Arka plan

Bu Ünitede öğrenciler, sorunları çözmek ve performansıyla ilgili gözlemler yapmak için bir yapıyı değiştirecekler.

VEX GO sürümünde neler değiştirilebilir?

Mühendisler çeşitli problemlere çözüm geliştirmek için bilim ve matematik prensiplerini kullanırlar. Bunu yapmanın bir yolu, bir yapının çeşitli bileşenlerini değiştirerek performansı artırmak için mevcut tasarımları yenilemektir. 

Öğrencilerin VEX GO yapısında değiştirebileceği birçok parça vardır:

• Yapı Alt Sistemi- Bu parçalar robotun diğer tüm parçalarının bağlı olduğu "iskeletini" oluşturur. Bu alt sistem VEX GO kitindeki tüm ana yapısal bileşenlerden oluşmaktadır. Bu parçalar (kirişler, plakalar, konektörler, ara parçalar ve pimler) çeşitli şekil ve boyutlarda gelir. Bu parçalar bir araya gelerek robotun iskeletini, yani genellikle şasiyi oluştururlar.
  • Ağırlık Merkezi - Yapının ağırlık merkezi, ağırlığın çoğunun yapıya bindiği yerdir. Sabit bir yapı, ağırlık merkeze yerleştirildiğinde en kararlı hale gelir, ancak mühendisler bazen yapının performansını değiştirmek için ağırlık merkezinde değişiklikler yaparlar.
• Hareket Alt Sistemi- Hareket Alt Sistemi (dişliler, kasnaklar, tekerlekler, motorlar, halatlar, düğmeler, miller ve mil yakaları) çoğu yapıda Yapı Alt Sisteminin bileşenleriyle birleşir. İnsan vücudundaki iskelete bağlı kaslara benziyor.  VEX GO hareket parçalarının çoğu, kare VEX GO şaftlarına uyan kare bir delik kullanır.
  • Aktarma Organları- Bazı yapılar görevlerini hareket etmeden yerine getirse de, bir yapının sıklıkla bir yerden bir yere taşınması gerekir.  Öğrenciler genellikle bir yapının hareket kabiliyetini sağlamak için aktarma organları adı verilen tekerlekli bir bileşen kullanırlar.

• Yay Arabasında Örnek Değişiklikler- Öğrenciler laboratuvarda Yay Arabasında değişiklikler geliştirecek ve test edecekler. Test için yeterli alanınız olduğundan emin olun; uzun bir koridor veya spor salonu zemini kullanın.

  Öğrencilerin deneyebileceği değişikliklerin bazı örnekleri ve tipik sonuçları aşağıda verilmiştir:

  • Lastik bant pimlerin üzerine katlanmış yaylı araba.

    •  Arabanın “yay” kısmı Yaylı Arabanın hareketi için çok hayati önem taşımaktadır. Lastik bandı ne kadar gererseniz o kadar fazla potansiyel enerji depolanır ve araba o kadar hızlı ve uzağa gidebilir. Lastiğin kalınlığı da mesafeyi etkiler, çünkü kalın bir lastiğin gerilmesi ince bir lastiğe göre daha zordur. VEX GO kitiyle birlikte gelen lastik bantlar silikon malzemeden üretilmiştir ve emme mekanizmalarınızın nesneleri daha kolay kavramasını sağlar ancak sentetik olanlar gibi uzatma amaçlı kullanımlarda daha iyi sonuç vermez. Dolayısıyla lastik bandı ikiye katlamak pek işe yarayan bir değişiklik olmayıp lastik bandına zarar verebilir.

  • Pimlerin üzerinde iki lastik bant bulunan yaylı araba

    • Önceki örnekte açıklandığı gibi lastik bant ne kadar çok gerilirse, arabanın o kadar uzağa ve hızlı gitmesi gerekeceğinden, öğrenciler setteki her iki lastiği de kullanmak isteyebilirler.  Bunlardan ikisini uzatırlarsa, iki katı kuvvet elde ederler ve Yaylı Arabanın babasını hareket ettirebilmesini sağlarlar.

  • Ön tekerlekleri Mavi Tekerleklerle değiştirilen Bahar Arabası

    • Bu modifikasyon, tekerleklerin daha geniş olması nedeniyle aracın stabilitesinin artması nedeniyle Spring Car'ın daha uzağa gitmesini sağlıyor.

Mühendislik Tasarım Süreci Nedir?

Öğrenciler, Yay Arabasının performansını artırmak için Mühendislik Tasarım Sürecini (EDP) kullanacaklar. EDP, mühendislerin sorunlara çözüm üretmek için kullandıkları bir dizi adımdır. Çoğu zaman çözüm, belirli kriterleri karşılayan veya belirli bir görevi yerine getiren bir ürün tasarlamayı içerir.
EDP aşağıdaki adımlara ayrılabilir: TANIMLA → ÇÖZÜMLER GELİŞTİR → OPTİMİZE ET.

• Mühendislik problemlerinin tanımlanması, çözülecek problemin başarı kriterleri, kısıtlamalar veya limitler açısından mümkün olduğunca açık bir şekilde ortaya konulmasını içerir.
• Mühendislik problemlerine çözüm tasarlamak, önce bir dizi farklı olası çözüm üretmekle başlar, ardından potansiyel çözümleri değerlendirerek hangilerinin problemin kriterlerini ve kısıtlamalarını en iyi karşıladığını görmekle başlar.
• Tasarım çözümünün optimize edilmesi, çözümlerin sistematik olarak test edilip iyileştirildiği ve nihai tasarımın daha az önemli özelliklerin daha önemli olanlarla takas edilmesiyle iyileştirildiği bir süreci içerir.

EDP doğası gereği döngüsel veya yinelemeli bir yapıya sahiptir. Bir ürünü veya süreci yapma, test etme, analiz etme ve iyileştirme sürecidir. Test sonuçlarına göre yeni yinelemeler oluşturulur ve tasarım ekibi sonuçlardan memnun kalana kadar değiştirilmeye devam edilir.

Bu Ünitede öğrenciler Yaylı Arabanın performansını artırmak için EDP'yi kullanacaklar.   İlk yapının ardından gruplar, performansı artırmak için Yaylı Arabanın tasarımını iyileştirmeye yönelik sorular soracaklar. Bu, Yeni Nesil Bilim Standartları (NGSS) tarafından kapsanan Mühendislik Tasarım Sürecinin aynısıdır.

İyi gözlem uygulamaları nelerdir?

Hem Bilimsel Yöntem hem de Mühendislik Tasarım Sürecinin en önemli adımlarından biri testtir.  Bilim insanları ve mühendisler, test aşamasında gözlem yaparak veri toplamadan sonuçlarında başarılı olup olmadıklarını bilemezler.

Gözlemlerin iki türü vardır:

• Doğal Gözlem: Bu tür, herhangi bir müdahale olmaksızın, bir şeyin doğal halini izlemekten oluşur. Bu tür gözlemde bilim insanları bir deney sırasında bir olayın gerçekleşmesini bekler ve gözlemlerler.
• Aşamalı Gözlem: Mühendisler ve bilim insanları genellikle projelerini "ya şöyle olsaydı…etrafında şekillendirirler. " soru. "Bu yapının ağırlık merkezi nedir?" "Şasideki kirişin uzunluğunu değiştirirsem ne olur?" Bu tür gözlemde, deneyi yapan kişi müdahale ederek sonucu gözlemler. Bu tür testler tekrar tekrar yapılabildiği için birçok kez gözlemlenebilir.

Aşamalı gözlem yaparken uyulması gereken bazı kurallar vardır:

• Ne gözlemlemek istediğinizi önceden belirleyin. Bu, Mühendislik Tasarım Sürecinin planlama aşamasında yapılmalıdır. Bir grup neyi incelediğini bilmiyorsa başarıyı belirleyemez.
• Bir seferde yalnızca bir öğeyi değiştir. Test edilen elemanın başarılı olup olmadığının belirlenebilmesi için diğerlerinin aynı tutulması gerekir.
• Gerekli gözlem sayısına karar verin. Bir testin kaç kez tekrarlanabileceğini belirlemede zaman, malzemeler ve mekan bir etken olabilir.
• Bir program oluşturun. Aynı alanda birden fazla grup test çalışması yürütüyorsa, bir program oluşturularak karışıklık yaşanmaması ve herkesin kendi yapılarını test etme şansına sahip olması sağlanır.
• Gözlemlerinizi başkalarının da kullanabilmesi için kaydedin  Verilerinizi kaydederken kesin terimler ve doğru ölçümler kullanın. 
• Hangi araçları kullanacağınıza karar verin. Mühendislerin test yaparken kullandıkları pek çok araç türü vardır. 
  • Bu araçlar daha kesin ve doğru gözlemlere olanak tanır:
    • Hükümdarlar
    • Termometreler
    • Teraziler
    • Kameralar