Estructuras robustas

• Consulte los preparativos generales en el capítulo “Organización del aula”.
• Lea la información de este proyecto para tener una idea adecuada de las tareas que hay que realizar.
• Defina la manera en la que desea introducir este proyecto: Use el vídeo suministrado del proyecto en el software WeDo 2.0 o use material de su propia elección.
• Determine el resultado final de este proyecto: los parámetros para presentar y elaborar el documento.
• Asegúrese de que el calendario permite cumplir las expectativas.

Con el vídeo introductorio se pretende crear la atmósfera adecuada para repasar
y debatir los siguientes conceptos con los estudiantes del proyecto.

Vídeo introductorio
A continuación se incluyen algunos temas de discusión sobre el vídeo:

1. Desde su formación, la Tierra ha estado constantemente cambiando de forma. Como si fueran grandes trozos de galleta desplazados sobre una capa de miel, las placas tectónicas que componen la Tierra se deslizan, se frotan entre sí y chocan.
2. Al hacerlo, la fricción provoca vibraciones en la superficie de la Tierra en la que vivimos.
3. Durante un terremoto, los edificios y otras estructuras pueden quedar dañados o destruidos en función de la intensidad de las vibraciones y de otros diversos factores.
4. Actualmente, somos capaces de construir edificios más resistentes que los de hace décadas, gracias a los descubrimientos científicos que han conducido a mejoras de diseño.

Preguntas de debate
Durante la fase Explorar, las siguientes preguntas están pensadas para que los estudiantes expresen sus ideas iniciales o para resumirlas antes de aprender a evaluar las expectativas de rendimiento de este proyecto.

Haga que los estudiantes documenten los conceptos comprendidos y que consulten nuevamente estas preguntas durante y después de la fase Crear.

1. ¿Qué provoca los terremotos y qué riesgos comportan? Los terremotos son vibraciones de la corteza terrestre provocadas por el desplazamiento de las placas tectónicas.
2. ¿Cómo evalúan los científicos la intensidad de un terremoto? Los científicos se basan en una escala denominada de Richter para evaluar la intensidad de los terremotos. En una escala del 1 al 10, cuanto mayor sea el número, más intensas son las vibraciones de la Tierra.
3. ¿Qué elementos pueden influir en la resistencia de un edificio durante un terremoto?
   Esta respuesta deberá servir como hipótesis para los estudiantes. Esto significa que, llegados a este punto, las respuestas de los estudiantes pueden ser incorrectas.
4. ¿Qué has observado acerca de la relación existente entre el tamaño de la planta, la altura y la capacidad de resistir el impacto de un terremoto de un edificio? Las estructuras altas o delgadas son por lo general menos estables y más propensas a caer cuando se ven sometidas a fuerzas laterales.
5. ¿Cómo garantizas que las pruebas se realizan cada vez de manera equitativa? Solo se cambiaba un parámetro a la vez.
6. ¿Qué otros factores sería importante investigar? Los diseños estructurales y los diversos materiales empleados son otros factores importantes que considerar al probar la resistencia de un edificio.
7. ¿Cómo se diseñan los edificios modernos para que resistan los terremotos? Los arquitectos e ingenieros usan estructuras, principios y simulaciones para probar los prototipos y descubrir sus puntos débiles.
8. ¿Significa “resistente” lo mismo que “fuerte”? Depende de una serie de factores. Hay veces en que las estructuras o los materiales flexibles son más resistentes que otros más rígidos y fuertes.

Haga que los estudiantes recopilen sus respuestas con texto o imágenes en la herramienta de documentación.

Construir y programar un simulador de terremotos y modelar edificios
Los estudiantes crearán un simulador de terremotos siguiendo las instrucciones de construcción. Con este dispositivo, reunirán la evidencia necesaria para decidir qué edificio superaría la prueba del terremoto.

1. Construir un simulador de terremotos.
El modelo de sacudida empleado en el proyecto usa un pistón para empujar y tirar de la placa de prueba. El nivel de potencia del motor del programa determina la amplitud del terremoto generado.

2. Programar el simulador.
Este programa se iniciará mostrando el número 0 en la pantalla. A continuación, repetirá cinco veces una serie de acciones. Añadirá el número 1 en la pantalla, que pasará a ser la magnitud de la sacudida, encenderá el motor en esa magnitud durante 2 segundos y finalmente esperará durante 1 segundo.

Importante
Con este programa, si los estudiantes quieren probar con un terremoto de mayor o menor intensidad, deberán cambiar el número de ciclos. Si lo desean, podrán utilizar un programa propio.

Investigar el diseño del edificio
Ahora que los estudiantes ya comprenden la manera en la que funciona el simulador de terremotos, deje que investiguen los diferentes factores aislando una variable cada vez.

1. Cambiar la altura.
Los estudiantes deberán usar los edificios bajo y alto, ambos con una base estrecha (edificios A y B).

Con el edificio alto en la base de sacudida, los estudiantes deberán averiguar cuál es la magnitud más pequeña con la que cae el edificio. A continuación, con el mismo programa, deberán probar qué edificio resiste mejor, si el estrecho o el bajo.

Los estudiantes deberán ser capaces de descubrir que, con la misma superficie de base, el edificio bajo resiste mejor que el alto.

Importante
Dado que no todos los motores reaccionan exactamente de la misma manera, es posible que los equipos obtengan diferentes magnitudes en la investigación.

2. Cambiar la anchura de la base.
Con el mismo programa, haga que prueben si el edificio alto con la base estrecha (edificio B) resiste mejor que el edificio alto y estrecho con la base ancha (edificio C).

Los estudiantes deberán ser capaces de descubrir que, con una mayor superficie de base, un edificio alto resiste mucho mejor.

Seguir investigando con el simulador de terremotos
Use la sección “Seguir investigando” del proyecto del estudiante como ampliación opcional. Tenga en cuenta que estas tareas son una ampliación de las de la sección “Investigar” y que están pensadas para estudiantes más avanzados o de mayor edad.

Haga que los estudiantes exploren otros elementos que afecten a la resistencia de un edificio frente a las vibraciones.

1. Cambiar la magnitud.
Haga que los estudiantes predigan qué les ocurrirá a los edificios A, B y C si se aumenta la magnitud del terremoto, por ejemplo, hasta el nivel 8. Haga que registren sus predicciones y que hagan pruebas con cada caso.

2. Cambiar los edificios.
Aplicando el hecho de que una base mayor contribuirá a que un edificio resista mejor una vibración más intensa, rete a su clase a que construyan el edificio más alto capaz de resistir un terremoto de nivel 8.

Haga que los estudiantes exploren diferentes composiciones de edificios:
• Explorando diferentes formas estructurales.
• Introduciendo nuevos materiales.

Sugerencia de colaboración
Deje que los equipos comparen sus diseños de edificios. Haga que un equipo describa y pruebe el trabajo de otro equipo:
• ¿Qué puntos fuertes presenta la estructura?
• ¿Qué puntos débiles presenta la estructura?
• ¿Resistirá el edificio la prueba del terremoto?

Completar el documento
Haga que los estudiantes documenten sus proyectos de distintas maneras:
• Pida a los estudiantes que graben un vídeo de cada prueba que lleven a cabo para que demuestren sus conclusiones.
• Pida a los estudiantes que comparen estas conclusiones con casos de la vida real.

Sugerencias
Los estudiantes pueden recopilar los datos en forma de gráfico o en una hoja de cálculo.
Los estudiantes pueden también crear un gráfico con los resultados de sus pruebas.

Presentar los resultados
Al final del proyecto, los estudiantes deberán presentar el resultado de su investigación.

Para mejorar la presentación de los estudiantes:
• Pídales que describan qué factor influye en la estabilidad de un edificio.
• Pídales que comparen estas ideas con sus hallazgos.
• Pídales que pongan su explicación en contexto.
• Pídales que mediten sus conclusiones.
• Analice si sus resultados reflejan o no la realidad

Para asegurarse el éxito, considere la posibilidad de ofrecer más orientación en la construcción y programación como, por ejemplo:
• Explicar cómo llevar a cabo la investigación.
• Utilice la evidencia para desarrollar explicaciones.
• Ofrézcales otras experiencias con variables aisladas para probar hipótesis.

Asimismo, sea específico a la hora de establecer las expectativas relacionadas con la presentación y documentación de los hallazgos de los estudiantes.

Sugerencia
En el caso de los estudiantes con mayor experiencia, deles tiempo adicional para que construyan y programen de modo que puedan diseñar sus propios proyectos a partir de sus propias investigaciones. Los estudiantes podrán cambiar los parámetros, como el nivel del simulador de terremotos, los materiales empleados para construir los edificios o la superficie sobre la que probarán los edificios.

Seguir investigando
Los estudiantes diseñarán el edificio más alto capaz de resistir un terremoto de grado 8. Aplicarán los conceptos aprendidos de la investigación anterior.

Posibles ideas equivocadas por parte de los estudiantes
Los estudiantes podrían creer que los terremotos se producen en lugares aleatorios sobre la superficie de la Tierra. La mayoría de la actividad sísmica del mundo está relacionada con los límites de las placas tectónicas. Aunque pueden formarse grietas superficiales durante un terremoto a causa de desprendimientos o fallos de la tierra, esta no se “abre” a lo largo de una falla geológica.