Clipper Yaptıklarım

Malzemeler Oluşturun

Gerekli malzemeler

• Köpük levha levhalar
• selobant
• Tutkal
• Kürdan
• Kutu kesici

Model Bileşenleri

• Alt kesme tahtası
• Üst kesme tahtası
• Makasları çalıştırmak için el kolu
• Şaft görevi görecek bir kalemin parçası
• Kesme tahtalarının bir araya geldiği uç için köpük tahta takozu (öğretmen tarafından önceden kesilmiş)
• El kolu için çift kalın dayanak noktası
• 8 kesme kenarı (gerçek kesme makinelerinin kesme kenarlarını temsil eder)
• Kalem milinin uçlarını oluşturmak için 10 kürdan

Önceden, öğretmen aşağıdaki şemaya göre köpük levhayı keserek öğrencilere önceden kesilmiş şekiller vermelidir. Öğrenciler daha sonra tutkalla sağlanan büyük parçalara küçük parçaları birleştirir. Tutkalın kurumasına müsade et. Ertesi gün veya ders döneminde öğrenciler, kesme makinesi modelini hem alt hem de üst kesme tahtalarının kenar ucunda bantla monte etmelidir. Kürdanları kurşun kalemdeki deliklerden geçirin veya kurşun kaleme bantlayın.

Malzemeler

• Tırnak makası modelleri

İşlem

• Öğrenciler, tırnak kesme makinesi modellerini, tırnak kesme simülasyonu için çalıştırarak test ederler.

Tasarım Yarışması

Sağlanan malzemeleri kullanarak bir dizi tırnak makasının çalışan bir modelini oluşturma zorluğuna sahip bir mühendis ekibisiniz. Modelinizi tamamladıktan sonra, tırnaklarınızı kesmeyi simüle etmek için tasarımınızı test edin.

Daha sonra, bir telefon rehberini kitaba dokunmadan sınıfın bir tarafından diğer tarafına taşımak için basit makineler kullanarak bir plan tasarlama zorluğuyla karşılaşacaksınız. Çözümünüzde en az bir basit makine kullanmalısınız… ama istediğiniz kadar kullanabilirsiniz.

Kriterler

• Modeli oluşturmak için Öğrenci Çalışma Sayfasında belirtilen talimatları izleyin.

Kısıtlamalar

• Yalnızca sağlanan malzemeleri kullanın

1. Sınıfı 2 kişilik takımlara ayırın.
2. Clipper Creations çalışma sayfasını dağıtın.
3. Arka Plan Kavramları Bölümündeki konuları tartışın. “Kol”a çok dikkat ederek basit makine türlerini vurgulayın. Öğrencilere, tırnak makası modellerini bir araya getirirken bir kılavuz olarak Öğrenci Çalışma Sayfasını kullanmalarını söyleyin.
4. Mühendislik Tasarım Sürecini, Tasarım Zorluğunu, Kriterleri, Kısıtlamaları ve Malzemeleri gözden geçirin.
5. Her takıma malzemelerini sağlayın.
6. Öğrencilerin bir dizi tırnak makasının çalışan bir modelini oluşturmaları gerektiğini açıklayın.
7. İnşa etmeleri gereken süreyi duyurun (1 saat önerilir).
8. Zamanında kalmanızı sağlamak için bir zamanlayıcı veya çevrimiçi bir kronometre (geri sayım özelliği) kullanın. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Öğrencilere, görevde kalmaları için düzenli "zaman kontrolleri" verin. Mücadele ediyorlarsa, onları daha hızlı çözüme götürecek sorular sorun.
9. Öğrenciler, Öğrenci Çalışma Sayfasında gösterilen talimatları ve şemaları kullanarak buluşur ve modellerini oluştururlar.
10. Takımlar tasarımlarını oluşturur.
11. Takımlar, tırnak makasının tırnaklarını nasıl keseceğini simüle ederek tasarımlarını test eder.
12. Model oluşturmayı tamamladıktan sonra, öğrenci ekiplerinden bir telefon defterini kitaba dokunmadan sınıfın bir tarafından diğer tarafına taşımak için basit makineler kullanarak bir plan tasarlamalarını isteyin. Çözümlerinde en az bir basit makine kullanmalıdırlar… ancak istedikleri kadar çok makine kullanabilirler. Planlarını çizmeliler.
13. Sınıf olarak, öğrenci yansıtma sorularını tartışın.
14. Konuyla ilgili daha fazla içerik için "Daha Derin Kazma" bölümüne bakın.

Öğrenci Yansıması (mühendislik defteri)

1. Tasarımınızın en etkili kısmı neydi - planlandığı gibi çalışan kısım?
2. Tasarımınızın en az etkili kısmı neydi - en fazla soruna neden olan veya planladığınız gibi çalışmayan kısım?
3. Orijinal planınızı yeniden yapabilecek olsaydınız, neyi değiştirirdiniz?
4. Mühendislerin en iyi ürünü veya süreci ortaya çıkarmak için tasarlamaları, yeniden tasarlamaları ve yeniden tasarlamaları gerektiğini düşünüyor musunuz? Zaman içinde değişen bir ürün veya sürece (telefon veya uçak gibi) bir örnek verin.

Ders, daha büyük öğrenciler için 1 ders dönemi kadar kısa bir sürede yapılabilir. Bununla birlikte, öğrencilerin acele hissetmelerine yardımcı olmak ve öğrenci başarısını sağlamak için (özellikle daha genç öğrenciler için) dersi iki döneme ayırın, öğrencilere beyin fırtınası yapmaları, fikirleri test etmeleri ve tasarımlarını tamamlamaları için daha fazla zaman verin. Bir sonraki sınıf döneminde testi ve sorgulamayı gerçekleştirin.

Öğretmen Kaynağı

Tipik olarak, makinelerin bir nesneyi hareket ettirmek için gereken kuvvet miktarını azaltması amaçlanmıştır. Ancak bu süreçte mesafe artar. Tekerlekli sandalye rampası bu ilişkinin kolayca görselleştirilmiş bir örneğidir. Efor ve kuvvet miktarı azaltılırken (kuvvet) gerçek mesafe önemli ölçüde artar. Bu nedenle, fiili çalışma miktarı aynıdır. Makinelerin tipik uygulaması eforu veya kuvveti azaltmak olsa da, bunun avantajı olmadığı, yani gücün azaltılmadığı veya aslında avantajda bir azalmanın olduğu, yani kuvvetin artırıldığı önemli makine uygulamaları vardır. Avantaj sağlamayan makinelere en iyi örnek basit veya tek makaradır. Tek bir makara sadece efor kuvvetinin yönünü değiştirir. Bir perde çekme bir örnektir.

Tırnak makası, kaldıraçlara bir örnektir. Makasların sapına uygulanan kuvvet, makasın bıçaklarını sıkıştırır, böylece bıçaklar tırnağa temas eder ve keser. Bir tırnak makasında dayanak, makasın iki parçası arasındaki pivot eklemdir.

Basit Makinelere Giriş

Basit makineler "basittir" çünkü çoğu sadece bir hareketli parçaya sahiptir. Basit makineleri bir araya getirdiğinizde, çim biçme makinesi, araba, hatta elektrikli burun kılı düzeltici gibi karmaşık bir makine elde edersiniz! Unutmayın, bir makine, çalışmayı kolaylaştıran herhangi bir cihazdır. Bilimde “çalışma” bir şeyi hareket ettirmek anlamına gelir. Basit bir makine kullandığınızda, aslında aynı miktarda iş yaptığınızı bilmek önemlidir - sadece daha kolay görünüyor. Basit bir makine, bir şeyi taşımak için gereken çaba miktarını azaltır, ancak aynı miktarda işi başarmak için onu daha fazla hareket ettirirsiniz. Bu nedenle, basit makineleri kullanırken bir enerji takası olduğunu unutmayın.

Tipik olarak, makinelerin bir nesneyi hareket ettirmek için gereken kuvvet miktarını azaltması amaçlanmıştır. Ancak bu süreçte mesafe artar. Tekerlekli sandalye rampası bu ilişkinin kolayca görselleştirilmiş bir örneğidir. Efor ve kuvvet miktarı azaltılırken (kuvvet) gerçek mesafe önemli ölçüde artar. Bu nedenle, fiili çalışma miktarı aynıdır. Makinelerin tipik uygulaması eforu veya kuvveti azaltmak olsa da, bunun avantajı olmadığı, yani gücün azaltılmadığı veya aslında avantajda bir azalmanın olduğu, yani kuvvetin artırıldığı önemli makine uygulamaları vardır. Avantaj sağlamayan makinelere en iyi örnek basit veya tek makaradır. Tek bir makara sadece efor kuvvetinin yönünü değiştirir. Bir perde çekme bir örnektir.

Tırnak makası, kaldıraçlara bir örnektir. Makasların sapına uygulanan kuvvet, makasın bıçaklarını sıkıştırır, böylece bıçaklar tırnağa temas eder ve keser. Bir tırnak makasında dayanak, makasın iki parçası arasındaki pivot eklemdir.

Basit Makina Çeşitleri

Tüm mekanik makinelerin temelini oluşturan dört tür basit makine vardır:

manivela

Gerçekten inatçı bir otu yerden çekmeyi deneyin. Sadece çıplak ellerinizi kullanmak zor ve hatta acı verici olabilir. Ancak el küreği gibi bir aletle savaşı kazanmalısınız. Bir şeyi gevşeten herhangi bir alet bir kaldıraçtır. Bir kaldıraç, bir "dayanak" (veya nokta) karşısında "dönen" (veya dönen) bir koldur. Çivileri gevşetmek için kullandığınız bir çekicin pençe ucunu düşünün. Bu bir kaldıraç. Yüzeydeki bir noktaya dayanan kavisli bir koldur. Kıvrımlı kolu döndürdüğünüzde, tırnağı yüzeyden ayırır. Ve bu zor iş! Üç çeşit kaldıraç vardır:

• Birinci Sınıf Kol – Dayanma noktası, kuvvet kolu ile kaldıraç kolu arasında olduğunda, kaldıraç birinci sınıf bir kaldıraç olarak tanımlanır. Aslında çoğumuz bu tür kaldıraca aşinayız. Klasik sallanan örnek – veya bir tırnak makası.
• İkinci Sınıf Kol - İkinci sınıf kaldıraçta, yük kolu dayanak noktası ile kuvvet kolu arasında yer alır. Bu tür bir kaldıraca güzel bir örnek el arabasıdır.
• Üçüncü Sınıf Kol - Bu kaldıraç sınıfında, kuvvet kolu dayanak noktası ile yük kolu arasında yer alır. Bu düzenleme nedeniyle, yükü hareket ettirmek için nispeten büyük bir kuvvet gereklidir. Bu, kuvvet kolunun nispeten küçük bir hareketi ile uzun bir mesafe boyunca yükün hareketini gerçekleştirmenin mümkün olması gerçeğiyle dengelenir. Bir olta düşünün!

Eğik düzlem

Düzlem, düz bir yüzeydir. Örneğin, düz tahta bir düzlemdir. Şimdi, uçak yerde düz duruyorsa, muhtemelen işinizi yapmanıza yardımcı olmayacaktır. Bununla birlikte, bu düzlem eğimli veya eğimli olduğunda, nesneleri mesafeler arasında hareket ettirmenize yardımcı olabilir. Ve bu iş! Yaygın bir eğimli düzlem bir rampadır. Ağır bir kutuyu yükleme rampasına kaldırmak, kutuyu bir rampaya, yani basit bir makineye kaydırırsanız çok daha kolaydır.

Kama

• Eğimli düzlemin düz tarafını kullanmak yerine, başka tür işler yapmak için sivri uçları da kullanabilirsiniz. Örneğin, nesneleri ayırmak için kenarı kullanabilirsiniz. Ardından, eğimli düzlem bir kama şeklindedir. Yani, kama aslında bir tür eğimli düzlemdir. Balta bıçağı bir takozdur. Bıçağın kenarını düşünün. Pürüzsüz eğimli bir yüzeyin kenarıdır. Bu bir kama!

vida

• Şimdi eğik bir düzlem alın ve bir silindirin etrafına sarın. Keskin kenarı başka bir basit alet haline gelir: vida. Bir rampanın yanına metal bir vida koyun ve benzerlikleri görmek biraz zor, ancak vida aslında başka bir tür eğik düzlem. Vida çalışmanıza nasıl yardımcı olur? Metal vidanın her dönüşü, bir metal parçasını tahta bir boşlukta hareket ettirmenize yardımcı olur.

Tekerlek ve dingil

Tekerlek, aks adı verilen merkezi bir çubuğa bağlı dairesel bir disktir. Bir arabanın direksiyonu bir tekerlek ve akstır. Elimizi koyduğumuz ve kuvvet (tork) uyguladığımız bölüme, daha küçük olan dingili döndüren tekerlek denir. Tornavida, tekerlek ve aksın başka bir örneğidir. Sıkı bir vidayı çıplak elle gevşetmek imkansız olabilir. Kalın sap tekerlek, metal mil ise akstır. Kol ne kadar büyük olursa, vidayı döndürmek için o kadar az kuvvet gerekir.

Kasnak

Bir aks yerine, tekerlek bir ipi veya kordonu da döndürebilir. Tekerleğin ve aksın bu varyasyonu kasnaktır. Bir makarada, bir ip bir tekerleğin etrafına sarılır. Tekerlek döndükçe, kordon her iki yönde de hareket eder. Şimdi, kabloya bir kanca takın ve nesneleri kaldırmak ve indirmek için tekerleğin dönüşünü kullanabilirsiniz. Örneğin bir bayrak direğinde, bir makaraya bir ip takılır. İpte genellikle iki kanca bulunur. Kordon kasnağın etrafında döner ve bayrağı takabileceğiniz kancaları indirir. Ardından, kordonu döndürün ve bayrak direğin üzerinde yükselir.

Önerilen Kaynaklar

• Ahşapta Mekanik Harikalar Yapmak (ISBN: 978-1626548862)
• Basit Makinelerle Bilimsel Deneyler (Bilim Deneyleri) Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson (ISBN: 978-0531154458)

Yazma aktivitesi

Diğer tırnak makası tasarımlarının örneklerini belirleyin. Tasarımların nasıl farklılık gösterdiği ve farklı tasarımların kesme makinesinin işlevini nasıl etkileyebileceği hakkında bir makale (veya yaşa bağlı olarak paragraf) yazın.

Müfredat Çerçevelerine Uyum

Not: Bu serideki tüm ders planları, Ulusal Bilim Eğitimi Standartları tarafından üretilen  Ulusal Araştırma Konseyi ve Ulusal Fen Bilimleri Öğretmenleri Derneği ve varsa, ayrıca Uluslararası Teknoloji Eğitimi Derneği Teknolojik Okuryazarlık Standartları veya Ulusal Matematik Öğretmenleri İlkeleri ve Okul Matematiği Standartları Konseyi tarafından onaylanmıştır.

Ulusal Bilim Eğitimi Standartları K-4 Sınıfları (4-9 yaş) 

İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Bilimsel araştırma yapmak için gerekli yetenekler
• Bilimsel sorgulamayı anlama

İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Teknolojik tasarım yetenekleri

İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Yerel zorluklarda bilim ve teknoloji

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Bir insan çabası olarak bilim

Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 5-8. Sınıflar (10-14 yaş) 

İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Bilimsel araştırma yapmak için gerekli yetenekler
• Bilimsel sorgulama ile ilgili anlayışlar

İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji

5-8. Sınıflardaki aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir.

• Teknolojik tasarım yetenekleri
• Bilim ve teknoloji ile ilgili anlayışlar

İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Riskler ve faydalar
• Toplumda bilim ve teknoloji

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Bir insan çabası olarak bilim
• Bilim tarihi

Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 9-12. Sınıflar (14-18 yaş)

İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Bilimsel araştırma yapmak için gerekli yetenekler
• Bilimsel sorgulama ile ilgili anlayışlar

İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Teknolojik tasarım yetenekleri
• Bilim ve teknoloji ile ilgili anlayışlar 

İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Kişisel ve toplum sağlığı
• Yerel, ulusal ve küresel zorluklarda bilim ve teknoloji

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Bilimsel bilginin doğası
• Tarihsel bakış açıları

Teknolojik Okuryazarlık Standartları - Tüm Yaşlar

Teknolojinin Doğası

• Standart 1: Öğrenciler teknolojinin özellikleri ve kapsamı hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.

Teknoloji ve Toplum

• Standart 4: Öğrenciler teknolojinin kültürel, sosyal, ekonomik ve politik etkilerine ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
• Standart 6: Öğrenciler, teknolojinin geliştirilmesi ve kullanımında toplumun rolüne ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
• Standart 7: Öğrenciler teknolojinin tarih üzerindeki etkisine dair bir anlayış geliştirecekler.

Dizayn

• Standart 8: Öğrenciler tasarımın niteliklerine ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
• Standart 9: Öğrenciler bir mühendislik tasarımı anlayışı geliştireceklerdir.
• Standart 10: Öğrenciler sorun giderme, araştırma ve geliştirme, icat ve yenilik ve problem çözmede deney yapmanın rolüne ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.

Teknolojik Bir Dünya İçin Yetenekler

• Standart 13: Öğrenciler, ürünlerin ve sistemlerin etkisini değerlendirme becerilerini geliştireceklerdir. 

Tasarlanmış Dünya

Standart 17: Öğrenciler, bilgi ve iletişim teknolojileri hakkında bir anlayış geliştirecek ve bunları seçebilecek ve kullanabilecektir.

Bir Tırnak Makası Modeli Oluşturun

Malzeme Listesi

• köpük tahta
• selobant
• kürdan

Modelin Parçaları

• Alt kesme tahtası
• Üst kesme tahtası
• Makasları çalıştırmak için el kolu
• Şaft görevi görecek bir kalemin parçası
• Kesme tahtalarının bir araya geldiği uç için köpük tahta takozu (öğretmen tarafından önceden kesilmiş)
• El kolu için çift kalın dayanak noktası
• 8 kesme kenarı (gerçek kesme makinelerinin kesme kenarlarını temsil eder)
• Kalem milinin uçlarını oluşturmak için 10 kürdan

talimatlar

Takım halinde çalışarak aşağıdaki çizimi inceleyin ve yapıştırıcı ile sağlanan büyük parçalara küçük parçaları monte edin. Tutkalın kurumasına müsade et. Ardından, kesme makinesi modelini hem alt hem de üst kesme tahtalarının kenar ucundaki bantla birleştirin. Kürdanları kurşun kalemdeki deliklerden geçirin veya kurşun kaleme bantlayın. Kesme makinenizi test edin!

Sen mühendissin! Bir ekip halinde çalışın ve bir telefon defterini kitaba dokunmadan sınıfın bir tarafından diğer tarafına taşımak için basit makineler kullanarak bir plan yapın. Çözümünüzde en az bir basit makine kullanmalısınız… ama isterseniz birçoğunu da kullanabilirsiniz.

Birinci Adım:

Ekibinizin makinesini veya çözümünü aşağıdaki kutuya çizin.

Adım İki:

Takımınızın planını deneyin ve işe yarayıp yaramadığını görün!

Sorular:

1. Tasarımınızın en etkili kısmı neydi - planlandığı gibi çalışan kısım?

2. Tasarımınızın en az etkili kısmı neydi - en fazla soruna neden olan veya planladığınız gibi çalışmayan kısım?

3. Orijinal planınızı yeniden yapabilecek olsaydınız, neyi değiştirirdiniz?

4. Mühendislerin en iyi ürünü veya süreci ortaya çıkarmak için tasarlamaları, yeniden tasarlamaları ve yeniden tasarlamaları gerektiğini düşünüyor musunuz? Zaman içinde değişen bir ürün veya sürece (telefon veya uçak gibi) bir örnek verin.