Caja de herramientas para docentes
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El propósito de esta sección
La sección Juego de este laboratorio STEM presentará a los estudiantes los engranajes y su propósito dentro de una construcción. Esta primera página presentará términos como: engranajes engranados, engranajes impulsores, engranajes impulsados, relaciones de transmisión, ventaja mecánica y transferencia de potencia. La siguiente página revisará la construcción del MAD. Box, sus relaciones de transmisión y las ventajas mecánicas de par o velocidad que se crean mediante esas relaciones. La siguiente página culmina con el cálculo de la relación de transmisión para todo el MAD. Construcción de caja.
Puede ser una buena idea leer la primera página como clase y luego hacer que los grupos de estudiantes trabajen en la segunda página. Cada estudiante debería seguir leyendo.
Si trabajan en grupos de tres, a los estudiantes se les puede asignar uno de tres roles:
1) El experto en construcción: este estudiante encuentra el paso de la construcción en las Instrucciones de construcción y señala en qué parte de la construcción completa se encuentran esos engranajes.
2) La Calculadora: Este alumno realiza los cálculos de las relaciones de transmisión.
3) El registrador: este estudiante verifica los cálculos de la calculadora, interpreta lo que significa la relación de transmisión y se asegura de que el equipo registre todo su trabajo en su cuaderno de ingeniería.
Si los grupos de estudiantes tienen más de tres estudiantes, entonces varios estudiantes podrían ser responsables del mismo rol. Si los grupos tienen menos de tres, el mismo estudiante puede asumir múltiples roles.
Haga clic aquí (Google Doc / .docx / .pdf ) para la rúbrica de Colaboración, o haga clic aquí (Google Doc / .docx / .pdf) para la rúbrica grupal Rúbrica de cuaderno de ingeniería. También hay una rúbrica de cuaderno de ingeniería individual, haga clic aquí (Google Doc / .docx / .pdf). Cualquier rúbrica que se utilice para calificar debe compartirse y explicarse a los estudiantes antes de comenzar el trabajo.
Engranajes
Los engranajes parecen discos con dientes alrededor de sus bordes. Es importante notar que sus dientes están igualmente espaciados porque los engranajes funcionan engranando sus dientes, como se muestra en la imagen de arriba. Cuando un engranaje gira, gira el siguiente porque sus dientes están colocados entre sí, lo que se conoce como engranado.
Los engranajes suelen estar montados o conectados a otras piezas mediante un eje o una base. Por tanto, los engranajes se utilizan para transmitir movimiento giratorio, o potencia, de un eje a otro. El eje suele estar situado en el centro del engranaje. En la imagen de arriba de VEX IQ Gears, el orificio central para pasar un eje es el cuadrado porque los ejes IQ son cuadrados.
Una de las principales formas de definir un engranaje es por la cantidad de dientes que tiene.
Consejos para profesores
Puede ser útil dirigir a los estudiantes al póster de Piezas VEX IQ y hacerles notar que los engranajes incluidos en el Super Kit se nombran usando su número de dientes (engranajes de 60, 36 y 12 dientes). Si los estudiantes están confundidos por el montaje de engranajes en ejes, se les puede indicar que consulten el MAD. Construya la caja y observe que todos los engranajes dentro de la construcción fueron construidos sobre ejes en sus centros.
Engranajes engranados
Cuando dos engranajes se engranan, un engranaje hace girar al siguiente. El engranaje que gira primero se llama engranaje impulsor. El engranaje impulsor puede considerarse como un tipo de entrada. El engranaje que gira la primera marcha se llama engranaje conducido. Por tanto, el engranaje conducido es la salida.
Mire la animación a continuación para ver los engranajes engranados en acción.
Deberías haber notado que el engranaje impulsor y el engranaje conducido giran en direcciones opuestas. Tienen que girar en direcciones opuestas porque sus dientes están entrelazados y giran en sus centros.
Relaciones de transmisión
Una relación de transmisión es una comparación de la entrada (engranaje impulsor) con la salida (engranaje impulsado) y se calcula considerando el número de dientes de cada engranaje engranado.
En el ejemplo anterior, el engranaje impulsor (entrada) y el engranaje impulsado (salida) tienen 60 dientes.
Aquí está la fórmula para calcular una relación de transmisión:
Usemos el ejemplo de los dos engranajes de 60 dientes anteriores porque es una relación simple de calcular.
La relación de transmisión de estos dos engranajes engranados es 1:1, lo que significa que cada vez que el engranaje impulsor (entrada) gira una rotación completa, el engranaje impulsado (salida) también gira una rotación completa.
Consejos para profesores
Asegúrese de que los estudiantes reconozcan qué proporciones son de esta u otra clase. En pocas palabras, una razón es una declaración de cómo se comparan dos números.
Además, asegúrese de que los estudiantes comprendan cómo reducir fracciones dividiendo el numerador y el denominador por la misma cantidad.
Ventaja mecanica
Siempre que se engranan dos o más engranajes, se crea una ventaja mecánica dentro de esa estructura.
La ventaja mecánica se define como el cambio de fuerza de entrada dentro de una máquina. El cambio se puede medir comparando la entrada y la salida.
En el ejemplo anterior, la entrada y la salida tienen una relación de 1:1, por lo que podría parecer que no hay ninguna ventaja mecánica, pero en realidad la hay. La ventaja mecánica cuando dos engranajes son del mismo tamaño se llama transferencia de potencia porque el engranaje impulsado y su eje giran tanto como el engranaje impulsor y su eje. Entonces, el engranaje impulsor (entrada) transfirió toda su potencia al engranaje impulsado (salida).
En la siguiente actividad, revisarás tu MAD Construirá la caja y calculará y probará las ventajas mecánicas de velocidad y par.
Amplíe su aprendizaje
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Gears en la vida diaria
Muchos dispositivos mecánicos utilizan engranajes. En la era digital, puede parecer que haya menos, pero los estudiantes deberían poder identificar al menos cinco dispositivos que utilizan engranajes. También pueden investigar herramientas antes de la electricidad. Luego, los estudiantes deben explicar cómo cada uno usa los engranajes y cuál es la función del sistema de engranajes.
Aquí hay unos ejemplos:
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Muchas bicicletas utilizan engranajes para permitir al ciclista cambiar de marcha para pedalear más rápido o con más fuerza.
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Las batidoras de mano en la cocina, antes de la electricidad, usaban engranajes para que el usuario pudiera girar una manivela en una dirección (por ejemplo, hacia arriba y hacia abajo) y hacer que las varillas de la batidora giraran en otra (por ejemplo, hacia adelante y hacia atrás) en el cuenco de ingredientes.
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Los molinos de agua también usaban engranajes para cambiar la dirección de la fuerza mediante la transferencia de potencia. El agua haría girar la turbina (rueda hidráulica), que haría girar los engranajes, transfiriendo energía a la fábrica donde se utilizaba para moler, laminar o martillar productos.