Creații Clipper

Materiale de construcție

Materiale necesare

• Foi de scândură din spumă
• bandă adezivă
• Lipici
• scobitori
• Taietor de cutii

Componente model

• Placă de tuns de jos
• Tablă de tăiere superioară
• Pârghie de mână pentru acționarea tăietoarelor
• O parte dintr-un creion pentru a servi drept arbore
• Pană de spumă pentru capătul unde plăcile de tuns se unesc (pre-tăiate de profesor)
• Punct de sprijin dublu-gros pentru pârghia de mână
• 8 margini de tăiere (reprezintă marginile tăietoare ale tăietoarelor reale)
• 10 scobitori pentru a forma capetele arborelui creionului

În avans, profesorul ar trebui să decupeze o placă de spumă conform schemei de mai jos, oferind elevilor forme pre-tăiate. Elevii asamblează apoi piese mici pe piese mari prevăzute cu lipici. Lăsați lipiciul să se usuce. A doua zi sau perioada de curs, elevii ar trebui să asambleze modelul de tăietor cu bandă la marginea capătului ambelor plăci de tăiat de jos și de sus. Glisați scobitoarele prin găurile creionului sau lipiți-le cu bandă pe creion.

materiale

• Modele de tuns unghii

Proces

• Elevii își testează modelele de tăietoare de unghii, acționând pentru a simula tăierea unghiilor

Designul Challenge

Sunteți o echipă de ingineri, dată fiind provocarea de a construi un model de lucru al unui set de tăietoare de unghii folosind materialele furnizate. După ce ați finalizat modelul, testați-vă designul pentru a simula tăierea unghiilor.

Apoi, veți avea provocarea de a concepe un plan folosind mașini simple pentru a muta o agendă telefonică dintr-o parte a clasei în cealaltă, fără a atinge cartea. Trebuie să utilizați cel puțin o mașină simplă în soluția dvs. ... dar puteți folosi câte doriți.

Criterii

• Urmați instrucțiunile prezentate pe foaia de lucru pentru elevi pentru a construi modelul

Constrângerile

• Folosiți numai materialele furnizate

1. Divizați clasa în echipe de 2.
2. Distribuiți foaia de lucru Clipper Creations.
3. Discutați subiectele în secțiunea Concepte de fundal. Evidențiați tipurile de mașini simple, acordând o atenție deosebită „manetei”. Indicați elevilor să folosească foaia de lucru pentru studenți ca ghid pentru asamblarea modelelor de tăietoare de unghii.
4. Examinați procesul de proiectare inginerească, provocarea de proiectare, criteriile, constrângerile și materialele.
5. Furnizați fiecărei echipe materialele lor.
6. Explicați că elevii trebuie să construiască un model de lucru al unui set de tăietoare de unghii.
7. Anunțați timpul de construire (1 oră recomandată).
8. Folosiți un cronometru sau un cronometru online (funcție de numărătoare inversă) pentru a vă asigura că vă mențineți la timp. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Oferiți elevilor „verificări de timp” regulate, astfel încât să rămână în sarcină. Dacă se luptă, puneți întrebări care îi vor duce mai repede la o soluție.
9. Elevii se întâlnesc și își construiesc modelele folosind instrucțiunile și diagramele prezentate în foaia de lucru a elevilor
10. Echipele își construiesc proiectele.
11. Echipele își testează desenele simulând modul în care tăietorul de unghii își va tăia unghiile.
12. După finalizarea construcției modelului, instruiți echipele studențești să elaboreze un plan folosind mașini simple pentru a muta o agendă telefonică dintr-o parte a clasei în cealaltă fără a atinge cartea. Trebuie să utilizeze cel puțin o mașină simplă în soluția lor ... dar pot folosi multe așa cum le place. Ar trebui să-și schițeze planul.
13. Ca o clasă, discutați întrebările de reflecție ale elevilor.
14. Pentru mai mult conținut pe această temă, consultați secțiunea „Săpând mai adânc”.

Reflecția studenților (caiet de inginerie)

1. Care a fost cea mai eficientă parte a designului dvs. - partea care a funcționat conform planificării?
2. Care a fost cea mai puțin eficientă parte a designului dvs. - partea care a cauzat cele mai multe probleme sau care nu a funcționat așa cum ați planificat?
3. Dacă ați putea reface planul inițial, ce ați schimba?
4. Credeți că inginerii trebuie să proiecteze, să reproiecteze și să reproiecteze pentru a veni cu cel mai bun produs sau proces? Dați un exemplu de produs sau proces care s-a schimbat în timp (cum ar fi telefoanele sau avioanele).

Lecția poate fi făcută în cel puțin o perioadă de clasă pentru elevii mai mari. Cu toate acestea, pentru a ajuta elevii să se simtă grăbiți și pentru a asigura succesul elevilor (în special pentru elevii mai tineri), împărțiți lecția în două perioade, oferindu-le elevilor mai mult timp pentru a face brainstorming, pentru a testa ideile și pentru a finaliza proiectarea lor. Efectuați testarea și descrierea în următoarea perioadă de curs.

Resurse pentru profesori

De obicei, mașinile sunt destinate să reducă cantitatea de forță necesară pentru a muta un obiect. Dar, în acest proces, distanța este crescută. O rampă pentru scaunul cu rotile este un exemplu ușor de vizualizat al acestei relații. În timp ce efortul și forța sunt reduse (forța), distanța reală este semnificativ crescută. Prin urmare, cantitatea de muncă efectivă este aceeași. În timp ce aplicația tipică a mașinilor este de a reduce efortul sau forța, există aplicații importante ale mașinilor în care acest lucru nu este un avantaj - adică forța nu este redusă sau există de fapt o scădere a avantajului - adică forța este crescută. Cel mai bun exemplu de mașină care nu oferă niciun avantaj este o scripete simplă sau simplă. O singură scripete schimbă doar direcția forței de efort. Un tiraj de perdea este un exemplu.

Mașinile de tăiat unghii sunt un exemplu de pârghii. Forța exercitată pe mânerul tunsorilor comprimă lamele tunsorului, astfel încât lamele ating și tăie unghia. Într-o mașină de tuns unghiul, punctul de sprijin este articulația pivotantă între cele două părți ale mașinii de tuns.

Introducere în Mașinile simple

Mașinile simple sunt „simple” deoarece majoritatea au o singură parte în mișcare. Când puneți mașini simple împreună, veți obține o mașină complexă, cum ar fi o mașină de tuns iarba, o mașină, chiar și o tundătoare electrică pentru păr! Amintiți-vă, o mașină este orice dispozitiv care face munca mai ușoară. În știință, „muncă” înseamnă a face ceva să se miște. Este important să știți că, atunci când utilizați o mașină simplă, efectuați aceeași cantitate de lucru - pur și simplu pare mai ușor. O mașină simplă reduce efortul necesar pentru a muta ceva, dar terminați deplasându-l la o distanță mai mare pentru a realiza aceeași cantitate de muncă. Așadar, amintiți-vă, există o schimbare de energie atunci când utilizați mașini simple.

De obicei, mașinile sunt destinate să reducă cantitatea de forță necesară pentru a muta un obiect. Dar, în acest proces, distanța este crescută. O rampă pentru scaunul cu rotile este un exemplu ușor de vizualizat al acestei relații. În timp ce efortul și forța sunt reduse (forța), distanța reală este semnificativ crescută. Prin urmare, cantitatea de muncă efectivă este aceeași. În timp ce aplicația tipică a mașinilor este de a reduce efortul sau forța, există aplicații importante ale mașinilor în care acest lucru nu este un avantaj - adică forța nu este redusă sau există de fapt o scădere a avantajului - adică forța este crescută. Cel mai bun exemplu de mașină care nu oferă niciun avantaj este o scripete simplă sau simplă. O singură scripete schimbă doar direcția forței de efort. Un tiraj de perdea este un exemplu.

Mașinile de tăiat unghii sunt un exemplu de pârghii. Forța exercitată pe mânerul tunsorilor comprimă lamele tunsorului, astfel încât lamele ating și tăie unghia. Într-o mașină de tuns unghiul, punctul de sprijin este articulația pivotantă între cele două părți ale mașinii de tuns.

Tipuri de mașini simple

Există patru tipuri de mașini simple care stau la baza tuturor mașinilor mecanice:

Pârghie

Încercați să scoateți din pământ o buruiană cu adevărat încăpățânată. Folosind doar mâinile goale, ar putea fi dificil sau chiar dureros. Cu un instrument, ca o lopată de mână, ar trebui să câștigi bătălia. Orice instrument care sprijină ceva liber este o pârghie. O pârghie este un braț care „pivotează” (sau se rotește) împotriva unui „punct de sprijin” (sau punct). Gândiți-vă la capătul gheare al unui ciocan pe care îl folosiți pentru a îndepărta unghiile. Este o pârghie. Este un braț curbat care se sprijină de un punct de pe o suprafață. Pe măsură ce rotiți brațul curbat, îndepărtează unghia de pe suprafață. Și asta e muncă grea! Există trei tipuri de pârghii:

• Pârghie de primă clasă - Când punctul de sprijin se află între brațul de forță și brațul pârghiei, pârghia este descrisă ca o pârghie de primă clasă. De fapt, mulți dintre noi suntem familiarizați cu acest tip de pârghie. Este exemplul clasic teeter-totter - sau un tăietor de unghii.
• Pârghia clasei a doua - În pârghia clasei a doua, brațul de încărcare se află între punctul de sprijin și brațul de forță. Un bun exemplu al acestui tip de pârghie este roaba.
• Pârghia de clasa a treia - În această clasă de pârghii, brațul de forță se află între punctul de sprijin și brațul de încărcare. Datorită acestui aranjament, este necesară o forță relativ mare pentru a muta sarcina. Acest lucru este compensat de faptul că este posibil să se producă mișcarea sarcinii pe o distanță lungă cu o mișcare relativ mică a brațului de forță. Gândiți-vă la o undiță!

Plan înclinat

Un avion este o suprafață plană. De exemplu, o placă netedă este un avion. Acum, dacă avionul stă întins pe jos, este puțin probabil să vă ajute să faceți treabă. Cu toate acestea, atunci când acel plan este înclinat sau înclinat, vă poate ajuta să deplasați obiecte pe distanțe. Și asta e treabă! Un plan înclinat comun este o rampă. Ridicarea unei cutii grele pe un doc de încărcare este mult mai ușoară dacă glisați cutia pe o rampă - o mașină simplă.

Pană

• În loc să utilizați partea netedă a planului înclinat, puteți utiliza și marginile ascuțite pentru a face alte tipuri de lucrări. De exemplu, puteți utiliza marginea pentru a împinge lucrurile în afară. Apoi, planul înclinat este o pană. Deci, o pană este de fapt un fel de plan înclinat. O axeblade este o pană. Gândiți-vă la marginea lamei. Este marginea unei suprafețe înclinate netede. Asta e o pană!

Şurub

• Acum, luați un plan înclinat și înfășurați-l în jurul unui cilindru. Marginea sa ascuțită devine un alt instrument simplu: șurubul. Puneți un șurub metalic lângă o rampă și este cam greu să vedeți asemănările, dar șurubul este de fapt doar un alt tip de plan înclinat. Cum vă ajută șurubul să lucrați? Fiecare întoarcere a unui șurub metalic vă ajută să mutați o bucată de metal printr-un spațiu din lemn.

Roata si ax

O roată este un disc circular atașat la o tijă centrală, numită ax. Volanul unei mașini este o roată și o axă. Secțiunea pe care punem mâinile și aplicăm forța (cuplul) se numește roată, care întoarce axa mai mică. Șurubelnița este un alt exemplu de roată și ax. Slăbiți un șurub strâns cu mâinile goale poate fi imposibil. Mânerul gros este roata, iar axul metalic este axul. Cu cât mânerul este mai mare, cu atât este mai mică forța necesară pentru a roti șurubul.

Scripete

În locul unei osii, roata ar putea roti și o frânghie sau un cablu. Această variație a roții și a osiei este scripetele. Într-un scripete, un cablu se înfășoară în jurul unei roți. Pe măsură ce roata se rotește, cablul se mișcă în ambele direcții. Acum, atașați un cârlig la cablu și puteți utiliza rotația roții pentru a ridica și coborî obiecte. Pe un stâlp, de exemplu, o frânghie este atașată la un scripete. Pe frânghie, există de obicei două cârlige. Cablul se rotește în jurul scripetei și coboară cârligele de unde puteți atașa steagul. Apoi, rotiți cablul și steagul se ridică pe stâlp.

Bibliografie

• Making Mechanical Mechanicals In Wood (ISBN: 978-1626548862)
• Experimente științifice cu mașini simple (Experimente științifice) de Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson (ISBN: 978-0531154458)

Activitate de scriere

Identificați exemple de alte modele de tăietoare de unghii. Scrieți un eseu (sau un paragraf în funcție de vârstă) despre diferența dintre modele și modul în care diferitele modele ar putea avea impact asupra funcției de tăiere.

Alinierea la cadrele curriculare

Notă: Toate planurile de lecție din această serie sunt aliniate la Standarde naționale de educație științifică care au fost produse de  Consiliul national de cercetare și aprobat de Asociația Națională a Profesorilor de Științe și, dacă este cazul, și de Standardele Asociației Internaționale de Educație Tehnologică pentru Standardele de Alfabetizare Tehnologică sau pentru Consiliul Național al Principiilor și Standardelor Profesorilor de Matematică pentru Matematică Școlară.

Standarde naționale de educație științifică Clasele K-4 (vârste cuprinse între 4 și 9 ani) 

STANDARDUL DE CONȚINUT A: Știința ca anchetă

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități necesare cercetării științifice
• Înțelegerea despre cercetarea științifică

STANDARDUL DE CONȚINUT E: Știință și tehnologie

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități de proiectare tehnologică

STANDARDUL DE CONȚINUT F: Știința în perspective personale și sociale

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Știință și tehnologie în provocările locale

STANDARDUL DE CONȚINUT G: Istoria și natura științei

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Știința ca efort uman

Standarde naționale de educație științifică Clasele 5-8 (vârstele 10-14) 

STANDARDUL DE CONȚINUT A: Știința ca anchetă

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități necesare cercetării științifice
• Înțelegeri despre ancheta științifică

STANDARDUL DE CONȚINUT E: Știință și tehnologie

Ca rezultat al activităților din clasele 5-8, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități de proiectare tehnologică
• Înțelegeri despre știință și tehnologie

STANDARDUL DE CONȚINUT F: Știința în perspective personale și sociale

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Riscuri și beneficii
• Știință și tehnologie în societate

STANDARDUL DE CONȚINUT G: Istoria și natura științei

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Știința ca efort uman
• Istoria științei

Standarde naționale de educație științifică Clasele 9-12 (vârste 14-18)

STANDARDUL DE CONȚINUT A: Știința ca anchetă

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități necesare cercetării științifice
• Înțelegeri despre ancheta științifică

STANDARDUL DE CONȚINUT E: Știință și tehnologie

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități de proiectare tehnologică
• Înțelegeri despre știință și tehnologie 

STANDARDUL DE CONȚINUT F: Știința în perspective personale și sociale

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Sănătatea personală și a comunității
• Știință și tehnologie în provocările locale, naționale și globale

STANDARDUL DE CONȚINUT G: Istoria și natura științei

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Natura cunoștințelor științifice
• Perspective istorice

Standarde pentru alfabetizare tehnologică - Toate vârstele

Natura tehnologiei

• Standardul 1: Elevii vor dezvolta o înțelegere a caracteristicilor și sferei tehnologiei.

Tehnologie și societate

• Standardul 4: Elevii vor dezvolta o înțelegere a efectelor culturale, sociale, economice și politice ale tehnologiei.
• Standardul 6: Elevii vor dezvolta o înțelegere a rolului societății în dezvoltarea și utilizarea tehnologiei.
• Standardul 7: Elevii vor dezvolta o înțelegere a influenței tehnologiei asupra istoriei.

Amenajări

• Standardul 8: Elevii vor dezvolta o înțelegere a atributelor designului.
• Standardul 9: Elevii vor dezvolta o înțelegere a proiectării inginerești.
• Standardul 10: Elevii vor dezvolta o înțelegere a rolului de depanare, cercetare și dezvoltare, invenție și inovație și experimentare în rezolvarea problemelor.

Abilități pentru o lume tehnologică

• Standardul 13: Elevii vor dezvolta abilități de a evalua impactul produselor și sistemelor. 

Lumea proiectată

Standardul 17: Elevii vor dezvolta o înțelegere și vor fi capabili să selecteze și să utilizeze tehnologiile informației și comunicării.

Construiți un model de tăietor de unghii

Lista materialelor

• placa de spuma
• bandă scotch
• scobitori

Părți ale modelului

• Placă de tuns de jos
• Tablă de tăiere superioară
• Pârghie de mână pentru acționarea tăietoarelor
• O parte dintr-un creion pentru a servi drept arbore
• Pană de spumă pentru capătul în care plăcile de tuns se unesc (tăiate de profesor)
• Punct de sprijin dublu-gros pentru pârghia de mână
• 8 margini de tăiere (reprezintă marginile tăietoare ale tăietoarelor reale)
• 10 scobitori pentru a forma capetele arborelui creionului

Instrucțiuni

Lucrând în echipe, examinați următoarea ilustrație și asamblați piese mici pe piese mari prevăzute cu adeziv. Lăsați lipiciul să se usuce. Apoi, asamblați modelul de tăietor cu bandă la marginea capătului ambelor plăci de tăiat de jos și de sus. Glisați scobitoarele prin găurile creionului sau lipiți-le cu bandă pe creion. Testați-vă tăietorii!

Tu ești inginerul! Lucrați în echipă și elaborați un plan folosind mașini simple pentru a muta o agendă telefonică dintr-o parte a clasei în cealaltă, fără a atinge cartea. Trebuie să utilizați cel puțin o mașină simplă în soluția dvs. ... dar puteți folosi multe, dacă doriți.

Primul pas:

Desenați mașina sau soluția echipei dvs. în caseta de mai jos.

Pasul doi:

Încercați planul echipei dvs. și vedeți dacă funcționează!

Întrebări:

1. Care a fost cea mai eficientă parte a designului dvs. - partea care a funcționat conform planificării?

2. Care a fost cea mai puțin eficientă parte a designului dvs. - partea care a cauzat cele mai multe probleme sau care nu a funcționat așa cum ați planificat?

3. Dacă ați putea reface planul inițial, ce ați schimba?

4. Credeți că inginerii trebuie să proiecteze, să reproiecteze și să reproiecteze pentru a veni cu cel mai bun produs sau proces? Dați un exemplu de produs sau proces care s-a schimbat în timp (cum ar fi telefoanele sau avioanele).