rueda y eje...este modelo de rueda y eje es reducir el tamaño del eje reduzca el eje a una bloque...
TRANSCRIPT
Comprender los elementos básicos y el propósito de una rueda y un eje.
Tener una comprensión conceptual básica de la ventaja mecánica.
Calcular la cantidad de ventaja mecánica en una rueda y un eje.
Modificar una rueda y un eje para aumentar la ventaja mecánica.
Diseñar y construir una rueda y un eje personalizados para resolver un desafío.
1
Plan de la Lección del Instructor
IntroducciónEsta lección de Kid Spark STEM-Maker está diseñada para presentar a los estudiantes una de las seis máquinas simples: la rueda y el eje. Los estudiantes se familiarizarán con el funcionamiento de una rueda y un eje aprendiendo información clave, construyendo y modificando un modelo de rueda y eje, y luego diseñando y construyendo una rueda y un eje personalizado para resolver un desafío.
Resultados del AprendizajeAplicación de Conceptos Reflexivos para laResolución de Problemas: Los conceptos reflexivos de STEM se exploran a través de aplicaciones en ingeniería estructural y mecánica, y robótica de control remoto. Los estudiantes comprenden los conceptos desafiantes de STEM y pueden ver cómo funcionan en la vida real. Los estudiantes utilizan estos conceptos para crear sus propias soluciones a problemas del mundo real.
Tiempo de la Actividad: 180 Minutos
Grados: 4-12
Conceptos STEM Cubiertos
Fuerza
Esfuerzo
Carga
Trabajo
Movimiento
Distancia
Máquinas Simples
Fricción
Ventaja Mecánica
Crear un Prototipo
Pensamiento Crítico
Multiplicación
Divisan
Unidades de Medida
Rangos
Proporciones
Radio
Diámetro
Circunferencia
Pi
Objetivos del Aprendizaje
v2.1
Estándares Educativos
NGSS
MS-ETS1-4 Diseño de Ingeniería
ITEEA
STL8- Atributos del Diseño
STL9- Diseño de Ingeniería
STL10- Invención e Innovación
HS-ETS1-4 Diseño de Ingeniería
STL11- Aplicación del Proceso de Diseño
3-5-ETS1-4 Diseño de Ingeniería
Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 4
Rueda y Eje Plan de Estudios
Elementos de las ruedas y ejesPropósito de las ruedas y ejesAplicaciones en la vida realVentaja mecánica en las ruedas y ejes
1. Aprender2. Construir& Modificar
3. Diseñar &Construir
Construir una rueda y un ejeProbar una rueda y un ejeModificar la rueda y el eje de una mecánica de 3:1 a 9:1
Diseñar y construir una rueda y un eje personalizados para resolver un desafío
IntroducciónEsta lección Kid Spark STEM-Maker utilizará los siguientes pasos para aprender acerca de las ruedas y ejes.
2
Niveles de Aprendizaje
Nivel Bajo: Conocimiento del Contenido
Identificar: elementos de la rueda y el eje
Investigar: aplicaciones de la rueda y el eje en la vida real
Enumerar: el propósito de una rueda y un eje
Identificar: Atributos de un círculo
RecursosLos siguientes recursos se usarán para completar esta lección.
1. Plan de Estudios Kid Spark STEM-Maker
Rueda y Ejea. Plan de la Lección del Instructorb. Paquete del Plan de Estudios (1 por equipo)c. Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante(1 por equipo)
2. Módulo o Laboratorio Kid Spark(Imagen de la Derecha)
Recursos Kid Spark
Lab deLabSnapStack
*4 Estudiantes por Lab
AdvancedProjects Lab
*4 Estudiantes por Lab
RobóticaProgramable
*4 Estudiantes por Lab
o o
Prerrequisitos:Antes de participar en esta actividad, los estudiantes deben tener una comprensión básica de lossiguientes conceptos:
1. Cómo usar instrucciones gráficas paso a paso para armar un diseño.2. Cómo usar el sistema métrico.3. Usar habilidades básicas de multiplicación y división para resolver un problema.4. Habilidades de comunicación fundamentales, incluyendo la lectura y la escritura.5. Cómo usar el proceso de diseño e ingeniería para resolver un problema.
EvaluaciónLos estudiantes serán calificados en lo siguiente para esta lección.
Nivel Medio: Habilidades y Aplicación Nivel Alto: Razonamiento
Diseñar: una rueda y un eje personalizados que cree una ventaja mecánica
Describir: cómo incrementar la ventaja mecánica en una rueda y un eje
Reconocer: cuánta ventaja mecánica hay en un diseño
1. Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante (Hoja de Trabajo escrita: 32 puntos)
2. Desafío de Diseño e Ingeniería (Evaluación de Desempeño/Guía de Calificación: 30 puntos)
3
ProcedimientoComplete los siguientes pasos para enseñar a los estudiantes sobre las ruedas y ejes. El tiempo de enseñanza variará dependiendo del grado. Los estudiantes más jóvenes pueden requerir más tiempo para comprender ciertos conceptos. Antes de iniciar la clase, el instructor debe revisar a fondo el contenido del paquete del plan de estudios.
Consejo: antes de la clase, el instructor debe revisar el contenido de la página 3 en el paquete del plan de estudios de la rueda y el eje .
6. Modelo de Construcción Kid Spark (25 minutos) (Paquete del Plan de Estudios - Página 4-8)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)
7. Probar la Rueda y el Eje (5 minutos) (Paquete del Plan de Estudios - Página 9)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)
Consejo: en las páginas 4 a 8 del paquete del plan de estudios están impresas instrucciones gráficas. Antes de la clase se recomienda al instructor que construya y comprenda el modelo que se utilizará.
Consejo: Comience probando los pesos sobre el sistema de polea fija. Levante uno de los pesos a la parte superior de la polea y pregunte a los estudiantes lo que piensan que va a pasar cuando lo suelten. Después de que los estudiantes comenten sus ideas, suelte el peso. Explique cómo los pesos se equilibran entre sí por igual y no hay una ventaja mecánica. A continuación, gire el modelo y muestre a los alumnos cómo se conecta un peso igual a la rueda y el otro del mismo peso está conectado al eje. Gire la rueda en sentido contrario a las manecillas del reloj hasta que la parte superior del Peso 1 ( ) sea empareje con el gancho superior Pregúnteles a los estudiantes qué piensan que sucederá Esfuerzocuando suelten la rueda. Pida a los estudiantes que observen cómo el peso 1 ( ) recorre una distancia de 9 Esfuerzobloques (18 cm), y el Peso 2 ( ) recorre una distancia de 3 bloques (6 cm) en dirección opuesta.Carga
1. Formar EquiposAntes de la clase, organice a los alumnos en equipos hasta de 4 participantes. Agrupe a los alumnos que trabajarán juntos de manera efectiva.
2. Repartir los Materiales (3 minutos)Proporcione a los equipos los recursos correctos de Kid Spark, el paquete del plan de estudios y el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. Pida a los estudiantes que conforme avancen en la lección vayan completando la información requerida en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante.
3. Revisar los Objetivos del Aprendizaje (2 minutos) (Plan de la Lección del Instructor – Página 1)(Paquete del Plan de Estudios – Página 1)
4. Revisar los Principales Términos (10 minutos)Pida a los alumnos para que revisen los principales términos en el paquete del plan de estudios y que escriban las definiciones en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. Estos términos se usarán durante toda la lección. (Paquete del Plan de Estudios - Página 1)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 1)
5. Presentar el Contenido (10 minutos)El instructor y los estudiantes trabajan juntos para aprender sobre la rueda y el eje. (elementos, propósito, ejemplos de la vida real). Los estudiantes deben completar la información apropiada en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. (Paquete del Plan de Estudios - Página 3)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)
Consejo: La rueda y el eje están creando una ventaja mecánica mediante el cambio de una mayor distancia para un menor esfuerzo. Señale cómo el Peso 1 ( ) recorre una distancia de 9 bloques (18 cm) para elevar el EsfuerzoPeso 2 ( ) una distancia de 3 bloques (6 cm). Divida 18/6 y esto te dará una ventaja mecánica de 3:1. Esto Cargasignifica que por cada unidad de medida que recorre el Peso 2 ( ), el Peso 1 ( ) recorrerá tres Carga Esfuerzounidades de medida en el sentido opuesto.
Luego, pida a los estudiantes que desconecten la rueda y el eje de la estructura. Trabaje con los estudiantes para calcular la circunferencia de la rueda de 56.62 cm, y la circunferencia del eje de 18.84 cm. Divida 56.62 / 18.84 y esto será también da una ventaja mecánica de 3:1. Esto significa que la rueda es tres veces más grande que el eje. Esto ayudará a los estudiantes a entender por qué el Peso 1 ( ) recorre una distancia tres veces más que Esfuerzoel Peso 2 ( ). Asegúrese que los estudiantes comprendan que el radio, el diámetro y la circunferencia de la Cargarueda son tres veces más grandes que los del eje. Los estudiantes deben darse cuenta de que si el radio de un círculo aumenta o disminuye, la circunferencia del círculo también aumentará o disminuirá).
Otra excelente manera de establecer una conexión con lo que está sucediendo en la rueda y el eje es revisar cómo una palanca de primera clase crea una ventaja mecánica. Si los estudiantes pueden entender cómo crea una ventaja mecánica la palanca, pueden aplicar eso directamente a la rueda y el eje.
4
10. Modificar la Rueda y el Eje(15 minutos)Desafíe a los estudiantes a modificar el modelo de unaventaja mecánica de 3:1 a 9:1.
9. Calcular la Ventaja Mecánica (15 minutos)Trabaje con los estudiantes para calcular la ventaja mecánica del modelo de la clase.
Ejemplo – 9:1
Fulcro
Brazo de la Palanca
8. Comprender los Atributos del Círculo (20 minutos)
(Paquete del Plan de Estudios - Página 10)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 3)
(Paquete del Plan de Estudios - Página 11)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 4)
Trabaje con los estudiantes para que aprendan acerca de los atributos del círculo (radio, y ).diámetro circunferencia
Consejo: Demuestre a los estudiantes como ambos, rueda y eje, son cilindros (lo que significa que son círculos con profundidad). Después revise los conceptos de radio, diámetro y circunferencia.
(Paquete del Plan de Estudios - Página 11)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 4)
Consejo: Los estudiantes pueden tener dificultades en este paso, pero deje que intenten antes de darles una solución. La forma más fácil forma de aumentar la ventaja mecánica en este modelo de rueda y eje es reducir el tamaño del eje Reduzca el eje a una bloque “tarima” como se muestra en la imagen a la derecha. Este nuevo eje tiene una radio de 0.5 bloques (1 cm). La rueda todavía tiene una radio de 4.5 bloques (9 cm). Divida 9/1 y esto le da una ventaja mecánica de 9: 1. Piada a los estudiantes que conecten la rueda a la estructura y luego que conecten el Peso 1 ( ) y Peso Esfuerzo2 ( ) en su lugar.Carga
Ajuste la cuerda conectada al Peso 2 ( ) para que la Cargaparte superior del peso quede nivelado con el gancho de en medio. Los estudiantes deben mirar cómo el Peso 1 ( ) ahora recorre 9 unidades de medida por cada Esfuerzounidad de medida que recorre el Peso 2 ( ) en dirección Cargaopuesta. En este ejemplo, uno de los ganchos inferiores tiene.
El Proceso deDiseño &
IngenieríaKid Spark
Identificarel Desafío
Lluvia deIdeas &
Soluciones
Construirel Prototipo
Prueba &Mejora del
Diseño
Explicar elDiseño
5
12. Limpieza (10 minutos)Pida a los estudiantes que desarmen todos sus modelos y los empaquen correctamente en los módulos o labs.
13. Revisar la Lección (5 minutos)Utilice los últimos cinco minutos de la clase para revisar la lección.
Preguntas Orientadoras:
(Paquete del Plan de Estudios - Página 12-14)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 5-6)
11. Desafío de Diseño e Ingeniería (60 minutos)Revise con los estudiante el resumen del desafío de diseño y las especificaciones. Pida a los estudiantes que trabajen con el proceso de Diseño e Ingeniería Kid Spark para desarrollar, probar, afinar y explicar un prototipo funcional. Los equipos presentarán sus diseños al resto de la clase.
Consejo: Revise brevemente con los estudiantes el proceso de Diseño e Ingeniería Kid Spark.
Consejo: Pida a los equipos que entreguen los libros de trabajo de ingeniería del estudiante resueltos mientras están presentando. Para evaluar los proyectos utilice la guía de calificación del desafío de diseño (página 6) del libro de trabajo de ingeniería del estudiante.
Ejemplo para el Instructor:http://rokenbokeducation.org/wheel&axleteacherexample
1. ¿Cuáles son los dos propósitos de una rueda y un eje?
2. ¿Qué es la circunferencia de un círculo?
3. Describan una forma de calcular la ventaja mecánica creada por una rueda y un eje.
6
Libro de Trabajo de Ingeniería del EstudianteSerie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 4
Rueda y Eje
Principales TérminosRelacionen los términos clave que se enumeran en el grupo de palabras con la definición correcta. Escriban la letra correcta en el espacio proporcionado.
A. Máquina Simple
Rueda
Eje
Fricción
Ventaja Mecánica
Radio
Diámetro
Circunferencia
Pi
Fuerza
Trabajo
Esfuerzo
Carga
B.
C.
D.
E.
F.
G.
H.
I.
J.
K.
L.
M.
Principales Términos
1. ___ La distancia alrededor de un círculo.
2. ____ Usar una fuerza para mover un objeto una distancia.
3. ____ Una barra que se fija al centro de una rueda, o que se coloca através del centro de una rueda, permitiendo que la rueda gire libremente.
4. ____ La distancia desde el centro del círculo al borde exterior.
5. ____ El objeto o peso que se mueve o levanta.
6. _____ Tirar o empujar.
7. ____ número irracional e infinito (3.14 ....) que relaciona el perímetro olongitud de una circunferencia con su diámetro.
8. ____ La resistencia que encuentra una superficie u objeto.
9. ____ Un objeto circular que gira con o alrededor de un eje.
10. _ ___ Un dispositivo que transmite o modifica la fuerza o el movimiento.
11. ____ La distancia entre dos puntos de un círculo pasando por su centro.
12. _____ Una fuerza aplicada a la máquina para hacer el trabajo.
13. ______ La cantidad que una máquina multiplica la fuerza.
v2.0
Miembros del Equipo Total de Puntos
/32 puntosLibro deTrabajo
/30 puntosDesafío:
Plan de Estudios
1.
2.
3.
4.
H
K
C
F
M
J
I
D
B
A
G
L
E
7
Rueda
X
Eje
Reducir la fricción
Crear una ventaja mecánica
Varias respuestas
Varias respuestas
X
X
Elementos de una Rueda y un EjeAnoten el elemento correcto en los espacios proporcionados.
Aprender, Construir& Modificar
14. 15.
Propósito de una Rueda y un EjeAnoten los dos propósitos de una rueda y un eje en el espacio en blanco.
16. Propósito:
Construir y ModificarConforme el equipo complete cada paso marquen las casillas correspondientes.
20.
21.
22.
Construir una Rueda y un Eje.
Probar pesos en un Sistema de Poleas Fijas.
Probar la Rueda y el Eje
17. Propósito:
Aplicación en la Vida RealInvestiguen algunas aplicaciones de las ruedas y ejes en la vida real. En los espacios en blanco anoten dos ejemplos, que no se encuentren en el paquete del plan de estudios.
18.
19.
14.
15.
Fija/Conectada Giro Libre
14.
15.
8
24 cm
75.36 cm
7.5 cm
47.1 cm
25. Calcular el diámetro de uncírculo en el ejemplo 1
26. Utilizar la fórmula paracalcular la circunferencia delcírculo en el ejemplo 1.
27. Calcular el radio de un círculoen el ejemplo 2.
28. Utilizar la fórmula paracalcular la circunferencia delcírculo en el ejemplo 2.
Ejemplo 1
Atributos de un CírculoEscriban la respuesta correcta en los espacios proporcionados
Circunferencia
Diámetro
Radio(12 cm)
Diámetro:
Circunferencia: Fórmula de la Circunferencia
C = 2 π rr = radio
Ejemplo 2
Circunferencia
Diámetro(15 cm)
Radio
Radio:
Circunferencia:
Comprender la Ventaja MecánicaLlenen los espacios en blanco para completar la oración.
Construir& Modificar
23. La ventaja mecánica existe cuando la fuerza ______________________ de una máquina es
_____________________que la fuerza ____________________que se le aplicó.
24. Para que una máquina cree una ventaja mecánica, debe cambiar un mayor tiempo o
____________________ para reducir el esfuerzo.
de salida
de entradamayor
distancia
9
9:1
4:1
X
X
29. Determinar la ventajamecánica de una rueda y un ejeen el ejemplo 1.
30. Determinar la ventajamecánica de una rueda y un ejeen el ejemplo 2.
Ventaja Mecánica:
Ventaja Mecánica:
Modificar la Rueda y el EjeConforme el equipo vaya completando cada paso marquen la casilla correspondiente.
31.
32.
Modificar la Rueda y el Eje Kid Spark de una Ventaja Mecánica 3:1 a 9:1.
El instructor debe confirmar que la modificación es correcta.
Ejemplo 2 – Rueda y Eje
Circunferencia de la Rueda (40 cm)
Circunferencia del Eje (10 cm)
Example BEjemplo 1 – Rueda y Eje
Es
fue
rzo
Ca
rga
Rueda
Eje
45
cm
5 c
m
Calcular la ventaja mecánica de una rueda y un ejeUse las fórmulas para resolver los problemas a continuación
Construir& Modificar
Fórmula #1 (Distancia)
Distancia que recorreel esfuerzoVentaja
Mecánica =Distancia que recorre
la carga
Circunferencia dela ruedaVentaja
Mecánica =Circunferencia del eje
Fórmula #2 (Circunferencia)
10
Diseñar y Construir un pozo (rueda y eje) para sacar agua.
El sistema debe crear una ventaja mecánica.
El sistema debe incluir un broche de seguridad.
El presupuesto total no debe exceder $140.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Varias Respuestas
Diseñar& Construir
El Proceso de Diseño &
Ingeniería Kid Spark
Identificarel Desafío
Lluvia deIdeas &
Soluciones
Construirel Prototipo
Prueba &Mejora del
Diseño
Explicar elDiseño
Desafío de Diseño e IngenieríaSigan cada paso en el proceso de diseño e ingeniería para desarrollar una solución para el desafío. Marquen la casilla a medida que terminen cada paso. Completen los espacios en blanco cuando sea necesario.
1. Identificar el Desafío
Desafío:
Desafío Secundario:
Desafío Secundario:
Desafío Secundario:
Revisar las Especificaciones:
2. Lluvia de Ideas & Soluciones
Discutir ideas del diseño.
Considerar los componentes de construcción y el costo.
3. Construir un Prototipo
Construir un prototipo funcional del diseño.
4. Probar & Mejorar el Diseño
Probar y mejorar el diseño, tanto en funcionamiento como en consistencia.
Nuevo desafío descubierto:
Revisar la guía de calificación y las especificaciones del diseño.
Considerar maneras de reducir los costos.
5. Explicar el Diseño
Prepararse para demostrar y presentar el diseño a la clase.
Revisar la guía de calificación del proyecto.
Explicar las características únicas del diseño que se incluyeron.
Describir al menos un nuevo problema/desafío descubierto durante el Paso 4(Prueba y Mejora del Diseño), y cómo rediseñó el equipo un nueva solución.
1155-01222-201 ES
Diseñar& Construir
Especificaciones: ¿El diseño cumple con todas las especificaciones como se indica en el resumen del diseño?
Funcionamiento: ¿Qué tan bien funciona el diseño? Funciona de manera consistente?
Colaboración del Equipo: ¿Qué tan bien trabajó el equipo? ¿Cada alumno puede describir cómo contribuyeron?
Calidad/Estética del Diseño: ¿El diseño es de alta calidad? ¿Es estructuralmente fuerte, atractivo y bien proporcionado?
Costo del Material: ¿Cuál fue el costo total del diseño? ¿El equipo pudo mantenerse dentro o por debajo del presupuesto?
Presentación: ¿Qué tan bien comunicó el equipo a los demás todos los aspectos del diseño?
Evaluación del DesafíoCuando los equipos hayan completado el desafío de diseño e ingeniería, se debe presentar al maestro y a los compañeros de clase para su evaluación. Se calificará a los equipos según los siguientes criterios:
Especificaciones
Funcionamiento
Colaboración en Equipo
Calidad/Estéticadel Diseño
Cumple todas lasespecificaciones
No cumple con lasespecificaciones
Cumple algunasespecificaciones
Cumple con la mayoríade las especificaciones
El diseño funcionaconsistentemente bien
No cumple con lasespecificaciones
El diseño funcionaparcialmente
El diseño funciona bienen general
Cada miembro delequipo contribuyó
El equipo no trabajójunto
Algunos miembros delequipo contribuyeron
La mayoría de losmiembros del equipocontribuyeron
Excelentediseño/estética
Diseño/estéticapobre
Diseño/estéticapromedio
Buendiseño/estética
En Presupuesto($140 o Menos)
Muy por Encima delPresupuesto (+$156)
Por Encima delPresupuesto($146 – $155)
Ligeramente Arriba delPresupuesto($141 – $145)
Excelente presentación/bien explicada
No hubo presentación/explicación
Presentación/explicación regular
Buena presentación/bien explicada
Costo delMaterial
Presentación
Puntos
Total de Puntos
Avanzado5 Puntos
Eficiente4 Puntos
/30
Guía deCalificación
Parcialmente Eficiente3 Puntos
No Fue Eficiente0 Puntos
Total de la Columna Total de la Columna Total de la ColumnaTotal de la Columna
Total de Puntos