Caixa de ferramentas do professor
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O objetivo desta seção
A seção Play deste Laboratório STEM apresentará aos alunos as engrenagens e sua finalidade dentro de uma construção. Esta primeira página apresentará termos como: engrenagens engrenadas, engrenagens motrizes, engrenagens acionadas, relações de transmissão, vantagem mecânica e transferência de potência. A próxima página revisará a construção do MAD Box, suas relações de transmissão e as vantagens mecânicas de torque ou velocidade criadas por essas relações. A próxima página culmina no cálculo da relação de transmissão para todo o MAD Construção de caixa.
Pode ser uma boa ideia ler a primeira página com a turma e depois fazer com que os grupos de alunos trabalhem na segunda página. Todo aluno deveria ler junto.
Se trabalharem em grupos de três, os alunos podem ser atribuídos a uma das três funções:
1) O Especialista em Construção: Este aluno encontra a etapa da construção nas Instruções de Construção e aponta onde essas engrenagens estão localizadas na construção concluída.
2) A Calculadora: Este aluno realiza os cálculos das relações de transmissão.
3) O Registrador: Este aluno verifica a matemática da Calculadora, interpreta o que significa a relação de transmissão e garante que a equipe esteja registrando todo o seu trabalho em seu caderno de engenharia.
Se grupos de alunos tiverem mais de três alunos, vários alunos poderão ser responsáveis pela mesma função. Se os grupos tiverem menos de três, o mesmo aluno poderá assumir múltiplas funções.
Clique aqui(Google Doc / .docx / .pdf ) para a rubrica Colaboração, ou clique aqui (Google Doc / .docx / .pdf) para o baseado em grupo rubrica do caderno de engenharia. Há também uma rubrica de caderno individual de engenharia, clique aqui (Google Doc / .docx / .pdf). Quaisquer rubricas que serão usadas para pontuação devem ser compartilhadas e explicadas aos alunos antes do início do trabalho.
Engrenagens
As engrenagens parecem discos com dentes nas bordas. É importante notar que seus dentes estão igualmente espaçados porque as engrenagens funcionam com os dentes engrenados, como mostra a imagem acima. Quando uma engrenagem gira, ela gira a próxima porque seus dentes estão posicionados entre si, o que é conhecido como engatado.
As engrenagens são normalmente montadas ou conectadas a outras peças por um eixo ou base. Portanto, as engrenagens são usadas para transmitir movimento rotativo, ou potência, de um eixo para outro. O eixo geralmente é posicionado no centro da engrenagem. Na imagem acima das engrenagens VEX IQ, o orifício central para passar um eixo é o quadrado porque os eixos IQ são quadrados.
Uma das principais formas de definir uma engrenagem é pelo número de dentes que ela possui.
Dicas para professores
Pode ser útil direcionar os alunos para o pôster de peças VEX IQ e fazer com que eles percebam que as engrenagens incluídas no Super Kit são nomeadas usando seus números de dentes (60, 36 e 12 engrenagens dentárias). Se os alunos ficarem confusos com a montagem de engrenagens em eixos, eles podem ser orientados a consultar o MAD Construa a caixa e observe que todas as engrenagens dentro da construção foram construídas em eixos em seus centros.
Engrenagens em malha
Quando duas engrenagens são engrenadas, uma engrenagem gira a próxima. A engrenagem que gira primeiro é chamada de engrenagem motriz. A engrenagem motriz pode ser considerada um tipo de entrada. A engrenagem que está sendo girada pela primeira marcha é chamada de engrenagem acionada. A engrenagem acionada é, portanto, a saída.
Assista à animação abaixo para ver as engrenagens em malha em ação.
Você deve ter notado que a engrenagem motriz e a engrenagem acionada giram em direções opostas. Eles têm que girar em direções opostas porque seus dentes estão entrelaçados e giram em seus centros.
Relações de transmissão
Uma relação de engrenagem é uma comparação entre a entrada (engrenagem motriz) e a saída (engrenagem acionada) e é calculada considerando o número de dentes de cada engrenagem engrenada.
No exemplo acima, a engrenagem motriz (entrada) e a engrenagem acionada (saída) possuem ambas 60 dentes.
Aqui está a fórmula para calcular uma relação de transmissão:
Vamos usar o exemplo das duas engrenagens de 60 dentes acima porque é uma proporção simples de calcular.
A relação de transmissão dessas duas engrenagens engrenadas é de 1:1, o que significa que cada vez que a engrenagem motriz (entrada) gira uma rotação completa, a engrenagem acionada (saída) também gira uma rotação completa.
Dicas para professores
Certifique-se de que os alunos reconheçam quais são as proporções desta ou de outra classe. Simplificando, uma proporção é uma declaração de como dois números se comparam.
Além disso, certifique-se de que os alunos entendam como reduzir frações dividindo o numerador e o denominador pelo mesmo valor.
Vantagem mecânica
Sempre que duas ou mais engrenagens são engrenadas, uma vantagem mecânica é criada nessa construção.
A vantagem mecânica é definida como a mudança na força de entrada dentro de uma máquina. A mudança pode ser medida comparando a entrada e a saída.
No exemplo acima, a entrada e a saída têm uma proporção de 1:1, então pode parecer que não há vantagem mecânica, mas na verdade existe. A vantagem mecânica quando duas engrenagens são do mesmo tamanho é chamada de transferência de potência porque a engrenagem acionada e seu eixo giram tanto quanto a engrenagem motriz e seu eixo. Assim, a engrenagem motriz (entrada) transferiu toda a sua potência para a engrenagem acionada (saída).
Na próxima atividade, você revisará seu MAD A caixa será construída e calculará e testará as vantagens mecânicas de velocidade e torque.
Amplie seu aprendizado
a
marchas na vida diária
Muitos dispositivos mecânicos utilizam engrenagens. Na era digital, aparentemente pode haver menos, mas os alunos devem ser capazes de identificar pelo menos cinco dispositivos que utilizam engrenagens. Eles também podem investigar ferramentas antes da eletricidade. Os alunos devem então explicar como cada um usa as engrenagens e quais são as funções do sistema de engrenagens.
aqui estão alguns exemplos:
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Muitas bicicletas usam marchas para permitir que o ciclista mude de marcha para pedalar mais rápido ou com mais força.
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As batedeiras manuais na cozinha, antes da eletricidade, usavam engrenagens para que o usuário pudesse girar uma manivela em uma direção (por exemplo, para cima e para baixo) e fazer com que os batedores da batedeira girassem em outra (por exemplo, para frente e para trás) em a tigela de ingredientes.
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Os moinhos de água também usavam engrenagens para mudar a direção da força por meio da transferência de energia. A água girava a turbina (roda d'água) que girava as engrenagens, transferindo energia para a fábrica onde era usada para moer, laminar ou martelar produtos.