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Desafio de Design

Você faz parte de uma equipe de engenheiros que recebeu o desafio de construir um modelo de lançador de foguetes e projetar e construir um foguete que possa subir mais alto e em linha reta em comparação com outras equipes de alunos de sua classe.

Critérios 

• Projetado para subir mais alto e reto

restrições

• Use apenas os materiais do kit fornecidos

1. Divida a classe em equipes de 2-4.
2. Distribua a planilha Blast Off, bem como algumas folhas de papel para esboçar. 
3. Mostre aos alunos o Guia para iniciantes de foguetes da NASA (www.grc.nasa.gov/www/k-12/rocket/) e verifique o simulador de foguetes online. Considere perguntar aos alunos como eles acham que um foguete pode voar e como os engenheiros devem levar em consideração a carga útil, o clima, a forma e o peso de um foguete ao desenvolver um projeto de foguete novo ou reprojetado.
4. Revise o Processo de Projeto de Engenharia, Desafio de Projeto, Critérios, Restrições e Materiais do Kit. 
5. Instrua os alunos a começarem a fazer um brainstorming e a esboçar um diagrama detalhado de como seu foguete ficará quando concluído. Eles também discutirão como trabalharão juntos para construir seu lançador de foguetes. Eles devem estimar o quão alto eles acreditam que seu foguete irá viajar. Eles devem pensar sobre o que podem fazer em seu projeto para garantir que o foguete vá mais alto e reto. 
6. Forneça a cada equipe seus kits.
7. Explique que os alunos devem construir um foguete e um lançador de foguetes usando o kit fornecido. 
8. Anuncie quanto tempo eles têm para construir (recomenda-se 1 hora). 
9. Use um cronômetro ou cronômetro on-line (recurso de contagem regressiva) para garantir que você se mantenha no tempo. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dê aos alunos “verificações de tempo” regulares para que eles permaneçam na tarefa. Se eles estiverem com dificuldades, faça perguntas que os levem a uma solução mais rápida. 
10. As equipes constroem seus lançadores de foguetes. 
11. Teste os foguetes seguindo as instruções de lançamento no kit do lançador de foguetes.
12. As equipes devem observar e documentar os padrões de vôo de seus foguetes e de outras equipes.
13. Como classe, discuta as questões de reflexão do aluno.
14. Para obter mais conteúdo sobre o assunto, consulte a seção “Indo mais fundo”.

Atividade de extensão

Faça com que os alunos mais velhos ou mais avançados usem um altímetro para medir a aceleração como parte desta lição e incorpore as discussões da força-g.

Alunos mais novos

Para alunos mais jovens, o TryEngineering.org oferece uma aula de foguete de pressão d'água, chamada “Lançamento de foguete de água” 

Reflexão do aluno (caderno de engenharia)

1. Como a altura que você estimou que seu foguete alcançaria se compara à altura real estimada? 
2. O que você acha que pode ter causado alguma diferença na altura que você alcançou? 
3. Seu foguete foi lançado diretamente? Se não, por que você acha que saiu do curso? 
4. Você acha que esta atividade foi mais gratificante de fazer em equipe ou você preferiria trabalhar sozinho? Por quê? 
5. Você ajustou seu modelo de foguete? Quão? Você acha que isso ajudou ou atrapalhou seus resultados?
6. Como você acha que o foguete teria se comportado de forma diferente se fosse lançado em uma atmosfera sem peso?
7. Que medidas de segurança você acha que os engenheiros consideram ao lançar um foguete real? Considere a localização da maioria dos locais de lançamento como parte de sua resposta.
8. Quando os engenheiros estão projetando um foguete que transportará pessoas além da carga, como você acha que o foguete mudará em termos de design estrutural, funcionalidade e características?
9. Você acha que o design dos foguetes vai mudar muito nos próximos dez anos? Quão?
10. Quais compensações os engenheiros devem fazer ao considerar o espaço / peso do combustível em relação ao peso da carga?

A aula pode ser ministrada em apenas 1 período de aula para alunos mais velhos. No entanto, para ajudar os alunos a não se sentirem apressados ​​e para garantir o sucesso dos alunos (especialmente para alunos mais jovens), divida a aula em dois períodos, dando aos alunos mais tempo para debater, testar ideias e finalizar seu projeto. Conduza o teste e o interrogatório no próximo período de aula.

• Restrições: Limitações de material, tempo, tamanho da equipe, etc.
• Critérios: Condições que o projeto deve satisfazer, como seu tamanho geral, etc.
• Engenheiros: inventores e solucionadores de problemas do mundo. Vinte e cinco principais especialidades são reconhecidas em engenharia (ver infográfico).
• Processo de projeto de engenharia: os engenheiros de processo usam para resolver problemas. 
• Hábitos da mente em engenharia (EHM): seis maneiras exclusivas de pensar dos engenheiros.
• Iteração: Teste e redesenho são uma iteração. Repita (múltiplas iterações).
• Carga útil: Quantidade de mercadorias transportadas por um veículo, aeronave ou espaçonave.
• Protótipo: Um modelo de trabalho da solução a ser testada.
• Foguete: Um dispositivo voador, em forma de tubo, que é impulsionado por gases quentes liberados de motores em sua parte traseira.

Conexões na Internet

Linha do tempo da história do foguete
Guia de foguetes para iniciantes da NASA  
Voo espacial humano da Virgin Galactic
Sonda Solar Parker da NASA

Leitura recomendada

Marca: Rockets: ciência de foguetes realista (ISBN: 978-1457182921)
Manual de Modelagem de Foguetes (ISBN: 978-0471472421)
“Uma História pictórica dos foguetes” (https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/rockets-guide-20-history.pdf)

Atividade de escrita 

Escreva um ensaio ou um parágrafo descrevendo um exemplo de foguetes que podem ser usados ​​para ajudar a sociedade em tempos de paz.

Alinhamento a Estruturas Curriculares

Observação: Os planos de aula desta série estão alinhados a um ou mais dos seguintes conjuntos de padrões:  

• Padrões de educação científica dos EUA (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• US Next Generation Science Standards (http://www.nextgenscience.org/) 
• Padrões para Alfabetização Tecnológica da Associação Internacional de Educação em Tecnologia (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Princípios e Padrões para Matemática Escolar do Conselho Nacional de Professores de Matemática dos EUA (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Padrões Estaduais de Núcleo Comum dos EUA para Matemática (http://www.corestandards.org/Math)
• Padrões de ciência da computação do ensino fundamental e médio da Computer Science Teachers Association (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Padrões Nacionais de Educação Científica Do 9º ao 12º anos (idades de 14 a 18)

CONTEÚDO PADRÃO A: Ciência como investigação

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver

• Habilidades necessárias para fazer investigação científica 

CONTEÚDO PADRÃO B: Ciências Físicas 

Como resultado de suas atividades, todos os alunos devem desenvolver a compreensão de

• Reações químicas 
• Movimentos e forças 

CONTEÚDO PADRÃO E: Ciência e Tecnologia

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver

• Habilidades de design tecnológico 
• Noções sobre ciência e tecnologia 

CONTEÚDO PADRÃO F: Ciência em perspectivas pessoais e sociais

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver a compreensão de

• Ciência e tecnologia em desafios locais, nacionais e globais 

CONTEÚDO PADRÃO G: História e natureza da ciência

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver a compreensão de

• Ciência como um esforço humano 
• Natureza do conhecimento científico 
• Perspectivas históricas 

Padrões de ciência da próxima geração - séries 6 a 8 (idades 11 a 14)

Matéria e suas interações

Os alunos que demonstram compreensão podem:

• MS-PS1-6. Realize um projeto de design para construir, testar e modificar um dispositivo que libera ou absorve energia térmica por processos químicos.

Design de engenharia 

Os alunos que demonstram compreensão podem:

• MS-ETS1-1. Definir os critérios e restrições de um problema de design com precisão suficiente para garantir uma solução bem-sucedida, levando em consideração os princípios científicos relevantes e os impactos potenciais nas pessoas e no ambiente natural que podem limitar possíveis soluções.
• MS-ETS1-2. Avalie as soluções de design concorrentes usando um processo sistemático para determinar o quão bem elas atendem aos critérios e restrições do problema.

Padrões de ciência da próxima geração - séries 9 a 12 (idades 14 a 18)

• HS-ETS1-4. Use uma simulação de computador para modelar o impacto das soluções propostas para um problema complexo do mundo real com vários critérios e restrições nas interações dentro e entre os sistemas relevantes para o problema.

Padrões para alfabetização tecnológica - todas as idades

A Natureza da Tecnologia

• Padrão 1: Os alunos desenvolverão uma compreensão das características e escopo da tecnologia.

Tecnologia e Sociedade

• Padrão 6: Os alunos desenvolverão uma compreensão do papel da sociedade no desenvolvimento e uso da tecnologia.
• Padrão 7: Os alunos desenvolverão uma compreensão da influência da tecnologia na história.

Design

• Padrão 8: Os alunos desenvolverão uma compreensão dos atributos de design.
• Padrão 9: Os alunos desenvolverão uma compreensão do projeto de engenharia.
• Padrão 10: Os alunos desenvolverão uma compreensão do papel da solução de problemas, pesquisa e desenvolvimento, invenção e inovação e experimentação na solução de problemas.

Habilidades para um mundo tecnológico

Padrão 11: Os alunos desenvolverão habilidades para aplicar o processo de design.

• Os alunos e o professor responsável devem ler e seguir CUIDADOSAMENTE as instruções do fabricante do foguete.
• Os professores que nunca supervisionaram o lançamento de um foguete podem querer trabalhar com um professor que o tenha feito para o primeiro lançamento.
• Certifique-se de seguir as políticas de segurança da sua escola.
• O lançamento, é claro, só pode ser feito ao ar livre.
• Os alunos e outros que não estão ativamente envolvidos no lançamento do foguete devem ser mantidos bem afastados. 250 pés é uma figura segura.
• Todos os membros da equipe de lançamento devem usar óculos de proteção.
• Foguetes do tipo ilustrado são acesos eletricamente por um par de fios de cerca de 20 metros de comprimento. A equipe de lançamento deve ficar atrás de um automóvel ou outra barreira de proteção. Eles podem até sentar-se dentro do carro, se necessário.
• Observe que uma alternativa aos kits de lançamento de foguete seria usar uma bomba de pé e lançar um foguete de ar (usando uma garrafa de refrigerante vazia ou outro recipiente para o foguete).