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Los diseñadores e ingenieros crean soluciones que resuelven problemas todos los días. En esta unidad, los estudiantes utilizarán el proceso de diseño de ingeniería para construir, probar y modificar el péndulo en el laboratorio 1. En el Laboratorio 2, los estudiantes utilizarán el Proceso de diseño de ingeniería para probar y modificar elementos de su juego Pendulum Kerplunk.

¿Qué es el Proceso de Diseño de Ingeniería (EDP)?

Los estudiantes utilizarán el Proceso de diseño de ingeniería (EDP) a medida que modifican sus construcciones de Péndulo para resolver desafíos. El EDP es una serie de pasos que siguen los ingenieros para encontrar soluciones a los problemas. A menudo, la solución implica diseñar un producto que cumpla determinados criterios o realice una determinada tarea.

El EDP se puede dividir en los siguientes pasos: DEFINIR → DESARROLLAR SOLUCIONES → OPTIMIZAR.

Definir problemas de ingeniería implica enunciar lo más claramente posible el problema a resolver en términos de criterios de éxito y restricciones o límites.
El diseño de soluciones a los problemas de ingeniería comienza con la generación de varias soluciones posibles y luego con la evaluación de las soluciones potenciales para ver cuáles cumplen mejor con los criterios y las limitaciones del problema.
Optimizar la solución de diseño implica un proceso en el cual las soluciones se prueban y refinan sistemáticamente y el diseño final se mejora intercambiando características menos importantes por aquellas que son más importantes.

Diagrama que muestra iconos que representan las tres fases del EDP dispuestas en un triángulo. En la parte superior, globos de diálogo superpuestos con signos de interrogación representan Definir; en la esquina inferior derecha, un lápiz escribe una lista que representa Desarrollar soluciones y, en la esquina inferior izquierda, una lupa representa Optimizar. Hay flechas que conectan los tres iconos que indican el movimiento entre fases. — Definir, diseñar y probar

The EDP is cyclic or iterative in nature. Es un proceso de fabricación, prueba, análisis y perfeccionamiento de un producto o proceso. Con base en los resultados de las pruebas, se crean nuevas iteraciones y continúan modificándose hasta que el equipo de diseño esté satisfecho con los resultados.

En esta unidad, los estudiantes utilizarán el EDP para modificar la construcción del Péndulo y probar cómo sus modificaciones afectan el rendimiento del Péndulo. Luego, utilizarán el proceso de diseño iterativo para diseñar su propio juego Pendulum Kerplunk.

¿Qué es un péndulo?

Un péndulo es un objeto en un brazo. El brazo está unido a un pivote, que es un punto desde el que se puede balancear. El objeto naturalmente colgará debido a la gravedad, pero si se lo empuja hacia un lado se balanceará de un lado a otro (oscilará). La frecuencia de un péndulo oscilante se mantendrá constante hasta que la gravedad y la fricción detengan el péndulo. Mira la animación a continuación para ver cómo se mueve el péndulo.

Los péndulos se han utilizado históricamente para medir el tiempo, la gravedad e incluso como los primeros sismógrafos para medir terremotos. En esta unidad, la construcción del péndulo se utiliza como base para que los estudiantes experimenten mientras construyen el juego Pendulum Kerplunk. Se pedirá a los estudiantes que modifiquen el juego Pendulum Kerplunk mientras crean sus propias reglas y objetivos.

Piezas del kit VEX GO

A los niños les fascina construir cosas y desmontarlas. Las construcciones VEX GO son estructuras físicas creativas hechas por estudiantes para investigaciones STEM. Se presentarán a los estudiantes las piezas del kit VEX GO en la unidad de juego Pendulum Kerplunk.

El póster del kit VEX GO enumera las principales categorías de piezas: pasadores, separadores, ejes, engranajes, poleas, discos, conectores, ruedas, vigas, vigas angulares, vigas grandes, placas y componentes electrónicos. El cartel también menciona la herramienta Pin y las otras piezas incluidas en el kit.

Piezas del kit VEX GO — piezas del kit VEX GO

Pasadores y separadores

Debido a que los pasadores y separadores conectan otras piezas entre sí, los estudiantes pueden confundir sus usos. Los separadores conectan dos piezas pero dejan un espacio entre ellas. Cada tipo de separador tiene un ancho de espacio diferente que se creará con su uso.

Los pasadores conectan dos o más piezas para que queden alineadas una con otra. El pin rojo se puede conectar con una pieza en cada lado. Por el contrario, el Pin Verde puede conectar una pieza en un lado y con dos piezas en el otro lado.

Una comparación lado a lado de la conexión de dos vigas grises con pasadores versus separadores. A la izquierda, dos vigas grises están conectadas con dos pines rojos, lo que hace que las vigas se toquen y se conecten de forma plana entre sí. A la derecha, se utilizan dos separadores de color naranja para conectar las dos vigas grises, dejando espacio entre ellas. — Pines y separadores

Conectores

Los pasadores y separadores crean conexiones entre piezas que están paralelas entre sí. Sin embargo, los conectores crean conexiones en un ángulo recto de 90 grados. El conector verde y el conector naranja permiten conexiones en ángulo recto así como conexiones paralelas.

Se muestran dos vigas grises conectadas en un ángulo de 90 grados, perpendiculares entre sí, con un conector azul unido al extremo de la viga a lo largo del suelo y dos clavijas rojas que unen la segunda viga verticalmente para crear el ángulo. — Ejemplo de un conector

Vigas y placas

Las vigas y las placas se utilizan para crear la base estructural de la mayoría de las construcciones. Son piezas planas con anchos y largos variables. El ancho y el largo de una viga o placa se pueden medir por el número de agujeros que tiene la pieza. Los estudiantes aprenderán a medida que comienzan a construir que las vigas (de 1 orificio de ancho) no son tan estables como las vigas grandes (de 2 orificios de ancho) o las placas (de 3 orificios de ancho o más).

Hay varias vigas únicas, incluidas cuatro vigas angulares. Estos rayos crean ángulos de 45 o 90 grados. Otras vigas únicas incluyen la viga delgada azul, que tiene un orificio que se adapta a un eje y permite que la viga gire, y tiene orificios adicionales para conexiones estándar. La viga ranurada rosa se puede utilizar para asegurar la banda elástica o las cuerdas en una construcción.

La imagen de vigas y placas del póster de piezas VEX GO muestra la orientación del tamaño y la variedad de colores y formas. — Vigas y Placas

Piezas únicas

Los espaciadores se pueden utilizar para agregar espacio entre piezas o como collar para un eje. Los espaciadores son especialmente útiles para hacer espacio para que una pieza se mueva libremente en una construcción.

La banda elástica es una banda elástica que se utiliza de diversas maneras en las construcciones de VEX GO, como para generar energía o para unir poleas. Estirar la banda elástica a diferentes longitudes le dará al edificio diferentes cantidades de energía potencial que se pueden transformar en energía cinética para alimentar una parte del edificio.

La cuerda larga y la cuerda corta son piezas multiusos que tienen muchas aplicaciones en las construcciones de VEX GO. En particular, se pueden utilizar para unir piezas o facilitar la transferencia de energía dentro de una construcción.

Se muestran las cuerdas blancas y negras del kit GO. La cuerda negra está en la parte superior y es más corta que la cuerda blanca en la parte inferior. A la derecha hay un espaciador gris. — Cuerda y espaciador

Herramienta de fijación

Mientras los estudiantes se familiarizan con el kit VEX GO, inevitablemente necesitarán ayuda para separar las piezas. La herramienta Pin ayuda a los estudiantes a separar piezas a través de tres funciones diferentes: el tirador, la palanca y el empujador. El extractor es ideal para quitar pasadores que tienen un extremo libre.

Para utilizar el extractor, inserte el pasador en la ranura de la punta, apriete la herramienta de pasador y tire hacia atrás. El pasador debe poder retirarse fácilmente del orificio. En el caso de que un pasador no esté parcialmente expuesto, se puede utilizar el empujador para empujar parte del pasador y liberarlo. La palanca es más apropiada cuando se intenta desconectar dos vigas o placas que están alineadas entre sí. La palanca se puede insertar entre las dos piezas y usarse para separar las piezas conectadas. Mire la animación a continuación para ver cómo utilizar la herramienta Pin.

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