дизајн
Студентите кои демонстрираат разбирање можат:
- 3-5-ЕТС1-1. Дефинирајте едноставен проблем во дизајнот што рефлектира потреба или желба што вклучува специфицирани критериуми за успех и ограничувања на материјалите, времето или трошоците.
- 3-5-ETS1-2. Создадете и споредете повеќе можни решенија за проблем заснован на тоа колку веројатно секој ги исполнува критериумите и ограничувањата на проблемот.
Стандарди за наука на следната генерација - одделение 6-8 (11-14 возраст)
Инженерски дизајн
Студентите кои демонстрираат разбирање можат:
- MS-ETS1-2 Оценете конкурентни решенија за дизајн користејќи систематски процес за да утврдите колку добро ги исполнуваат критериумите и ограничувањата на проблемот.
Стандарди за технолошка писменост - сите векови
Технологија и општество
- Стандард 6: Студентите ќе развијат разбирање за улогата на општеството во развојот и употребата на технологијата.
- Стандард 7: Студентите ќе развијат разбирање за влијанието на технологијата врз историјата.
дизајн
- Стандард 8: Студентите ќе развијат разбирање за атрибутите на дизајнот.
Стандард 9: Студентите ќе развијат разбирање за инженерство
Чекор еден:
Прочитајте ги референтните листови за ученици за да дознаете за лежиштата и историјата и еволуцијата на топчести и валчести лежишта.
Чекор два:
Работете во групи од по 3-4 ученици, обидете се да го поместите капакот што ви е даден на неколку површини-книга, работна површина, под, тепих.
Прашање:
- Која беше разликата во триењето поместување на капакот низ различни површини? Која површина покажа најмногу триење? Зошто?
Чекор три:
Ставете доволно мермери во капакот на теглата за речиси да го наполните просторот со џамлии (не полнете премногу за да џамлиите не можат слободно да се движат). Користете книга за да го превртите капакот, а сега обидете се да го поместите капакот со мермерни „топчиња“, обезбедувајќи помош при движења на капакот при триење по истите површини, испробани претходно.
Прашања:
- Која беше разликата во триењето што го доживеавте со мермерите што се тркалаа под капакот?
- Дали мермерите помогнаа на сите површини? Само некои? Која површина, доколку ја има, сега покажува најмногу триење? Зошто?
Чекор четири:
Пробајте варијација каде што книга или друга тежина е ставена на врвот на капакот (со и без џамлии).
Прашања:
- Дали мермерната основа овозможува полесно движење кога се додаваат тегови?
- Можете ли да смислите апликација за ваков уред? Кој ќе треба да преместува предмети со големи тежини? Како би помогнало ова?
- Наведете три различни машини кои вклучуваат топчести лежишта или валчести лежишта.
1: _____________ 2. ______________ 3 ._____________
Факултативен работен лист за ученици:
Вие сте инженер! Решавање проблеми со валчести лежишта
инструкции
Вие сте инженер! Работете во тим и осмислете план користејќи валчести лежишта за да преместите една од вашите клупи во училницата или маса, на 10 метри користејќи обезбедени материјали. Предизвик: ограничете ја силата што ја применувате за поместување на бирото или масата на она што можете да го притиснете користејќи го само показалецот. Може да користите до 100 моливи, лента.
материјали
Една група материјали за секоја група студенти:
- 100 моливи
- лента
- гумени ленти
- Дел од тепих или тепих
Чекор еден:
Нацртајте илустрација што го покажува вашето планирано решение подолу.
|
Чекор два:
Пробајте го вашиот план! Погледнете дали можете да го поместите бирото само со користење - инженерите постојано работат во различни размери!
Прашања:
- Дали планиравте работа со дизајн? Зошто да или зошто не?
- Какви ревизии требаше да направите на вашиот план за да го направите поефективно решение?
- Дали успеавте да го поместите бирото/масата користејќи ја само силата од еден показалец?
Превод на план за час