Дюбель на 12 какое сверло: Как подобрать сверло под дюбель. 5 пунктов, которые вы должны знать | ЦКИ. Искусство крепежа

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Введение / Мотивация

Кто хочет запустить ракету? (Подождите, пока ученик ответит поднятием руки или устным ответом).

Вы бы предпочли иметь высоко летящую прямолинейную ракету или ракету, которая волей-неволей пролетает через край и падает на землю сразу после того, как вы ее запускаете? НАСА определенно не хочет, чтобы его ракеты падали раньше положенного срока, но иногда они это делают.

Посмотрим. (Покажите классу 5: 40-минутное видео, Многочисленные неудачные запуски в США, , о ракетных катастрофах на https://www.youtube.com/watch?v=CEFNjL86y9c. Вам не нужно воспроизводить видео целиком.)

Что вы заметили? Вы видели, как некоторые из этих ракет искривились и вышли из-под контроля, прежде чем взорваться? В истории человечества потребовалось время и множество испытаний, чтобы по-настоящему понять, как летают ракеты.

В течение следующих нескольких дней мы собираемся построить несколько простых ракет из двухлитровых бутылок из-под газировки — и, как инженеры НАСА, мы хотим, чтобы они летели прямо и далеко.

Кому нравится делать все правильно с первого раза? (Посмотрите ответы студентов.) Большинство людей так и поступают.

Некоторые из первых ракет, которые мы спроектируем и построим, будут выглядеть как « неудач », но это не отказы. Это всего лишь шаги на пути к успеху . Это самое замечательное в инженерии.Ошибки — это всего лишь часть процесса обучения, и мы собираемся узнать об этом процессе, который называется процессом инженерного проектирования. Мы собираемся делать ракеты, испытывать их, смотреть, не откажут ли они, изучать все, что мы можем, и перепроектировать их. Мы собираемся наделать много «ошибок», и это часть удовольствия. Единственная настоящая ошибка — не учиться на них!

Процедура

Обзор

Учащимся предлагается использовать двухлитровые пластиковые бутылки из-под газировки для создания ракет из бутылок с водой, которые путешествуют на самые дальние расстояния или могут висеть в воздухе дольше всех (время зависания).Они следуют этапам процесса инженерного проектирования при создании ракет с использованием пластиковых бутылок, бумаги или листового пластика для плавников и ленты. На этапах проектирования, строительства и модернизации учащиеся тестируют свои ракеты столько раз, сколько необходимо, чтобы усовершенствовать ракеты, чтобы они могли преодолевать наибольшее расстояние или оставаться в воздухе дольше всего.

Во время соревнований пары учеников выбирают количество воды и угол старта — по расстоянию или высоте (время зависания). Для конкурса ракеты запускаются и оцениваются один раз.Время зависания измеряется с момента запуска ракеты до момента касания первой части (возможно, отсоединенной) ракеты с землей. Расстояния измеряются от пусковой установки до ближайшей части (возможно, отсоединенной) полностью покоящейся ракеты. Критерии разрыва связи по расстоянию и времени следующие (по порядку): качество конструкции, вес ракеты (предпочтение отдается более легкой ракете) и стиль. См. Более подробную информацию в Правилах дистанционных соревнований по водным ракетам и Правилах соревнований на время зависания водных ракет.

Фон

В этом упражнении учащиеся узнают об основах аэродинамики и полета путем проектирования, изготовления и запуска ракет с водяными баллонами (без парашютов или с парашютами) с задачей соревноваться, чтобы увидеть, какая конструкция летит дальше всего или остается в воздухе дольше всего. .Это занятие разделено на несколько дней и включает в себя три мини-занятия, чтобы научить трем основным концепциям, необходимым для конструирования ракет из бутылок с водой: центр сопротивления, центр масс, импульс и импульс. Основное направление деятельности двоякое:

• Что заставляет ракету лететь прямо? через исследование центра масс , центра сопротивления и взаимосвязи между ними
• От чего ракета летит далеко? , исследуя вопрос: «Зачем использовать воду, чтобы заставить ракету летать?»

Благодаря подготовительной работе и наблюдениям, а также собственному дизайну и тестированию учащиеся получают непосредственный опыт работы с импульсом и импульсом и укрепляют свое понимание законов Ньютона, сил, энергии и связанных с ними концепций.Ожидайте, что конструкции ракет будут почти идентичными по расстоянию и времени зависания, за исключением ракет с временем зависания, которые добавляют парашюты.

Ключом к стабильности полета ракеты-носителя является физическое разделение по длине ракеты центра сопротивления (COD) и центра масс (COM). COD — это точка, в которой шарнир размещается на флюгере, чтобы предотвратить его поворот в ту или иную сторону. Нормально функционирующий флюгер НЕ имеет точки поворота в центре лобового сопротивления, поэтому он указывает направление ветра.Действие рычага отодвигает сторону лопасти, которая испытывает большее сопротивление ветром, с большей силой, чем сторона с меньшим сопротивлением. COM — это точка, в которой объект балансирует на пальце, а также точка, вокруг которой объект вращается, если его бросить из стороны в сторону. Обратите внимание, что и COD, и COM являются точкой баланса сил — силы сопротивления воздуха и силы тяжести соответственно.

Ясно, что у устойчивой летающей ракеты центр сопротивления находится позади точки поворота , удерживая хвост ракеты назад (представьте перья на стрелке).Проблема в том, как установить точку поворота, если мы не можем прикрепить ее к неподвижному объекту (например, к оси флюгера, прикрепленной к крыше)? Это когда COM становится важным. В свободно летающем объекте COM действует как естественная точка вращения и, следовательно, является точкой поворота. Размещение COM вперед (добавляя вес к носу) и размещение COD сзади (добавляя плавники к хвосту) создает необходимое разделение.

После того, как устойчивая ракета построена, следующая проблема заключается в том, как лучше всего создать тягу, чтобы ракета летела далеко.Энергия накапливается в сосуде высокого давления, и тяга создается при запуске ракеты. Согласно закону сохранения количества движения импульс независимой системы не изменяется. Ракета + топливо — автономная система. Изначально, поскольку ракета не имеет скорости, ее импульс равен нулю. После запуска общий импульс ракеты и выброшенного топлива все еще должен быть равен нулю. Импульс определяется как: импульс = масса x скорость . Поскольку топливо выбрасывается с некоторой скоростью, его импульс больше не равен нулю.Однако чистый нулевой импульс системы поддерживается за счет полета ракеты в противоположном направлении с равным и противоположным импульсом . Поскольку чем больше масса топлива и меньше масса ракеты, тем больше будет скорость ракеты. Вода, будучи намного плотнее воздуха, создает в ракете большую тягу, чем та же ракета, наполненная только воздухом.

До начала деятельности

• Соберите материалы и сделайте копии Рабочего листа первоначального дизайна и Пересмотренного рабочего листа дизайна.
• Также сделайте копии Правил соревнований по дальности стрельбы по водным ракетам и Правил соревнований на время зависания с водными ракетами; перед печатью измените эти правила по мере необходимости, чтобы они соответствовали вашим окончательным планам соревнований.
• Следуйте приведенным ниже инструкциям, чтобы построить небольшой флюгер для мини-занятия Center of Drag № 1 (см. Рисунок 1) и утяжеленный штырь для мини-упражнения Center of Mass № 2 (см. Рисунок 2). .
• (необязательно) В качестве дополнительного элемента к мини-занятию № 2 рассмотрите возможность создания утяжеленного объекта меньшего размера, который можно подбрасывать в воздух в демонстрационных целях, например линейки со свитком пенсов, которую можно прикрепить в различных положениях.
• Получите (одолжите) два кресла на колесиках для мини-занятия Momentum и Impulse № 3 .
• Следуйте приведенным ниже инструкциям, чтобы построить одну минимальную ракету — двухлитровую бутылку с тремя ребрами — которую можно варьировать по весу для использования в ракетных испытаниях (см. Раздел «Со студентами: день 2»).
• В день 1 будьте готовы показать классу онлайн-видео в рамках вводного / мотивационного содержания.

Инструкции для учителя: построение флюгера для центра перетаскивания. Мини-задание № 1

1. Возьмите два одинаковых куска тонкого гофрированного картона, каждый размером ~ 2 x 5 дюймов.
2. Отметьте один кусок вертикальной линией в центре перетаскивания картона, а другой кусок отметьте вертикальной линией на расстоянии 1 дюйма от края (смещение от центра перетаскивания). См. Рисунок 1.
3. В каждый кусок картона вставьте кусок жесткой стальной проволоки диаметром около 6 дюймов между слоями картона, не проталкивая его насквозь.
4. В 12-дюймовом деревянном брусе 2 x 4 просверлите одно отверстие достаточно большого размера, чтобы вставить поворотные тросы, расположенные на расстоянии 1 дюйма от края блока.Просверлите второе отверстие на расстоянии 2,5 дюйма от другого края блока. См. Рисунок 1.
5. Вставьте кусок картона (с проволокой в ​​центре протяжки) в отверстие на расстоянии 2 ½ дюйма от края. Поместите другой кусок картона (со смещением проволоки от центра тяги) в отверстие на расстоянии 1 дюйма от края деревянного бруска.
6. Убедитесь, что две лопатки (кусочки картона) не мешают друг другу при вращении.
7. Для упражнения поместите деревянный брусок с лопатками перед электрическим вентилятором.Рис. 1. Сборка флюгерного аппарата для мини-мероприятия Center Drag №1, авторское право

   Copyright © 2015 Дафф Харролд, Программа RESOURCE GK-12, Инженерный колледж Калифорнийского университета в Дэвисе

Инструкции для учителя: сделайте утяжеленный дюбель для мини-упражнения «Центр масс» № 2

1. Возьмите легкий стержень или деревянный дюбель диаметром ~ ½ — 1 дюйм и длиной не менее 3 футов.
2. Утяжелите стержень на одном конце, прикрепив к стержню по воздуховоду четыре рулона пенсов.
3. При обмотке грузиков оставьте около ½ — 1 дюйма стержня, выходящего за рулоны монет, чтобы стержень можно было уравновесить, используя только один или два пальца, независимо от ориентации стержня (тяжелый конец вверх или тяжелый конец вниз). См. Рисунок 2. Рисунок 2. Сборка утяжеленного дюбеля для мини-активности центра масс № 2, авторское право

   Copyright © 2015 Дафф Харролд, Программа RESOURCE GK-12, Инженерный колледж Калифорнийского университета в Дэвисе

Инструкции для учителя: Постройте минимальную ракету с переменным весом для ракетных испытаний

1. Из картонных папок или картона вырежьте три плавника одинакового размера и формы.
2. Используйте изоленту или упаковочную ленту, чтобы прикрепить ребра к двухлитровой пластиковой бутылке из-под газировки. Равномерно распределите три ребра по окружности бутылки и поместите ребра так, чтобы они находились ниже центра сопротивления; то есть не ставьте плавники на самый верх ракеты. ПОМНИТЕ: дно ракеты — это горловина бутылки, поэтому обязательно прикрепите к ракете ребра, чтобы они не перевернулись при запуске! (См. Рисунок 6.)
3. Используйте скотч, чтобы скрепить края ребер, соприкасающихся с бутылкой, чтобы обеспечить надежный контакт.Если они не прикреплены должным образом, плавники могут оторваться от ракеты во время запуска.

Со студентами: день 1 — Мини-занятия

Введение и предварительная оценка

1. Представьте классу вводный / мотивационный контент, включая показ онлайн-видео.
2. Введите матрицу расчета, показанную в таблице 1, и четыре основных расчетных переменных: воздух (A) или вода (W) для топлива и высокий (H) или низкий (L) центр масс.Напишите матрицу дизайна на классной доске, чтобы учащиеся могли ее просмотреть. (После выполнения трех мини-заданий учащиеся будут проинформированы достаточно, чтобы выбрать один из четырех вариантов конструкции, представленных в матрице, чтобы их ракеты могли лететь как можно прямее и дальше всего.) Таблица 1. Матрица дизайна. Авторское право

   Copyright © 2015 Duff Harrold , Программа RESOURCE GK-12, Инженерный колледж Калифорнийского университета в Дэвисе

3. Эскизный проект № 1 : Перед началом мини-заданий попросите учащихся заполнить Рабочую таблицу начального проектирования, чтобы вы могли оценить их предварительные концептуальные знания о центре масс, конструкции оперения ракеты и выборе правильного топлива для ракет с водяными баллонами.

Мини-задание № 1: Центр перетаскивания

1. Используйте это мини-задание, чтобы познакомить учащихся с концепцией сопротивления и с тем, как размещение сопротивления на снаряде влияет на его полет. Начните с краткого обсуждения перетаскивания, используя такие подсказки, как:

• Вы когда-нибудь высовывали руку из окна движущегося автомобиля? Что вы заметили? » (Ответ: Ваша рука отводится назад.)
• Что происходит, когда машина едет быстрее? (Ответ: Ваша рука отодвигается сильнее.)
• Что у тебя на руке? (Ответ: Воздух.)
• Воздух давит сильнее, если держать руку ладонью вперед или ладонью вниз? (Ответ: ладонью вперед.)
• Почему это происходит? (Ответ: Сопротивление воздуха.)
• Какое еще слово для обозначения сопротивления воздуха используется в науке и технике? (Ответ: Перетащите.)

2. Поднимите флюгер, чтобы показать студентам. Объясните концепцию центра сопротивления — точки, в которой ветер одинаково толкает обе стороны лопасти.В случае прямоугольника центр перетаскивания находится прямо посередине.
3. Поместите флюгер перед выключенным вентилятором. Убедитесь, что обе лопатки изначально расположены так, чтобы плоская поверхность была перпендикулярна вентилятору. Задайте студентам следующие вопросы:

• Что произойдет с каждой лопаткой после включения вентилятора?
• Какая лопасть будет самой устойчивой? (То есть, что найдет устойчивое положение, а какое может часто колебаться или менять положение?)
• Какой из них предсказуем? (То есть кто будет делать одно и то же каждый раз?)

4. Попросите учащихся записать свои прогнозы и рассуждения на бумаге.Включите вентилятор и позвольте ученикам наблюдать. Ожидайте, что большинство студентов, вероятно, предсказали, что лопатка с центрированной проволокой будет наиболее устойчивой, поскольку она кажется «сбалансированной». Тем не менее, эта демонстрация очень ясно показывает, что лопатка с точкой поворота, расположенной ВДАЛЕ от центра лобового сопротивления, является стабильной и предсказуемой лопаткой. Лопасть с осью, расположенной В центре сопротивления (то есть прямо посередине), часто колеблется, быстро и часто меняя положение. Задайте следующие наводящие вопросы:

• Какое положение оси было лучше для предсказуемости и стабильности лопасти?
• Если бы одна из них была ракета, которая была бы более предсказуемой и летела бы прямо против ветра?
• Кто видит проблему? Если ракета должна лететь по воздуху, мы не можем прикрепить к ней проволоку, чтобы заставить ее вращаться в определенном месте — так где же точка поворота на ракете?

5. Попросите учащихся записать свои наблюдения и идеи о том, как можно заставить ракету поворачиваться в определенной точке.Мини-активность центра масс (далее) показывает, как и куда поворачивается свободно летающий объект.
6. Основная идея: Устойчивость достигается, когда центр сопротивления отделен от центра вращения. Тяга всегда будет следовать за центром вращения.

Мини-задание № 2: Центр масс

Используйте подсказки и задания ниже, чтобы познакомить учащихся с идеями «центра масс» и устойчивости.

1. Вы слышали о центре масс?
2. Чем он похож на центр сопротивления? Чем он отличается?
3. Разделите класс на группы по два ученика в каждой.
4. Раздайте различные предметы в классе, такие как линейки, линейки, предметы неправильной формы, по одному предмету на пару.
5. Посмотрите, могут ли группы найти центр масс своих объектов. Подсказка: центр масс — это место, в котором легче всего сбалансировать объект.
6. Попросите учащихся определить центр масс своими словами. Например: «Точка, в которой объект балансирует на вашем пальце».
7. Покажите студентам утяжеленный дюбель и попросите добровольца найти центр масс.(Ответ: Это будет далеко в сторону утяжеленного конца.)
8. В каком направлении будет легче балансировать дюбель на одном конце? Весом вниз или вверх?
9. Перефразируйте вопрос, используя слово «стабильный», чтобы связать устойчивость с легкостью балансировки дюбеля. Спросите: Каким образом дюбель будет более устойчивым, если он будет сбалансирован на одном конце? (Ожидаемый ответ: большинство людей считают, что положение с отягощением внизу будет более устойчивым и, следовательно, его легче сбалансировать.) Попросите учащихся записать на бумаге свои первоначальные гипотезы и объяснить, почему.
10. Попросите добровольцев попытаться уравновесить дюбель одним или двумя пальцами, начиная с тяжелой стороны вниз (см. Рисунок 3 слева). Ожидайте, что быстро станет очевидно, что, когда центр масс находится высоко (вес направлен вверх), дюбель намного легче уравновесить (см. Рисунок 3 справа)!
11. Попросите учащихся записать этот результат и объяснить, почему это может быть так.

Рис. 3. Использование утяжеленного дюбеля для эксперимента с балансировкой низкого центра масс (слева) и высокого центра масс (справа).авторское право

Авторские права © 2015 Дафф Харролд, Программа RESOURCE GK-12, Инженерный колледж Калифорнийского университета в Дэвисе

12. Центр масс как точка поворота свободного объекта: Поверните дюбель или более мелкий утяжеленный объект (например, линейку с рулоном пенсов, прикрепленных в различных положениях), подбрасывая его в воздух. Попросите учащихся внимательно посмотреть, где находится центр вращения. Он меняется при изменении положения груза? Помогите учащимся понять, что все свободные объекты имеют естественный центр вращения в центре масс.Затем попросите учащихся подумать, как это соотносится с предыдущим мини-заданием. Обратите внимание, что рука действует аналогично движущемуся воздуху, создаваемому вентилятором, в отношении воздействия, которое она оказывает на флюгер. И рука, и ветер — силы, вызывающие вращение.
13. Центральная идея: Центр вращения свободного объекта (например, стрелы или ракеты) находится в его центре масс. Поскольку центр вращения должен НАПРАВЛЯТЬ сопротивление, передний центр масс увеличивает устойчивость свободного объекта.

Мини-задание № 3: Импульс и импульс

Двухлитровые баллонные ракеты, которые ученики создадут позже в этом упражнении, могут запускаться с использованием всего воздуха или смеси воздух / вода (немного воды добавляется в двухлитровую баллонную емкость под давлением). Это простое мини-задание показывает, почему вода является более эффективным пропеллентом, чем воздух.

1. Проведите обсуждение, используя следующие вопросы:

• Что может сделать наши ракеты лучшим топливом: вода или воздух? (Сделайте это открытое обсуждение; не говорите учащимся, что лучше; существует множество очевидных веских причин в поддержку любого выбора.)
• Как бы вы сравнили воздух и воду? (Например, вода плотнее, гуще, тяжелее и т. Д.)
• Тяжелым объектам требуется больше или меньше энергии для взлета в воздух, чем легким объектам? (Подробнее)
• Если мы наполним нашу ракету водой, потребуется больше или меньше энергии для запуска? (Подробнее)
• Будет ли пустой бутылке потребоваться больше или меньше энергии для повышения давления до определенного давления? (Подробнее)
• Итак, если я сравниваю бутылку, наполовину заполненную водой, с бутылкой, в которой НЕТ воды (весь воздух), нужно ли мне откачивать больше или меньше, чтобы нагнетать воду в бутылку до того же давления (например, 30 фунтов на квадратный дюйм), как бутылка без воды? (Ответ: Для наполненной водой бутылки требуется меньшее количество насосов.Примечание: давление обычно выражается в фунтах на квадратный дюйм, но также может иметь единицы энергии на объем [Джоули на кубический дюйм]. Если рассматривать это как «плотность энергии», становится ясно, что для данного давления [psi] бутылка с половиной объема воздуха имеет половину содержания энергии.)
• Бутылка, наполненная водой, содержит меньше энергии И намного тяжелее, чем бутылка, наполненная воздухом — так почему их называют ракетами из бутылок с водой? Зачем людям заливать их водой? (Пока оставьте это как открытые вопросы без ответа.)

2. Проведите демонстрацию, как описано ниже:

• На открытой площадке классной комнаты разместите два кресла на колесиках.
• Попросите двух студентов-волонтеров примерно одинакового веса.
• Попросите учащихся сесть на стулья лицом друг к другу так, чтобы их ноги были оторваны от земли так, чтобы стулья могли свободно катиться (см. Рисунок 4). Рисунок 4. Толкание стульев одинаковой массы. Copyright

  Copyright © 2015 Sara Pace, RESOURCE Программа GK-12, Инженерный колледж Калифорнийского университета в Дэвисе; с использованием графики от Pixabay (синий офисный стул и линия сидящей женщины, оба CC0 общественное достояние) https: // pixabay.com / en / office-Chair-blue-Chair-color-147556 / https://pixabay.com/en/girl-sitting-woman-relaxing-person-148215/

• Предложите ученикам сложить руки перед собой, а затем, на счет три, толкните руки другого ученика.
• Попросите класс наблюдать за относительной скоростью каждого ученика на своем стуле и измерять / записывать расстояние, которое они преодолевают.
• Попросите студентов поменяться стульями и повторить процесс. (Смена кресла выполняется с учетом любых различий в сопротивлении качению каждого кресла.)
• Предложите учащимся задокументировать происходящее, сделав наброски и отметив расстояние, пройденное каждым стулом.
• Затем выберите двух учеников с очень разным весом (или учитель участвует в качестве более тяжелого человека) и повторите процесс, снова отмечая пройденное расстояние (см. Рисунок 5). Рисунок 5. Толкание стульев разной массы. Copyright

  Copyright © 2015 Сара Пейс, программа RESOURCE GK-12, Инженерный колледж Калифорнийского университета в Дэвисе; с использованием графики от Pixabay (синий офисный стул и линия сидящей женщины, оба CC0 общественное достояние) https: // pixabay.com / en / office-Chair-blue-Chair-color-147556 / https://pixabay.com/en/girl-sitting-woman-relaxing-person-148215/

• Из демонстрации очень ясно, что с учениками одинаковой массы расстояния, которые они преодолевают, равны, но когда веса различаются, более легкий ученик путешествует намного дальше и намного быстрее.

3. Попросите учащихся провести аналогию между участниками этого мини-упражнения и баллоном с сжатым воздухом и баллоном, наполненным водой.Почему вода может быть лучше, чтобы ракета улетела далеко?
4. Центральная идея: сохранение количества движения показывает, что если более тяжелый объект выбрасывается назад, скорость движения меньшего объекта должна увеличиваться для сохранения общего количества движения в системе.
5. Эскизный проект № 2: Перед тем, как раздавать следующий рабочий лист, кратко перечислите этапы процесса инженерного проектирования, завершенные на данный момент.

• Сообщите учащимся: мы только что завершили первые три этапа процесса инженерного проектирования.Мы определили необходимость сделать ракету, которая летит прямо и далеко, используя только определенные материалы. Мы исследовали нашу проблему и вовлеченную науку, проведя три мини-задания. И мы определили возможные решения для создания нашей ракеты.
• Скажите студентам: Теперь вы собираетесь выбрать решение, которое вы считаете лучшим, создать свою ракету и протестировать ее. После того, как вы испытаете свою ракету, вы можете изменить конструкцию любой ее части, чтобы она летела дальше и прямее.
• Попросите учащихся заполнить Пересмотренный рабочий лист проекта.Ожидайте, что они смогут выбрать, какой вариант конструкции из матрицы проектирования позволит их ракетам лететь максимально прямо и дальше всего. См. Ключ с ответами на листе проектирования.
• Используя то, что они узнали из мини-заданий, попросите пары учеников набросать конструкции своих ракет, указав: 1) находится ли вода в баллоне под давлением, 2) расположение ее центра масс и 2) расположение плавников.

Со студентами: день 2 — ракетные испытания

После того, как группы заполнили Пересмотренный рабочий лист проекта и сделали эскизы своих ракетных конструкций, проводят ракетные испытания для проверки четырех различных идей конструкции (Таблица 1).Проведите ракетные испытания в качестве демонстрации класса, используя двухлитровую баллонную ракету, созданную учителем заранее. Испытания — это этап тестирования в процессе инженерного проектирования, поэтому ожидайте, что студенты будут делать наблюдения и записывать результаты тестов.

Отрегулируйте ракету по метательному топливу (вода или воздух внутри баллона) и расположению центра масс (заклеенные монеты) в соответствии с четырьмя тестовыми схемами: воздух с высоким центром масс (AH), воздух с низким центром масс (AL ), вода с высоким центром масс (WH) и вода с низким центром масс (WL).

• Для воздушной ракеты вода не заливается в сосуд высокого давления (двухлитровый баллон).
• Для ракеты с низким центром масс прикрепите лентой на 5-7 четвертей к задней части ракеты (Рисунок 6-слева).
• Для ракеты с высоким центром масс прикрепите лентой 5-7 четвертей к верхней части ракеты (Рисунок 6-справа).

После завершения тестирования учащиеся могут ответить на шестой вопрос рабочего листа — определить, какая из протестированных ракет была наилучшей, что дает им информацию о том, как проектировать свои собственные ракеты из бутылок с водой.Рис. 6. Ракета из бутылки с водой с низким (слева) и высоким (справа) центром масс. Авторское право

Copyright © 2015 Сара Пейс, Программа RESOURCE GK-12, Инженерный колледж Калифорнийского университета в Дэвисе

Со студентами: дни 3-4 — Ракеты, созданные студентами, и соревнования

Учащиеся вместе со своими партнерами дорабатывают проекты ракет из бутылок с водой, затем строят и испытывают свои ракеты в рамках подготовки к соревнованиям в классе. Сделайте доступными раздаточные материалы с правилами конкурса, чтобы учащиеся понимали ограничения проекта.

1. Дизайн: Поручите группам при необходимости пересмотреть конструкции своих ракет, чтобы убедиться, что они будут двигаться как можно дальше и прямо. Посоветуйте им подумать о том, что они узнали из результатов ракетных испытаний (просмотрев четыре проверенные идеи дизайна) и трех мини-заданий.
2. Конструкция: Затем каждая группа строит ракету.

• Используйте двухлитровую пластиковую бутылку в качестве корпуса ракеты и сосуда под давлением.
• Сделайте плавники из манильских папок или картона.По умолчанию предложите, чтобы у каждой ракеты было три плавника одинакового размера и одинаковой формы (или оставьте это открытым для экспериментов студентов). Нарисуйте на бумаге формы плавников. Получите одобрение учителя на дизайн ласт. Сделайте шаблон дизайна плавника. Трижды проследите его по папке на маниле. Вырежьте три одинаковых плавника.
• Чтобы прикрепить ребра к корпусу ракеты, сначала используйте гибкую измерительную ленту, чтобы измерить окружность бутылки, где будут размещены ребра. Затем, если нужно прикрепить три ребра, разделите окружность на три, чтобы определить, как далеко друг от друга разместить ребра на ракете.Например, если окружность равна 75 см, расположите три плавника на расстоянии 25 см друг от друга. Отметьте на бутылке высоту для крепления ребер и расстояние на бутылке, например, каждые 25 см по окружности бутылки. Затем надежно закрепите ребра с помощью изоленты или упаковочной ленты.
• (дополнительная конструкция парашюта) Используйте вторую двухлитровую бутылку, чтобы создать носовой обтекатель на вершине ракеты (дно первой двухлитровой бутылки), в котором находится парашют, сделанный из пластиковых пакетов и веревки. Добавление парашюта — хорошая стратегия для увеличения времени зависания.Предложений:
• Сделайте носовой конус, отрезав верхнюю часть (конусообразную) второй бутылки. Этот конус плотно прилегает к концу основного двухлитрового баллона ракеты, но НЕ прикреплен к баллону ракеты, потому что он должен легко отрываться во время полета обратно на землю.
• Что касается парашютов, предложите учащимся изготовить их любого размера и формы, используя предоставленные пластиковые пакеты и шнур, возможно, после некоторого исследования в Интернете, чтобы узнать о них больше. Соберите парашют, прикрепите его к баллону с ракетой с помощью веревки и ленты, затем сверните его и поместите в носовой обтекатель.Затем перед запуском плотно наденьте носовой обтекатель на верхнюю часть ракеты.

3. Тестирование и перепроектирование: После того, как группы закончат конструировать свои ракеты, попросите их надеть защитные очки и использовать ракетную установку, чтобы проверить их. Разрешите командам изменять конструкцию своих ракет столько раз, сколько они захотят, перед финальным соревнованием. Сосредоточьтесь на том, как центр масс и устойчивости, центр сопротивления и импульс влияют на их конструктивные параметры, чтобы увеличить пройденное расстояние или время полета.Еще одна переменная, которую стоит изучить, — это конструкции плавников, чтобы увидеть, как они влияют на характеристики ракеты.
4. Соревнование: В зависимости от кульминационного соревнования, запланированного для этого упражнения, учащиеся либо используют измерители, чтобы измерить расстояние, пройденное их ракетами (см. Раздаточный материал с правилами расстояния), либо используют секундомер для измерения времени, в течение которого их ракеты находились в полете (см. к раздаточному материалу правил времени зависания). Попросите учащихся записать результаты своей команды на диаграмме данных в классе, чтобы иметь возможность сравнивать результаты группы.Вручите командные призы.
5. Размышление, обмен и обсуждение : Попросите учащихся своими словами описать этапы процесса проектирования, которые они прошли в упражнении, а также краткое изложение своих прогнозов, результатов и выводов, как описано в разделе «Оценка».

Оценка

Предварительная оценка деятельности

Базовый план концепции: Перед тем, как приступить к упражнению, попросите учащихся заполнить Рабочую таблицу начального проектирования.Рабочий лист задает два коротких ответа, один вопрос с несколькими вариантами ответов и два вопроса с заполнением пустых полей, связанных с целями обучения. Просмотрите ответы учащихся, чтобы оценить их предыдущие знания о функциях оперения ракеты, центре масс ракет и выборе топлива.

Мероприятие Встроенная оценка

Проверка концепции: После выполнения трех мини-заданий попросите учащихся заполнить Пересмотренный рабочий лист проекта, чтобы применить то, что они узнали из мини-заданий.Этот рабочий лист содержит те же пять вопросов, что и рабочий лист предварительной оценки, плюс вопрос после ракетных испытаний. Чтобы оценить обучение учащихся в отношении целей обучения, сравните их первоначальные и исправленные рабочие листы проектирования, чтобы оценить изменения в понимании переменных конструкции ракеты. Шестой вопрос просит студентов определить, какая из протестированных ракетных конструкций была лучшей. Кроме того, заполнение пересмотренного рабочего листа проекта информирует учащихся о том, как проектировать свои ракеты из бутылок с водой.См. Ключ с ответами на листе проектирования.

Оценка после работы

Размышления, обмен и обсуждение: Попросите учащихся описать своими словами этапы процесса проектирования, которые они прошли в ходе этого упражнения, а также краткое изложение своих прогнозов, результатов и выводов. Попросите их включить свои идеи для будущих улучшений ракет, основанные на характеристиках их окончательных проектов и на том, что они узнали из мини-заданий.Ожидайте, что учащиеся смогут поделиться своими проектами и достигнутыми результатами (наибольшее расстояние, пройденное или наибольшее время полета) с классом, и смогут объяснить — используя информацию, которую они узнали во время трех мини-заданий, — почему они считают, что их проекты помогли им добиться своих результатов.

Making Sense: Попросите учащихся поразмышлять над научными концепциями, которые они изучали, и / или научными и инженерными навыками, которые они использовали, выполняя оценку «Making Sense».