1 неделя
Цели проекта
– Сделать, изучить и сравнить разные дизайны вертушек;
– Исследовать движения различных видов турбин.
Руководство для учителя
– Поделите учеников на группы;
– Сделайте краткий обзор теоретической части;
– Затем приступайте к практической части;
– Ученики должны сделать 3 вида вертушек и протестировать на ветру и сравнить их и сделать выводы.
Техника безопасности на уроках Steam
Перед началом урока учителю рекомендуется ознакомиться с техникой безопасности. При необходимости (в случае использование предметов указанных в ТБ) провести краткий инструктаж учащимся. Перейдите по ссылке Техника безопасности на уроках Steam
Теоретическая часть
Ветряные турбины преобразуют энергию ветра в механическую или электрическую энергию. Один тип ветряной турбины, ветряная мельница, использовался во всем мире в течение тысяч лет для преобразования энергии ветра в механическую энергию для таких задач, как измельчение зерна и перемещение воды. В последнее время все более популярными становятся ветряные электростанции, использующие ветряные турбины для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.
Photo by Pixabay: https://www.pexels.com/photo/alternative-energy-blade-blue-clouds-414928/
Photo by Tabitha Mort: https://www.pexels.com/photo/red-white-and-blue-windmill-685778/
В общем, все ветряные турбины имеют одни и те же основные компоненты: лопасти, соединенные с валом, оба из которых поворачиваются ветром, ударяющимся о лопасти. Чтобы сделать энергию ветра максимально эффективной, инженеры экспериментировали со многими различными конструкциями ветряных турбин. Например, ветряные турбины могут вращаться на горизонтальной или вертикальной оси, иметь большие или маленькие лопасти, а в некоторых случаях они даже могут быть безлопастными!
Изменения в конструкции ветряных турбин зависят от того, где будет расположена турбина и как факторы окружающей среды повлияют на ее производительность. Однако цель всегда состоит в том, чтобы максимально увеличить количество энергии, извлекаемой из ветра. На этом уроке вы изучите один из этих факторов — форму лопастей — чтобы определить, как они влияют на эффективность вашей вертушки.
Практическая часть
Шаг 1. Подготовьте необходимые материалы.
Шаг 2. Вырежьте два квадрата бумаги размером 15 х 15 см из двух листов бумаги. Поместите один квадрат поверх другого и выровняйте все края, затем склейте эти две части вместе, образовав один квадрат 15 x 15. Совет: чтобы вышло красивая вертушка используйте бумагу двух разных цветов.
Шаг 3. Сложите двухслойный квадрат пополам по диагонали и сделайте складку. Откройте его и снова сложите по диагонали, на этот раз в противоположном направлении. Сделайте складку, затем разверните бумагу обратно на квадрат.
Шаг 4. Используйте ножницы, чтобы разрезать каждый угол вдоль диагональной складки, останавливаясь в 2-3 см от центра. Теперь у вас должен быть квадрат с 4 “крыльями” или “лепестками”
Шаг 5. Начиная с самого верхнего лепестка, аккуратно сложите правый угол лепестка и удерживайте его в центре квадрата. Старайтесь не сминать бумагу. Повторите это с каждым оставшимся лепестком, удерживая каждый уголок на месте в центре рукой.
Шаг 6. Как только все 4 лепестка будут сложены одним углом к центру, закрепите их на месте клейкой лентой. С помощью учителя протолкните кнопочку через скотч в центре вертушки.
Шаг 7. Используйте кнопочку, чтобы прикрепить вертушку к ластику для карандашей. Убедитесь, что вертушка надежно закреплена, но все еще может поворачиваться с помощью кнопки.
Конструкция Вертушки 2
Шаг 1. Используйте другой лист бумаги, чтобы вырезать восемь полосок бумаги размером 10 х 5 см. Для каждой пары полос положите одну полоску поверх другой и выровняйте все края, затем склейте эти две полосы вместе. Когда вы закончите, у вас должно быть четыре полоски размером 10 х 5 см.
Шаг 2. Возьмите свои четыре, 10 х 5 полоски строительной бумаги. Сложите каждую полоску вдоль по центру, затем снова откройте ее так, чтобы бумага образовала букву “V”.
Шаг 3. Расположите четыре сложенные полоски, как показано на рисунке ниже. Каждая бумажная полоска представляет собой одну лопатку турбины.
Шаг 4. Склейте все полоски вместе посередине, где они соединяются. Добавьте ленту с обеих сторон, спереди и сзади. С помощью взрослого просуньте кнопочку через ленту в центре вертушки.
Шаг 5. Используйте кнопочку, чтобы прикрепить эту вторую вертушку к ластику для карандашей. Убедитесь, что вертушка надежно закреплена, но все еще может поворачиваться с помощью кнопки.
Конструкция Вертушки 3
Шаг 1. Используйте другой лист бумаги, чтобы вырезать восемь треугольников, каждый из которых имеет основание 7 см и высоту 10 см. Для каждой пары треугольников поместите один треугольник поверх другого и выровняйте все края, затем склейте эти два треугольника вместе. Когда вы закончите, у вас должно быть четыре треугольника, каждый высотой 10 см с основанием 7 см.
Шаг 2. Сложите каждый из четырех треугольников по центру от его вершины к правому углу, а затем снова откройте их так, чтобы каждый лист бумаги имел форму буквы “V”.
Шаг 3. Разложите треугольники на столе так, чтобы они указывали в четырех разных направлениях и встречались в своих вершинах (кончиках). Затем свяжите все треугольники вместе в середине, где их вершины сходятся. Добавьте ленту с обеих сторон, спереди и сзади.
Шаг 4. С помощью взрослого просуньте кнопочку через ленту в центре вертушки.
Шаг 5. Используйте кнопочку, чтобы прикрепить вертушку к ластику для карандашей. Убедитесь, что вертушка надежно закреплена, но все еще может поворачиваться с помощью кнопки.
Наблюдения и результаты
В этом проекте вы разработали и протестировали 3 различных модели зубчатых колес. Каждая конструкция, которую вы тестировали, имела лопасти разной формы.
Вы должны были обнаружить, что первое вертушка со сложенными лопастями вращалась быстрее и плавнее всего, когда ее помещали перед вентилятором или на ветру. Лопасти в форме треугольника и прямоугольника, вероятно, вращались не так быстро и не так эффективно, как первый, который вы тестировали.
Разница в производительности каждой вертушки была из за различных по форме лопастей, которые вы тестировали. Конструкция лопастей первой вертушки позволяла каждой лопасти захватывать наибольшее количество воздуха при вращении. Чтобы понять, почему это заставило его двигаться быстрее, представьте себе пловца, мчащегося по воде. С каждым гребком хороший пловец будет держать руку закрытой и слегка сложенной чашечкой, чтобы попытаться захватить в руку как можно больше воды. Это позволяет пловцу “отталкиваться” от большего количества воды и продвигаться вперед. Вы можете себе представить, что если бы они растопырили пальцы и позволили воде течь, они не смогли бы так быстро протолкнуться через воду. Ваш первый дизайн вертушки основан на тех же принципах.
Заключение
Поскольку он сложен, он действует как карман для сбора воздуха. Чем больше воздуха он сможет собрать, тем эффективнее он будет перемещаться по стержню. Две другие конструкции вертушек не собирали воздух таким же образом, поэтому они не двигались так быстро или плавно, как первая конструкция.
Теперь, когда вы знаете основы конструкции лопасти ротора вертушки, попробуйте поэкспериментировать самостоятельно, чтобы сделать наиболее эффективное вертушку, которую вы можете!
На этом проекте каждый ученик награждается титулом STEAM, по двум категориям:
– Вы сами сделали модель ветрогенератора, вы настоящий инженер-технолог!
– Вы сами не только сделали разные варианты работ, но и поэксперементировали, сравнили и сдели выводы. Поздравляем, вы-молодой ученый инженер-дизайнер!
Оценивание
Критерий оценивания по PBL:
Project based learning (проектно-ориентированное обучение) — это метод обучения, при котором учащиеся приобретают знания и навыки, работая над одним проектом, для исследования и поиска ответа на подлинный, интересный и сложный вопрос, проблему или вызов.
.png)
