Набор «Технология и основы механики»

Свободное качение

Изучите понятия массы, трения, потенциальной и кинетической энергии.

45–90 мин
Средний уровень
Классы 5–8
freewheeling-connect

1. Установление взаимосвязей

(5-10 мин.)

Дима и Катя, как обычно, спорят. Они мастерят тележки, чтобы посмотреть, которая из них укатится дальше, съехав со стартовой горки в их Презеленом парке.

Катя говорит, что если она дополнительно нагрузит свою тележку пассажиром (это будет Пес Барбос), то тележка поедет дальше, потому что станет тяжелее. А Дима считает, что он уедет дальше
на легкой тележке, поскольку тяжелые грузы труднее передвигать. Еще он предпочитает ездить на колесах большего размера, но Катя сомневается, что это ему поможет.

Так какая же тележка поедет дальше – легкая или тяжелая, с большими или с маленькими колесами? Давайте выясним!

freewheeling-connect

2. Конструирование

(20-25 мин.)

Постройте стартовую горку
Проведите линию старта на расстоянии 1 м от одного из краев планки. Другой ее конец приподнимите так, чтобы старт располагался на
высоте 15 см от пола.

Зачем нам нужна стартовая линия?
Она необходима для того, чтобы все испытания проводились в одинаковых условиях: все тележки будут съезжать по одной и той же наклонной плоскости.(пандусу) с одной и той же отметки.

ramp-freewheeler

Полезный совет
Если планка слишком толстая, то тележка может «плюхнуться» с нее на пол. Положите лист картона, чтобы сделать переход от планки к полу плавным.

Соберите тележку
(Технологические карты 3A и 3B, с. 6, шаг 12)

freewheeling-building-instructions-front-page

Испытайте тележку на пандусе. Плавно ли едет модель? Если нет, отрегулируйте все оси и втулки так, чтобы колеса крутились плавно. Проверьте также, плотно ли прилегают друг к другу всеэлементы конструкции.

freewheeler-hand

Разметьте шкалу
Разметьте голубой пластиковый диск или вырежьте такой же диск из бумаги. Нанесите разметку шкалы и прикрепите поверх голубого пластикового диска.

freewheeler-scale-drawing

3. Рефлексия

(20-25 мин.)

Измерьте рулеткой расстояние, которое проедет пустая тележка, результат сравните с положением указателя на шкале. Запишите пройденный путь, а место, где тележка остановилась, отметьте ЛЕГО®-кирпичиком. Сделайте не меньше трех замеров, как того требует методика научного эксперимента, чтобы получить достоверный результат.

Тележка без груза должна проехать приблизительно 160 см. При этом указатель сделает больше одного оборота вокруг шкалы. Точность шкалы составляет несколько сантиметров.

Стираемым маркером отметьте на пластиковой шкале положение указателя, соответствующее пройденному расстоянию в 1 м. Еще раз спустите тележку с пандуса и посмотрите по шкале, проехала ли она 160 см – указатель должен сделать один полный оборот и пройти еще немного больше половины циферблата (шкалы). Проведите несколько испытаний. Теперь нет необходимости измерять пройденный тележкой путь рулеткой или сантиметром – просто считывайте показания со шкалы.

Полезный совет
Обратите внимание: один оборот указателя вокруг шкалы почти точно соответствует пройденному расстоя- нию в 1 м. Это означа-ет, что указатель будет находиться на нулевой отметке, когда тележка достигнет пола.

freewheeler-small-wheels

Нагрузите тележку – поставьте на нее груз ЛЕГО (с. 7, шаг 13). Подумайте, как далеко укатится тележка в этом случае – отметьте место ее предполагаемой остановки еще одним кирпичиком. После этого проведите испытание.

На этот раз тележка уедет почти в два раза дальше. Груз, «падающий» вместе с тележкой, придает ей вдвое большую энергию движения (кинетическую энергию). Однако следует учитывать, что при увеличении нагрузки возрастает и трение на осях, а это замедляет движение тележки.

Что вы можете отметить в поведении указателя (стрелки)?
Указатель делает больше одного оборота вокруг шкалы. Вам нужно посчитать количество его оборотов.

Проведите несколько испытаний, чтобы результат ваших наблюдений был достоверным.

Знаете ли вы?
Масса пустой тележки около 58 г, а ЛЕГО-груза – 53 г, то есть почти
такая же!

freewheeler-small-wheels-weight

Димина Теория большого колеса
Уедет ли тележка на больших колесах дальше, чем на маленьких? Наденьте большие колеса на заднюю ось и спустите тележку с горки (с. 7, шаг 14).

freewheeler-big-wheels

Сначала испытайте пустую тележку (с. 7, шаг 14), а затем – тележку с грузом (с. 8, шаг 15).

Как правило, массивная тележка на больших колесах проезжает большее расстояние. Это можно объяснить двумя причинами: 1) чем больше масса, тем больше энергия, 2) задняя ось вращается медленнее, трение меньше.

Не забывайте сбрасывать показание счетчика – устанавливать указатель (стрелку) на начальное (нулевое) положение – перед каждым испытанием!

Знаете ли вы?
Масса каждого большого колеса примерно 16 г, а маленького – 8 г.

freewheeler-big-wheels-weight

4. Развитие

(25-30 мин.)

Расширенная шкала
(Технологическая карта 3B, с. 12, шаг 12) Замените 8-зубое колесо на 24-зубое. Как вы думаете, какое расстояние проедет тележка к тому
моменту, когда указатель сделает один полный оборот?

Тележка проедет 3 м. Новое зубчатое колесо имеет в три раза больше зубьев, чем прежнее, маленькое. 8-зубое колесо должно было вращаться в 3 раза быстрее, чтобы «поспеть» за 24-зубым колесом, которое сделало один оборот. Теперь нужно будет откалибровать шкалу так, чтобы можно было измерять расстояние до 3 м.

Более крутой спуск
Сначала попробуйте предположить, а затем проверьте, что произойдет, если сделать спуск вдвое круче.
При этом удвоится потенциальная и кинетическая энергия, но трение на осях не станет в два раза больше.

freewheeler-super-slope

В помощь преподавателю

Технология
• Использование механизмов – колес и осей.
• Сборка деталей.

Естественные науки
• Измерение расстояния.
• Калибровка шкал и считывание показаний.
• Силы.
• Энергия движения (кинетическая энергия).
• Энергия покоя (потенциальная энергия).
• Трение и сопротивление воздуха.
• Методы исследования.

Набор «Технология и основы механики» (9686) (рекомендуется использовать один набор для двух учащихся)
Свободное пространство длиной 4 м на ровном полу.
Липкая лента для разметки.
Рулетка или «сантиметр».
Деревянная планка или полка длиной не менее 1 м.
Стопка книг или несколько коробок, чтобы приподнимать планку на разную высоту.
Запасные ЛЕГО®-кирпичи для проведения измерений.
Маркер для маркерной доски.
Ножницы.

Технология
Определение требований к модели и раз- витие идей. Индивидуальная и групповая работа. Сборка и разборка моделей. Использование подходящих материалов и деталей, а также модульных конструкций для
разработки и создания высококачественных действующих моделей. Испытание модели и определение необходимости внесения
изменений. Сборка и разборка подобных моделей и проверка их соответствия постав- ленной задаче.

• Исследование влияния размера колес и материала шин на
эффективность тележки (рабочие характеристики материалов).
• Колеса и оси для перемещения грузов.
• Разработка и создание тележки, которая катилась бы вниз как можно
дальше.

Естественные науки
Методы исследования, прогнозирование и измерение влияния переменных параметров на работу простых механизмов. Наблюдения, измерения и запись.

• Наклонные плоско- сти.
• Трение.

Математика
Применение на практике математических идей. Вычисления с использованием всех числовых операций. Вычисление площади, среднего значения и отношения величин и использование этих понятий. Измерение времени, расстояния и силы с необходимой точностью. Применение формул; решение простых уравнений для вычисления скорости. Выявление закономерностей, сбор данных и представление их в виде таблиц. Представление математических идей в устной, письменной и графической форме.
• Калибровка шкал и считывание показаний.
• Измерение расстояния и массы.
• Работа с отрицательными числами (у подножия холма тележка
оказывается на нулевой отметке).
• Установление пределов погрешности.
• Вычисление средних значений.

Учебные материалы

Рабочий лист ученика

Download to view and share the student worksheet.

Поделиться через:

Класс GoogleКласс Google