Clipper-creaties

Bouwmaterialen

Benodigde materialen

• Foamboard vellen
• plakband
• Lijm
• tandenstokers
• Stanleymes

Modelcomponenten:

• Onderste clipper board
• Top scheerbord
• Handhendel om tondeuses te bedienen
• Onderdeel van een potlood om als schacht te dienen
• Foamboardwig voor uiteinde waar clipperboards samenkomen (voorgesneden door leraar)
• Dubbel dik steunpunt voor hendel
• 8 tondeuseranden (vertegenwoordigen snijranden van echte tondeuses)
• 10 tandenstokers om de uiteinden van de potloodschacht te vormen

Van tevoren moet de leraar foamboard uitsnijden volgens het onderstaande diagram, zodat de studenten voorgesneden vormen krijgen. De leerlingen assembleren vervolgens kleine onderdelen tot grote onderdelen voorzien van lijm. Laat de lijm drogen. De volgende dag of lesperiode moeten de leerlingen het model van de tondeuse in elkaar zetten met tape aan de rand van zowel het onderste als het bovenste scheerbord. Schuif tandenstokers door de gaten in het potlood of plak ze op het potlood.

Materialen

• Nagelknipper modellen

Proces

• Studenten testen hun nagelknippermodellen door ze te bedienen om het knippen van vingernagels te simuleren

Ontwerpuitdaging

Je bent een team van ingenieurs die de uitdaging hebben gekregen om een ​​werkend model van een set nagelknippers te bouwen met behulp van de geleverde materialen. Nadat u uw model hebt voltooid, kunt u uw ontwerp testen om het knippen van uw vingernagels te simuleren.

Vervolgens krijg je de uitdaging om met eenvoudige machines een plan te bedenken om een ​​telefoonboek van de ene kant van het klaslokaal naar de andere te verplaatsen zonder het boek aan te raken. U moet ten minste één eenvoudige machine in uw oplossing gebruiken ... maar u kunt er zoveel gebruiken als u wilt.

criteria

• Volg de instructies op het leerlingenwerkblad om het model te bouwen

beperkingen

• Gebruik alleen de meegeleverde materialen

1. Verdeel de klas in teams van 2.
2. Deel het werkblad Clipper Creations uit.
3. Bespreek de onderwerpen in de sectie Achtergrondconcepten. Markeer soorten eenvoudige machines, let goed op de "hendel". Instrueer de leerlingen om het leerlingenwerkblad te gebruiken als een gids voor het in elkaar zetten van hun nagelknippermodellen.
4. Bekijk het Engineering Design Process, Design Challenge, Criteria, Constraints en Materials.
5. Geef elk team hun materiaal.
6. Leg uit dat de leerlingen een werkend model van een set nagelknippers moeten bouwen.
7. Kondig de hoeveelheid tijd aan die ze hebben om te bouwen (1 uur aanbevolen).
8. Gebruik een timer of een online stopwatch (aftelfunctie) om ervoor te zorgen dat u op tijd blijft. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Geef leerlingen regelmatig "tijdcontroles", zodat ze bij de les blijven. Als ze het moeilijk hebben, stel dan vragen die hen sneller tot een oplossing zullen leiden.
9. Leerlingen ontmoeten elkaar en bouwen hun modellen met behulp van de instructies en diagrammen in het leerlingenwerkblad
10. Teams bouwen hun ontwerpen.
11. Teams testen hun ontwerpen door te simuleren hoe de nagelknipper hun vingernagels knipt.
12. Geef na het bouwen van het model de leerlingenteams de opdracht om met behulp van eenvoudige machines een plan te bedenken om een ​​telefoonboek van de ene kant van het klaslokaal naar de andere te verplaatsen zonder het boek aan te raken. Ze moeten ten minste één eenvoudige machine in hun oplossing gebruiken ... maar ze kunnen er zoveel gebruiken als ze willen. Ze moeten hun plan schetsen.
13. Bespreek klassikaal de reflectievragen van de leerlingen.
14. Voor meer inhoud over dit onderwerp, zie het gedeelte "Dieper graven".

Student Reflection (technisch notitieboek)

1. Wat was het meest effectieve onderdeel van je ontwerp - het onderdeel dat werkte zoals gepland?
2. Wat was het minst effectieve onderdeel van je ontwerp - het onderdeel dat de meeste problemen veroorzaakte of niet werkte zoals je had gepland?
3. Als u uw oorspronkelijke plan opnieuw zou kunnen doen, wat zou u dan veranderen?
4. Denk je dat ingenieurs moeten ontwerpen en herontwerpen en herontwerpen om tot het beste product of proces te komen? Geef een voorbeeld van een product of proces dat in de loop van de tijd is veranderd (zoals telefoons of vliegtuigen).

Voor oudere leerlingen kan de les in slechts 1 lesperiode worden gedaan. Om studenten echter te helpen zich gehaast te voelen en om studentensucces te garanderen (vooral voor jongere studenten), splitst u de les in twee perioden, zodat de studenten meer tijd hebben om te brainstormen, ideeën te testen en hun ontwerp af te ronden. Voer de testen en debriefing uit in de volgende lesperiode.

Bron voor docenten

Meestal zijn machines bedoeld om de hoeveelheid kracht te verminderen die nodig is om een ​​object te verplaatsen. Maar in het proces wordt de afstand groter. Een rolstoelhelling is een gemakkelijk te visualiseren voorbeeld van deze relatie. Terwijl de hoeveelheid inspanning en kracht wordt verminderd (kracht), wordt de werkelijke afstand aanzienlijk vergroot. De hoeveelheid daadwerkelijk werk is dus hetzelfde. Hoewel de typische toepassing van machines is om inspanning of kracht te verminderen, zijn er belangrijke toepassingen van machines waar dit geen voordeel is - dat wil zeggen kracht wordt niet verminderd, of er is eigenlijk een afname van het voordeel - dat wil zeggen, kracht wordt verhoogd. Het beste voorbeeld van een machine die geen voordeel biedt, is een eenvoudige of enkele katrol. Een enkele katrol verandert alleen de richting van de inspanningskracht. Een gordijntrekker is een voorbeeld.

Nagelknippers zijn een voorbeeld van hendels. De kracht die wordt uitgeoefend op het handvat van de tondeuse drukt de mesjes van de tondeuse samen zodat de mesjes de nagel raken en trimmen. In een nagelknipper is het draaipunt de scharnierverbinding tussen de twee delen van de tondeuse.

Inleiding tot eenvoudige machines

Eenvoudige machines zijn "eenvoudig" omdat de meeste slechts één bewegend onderdeel hebben. Als je simpele machines in elkaar zet, krijg je een complexe machine, zoals een grasmaaier, een auto, zelfs een elektrische neushaartrimmer! Onthoud dat een machine elk apparaat is dat het werk gemakkelijker maakt. In de wetenschap betekent 'werk' iets in beweging brengen. Het is belangrijk om te weten dat wanneer u een eenvoudige machine gebruikt, u in feite dezelfde hoeveelheid werk doet - het lijkt gewoon eenvoudiger. Een eenvoudige machine vermindert de hoeveelheid inspanning die nodig is om iets te verplaatsen, maar u moet het uiteindelijk over een grotere afstand verplaatsen om dezelfde hoeveelheid werk te doen. Dus onthoud, er is een compromis van energie bij het gebruik van eenvoudige machines.

Meestal zijn machines bedoeld om de hoeveelheid kracht te verminderen die nodig is om een ​​object te verplaatsen. Maar in het proces wordt de afstand groter. Een rolstoelhelling is een gemakkelijk te visualiseren voorbeeld van deze relatie. Terwijl de hoeveelheid inspanning en kracht wordt verminderd (kracht), wordt de werkelijke afstand aanzienlijk vergroot. De hoeveelheid daadwerkelijk werk is dus hetzelfde. Hoewel de typische toepassing van machines is om inspanning of kracht te verminderen, zijn er belangrijke toepassingen van machines waar dit geen voordeel is - dat wil zeggen kracht wordt niet verminderd, of er is eigenlijk een afname van het voordeel - dat wil zeggen, kracht wordt verhoogd. Het beste voorbeeld van een machine die geen voordeel biedt, is een eenvoudige of enkele katrol. Een enkele katrol verandert alleen de richting van de inspanningskracht. Een gordijntrekker is een voorbeeld.

Nagelknippers zijn een voorbeeld van hendels. De kracht die wordt uitgeoefend op het handvat van de tondeuse drukt de mesjes van de tondeuse samen zodat de mesjes de nagel raken en trimmen. In een nagelknipper is het draaipunt de scharnierverbinding tussen de twee delen van de tondeuse.

Soorten eenvoudige machines

Er zijn vier soorten eenvoudige machines die de basis vormen voor alle mechanische machines:

Hefboom

Probeer eens een heel hardnekkig onkruid uit de grond te trekken. Met alleen je blote handen kan het moeilijk of zelfs pijnlijk zijn. Met een hulpmiddel, zoals een handschop, moet je echter de strijd winnen. Elk gereedschap dat iets losmaakt, is een hefboom. Een hefboom is een arm die "draait" (of draait) tegen een "draaipunt" (of punt). Denk aan het klauwuiteinde van een hamer die je gebruikt om spijkers los te wrikken. Het is een hefboom. Het is een gebogen arm die tegen een punt op een oppervlak rust. Terwijl u de gebogen arm draait, wrikt deze de nagel los van het oppervlak. En dat is hard werken! Er zijn drie soorten hefbomen:

• Eersteklas hefboom - Wanneer het draaipunt tussen de krachtarm en de hefboomarm ligt, wordt de hefboom beschreven als een eersteklas hefboom. In feite zijn velen van ons bekend met dit type hendel. Het is het klassieke voorbeeld van een wipplank – of een nagelknipper.
• Hefboom van de tweede klasse – In de hefboom van de tweede klasse ligt de laadarm tussen het draaipunt en de krachtarm. Een goed voorbeeld van dit type hefboom is de kruiwagen.
• Hefboom van de derde klasse - In deze klasse van hefbomen ligt de krachtarm tussen het draaipunt en de laadarm. Door deze opstelling is een relatief grote kracht nodig om de last te verplaatsen. Daar staat tegenover dat het mogelijk is om met een relatief kleine beweging van de krachtarm beweging van de last over een lange afstand teweeg te brengen. Denk aan een hengel!

Hellend vlak

Een vlak is een plat oppervlak. Een glad bord is bijvoorbeeld een vlak. Nu, als het vliegtuig plat op de grond ligt, zal het je waarschijnlijk niet helpen om te werken. Wanneer dat vlak echter helt of schuin staat, kan het u helpen objecten over afstanden te verplaatsen. En dat is werk! Een gemeenschappelijk hellend vlak is een helling. Een zware kist op een laadperron tillen is veel gemakkelijker als u de kist op een helling schuift - een eenvoudige machine.

Wig

• In plaats van de gladde kant van het hellende vlak te gebruiken, kun je de puntige randen ook gebruiken om ander werk te doen. Je kunt de rand bijvoorbeeld gebruiken om dingen uit elkaar te duwen. Dan is het hellende vlak een wig. Een wig is dus eigenlijk een soort hellend vlak. Een bijl is een wig. Denk aan de rand van het mes. Het is de rand van een glad, schuin oppervlak. Dat is een wig!

Schroef

• Neem nu een hellend vlak en wikkel het om een ​​cilinder. De scherpe rand wordt een ander eenvoudig hulpmiddel: de schroef. Zet een metalen schroef naast een helling en het is een beetje moeilijk om de overeenkomsten te zien, maar de schroef is eigenlijk gewoon een ander soort hellend vlak. Hoe helpt de schroef je om te werken? Elke draai van een metalen schroef helpt je een stuk metaal door een houten ruimte te bewegen.

Wiel en as

Een wiel is een cirkelvormige schijf die aan een centrale staaf is bevestigd, een as genoemd. Het stuur van een auto is een wiel en een as. Het gedeelte waar we onze handen op leggen en kracht (koppel) uitoefenen, wordt het wiel genoemd, dat de kleinere as draait. De schroevendraaier is een ander voorbeeld van het wiel en de as. Een strakke schroef losdraaien met blote handen kan onmogelijk zijn. De dikke handgreep is het wiel en de metalen as is de as. Hoe groter het handvat, hoe minder kracht er nodig is om de schroef te draaien.

Katrol

In plaats van een as kan het wiel ook een touw of koord draaien. Deze variatie van het wiel en de as is de katrol. In een katrol wikkelt een koord zich om een ​​wiel. Terwijl het wiel draait, beweegt het koord in beide richtingen. Bevestig nu een haak aan het snoer en u kunt de rotatie van het wiel gebruiken om objecten omhoog en omlaag te brengen. Op een vlaggenmast is bijvoorbeeld een touw bevestigd aan een katrol. Aan het touw zitten meestal twee haken. Het koord draait om de katrol en laat de haken zakken waar je de vlag aan kunt bevestigen. Draai vervolgens aan het koord en de vlag komt hoog op de paal.

Aanbevolen Reading

• Mechanische wonderen maken in hout (ISBN: 978-1626548862)
• Wetenschapsexperimenten met eenvoudige machines (wetenschappelijke experimenten) door Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson (ISBN: 978-0531154458)

Schrijfactiviteit

Identificeer voorbeelden van andere ontwerpen van nagelknippers. Schrijf een essay (of paragraaf, afhankelijk van de leeftijd) over hoe de ontwerpen verschillen en hoe de verschillende ontwerpen de functie van de tondeuse kunnen beïnvloeden.

Afstemming op leerplankaders

Opmerking: Alle lesplannen in deze serie zijn afgestemd op de Nationale normen voor wetenschappelijk onderwijs die werden geproduceerd door de  National Research Council en goedgekeurd door de National Science Teachers Association, en, indien van toepassing, ook door de International Technology Education Association's Standards for Technological Literacy of de National Council of Teachers of Mathematics' Principles and Standards for School Mathematics.

Nationale normen voor wetenschappelijk onderwijs Cijfers K-4 (leeftijd 4 - 9) 

INHOUD STANDAARD A: Wetenschap als onderzoek

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen zich ontwikkelen

• Vaardigheden die nodig zijn om wetenschappelijk onderzoek te doen
• Inzicht in wetenschappelijk onderzoek

INHOUDSTANDAARD E: Wetenschap en technologie

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen zich ontwikkelen

• Vaardigheden van technologisch ontwerp

INHOUDSTANDAARD F: Wetenschap in persoonlijk en sociaal perspectief

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen begrip ontwikkelen voor

• Wetenschap en technologie in lokale uitdagingen

INHOUDSTANDAARD G: Geschiedenis en aard van de wetenschap

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen begrip ontwikkelen voor

• Wetenschap als een menselijke onderneming

Nationale normen voor wetenschappelijk onderwijs Cijfers 5-8 (leeftijd 10 - 14) 

INHOUD STANDAARD A: Wetenschap als onderzoek

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen zich ontwikkelen

• Vaardigheden die nodig zijn om wetenschappelijk onderzoek te doen
• Begrippen over wetenschappelijk onderzoek

INHOUDSTANDAARD E: Wetenschap en technologie

Als resultaat van activiteiten in de klassen 5-8, zouden alle studenten zich moeten ontwikkelen

• Vaardigheden van technologisch ontwerp
• Begrippen over wetenschap en technologie

INHOUDSTANDAARD F: Wetenschap in persoonlijk en sociaal perspectief

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen begrip ontwikkelen voor

• Risico's en voordelen
• Wetenschap en technologie in de samenleving

INHOUDSTANDAARD G: Geschiedenis en aard van de wetenschap

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen begrip ontwikkelen voor

• Wetenschap als een menselijke onderneming
• Geschiedenis van de wetenschap

Nationale normen voor wetenschappelijk onderwijs Cijfers 9-12 (leeftijd 14-18)

INHOUD STANDAARD A: Wetenschap als onderzoek

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen zich ontwikkelen

• Vaardigheden die nodig zijn om wetenschappelijk onderzoek te doen
• Begrippen over wetenschappelijk onderzoek

INHOUDSTANDAARD E: Wetenschap en technologie

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen zich ontwikkelen

• Vaardigheden van technologisch ontwerp
• Begrippen over wetenschap en technologie 

INHOUDSTANDAARD F: Wetenschap in persoonlijk en sociaal perspectief

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen begrip ontwikkelen voor

• Persoonlijke en gemeenschapsgezondheid
• Wetenschap en technologie in lokale, nationale en mondiale uitdagingen

INHOUDSTANDAARD G: Geschiedenis en aard van de wetenschap

Als resultaat van activiteiten moeten alle leerlingen begrip ontwikkelen voor

• Aard van wetenschappelijke kennis
• historische perspectieven

Normen voor technologische geletterdheid – alle leeftijden

De aard van technologie

• Standaard 1: Studenten ontwikkelen inzicht in de kenmerken en reikwijdte van technologie.

Technologie en Maatschappij

• Standaard 4: Studenten ontwikkelen inzicht in de culturele, sociale, economische en politieke effecten van technologie.
• Standaard 6: Studenten ontwikkelen inzicht in de rol van de samenleving bij de ontwikkeling en het gebruik van technologie.
• Standaard 7: Studenten ontwikkelen inzicht in de invloed van technologie op de geschiedenis.

Design

• Standaard 8: Studenten ontwikkelen inzicht in de kenmerken van design.
• Standaard 9: Studenten ontwikkelen inzicht in technisch ontwerp.
• Standaard 10: Studenten ontwikkelen inzicht in de rol van probleemoplossing, onderzoek en ontwikkeling, uitvindingen en innovatie, en experimenten bij het oplossen van problemen.

Vaardigheden voor een technologische wereld

• Standaard 13: Studenten ontwikkelen vaardigheden om de impact van producten en systemen te beoordelen. 

De ontworpen wereld

Standaard 17: Studenten ontwikkelen inzicht in en kunnen informatie- en communicatietechnologieën selecteren en gebruiken.

Bouw een model van een nagelknipper

Materialenlijst

• schuimbord
• plakband
• tandenstokers

Onderdelen van het model

• Onderste clipper board
• Top scheerbord
• Handhendel om tondeuses te bedienen
• Onderdeel van een potlood om als schacht te dienen
• Foamboardwig voor uiteinde waar clipperboards samenkomen (voorgesneden door leraar)
• Dubbel dik steunpunt voor hendel
• 8 tondeuseranden (vertegenwoordigen snijranden van echte tondeuses)
• 10 tandenstokers om de uiteinden van de potloodschacht te vormen

Instructies

Bestudeer in teams de volgende illustratie en monteer kleine onderdelen tot grote onderdelen voorzien van lijm. Laat de lijm drogen. Monteer vervolgens het clippermodel met tape aan het randuiteinde van zowel de onderste als de bovenste clipperplanken. Schuif tandenstokers door de gaten in het potlood of plak ze op het potlood. Test je tondeuse!

Jij bent de ingenieur! Werk in een team en bedenk een plan met behulp van eenvoudige machines om een ​​telefoonboek van de ene kant van het klaslokaal naar de andere te verplaatsen zonder het boek aan te raken. U moet ten minste één eenvoudige machine in uw oplossing gebruiken ... maar u kunt er veel gebruiken als u wilt.

Stap een:

Teken de machine of oplossing van uw team in het onderstaande vak.

Stap twee:

Probeer het plan van je team uit en kijk of het werkt!

vragen:

1. Wat was het meest effectieve onderdeel van je ontwerp - het onderdeel dat werkte zoals gepland?

2. Wat was het minst effectieve onderdeel van je ontwerp - het onderdeel dat de meeste problemen veroorzaakte of niet werkte zoals je had gepland?

3. Als u uw oorspronkelijke plan opnieuw zou kunnen doen, wat zou u dan veranderen?

4. Denk je dat ingenieurs moeten ontwerpen en herontwerpen en herontwerpen om tot het beste product of proces te komen? Geef een voorbeeld van een product of proces dat in de loop van de tijd is veranderd (zoals telefoons of vliegtuigen).