Pozadí

Návrháři a inženýři vytvářejí řešení, která řeší problémy každý den. V této lekci studenti použijí proces konstrukčního návrhu k sestavení, testování a úpravě kyvadla v laboratoři 1. V laboratoři 2 studenti použijí proces konstrukčního návrhu k testování a úpravě prvků své hry Pendulum Kerplunk.

Co je proces inženýrského návrhu (EDP)?

Studenti budou při úpravách svých konstrukcí kyvadel využívat proces konstrukčního návrhu (EDP) k řešení problémů. EDP je série kroků, které inženýři dodržují, aby našli řešení problémů. Řešení často zahrnuje návrh produktu, který splňuje určitá kritéria nebo plní určitý úkol.

EDP lze rozdělit do následujících kroků: DEFINOVAT → VYVINOUT ŘEŠENÍ → OPTIMALIZOVAT.

• Definování inženýrských problémů zahrnuje co nejjasnější stanovení problému, který má být vyřešen, z hlediska kritérií úspěchu a omezení nebo limitů.
• Navrhování řešení inženýrských problémů začíná generováním řady různých možných řešení a následným vyhodnocením potenciálních řešení, aby se zjistilo, která z nich nejlépe splňují kritéria a omezení problému.
• Optimalizace návrhového řešení zahrnuje proces, ve kterém jsou řešení systematicky testována a zdokonalována a konečný návrh je vylepšen nahrazováním méně důležitých prvků těmi, které jsou důležitější.

EDP má cyklický nebo charakter. Je to proces výroby, testování, analýzy a zdokonalování produktu nebo procesu. Na základě výsledků testování se vytvářejí nové iterace a dále se upravují, dokud není konstrukční tým s výsledky spokojen.

V této lekci studenti použijí EDP k úpravě konstrukce kyvadla a otestují, jak jejich úpravy ovlivní výkon kyvadla. Poté použijí iterativní návrhový proces k vytvoření vlastní hry Pendulum Kerplunk.

Co je to kyvadlo?

Kyvadlo je předmět na rameni. Rameno je připevněno k čepu, což je bod, ze kterého se lze kyvovat. Předmět bude přirozeně viset dolů kvůli gravitaci, ale pokud je tlačen na jednu stranu, bude se kymácet ze strany na stranu (kmitat). Frekvence kyvadla zůstane konstantní, dokud ho nezastaví gravitace a tření. Podívejte se na animaci níže a uvidíte, jak se kyvadlo pohybuje.

Kyvadla se historicky používala v měření času, gravitace a dokonce i jako rané seismografy k měření zemětřesení. V této lekci se model Kyvadlo používá jako základ, se kterým studenti mohou experimentovat při stavbě hry Kyvadlo Kerplunk. Studenti budou požádáni, aby hru Pendulum Kerplunk upravili tak, aby si vytvořili vlastní pravidla a cíle.

Díly v sadě VEX GO

Děti fascinuje stavění a rozebírání věcí. Stavby VEX GO jsou studenty vytvořené, kreativní, fyzické struktury pro výzkumy v oblasti STEM. Studenti se seznámí s dílky stavebnice VEX GO v herní jednotce Pendulum Kerplunk.

Plakát sady VEX GO uvádí hlavní kategorie dílů: čepy, distanční sloupky, hřídele, ozubená kola, kladky, kotouče, konektory, kola, nosníky, úhlové nosníky, velké nosníky, desky a elektronika. Plakát také zmiňuje nástroj Pin Tool a další součásti obsažené v sadě.

Kolíky a distanční sloupky

Protože kolíky a distanční sloupky spojují další díly dohromady, studenti si mohou plést jejich použití. Distanční sloupky spojují dva kusy, ale mezi nimi ponechávají mezeru. Každý druh distančního sloupku má jinou šířku mezery, která vznikne jeho použitím.

Kolíky spojují dva nebo více kusů tak, aby k sobě lícovaly. Červený kolík se dá spojit s jedním kusem na každé straně. Naproti tomu Green Pin může spojit jeden kus na jedné straně a dva kusy na druhé straně.

Konektory

Kolíky a distanční sloupky vytvářejí spojení mezi díly, které jsou navzájem rovnoběžné. Konektory však vytvářejí spojení v pravém úhlu 90 stupňů. Zelený a oranžový konektor umožňují pravoúhlé i paralelní připojení.

Nosníky a desky

Nosníky a desky se používají k vytvoření konstrukčního základu většiny staveb. Jedná se o ploché kusy s různou šířkou a délkou. Šířku a délku nosníku nebo desky lze měřit počtem otvorů v kusu. Studenti se při stavbě naučí, že nosníky (o šířce 1 otvoru) nejsou tak stabilní jako velké nosníky (o šířce 2 otvorů) nebo desky (o šířce 3 a více otvorů).

Existuje několik unikátních nosníků včetně čtyř úhlových nosníků. Tyto paprsky vytvářejí úhly 45 nebo 90 stupňů. Mezi další unikátní nosníky patří modrý tenký nosník, který má jeden otvor pro hřídel a umožňuje otáčení nosníku, a má další otvory pro standardní připojení. Růžový drážkovaný nosník lze použít k zajištění gumičky nebo lan při stavbě.

Unikátní kousky

Distanční vložky lze použít k přidání prostoru mezi díly nebo jako límec pro hřídel. Distanční vložky jsou obzvláště užitečné při vytváření prostoru pro volný pohyb součásti v rámci konstrukce.

Gumička je roztažitelná gumička, která se ve stavebnicích VEX GO používá různými způsoby, například k vytváření síly nebo ke spojení kladek. Natažením gumičky na různé délky dodáte stavbě různé množství potenciální energie, kterou lze přeměnit na kinetickou energii pro pohon části stavby.

Dlouhé lano a krátké lano jsou víceúčelové díly, které mají mnoho využití ve stavebnicích VEX GO. Zejména je lze použít k upevnění součástí nebo k usnadnění přenosu energie v rámci konstrukce.

Nástroj pro připnutí špendlíků

Zatímco se studenti seznamují se sadou VEX GO, budou nevyhnutelně potřebovat pomoc s oddělováním jednotlivých dílů. Nástroj Pin Tool pomáhá studentům oddělovat díly pomocí tří různých funkcí: stahováku, páky a tlačky. Stahovák je nejvhodnější pro vytahování čepů, které mají jeden volný konec.

Chcete-li použít stahovák, vložte kolík do drážky v nose, stiskněte nástroj na kolíky a zatáhněte zpět. Čep by měl jít z otvoru snadno vyjmout. V případě, že kolík není částečně odkrytý, lze k uvolnění jeho části použít tlačník. Páka je nejvhodnější při pokusu o odpojení dvou nosníků nebo desek, které jsou k sobě v jedné rovině. Páku lze vložit mezi dva kusy a použít k oddělení spojených kusů. Podívejte se na animaci níže a zjistěte, jak používat nástroj Pin.