Boîte à outils de l'enseignant
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Le but de cette section
La section Jouer de ce laboratoire STEM présentera aux étudiants les engrenages et leur objectif dans une construction. Cette première page présentera des termes tels que : engrenages engrenés, engrenages menant, engrenages menés, rapports de démultiplication, avantage mécanique et transfert de puissance. La page suivante passera en revue la construction du MAD Box, ses rapports de démultiplication et les avantages mécaniques du couple ou de la vitesse créés par ces rapports. La page suivante aboutit au calcul du rapport de démultiplication pour l'ensemble du MAD Construction de boîte.
Il peut être judicieux de lire la première page en classe, puis de demander aux groupes d'élèves de travailler sur la deuxième page. Chaque élève devrait lire en même temps.
S’ils travaillent en groupes de trois, les étudiants peuvent se voir attribuer l’un des trois rôles suivants :
1) L'expert en construction : Cet élève trouve l'étape de construction dans les instructions de construction et indique où se trouvent ces engrenages dans la construction terminée.
2) La Calculatrice: Cet élève effectue les calculs des rapports de démultiplication.
3) The Recorder : Cet élève vérifie les mathématiques de la calculatrice, interprète ce que signifie le rapport de transmission et s'assure que l'équipe enregistre tout son travail dans son cahier d'ingénierie.
Si les groupes d’étudiants comptent plus de trois étudiants, plusieurs étudiants pourraient alors être responsables du même rôle. Si les groupes sont inférieurs à trois, le même élève peut assumer plusieurs rôles.
Cliquez ici (Google Doc / .docx / .pdf ) pour la rubrique Collaboration, ou cliquez ici (Google Doc / .docx / .pdf) pour la rubrique Collaboration. rubrique cahier d'ingénierie. Il existe également une rubrique Cahier individuel d'ingénierie, cliquez ici (Google Doc / .docx / .pdf ) . Toutes les grilles qui seront utilisées pour la notation doivent être partagées et expliquées aux étudiants avant le début du travail.
Engrenages
Les engrenages ressemblent à des disques avec des dents sur leurs bords. Il est important de noter que leurs dents sont également espacées car les engrenages fonctionnent en engrenant leurs dents ensemble, comme le montre l'image ci-dessus. Lorsqu'un engrenage tourne, il fait tourner le suivant car leurs dents sont positionnées les unes entre les autres, ce qu'on appelle un engrènement.
Les engrenages sont généralement montés ou reliés à d'autres pièces par un arbre ou une base. Les engrenages sont donc utilisés pour transmettre le mouvement de rotation, ou la puissance, d’un arbre à un autre. L'arbre est généralement positionné au centre de l'engrenage. Dans l'image ci-dessus des engrenages VEX IQ, le trou central dans lequel passer un arbre est carré car les arbres IQ sont carrés.
L’un des principaux moyens de définir un engrenage est le nombre de dents dont il dispose.
Conseils aux enseignants
Il peut être utile de diriger les élèves vers l'affiche des pièces VEX IQ et de leur faire remarquer que les engrenages inclus dans le Super Kit sont nommés en utilisant leur nombre de dents (engrenages à 60, 36 et 12 dents). Si les élèves sont confus par le montage des engrenages sur les arbres, ils peuvent être invités à regarder le MAD. Construisez une boîte et remarquez que tous les engrenages de la construction ont été construits sur des arbres en leurs centres.
Engrenages maillés
Lorsque deux engrenages sont engrenés, un engrenage fait tourner le suivant. L’engrenage qui tourne en premier est appelé l’engrenage menant. L’engrenage menant peut être considéré comme un type d’entrée. Le rapport qui est entraîné par le premier rapport est appelé le rapport mené. Le pignon mené est donc la sortie.
Regardez l'animation ci-dessous pour voir les engrenages maillés en action.
Vous auriez dû remarquer que le pignon menant et le pignon mené tournent dans des directions opposées. Ils doivent tourner dans des directions opposées car leurs dents sont engrenées et tournent en leur centre.
Rapports de démultiplication
Un rapport de démultiplication est une comparaison de l'entrée (engrenage menant) à la sortie (engrenage mené) et est calculé en considérant le nombre de dents de chaque engrenage engrené.
Dans l’exemple ci-dessus, le pignon menant (entrée) et le pignon mené (sortie) ont tous deux 60 dents.
Voici la formule pour calculer un rapport de démultiplication :
Utilisons l'exemple des deux engrenages à 60 dents ci-dessus car c'est un rapport simple à calculer.
Le rapport de démultiplication de ces deux engrenages engrenés est de 1:1, ce qui signifie que chaque fois que l'engrenage menant (entrée) effectue un tour complet, l'engrenage mené (sortie) effectue également un tour complet.
Conseils aux enseignants
Assurez-vous que les élèves reconnaissent quels sont les ratios de cette classe ou d’une autre. En termes simples, un ratio est une déclaration de la façon dont deux nombres se comparent.
Assurez-vous également que les élèves comprennent comment réduire des fractions en divisant le numérateur et le dénominateur par le même montant.
Avantage mécanique
Chaque fois que deux engrenages ou plus sont engrenés, un avantage mécanique est créé au sein de cette construction.
L'avantage mécanique est défini comme le changement de force d'entrée au sein d'une machine. Le changement peut être mesuré en comparant l’entrée et la sortie.
Dans l'exemple ci-dessus, l'entrée et la sortie ont un rapport de 1:1, il peut donc sembler qu'il n'y a aucun avantage mécanique, mais il y en a en réalité. L’avantage mécanique lorsque deux engrenages ont la même taille est appelé transfert de puissance car l’engrenage mené et son arbre tournent autant que l’engrenage menant et son arbre. Ainsi, l’engrenage menant (entrée) a transféré toute sa puissance à l’engrenage mené (sortie).
Dans la prochaine activité, vous passerez en revue votre MAD Box build et calculera et testera les avantages mécaniques de la vitesse et du couple.
Prolongez votre apprentissage
à
vitesses dans la vie quotidienne
De nombreux appareils mécaniques utilisent des engrenages. À l’ère du numérique, il semble y en avoir moins, mais les élèves devraient être capables d’identifier au moins cinq appareils utilisant des engrenages. Ils peuvent également étudier les outils avant l’électricité. Les élèves doivent ensuite expliquer comment chacun utilise les engrenages et quelle est la ou les fonctions du système d'engrenages.
Voici quelques exemples:
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De nombreux vélos utilisent des vitesses pour permettre au cycliste de changer de vitesse pour pédaler plus rapidement ou avec plus de force.
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Les batteurs à main dans la cuisine, avant l'électricité, utilisaient des engrenages permettant à l'utilisateur de tourner une manivelle dans un sens (par exemple, de haut en bas) et de faire tourner les batteurs du batteur dans un autre (par exemple, d'avant en arrière) le bol d'ingrédients.
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Les moulins à eau utilisaient également des engrenages pour changer la direction de la force grâce au transfert de puissance. L'eau ferait tourner la turbine (roue hydraulique) qui ferait tourner les engrenages, transférant l'énergie à l'usine où elle était utilisée pour broyer, rouler ou marteler les produits.