รับตลับลูกปืนของคุณ
บทเรียนนี้สำรวจแนวคิดเรื่องแรงเสียดทานและแสดงให้เห็นว่าตลับลูกปืนลดแรงเสียดทานได้อย่างไร นักเรียนเรียนรู้เกี่ยวกับการใช้งานตลับลูกปืนเม็ดกลมที่แตกต่างกัน การออกแบบที่เปลี่ยนไปตามกาลเวลาเพื่อรวมตลับลูกปืนลูกกลิ้ง ทดสอบความเสียดทานโดยใช้ลูกหิน และระบุการใช้ตลับลูกปืนเม็ดกลมในสิ่งของในชีวิตประจำวัน
- เรียนรู้เกี่ยวกับแรงเสียดทาน
- เรียนรู้เกี่ยวกับตลับลูกปืน
- เรียนรู้ว่าวิศวกรปรับปรุงตลับลูกปืนและการพัฒนาตลับลูกปืนเม็ดกลมอย่างไร
- เรียนรู้วิธีการใช้ตลับลูกปืนลูกกลิ้ง/ลูกปืนในเครื่องจักรและส่งผลกระทบต่อชีวิตประจำวัน
- เรียนรู้เกี่ยวกับการทำงานเป็นทีมและการแก้ปัญหาในกลุ่ม
ระดับอายุ: 8-18
วัสดุก่อสร้าง (สำหรับแต่ละทีม)
วัสดุที่จำเป็นสำหรับกิจกรรม 1, 2, 3
- ฝาขวด (จากมายองเนสหรือภาชนะที่คล้ายกัน)
- ลูกหินที่มีขนาดเท่ากัน 25 ลูก (ใหญ่กว่าความลึกของฝาที่ใช้)
- จอง
- ส่วนของพรมหรือพรม
วัสดุที่จำเป็นสำหรับการแข่งขัน
- 100 ดินสอ
- เทป
- 25 ยางรัด
วัสดุทดสอบ
- โต๊ะทำงานหรือโต๊ะเล็ก
- ส่วนของพรมหรือพรม
วัสดุ
- โต๊ะทำงานหรือโต๊ะเล็ก
- ส่วนของพรมหรือพรม
กระบวนการ
ทีมทดสอบการออกแบบโดยแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถขยับโต๊ะ/โต๊ะ 10 ฟุตโดยใช้เพียงนิ้วชี้ได้อย่างไร
การออกแบบที่ท้าทาย
คุณคือทีมวิศวกรที่ทำงานร่วมกันเพื่อออกแบบระบบโดยใช้แบริ่งลูกกลิ้งเพื่อเคลื่อนย้ายโต๊ะทำงานในห้องเรียนหรือโต๊ะ 10 ฟุต จำกัดแรงที่คุณใช้เพื่อทำให้โต๊ะหรือโต๊ะเคลื่อนที่ไปยังสิ่งที่คุณกดได้โดยใช้เพียงนิ้วชี้เท่านั้น
เกณฑ์
- ต้องย้ายโต๊ะหรือโต๊ะ 10 ฟุต
- ใช้เพียงนิ้วชี้ของคุณเพื่อย้ายโต๊ะหรือโต๊ะ
ข้อ จำกัด
- ใช้ได้ไม่เกิน 100 ดินสอ เทป และยางรัด 25 เส้น
- ใช้เฉพาะวัสดุที่จัดให้คุณเท่านั้น
- แบ่งชั้นเรียนออกเป็นทีม 3-4
- แจกเวิร์กชีต Getting your Bearings รวมถึงกระดาษบางแผ่นสำหรับการร่างแบบ
- อภิปรายหัวข้อในส่วนแนวคิดเบื้องหลัง ให้นักเรียนรู้สึกถึงแรงเสียดสีเมื่อพยายามขยับฝา (เปิดบางส่วนลง) ของโถข้ามพื้นผิวต่างๆ: ท็อปโต๊ะ พื้นกระเบื้อง ชิ้นส่วนของพรม ขอให้นักเรียนแนะนำเครื่องจักรต่างๆ ที่รวมตลับลูกปืนหรือตลับลูกปืนเม็ดกลม
- ทบทวนกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม ความท้าทายด้านการออกแบบ เกณฑ์ ข้อจำกัด และวัสดุ
- จัดหาวัสดุให้แต่ละทีม
- สอนนักเรียนว่าพวกเขาจะทำกิจกรรมครบ 3 กิจกรรมแล้วจึงท้าทาย
กิจกรรมที่ 1: นักเรียนลองย้ายฝาที่จัดไว้ให้บนพื้นผิวต่างๆ เช่น หนังสือ เดสก์ท็อป พื้น พรม
กิจกรรมที่ 2: นักเรียนใส่ลูกแก้วลงในฝาขวดให้เพียงพอเพื่อให้เกือบเต็มพื้นที่ด้วยลูกหิน ต่อไปควรใช้หนังสือพลิกฝา แล้วลองขยับฝาด้วย “ลูกแก้ว” ที่เป็นลายหินอ่อน
กิจกรรมที่ 3: นักเรียนลองใช้รูปแบบต่างๆ โดยวางหนังสือหรือน้ำหนักอื่นๆ ไว้บนฝา (มีและไม่มีลูกแก้ว) - อธิบายว่าสำหรับความท้าทายที่นักเรียนต้องออกแบบระบบโดยใช้แบริ่งลูกกลิ้งเพื่อย้ายโต๊ะเรียนตัวใดตัวหนึ่งหรือโต๊ะ 10 ฟุต พวกเขาควรจำกัดแรงที่ใช้เพื่อทำให้โต๊ะหรือโต๊ะเคลื่อนที่ไปยังสิ่งที่สามารถดันได้โดยใช้เพียงนิ้วชี้ของคุณ
- ประกาศระยะเวลาที่พวกเขาต้องออกแบบและสร้าง (แนะนำ 1 ชั่วโมง)
- ใช้ตัวจับเวลาหรือนาฬิกาจับเวลาออนไลน์ (คุณสมบัตินับถอยหลัง) เพื่อให้แน่ใจว่าคุณจะตรงต่อเวลา (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch) ให้ "การตรวจสอบเวลา" เป็นประจำแก่นักเรียนเพื่อให้พวกเขาทำงานต่อไปได้ หากพวกเขาประสบปัญหา ให้ถามคำถามที่จะนำพวกเขาไปสู่ทางแก้ไขได้เร็วขึ้น
- นักเรียนพบและพัฒนาแผนสำหรับระบบแบริ่งลูกกลิ้งของพวกเขา พวกเขาตกลงเกี่ยวกับสื่อการสอนที่พวกเขาต้องการ เขียน/วาดแผน และนำเสนอแผนของพวกเขาต่อชั้นเรียน
- ทีมสร้างการออกแบบของพวกเขา
- ทีมทดสอบการออกแบบโดยแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถขยับโต๊ะ/โต๊ะ 10 ฟุตโดยใช้เพียงนิ้วชี้ได้อย่างไร
- ในชั้นเรียน ให้อภิปรายคำถามสะท้อนความคิดของนักเรียน
- สำหรับเนื้อหาเพิ่มเติมในหัวข้อ ให้ดูส่วน "ขุดลึก"
ไม่บังคับสำหรับนักเรียนที่มีอายุมากกว่า
ทำงานเป็นทีมเพื่อสำรวจว่าตลับลูกปืนรูปทรงอื่นๆ อาจมีข้อได้เปรียบเหนือการออกแบบลูกปืนหรือลูกกลิ้งในปัจจุบันหรือไม่ ทำไมหรือทำไมไม่?
ภาพสะท้อนของนักเรียน (สมุดบันทึกวิศวกรรม)
- กิจกรรม 1:
– แรงเสียดทานเคลื่อนฝาไปตามพื้นผิวต่างๆ ต่างกันอย่างไร?
– พื้นผิวใดมีการเสียดสีมากที่สุด? ทำไม? - กิจกรรม 2:
– อะไรคือความแตกต่างในการเสียดสีที่คุณประสบกับการกลิ้งลูกหิน
ใต้ฝา?
– หินอ่อนช่วยในทุกพื้นผิวหรือไม่? เพียงบางส่วน?
– พื้นผิวใด (ถ้ามี) ตอนนี้แสดงความเสียดทานมากที่สุด? ทำไม? - กิจกรรม 3:
– ฐานหินอ่อนช่วยให้เคลื่อนไหวได้ง่ายขึ้นเมื่อเพิ่มน้ำหนักหรือไม่?
– คุณนึกถึงแอปพลิเคชันสำหรับอุปกรณ์เช่นนี้หรือไม่?
– ใครบ้างที่ต้องเคลื่อนย้ายสิ่งของที่มีน้ำหนักมาก? สิ่งนี้จะช่วยได้อย่างไร?
– ระบุเครื่องจักรสามชนิดที่รวมตลับลูกปืนหรือตลับลูกปืนเม็ดกลม - ถาม:
– คุณวางแผนงานออกแบบหรือไม่? ทำไมหรือทำไมไม่?
– คุณต้องแก้ไขแผนใดเพื่อให้เป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
– คุณสามารถขยับโต๊ะ/โต๊ะโดยใช้แรงจากนิ้วชี้เพียงนิ้วเดียวได้หรือไม่?
การปรับเปลี่ยนเวลา
บทเรียนสามารถทำได้ในเวลาเพียง 1 คาบสำหรับนักเรียนที่มีอายุมากกว่า อย่างไรก็ตาม เพื่อช่วยให้นักเรียนไม่รู้สึกเร่งรีบและรับประกันความสำเร็จของนักเรียน (โดยเฉพาะสำหรับนักเรียนที่อายุน้อยกว่า) ให้แบ่งบทเรียนออกเป็นสองช่วงเพื่อให้นักเรียนมีเวลาระดมสมองมากขึ้น ทดสอบแนวคิด และสรุปการออกแบบ ดำเนินการทดสอบและซักถามในคาบเรียนถัดไป
แรงเสียดทานคืออะไร?
ตลับลูกปืนช่วยได้อย่างไร?
แรงเสียดทาน
การเสียดสีเป็นคำที่อธิบายว่ามีความต้านทานเท่าใดสำหรับวัตถุสองชิ้นที่จะเคลื่อนที่ผ่านวัตถุอื่น ยิ่งมีแรงเสียดทานมากเท่าไร วัตถุทั้งสองก็จะยิ่งเคลื่อนที่ได้อย่างราบรื่นมากขึ้นเท่านั้น ด้วยแรงเสียดทานที่น้อยลง วัตถุจะเคลื่อนที่เข้าหากันได้อย่างง่ายดายและราบรื่น ตัวอย่างเช่น ยางชิ้นหนึ่งจะมีแรงเสียดทานเคลื่อนไปบนพรมมากกว่าหนังสือเรียนแบบเรียบๆ ในเครื่องจักร ชิ้นส่วนจะเสียดสีกันและแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ชิ้นส่วนสึกหรอเร็วขึ้น
ตลับลูกปืน
คำว่าลูกปืนบางครั้งหมายถึงชุดแบริ่งซึ่งใช้แบริ่งทรงกลมเป็นองค์ประกอบกลิ้ง นอกจากนี้ยังหมายถึงลูกแต่ละลูกสำหรับการประกอบตลับลูกปืน ตลับลูกปืนทำจากวัสดุที่แตกต่างกันมากมาย รวมถึงเซรามิก โลหะ สแตนเลส และวัสดุไฮบริดอื่นๆ ช่วยลดแรงเสียดทานซึ่งทำให้เครื่องจักรทำงานได้นานขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยให้เครื่องทำงานเงียบขึ้นอีกด้วย ตลับลูกปืนได้รับการออกแบบตามหลักการง่ายๆ โดยให้วัตถุหมุนได้ง่ายกว่าเลื่อน เมื่อวัตถุสองชิ้นเลื่อนเข้าหากัน เช่น หนังสือบนโต๊ะ หรือโถบนพรม การเสียดสีระหว่างพื้นผิวจะทำให้การเคลื่อนไหวช้าลง หากวัตถุทำได้ ให้พลิกเข้าหากัน พื้นที่ผิวที่สัมผัสจะถูกจำกัดและแรงเสียดทานจะลดลง
ตลับลูกปืนเม็ดกลม
แบริ่งลูกกลิ้งเป็นแบริ่งที่รับน้ำหนักโดยการวางองค์ประกอบกลมระหว่างสองชิ้น การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของชิ้นส่วนทำให้องค์ประกอบทรงกลมหมุน (กลิ้ง) โดยเลื่อนเล็กน้อย ในภาพคุณจะเห็นว่าลูกบอลถูกห่อหุ้มไว้อย่างไรระหว่างส่วนที่เป็นวงกลม ตลับลูกปืนเม็ดกลมที่เก่าที่สุดและเป็นที่รู้จักดีที่สุดตัวหนึ่งคือชุดท่อนซุงที่วางอยู่บนพื้นโดยมีหินก้อนใหญ่อยู่ด้านบน ขณะดึงหิน ท่อนซุงจะกลิ้งไปตามพื้นโดยมีการเสียดสีเพียงเล็กน้อย เมื่อท่อนซุงแต่ละท่อนออกมาทางด้านหลัง มันจะถูกย้ายไปด้านหน้าโดยที่บล็อกนั้นกลิ้งไปทับมา คุณสามารถเลียนแบบแบริ่งดังกล่าวได้โดยวางปากกาหรือดินสอหลาย ๆ อันบนโต๊ะแล้ววางมือไว้บนนั้น
จักรยานไม่มีลูกปืน? โรลเลอร์โคสเตอร์ไม่มีแบริ่งลูกกลิ้ง?
จักรยานเป็นตัวอย่างที่ดีของเครื่องจักรที่ใช้ตลับลูกปืนเพื่อลดแรงเสียดทาน ตลับลูกปืนสามารถพบได้ในแป้นเหยียบ ในดุมล้อด้านหน้าและด้านหลังสำหรับล้อ และท่อที่ติดแฮนด์บาร์ และสเก็ตบอร์ดและโรลเลอร์เบลดก็มีตลับลูกปืนด้วย! นอกเหนือจากตัวอย่างเหล่านี้ ตลับลูกปืนยังเป็นองค์ประกอบการออกแบบที่สำคัญของแท่นขุดเจาะน้ำมัน เครื่องบิน และรถยนต์ ตลับลูกปืนลูกกลิ้งใช้ในรถไฟเหาะ!
ประวัติตลับลูกปืน – Product Evolution
ประวัติขององค์กร
ตัวอย่างแรกๆ ของลูกปืนไม้ที่รองรับโต๊ะหมุนได้มาจากซากเรือโรมันในทะเลสาบ Nemi ประเทศอิตาลี ซากเรืออับปางมีอายุถึง 40 ปีก่อนคริสตกาล กล่าวกันว่าเลโอนาร์โด ดา วินชีได้อธิบายประเภทของตลับลูกปืนเมื่อราวๆ ปี ค.ศ. 1500 ปัญหาหนึ่งของตลับลูกปืนก็คือสามารถเสียดสีกันทำให้เกิดการเสียดสีเพิ่มขึ้น แต่สิ่งนี้สามารถป้องกันได้โดยการใส่ลูกบอลไว้ในกรง . กาลิเลโอถูกอธิบายโดยกาลิเลโอในช่วงทศวรรษ 1600 ที่ถูกจับหรือขังอยู่ในกรง
นักวิเคราะห์ส่วนบุคคลที่หาโอกาสให้เป็นไปได้มากที่สุด
Henry Timken ผู้ซึ่งมีวิสัยทัศน์และเป็นผู้ริเริ่มด้านการผลิตรถม้าในศตวรรษที่ 19 ได้จดสิทธิบัตรแบริ่งลูกกลิ้งเรียวในปี 1898 เขาจินตนาการถึงธุรกิจที่สร้างขึ้นจากการแก้ปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญและเก่าแก่: การเสียดสี แรงที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สัมผัส กันและกัน. Timken ตั้งข้อสังเกตว่า "ชายผู้สามารถประดิษฐ์บางสิ่งที่ช่วยลดแรงเสียดทานได้ จะบรรลุสิ่งที่มีคุณค่าต่อโลกอย่างแท้จริง" ในปีต่อมา เขาได้ก่อตั้ง The Timken Company เพื่อผลิตนวัตกรรมของเขา
การออกแบบและปรับปรุงผลิตภัณฑ์
ย้อนกลับไปเมื่อเฮนรี่เริ่มงานพัฒนา แบริ่งที่โดดเด่นคือแบริ่งที่ราบหรือ "แรงเสียดทาน" ซึ่งถูกใช้โดยมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยตั้งแต่สมัยโบราณ โดยพื้นฐานแล้วมันคือซับโลหะในรูรอบ ๆ เพลาหมุน โดยมีงานหลักคือการลดแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับการหล่อลื่น เฮนรี่เริ่มทดลองกับตลับลูกปืน แต่พวกเขาล้มเหลวอย่างรวดเร็วจากการสึกหรอ เขาสรุปว่าแบริ่ง "ลูกกลิ้ง" ถือได้ดีกว่าสำหรับยานพาหนะเช่นรถยนต์เนื่องจากน้ำหนักบรรทุก - หนักกว่าบนจักรยานมาก - สามารถบรรทุกไปตามความยาวของลูกกลิ้งได้ จุดสัมผัสของลูกปืนแต่ละลูกในตลับลูกปืน เฮนรี่พยายามใช้ลูกกลิ้งแบบตรงแต่ตั้งบนเรียว ซึ่งอนุญาตให้ตลับลูกปืนรองรับแรงจากทุกทิศทาง ตั้งแต่ปี พ.ศ. 1899 บริษัท Timken ได้ผลิตตลับลูกปืนมากกว่า XNUMX พันล้านชิ้น และตอนนี้ผลิตตลับลูกปืนหลายประเภท
อุตสาหกรรมและการใช้งาน
ตลับลูกปืนใช้ในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ รวมถึงการขนส่ง การบินและอวกาศ การผลิต เกษตรกรรม และกีฬา/บันเทิง คุณจะพบตัวอย่างบางส่วนของตลับลูกปืนหรือลูกกลิ้งที่ใช้ในล้อลงจอด กังหันลม ดาวเทียม และโรงสีกลิ้ง ตลับลูกปืนขนาดเล็กสามารถพบได้ในการใช้งานทางการแพทย์ เช่น อุปกรณ์ทันตกรรม
การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต
อ่านหนังสือที่แนะนำ
- Timken: จากมิสซูรีสู่ดาวอังคาร – ศตวรรษแห่งความเป็นผู้นำในการผลิต (ISBN: 0875848877)
- Bicycling Science โดย David Gordon Wilson (ISBN: 0262731541)
- ตลับลูกปืนเม็ดกลม : ทฤษฎี การออกแบบ และการใช้งาน (ISBN: 0471984523)
กิจกรรมเขียน
เขียนเรียงความหรือย่อหน้าที่อธิบายเครื่องจักรสามแบบที่รวมตลับลูกปืนหรือตลับลูกปืนเม็ดกลม การใช้แบริ่งช่วยปรับปรุงเครื่องอย่างไร?
การปรับให้เข้ากับกรอบหลักสูตร
หมายเหตุ แผนการสอนในชุดนี้สอดคล้องกับมาตรฐานชุดใดชุดหนึ่งดังต่อไปนี้:
- ส. มาตรฐานการศึกษาวิทยาศาสตร์ (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- S. มาตรฐานวิทยาศาสตร์รุ่นต่อไป (http://www.nextgenscience.org/)
- มาตรฐานของสมาคมการศึกษาเทคโนโลยีระหว่างประเทศเพื่อการรู้หนังสือทางเทคโนโลยี (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- ส. สภาครูคณิตศาสตร์แห่งชาติ หลักการและมาตรฐานวิชาคณิตศาสตร์ของโรงเรียน (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- S. มาตรฐานของรัฐแกนกลางทั่วไปสำหรับคณิตศาสตร์ (http://www.corestandards.org/Math)
- สมาคมครูวิทยาการคอมพิวเตอร์ K-12 มาตรฐานวิทยาการคอมพิวเตอร์ (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
มาตรฐานการศึกษาวิทยาศาสตร์แห่งชาติ เกรด K-4 (อายุ 4-9)
เนื้อหามาตรฐาน ข: วิทยาศาสตร์กายภาพ
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนาความเข้าใจใน
- คุณสมบัติของวัตถุและวัสดุ
- ตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของวัตถุ
เนื้อหามาตรฐาน E: วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนา
- ความสามารถในการออกแบบเทคโนโลยี
เนื้อหามาตรฐาน G: ประวัติศาสตร์และธรรมชาติของวิทยาศาสตร์
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับ
- วิทยาศาสตร์เป็นความพยายามของมนุษย์
มาตรฐานการศึกษาวิทยาศาสตร์แห่งชาติ เกรด 5-8 (อายุ 10-14)
เนื้อหามาตรฐาน ข: วิทยาศาสตร์กายภาพ
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนาความเข้าใจใน
- คุณสมบัติและการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติในเรื่อง
- การเคลื่อนที่และแรง
- การถ่ายโอนพลังงาน
เนื้อหามาตรฐาน E: วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนา
- ความสามารถในการออกแบบเทคโนโลยี
เนื้อหามาตรฐาน G: ประวัติศาสตร์และธรรมชาติของวิทยาศาสตร์
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับ
- วิทยาศาสตร์เป็นความพยายามของมนุษย์
- ประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์
มาตรฐานการศึกษาวิทยาศาสตร์แห่งชาติ เกรด 9-12 (อายุ 14-18)
เนื้อหามาตรฐาน ข: วิทยาศาสตร์กายภาพ
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนาความเข้าใจใน
- การเคลื่อนที่และแรง
- ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานและสสาร
เนื้อหามาตรฐาน E: วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนา
- ความสามารถในการออกแบบเทคโนโลยี
- ความเข้าใจเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
มาตรฐานการศึกษาวิทยาศาสตร์แห่งชาติ เกรด 9-12 (อายุ 14-18)
มาตรฐานเนื้อหา F: วิทยาศาสตร์ในมุมมองส่วนบุคคลและสังคม
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับ
- วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีกับความท้าทายระดับท้องถิ่น ระดับชาติ และระดับโลก
เนื้อหามาตรฐาน G: ประวัติศาสตร์และธรรมชาติของวิทยาศาสตร์
จากการทำกิจกรรม นักเรียนทุกคนควรพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับ
- มุมมองทางประวัติศาสตร์
มาตรฐานวิทยาศาสตร์รุ่นต่อไป – เกรด 2-5 (อายุ 7-11 ปี)
สสารและปฏิสัมพันธ์
- 2-PS1-2. วิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากการทดสอบวัสดุต่างๆ เพื่อพิจารณาว่าวัสดุใดมีคุณสมบัติที่เหมาะสมที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้
การเคลื่อนไหวและความเสถียร: แรงและการโต้ตอบ
นักเรียนที่แสดงความเข้าใจสามารถ:
- 3-PS2-1. วางแผนและดำเนินการสอบสวนเพื่อให้หลักฐานเกี่ยวกับผลกระทบของแรงที่สมดุลและไม่สมดุลต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ
การออกแบบทางวิศวกรรม
นักเรียนที่แสดงความเข้าใจสามารถ:
- 3-5-ETS1-1 กำหนดปัญหาการออกแบบอย่างง่ายที่สะท้อนถึงความต้องการหรือความต้องการที่มีเกณฑ์ที่กำหนดไว้สำหรับความสำเร็จและข้อจำกัดด้านวัสดุ เวลา หรือต้นทุน
- 3-5-ETS1-2 สร้างและเปรียบเทียบวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้หลายอย่างกับปัญหาโดยพิจารณาว่าแต่ละวิธีมีแนวโน้มที่จะตรงตามเกณฑ์และข้อจำกัดของปัญหามากน้อยเพียงใด
มาตรฐานวิทยาศาสตร์รุ่นต่อไป – เกรด 6-8 (อายุ 11-14 ปี)
การออกแบบทางวิศวกรรม
นักเรียนที่แสดงความเข้าใจสามารถ:
- MS-ETS1-2 ประเมินโซลูชันการออกแบบที่แข่งขันกันโดยใช้กระบวนการที่เป็นระบบเพื่อกำหนดว่าโซลูชันเหล่านี้ตรงตามเกณฑ์และข้อจำกัดของปัญหาได้ดีเพียงใด
มาตรฐานการรู้หนังสือทางเทคโนโลยี – ทุกวัย
เทคโนโลยีและสังคม
- มาตรฐานที่ 6: นักเรียนจะพัฒนาความเข้าใจในบทบาทของสังคมในการพัฒนาและใช้เทคโนโลยี
- มาตรฐานที่ 7: นักเรียนจะพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับอิทธิพลของเทคโนโลยีที่มีต่อประวัติศาสตร์
ออกแบบ
- มาตรฐานที่ 8: นักเรียนจะพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับคุณลักษณะของการออกแบบ
มาตรฐานที่ 9: นักเรียนจะได้พัฒนาความเข้าใจด้านวิศวกรรม
ขั้นตอนที่หนึ่ง:
อ่านเอกสารอ้างอิงสำหรับนักเรียนเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับตลับลูกปืน ประวัติและวิวัฒนาการของตลับลูกปืนและลูกกลิ้ง
ขั้นตอนที่สอง:
ทำงานเป็นกลุ่มที่มีนักเรียน 3-4 คน ลองย้ายฝาที่จัดเตรียมไว้ให้คุณบนพื้นผิวต่างๆ เช่น หนังสือ เดสก์ท็อป พื้น พรม
คำถาม:
- อะไรคือความแตกต่างของการเสียดสีในการเคลื่อนย้ายฝาไปตามพื้นผิวต่างๆ? พื้นผิวใดมีการเสียดสีมากที่สุด? ทำไม?
ขั้นตอนที่สาม:
ใส่ลูกแก้วลงในฝาโถให้เกือบเต็มพื้นที่ด้วยลูกหิน ใช้หนังสือพลิกฝา แล้วลองขยับฝาด้วย "ลูกแก้ว" ที่ทำจากหินอ่อน เพื่อช่วยในการเคลื่อนที่ของฝาแบบเสียดทานบนพื้นผิวเดิมที่เคยลอง
คำถาม:
- อะไรคือความแตกต่างในการเสียดสีที่คุณประสบกับลูกแก้วที่กลิ้งอยู่ใต้ฝา?
- หินอ่อนช่วยได้ทุกพื้นผิวหรือไม่? เพียงบางส่วน? พื้นผิวใด (ถ้ามี) ที่มีการเสียดสีมากที่สุดในขณะนี้ ทำไม?
ขั้นตอนที่สี่:
ลองใช้รูปแบบต่างๆ โดยวางหนังสือหรือน้ำหนักอื่นๆ ไว้บนฝา (มีและไม่มีลูกแก้ว)
คำถาม:
- ฐานหินอ่อนช่วยให้เคลื่อนไหวได้ง่ายขึ้นเมื่อเพิ่มตุ้มน้ำหนักหรือไม่
- คุณนึกถึงแอปพลิเคชันสำหรับอุปกรณ์เช่นนี้หรือไม่? ใครบ้างที่ต้องเคลื่อนย้ายสิ่งของที่มีน้ำหนักมาก? สิ่งนี้จะช่วยได้อย่างไร?
- ระบุเครื่องจักรที่แตกต่างกันสามเครื่องที่รวมตลับลูกปืนหรือตลับลูกปืนเม็ดกลม
1:_____________ 2. __________________ 3._______________
ใบงานทางเลือกของนักเรียน:
คุณคือวิศวกร! การแก้ปัญหาด้วยตลับลูกปืนเม็ดกลม
คำแนะนำ
คุณเป็นวิศวกร! ทำงานเป็นทีมและวางแผนโดยใช้แบริ่งลูกกลิ้งเพื่อย้ายโต๊ะทำงานในห้องเรียนหรือโต๊ะ 10 ฟุตโดยใช้วัสดุที่จัดเตรียมให้ ความท้าทาย: จำกัดแรงที่คุณใช้เพื่อทำให้โต๊ะหรือโต๊ะเคลื่อนที่ไปยังสิ่งที่คุณกดได้โดยใช้เพียงนิ้วชี้เท่านั้น คุณสามารถใช้ดินสอเทปได้ถึง 100 อัน
วัสดุ
เอกสารชุดหนึ่งสำหรับนักเรียนแต่ละกลุ่ม:
- 100 ดินสอ
- เทป
- แถบยาง
- ส่วนของพรมหรือพรม
ขั้นตอนที่หนึ่ง:
วาดภาพประกอบที่แสดงโซลูชันตามแผนของคุณด้านล่าง
|
ขั้นตอนที่สอง:
ลองใช้แผนของคุณ! ดูว่าคุณสามารถย้ายโต๊ะโดยใช้เพียงอย่างเดียวหรือไม่ — วิศวกรทำงานในระดับต่างๆ ตลอดเวลา!
คำถาม:
- คุณวางแผนงานออกแบบหรือไม่? ทำไมหรือทำไมไม่?
- คุณต้องแก้ไขแผนใดเพื่อให้เป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
- คุณสามารถย้ายโต๊ะ/โต๊ะโดยใช้แรงจากนิ้วชี้เพียงนิ้วเดียวได้หรือไม่?
แปลแผนการสอน