Lehrer-Toolbox
-
Der Zweck dieser Lesung
Dieses STEM-LABOR konzentriert sich auf die Erforschung des Schwerpunkts (CoG) durch Manipulation des Arms des Clawbots, um die Position des Gewichts auf dem Roboter zu verschieben - was sich auf sein CoG auswirkt -, wenn er über unebene Oberflächen fährt. Diese erste Lesung soll das Konzept des Schwerpunkts vorstellen, indem untersucht wird, wie der Schiefe Turm von Pisa gekippt werden kann, ohne umzufallen.
Berücksichtigung des Schwerpunkts
Jedes Objekt hat einen Schwerpunkt (CoG). Es ist die Stelle am Objekt, an der das Ziehen der Schwerkraft auf einer Seite durch das Ziehen der Schwerkraft auf der gegenüberliegenden Seite ausgeglichen wird. Eine andere Möglichkeit, sich das vorzustellen, ist die durchschnittliche Position des Gewichts eines Objekts. Bleibt der CoG über dem Boden des Objekts (dem auf dem Boden ruhenden Teil), fällt das Objekt nicht um.
Das Bild zeigt den berühmten Schiefen Turm von Pisa. Dieser Turm ist dafür bekannt, dass er eine sehr sichtbare Neigung hat, etwa 4 Grad von der perfekten Vertikalen (gerade nach oben und unten) entfernt. Sie können den Pfeil im Bild mit den Säulen auf dem Turm vergleichen, um zu sehen, wie geneigt er ist. Obwohl der Turm so geneigt ist, befindet sich der CoG immer noch über dem Fuß des Turms und so bleibt der Turm stehen! Wenn Sie den Schiefen Turm im obigen Bild weiter schieben, so dass er immer mehr kippt, bis der Pfeil die Basis des Turms passiert, dann würde er umfallen.
Sie können auch an eine Wippe oder eine Waage denken. Der Drehpunkt, der Punkt auf der Wippe, an dem das Brett ruht, befindet sich direkt unter dem CoG der Wippe. Andernfalls würde die Wippe zur Seite fallen, anstatt auf und ab zu taumeln.
Erweitern Sie Ihr Lernen
Um diese Aktivität zu erweitern, bitten Sie Ihre Schüler, einen Bleistift auf ihren Zeigefingern zu balancieren. Sagen Sie Ihren Schülern, dass sie ihre Hände mit der Handfläche nach oben drehen und einen Bleistift senkrecht zu ihren Zeigefingern balancieren sollen. Wenn/wenn es den Schülern gelingt, die Balance zu halten, haben sie das CoG des Bleistifts gefunden.
Die Schüler können auch den Schwerpunkt eines Objekts wie einer Tasse beobachten, indem sie eine Schnur auf die Mitte des Objekts kleben und mit einem Radiergummi oder einem anderen leicht beschwerten Objekt Gewicht auf die Unterseite der Schnur legen. Stellen Sie die Tasse auf ein Buch oder einen Schreibtisch und neigen Sie sie leicht. Bitten Sie die Schüler, zu beobachten, wie sich die Schnur in Bezug auf die Basis des Objekts bewegt.
Lassen Sie die Schüler beobachten, wo sich die Schnur befindet, wenn das Objekt umzufallen beginnt. Die Schüler sollten beachten, dass das Objekt zu fallen beginnt, wenn die Zeichenfolge die Basis des Objekts passiert.