Φόντο

Οι σχεδιαστές και οι μηχανικοί δημιουργούν λύσεις που λύνουν καθημερινά προβλήματα. Σε αυτήν την Ενότητα, οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν τη Διαδικασία Σχεδιασμού της Μηχανικής για να κατασκευάσουν, να δοκιμάσουν και να τροποποιήσουν το Εκκρεμές στο Εργαστήριο 1. Στο Εργαστήριο 2, οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν τη Διαδικασία Σχεδιασμού Μηχανικής για να δοκιμάσουν και να τροποποιήσουν στοιχεία του παιχνιδιού Pendulum Kerplunk.

Τι είναι η Διαδικασία Σχεδιασμού Μηχανικής (EDP);

Οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν τη Διαδικασία Σχεδιασμού Μηχανικής (EDP) καθώς τροποποιούν τις κατασκευές τους με το Εκκρεμές για να λύσουν προκλήσεις. Το EDP είναι μια σειρά από βήματα που ακολουθούν οι μηχανικοί για να βρουν λύσεις σε προβλήματα. Συχνά, η λύση περιλαμβάνει τον σχεδιασμό ενός προϊόντος που πληροί ορισμένα κριτήρια ή επιτελεί μια συγκεκριμένη εργασία.

Το EDP μπορεί να αναλυθεί στα ακόλουθα βήματα: ΟΡΙΣΜΟΣ → ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΛΥΣΕΩΝ → ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ.

• Ο ορισμός προβλημάτων μηχανικής περιλαμβάνει τη διατύπωση του προβλήματος που πρέπει να λυθεί όσο το δυνατόν σαφέστερα όσον αφορά τα κριτήρια επιτυχίας και τους περιορισμούς ή τα όρια.
• Ο σχεδιασμός λύσεων σε προβλήματα μηχανικής ξεκινά με τη δημιουργία ενός αριθμού διαφορετικών πιθανών λύσεων και στη συνέχεια την αξιολόγηση πιθανών λύσεων για να διαπιστωθεί ποιες ανταποκρίνονται καλύτερα στα κριτήρια και τους περιορισμούς του προβλήματος.
• Βελτιστοποίηση της λύσης σχεδιασμού περιλαμβάνει μια διαδικασία κατά την οποία οι λύσεις δοκιμάζονται και βελτιώνονται συστηματικά και ο τελικός σχεδιασμός βελτιώνεται αντικαθιστώντας λιγότερο σημαντικά χαρακτηριστικά με εκείνα που είναι πιο σημαντικά.

Η EDP είναι κυκλική ή επαναληπτική στη φύση της. Είναι μια διαδικασία κατασκευής, δοκιμής και ανάλυσης, καθώς και βελτίωσης ενός προϊόντος ή μιας διαδικασίας. Με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών, δημιουργούνται νέες επαναλήψεις και συνεχίζουν να τροποποιούνται μέχρι η ομάδα σχεδιασμού να μείνει ικανοποιημένη με τα αποτελέσματα.

Σε αυτήν την Ενότητα, οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν το EDP για να τροποποιήσουν την κατασκευή του Εκκρεμούς και να ελέγξουν πώς οι τροποποιήσεις τους επηρεάζουν την απόδοση του Εκκρεμούς. Στη συνέχεια, θα χρησιμοποιήσουν την επαναληπτική διαδικασία σχεδιασμού για να σχεδιάσουν το δικό τους παιχνίδι Pendulum Kerplunk.

Τι είναι ένα εκκρεμές;

Ένα εκκρεμές είναι ένα αντικείμενο σε έναν βραχίονα. Ο βραχίονας είναι προσαρτημένος σε έναν άξονα περιστροφής, ο οποίος είναι ένα σημείο από το οποίο μπορείτε να κάνετε ταλάντευση. Το αντικείμενο θα κρέμεται φυσικά προς τα κάτω λόγω της βαρύτητας, αλλά αν ωθηθεί προς τη μία πλευρά, θα ταλαντωθεί από πλευρά σε πλευρά (ταλαντώνεται). Η συχνότητα ενός ταλαντευόμενου εκκρεμούς θα παραμείνει σταθερή μέχρι η βαρύτητα και η τριβή να σταματήσουν το εκκρεμές. Παρακολουθήστε την παρακάτω κινούμενη εικόνα για να δείτε πώς κινείται το εκκρεμές.

Τα εκκρεμή έχουν ιστορικά χρησιμοποιηθεί στη χρονομέτρηση, στη μέτρηση της βαρύτητας, ακόμη και ως πρώιμοι σεισμογράφοι για τη μέτρηση σεισμών. Σε αυτήν την Ενότητα, η κατασκευή του Εκκρεμούς χρησιμοποιείται ως βάση για να πειραματιστούν οι μαθητές καθώς κατασκευάζουν το παιχνίδι Kerplunk του Εκκρεμούς. Οι μαθητές θα κληθούν να τροποποιήσουν το παιχνίδι Pendulum Kerplunk καθώς δημιουργούν τους δικούς τους κανόνες και στόχους.

Κομμάτια στο κιτ VEX GO

Τα παιδιά ενθουσιάζονται με την κατασκευή και την αποσυναρμολόγηση πραγμάτων. Οι κατασκευές VEX GO είναι δημιουργικές, φυσικές κατασκευές που κατασκευάζονται από μαθητές για έρευνες STEM. Οι μαθητές θα ενημερωθούν για τα κομμάτια του κιτ VEX GO στη μονάδα παιχνιδιού Pendulum Kerplunk.

Η αφίσα του κιτ VEX GO παραθέτει τις κύριες κατηγορίες εξαρτημάτων: πείρους, αποστάτες, άξονες, γρανάζια, τροχαλίες, δίσκοι, σύνδεσμοι, τροχοί, δοκοί, γωνιακές δοκοί, μεγάλες δοκοί, πλάκες και ηλεκτρονικά. Η αφίσα αναφέρει επίσης το εργαλείο καρφίτσας και τα άλλα κομμάτια που περιλαμβάνονται στο κιτ.

Καρφίτσες και αποστάτες

Επειδή οι καρφίτσες και οι προεξοχές συνδέουν άλλα κομμάτια μεταξύ τους, οι μαθητές μπορεί να συγχέουν τις χρήσεις τους. Οι αποστάτες συνδέουν δύο κομμάτια αλλά αφήνουν ένα κενό μεταξύ τους. Κάθε είδος απόστασης έχει ένα διαφορετικό πλάτος κενού που θα δημιουργηθεί με τη χρήση του.

Οι καρφίτσες συνδέουν δύο ή περισσότερα κομμάτια έτσι ώστε να εφάπτονται το ένα με το άλλο. Η κόκκινη καρφίτσα μπορεί να συνδεθεί με ένα κομμάτι σε κάθε πλευρά. Αντίθετα, η Πράσινη Πείρος μπορεί να συνδέσει ένα κομμάτι στη μία πλευρά και δύο κομμάτια στην άλλη πλευρά.

Συνδέσεις

Οι καρφίτσες και οι προεξοχές δημιουργούν συνδέσεις μεταξύ κομματιών που είναι παράλληλα μεταξύ τους. Ωστόσο, οι σύνδεσμοι δημιουργούν συνδέσεις σε ορθή γωνία 90 μοιρών. Ο πράσινος σύνδεσμος και ο πορτοκαλί σύνδεσμος επιτρέπουν συνδέσεις ορθής γωνίας καθώς και παράλληλες συνδέσεις.

Δοκοί και Πλάκες

Οι δοκοί και οι πλάκες χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία της δομικής βάσης των περισσότερων κατασκευών. Αυτά είναι επίπεδα κομμάτια με ποικίλα πλάτη και μήκη. Το πλάτος και το μήκος μιας δοκού ή πλάκας μπορούν να μετρηθούν από τον αριθμό των οπών στο κομμάτι. Οι μαθητές θα μάθουν καθώς αρχίζουν να κατασκευάζουν ότι οι δοκοί (πλάτους 1 οπής) δεν είναι τόσο σταθερές όσο οι μεγάλες δοκοί (πλάτους 2 οπών) ή οι πλάκες (πλάτους 3 ή περισσότερων οπών).

Υπάρχουν αρκετές μοναδικές δοκοί, συμπεριλαμβανομένων τεσσάρων γωνιακών δοκών. Αυτές οι δέσμες δημιουργούν γωνίες 45 ή 90 μοιρών. Άλλες μοναδικές δοκοί περιλαμβάνουν την Μπλε Λεπτή Δέσμη, η οποία έχει μία οπή που ταιριάζει σε έναν άξονα και επιτρέπει στην δοκό να περιστρέφεται, και έχει επιπλέον οπές για τυπικές συνδέσεις. Η ροζ δοκός με σχισμές μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ασφαλίσετε το λαστιχάκι ή τα σχοινιά σε μια κατασκευή.

Μοναδικά κομμάτια

Τα διαχωριστικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσθέσουν χώρο μεταξύ των εξαρτημάτων ή ως κολάρο για έναν άξονα. Τα διαχωριστικά είναι ιδιαίτερα χρήσιμα όταν δημιουργείται χώρος για την ελεύθερη κίνηση ενός εξαρτήματος σε μια κατασκευή.

Το Rubber Band είναι ένα ελαστικό λάστιχο που χρησιμοποιείται με διάφορους τρόπους σε κατασκευές VEX GO, όπως για τη δημιουργία ισχύος ή για τη σύνδεση τροχαλιών μεταξύ τους. Το τέντωμα του λαστιχένιου ιμάντα σε διαφορετικά μήκη θα δώσει στην κατασκευή διαφορετικές ποσότητες δυναμικής ενέργειας που μπορούν να μετατραπούν σε κινητική ενέργεια για να τροφοδοτήσουν ένα μέρος της κατασκευής.

Το μακρύ και το κοντό σχοινί είναι πολυχρηστικά κομμάτια που έχουν πολλές εφαρμογές σε κατασκευές VEX GO. Συγκεκριμένα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνδεση εξαρτημάτων ή τη διευκόλυνση της μεταφοράς ενέργειας μέσα σε μια κατασκευή.

Εργαλείο καρφιτσών

Ενώ οι μαθητές εξοικειώνονται με το VEX GO Kit, αναπόφευκτα θα χρειαστούν βοήθεια για να χωρίσουν τα κομμάτια. Το Εργαλείο Καρφίτσας βοηθά τους μαθητές να διαχωρίζουν τα κομμάτια μέσω τριών διαφορετικών λειτουργιών: του Εξολκέα, του Μοχλού και του Σπρώχτη. Ο εξολκέας είναι ιδανικός για την αφαίρεση καρφιτσών που έχουν ελεύθερο το ένα άκρο.

Για να χρησιμοποιήσετε τον εξολκέα, εισάγετε τον πείρο στην υποδοχή στη μύτη, πιέστε το εργαλείο πείρου και τραβήξτε προς τα πίσω. Η καρφίτσα πρέπει να αφαιρείται εύκολα από την τρύπα. Σε περίπτωση που ένας πείρος δεν είναι μερικώς εκτεθειμένος, το Pusher μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σπρώξει ένα μέρος του πείρου προς τα έξω. Ο μοχλός είναι ο καταλληλότερος όταν προσπαθείτε να αποσυνδέσετε δύο δοκούς ή πλάκες που είναι ευθυγραμμισμένες μεταξύ τους. Ο μοχλός μπορεί να εισαχθεί ανάμεσα στα δύο κομμάτια και να χρησιμοποιηθεί για να διαχωρίσει τα συνδεδεμένα κομμάτια. Παρακολουθήστε την παρακάτω κινούμενη εικόνα για να δείτε πώς να χρησιμοποιήσετε το Pin Tool.