Серия - Простые механизмы
Изучите и осознайте, что передаточное отношение одного шкива к другому определяется размером шкивов
Время : 45-90 мин.
Сложность: продвинутая
Классы 1-5
Вступление
( 5-10 минут )
Сэм и Салли любят ходить на ярмарку. Там есть забавный аттракцион Crazy Floors, где нужно хорошо держать равновесие. Полы сумасшедшие! Они вращаются с разной скоростью и в разных направлениях. Весело поворачиваются и нужно стараться не закружиться или не упасть.
- А вы хорошо держите равновесие?
- Вы когда-нибудь видели, как двигаются полы?
- Какой простой механизм нужен, чтобы аттракцион вращался?
Давайте построим Безумные Полы!
Строим
( 10-15 минут )
1. Сначала постройте модель Crazy Floors D6 и заставьте ее вращаться.
Следуйте инструкциям по сборке D, страницы с 34 по 54, шаги с 1 по 22.
Когда модель Crazy Floors D6 будет собрана, проверьте следующее:
Поверните желтую ручку, чтобы заставить Crazy Floors вращаться.
Убедитесь, что Сэм и Салли надежно закреплены.
Посмотреть инструкцию
Примечание.
Убедитесь, что Сэм и Салли размещены так, как показано на модели.
Подсказка:
Учащимся следует напомнить, что ведущее колесо — это шкив, вращаемый внешним усилием, в данном случае вашей рукой, вращающей желтую ручку.
______________________________________________________
Смотрим
( 10-15 минут )
2. Подсчитайте количество шкивов на модели.
3. Затем внимательно посмотрите на изображения моделей и сравните Crazy Floors Model D6 с Crazy Floors Model D7.
Обведите кружком то, что отличается.
Что вы заметили? Объясните, чем отличаются модели.
Учащиеся должны заметить разницу в расположении шкивов на модели D6 по сравнению с моделью D7.
4. Далее внимательно посмотрите на фотографии моделей и сделайте прогноз.
Если я сравню модель D6 с моделью D7, то я думаю, что модель Crazy Floors (D6/D7) покажет большую разницу в повороте (скорости вращения) между стороной Сэма и стороной Салли.
Попросите учеников обсудить своими словами влияние различных схем расположения шкивов на сумасшедшие полы. Для прогноза правильным ответом будет модель D7, так как она покажет разницу в скорости вращения сумасшедших полов с каждой стороны модели. Модель D6 имеет соотношение 1:1, и обе стороны модели будут двигаться (поворачиваться) с одинаковой скоростью. Однако неважно, дадут ли ученики правильный или неправильный ответ на этом этапе, важно только то, что они должны сделать прогноз, который можно будет проверить позже.
5. Испытайте модель Crazy Floors D6.
Если вы хотите, чтобы Сэм или Салли сделали полный оборот, сколько раз вам нужно повернуть ручку?
Попросите учеников понаблюдать за начальной точкой ручки и за начальными позициями Сэма и Салли на Crazy Floors. *Поощряйте их пробовать больше одного раза, чтобы убедиться, что их наблюдения верны. Учащиеся должны записать свой ответ в пустом поле рядом с ручкой.
Студентам придется повернуть ручку примерно четыре раза, чтобы модель Crazy Floors D6 повернулась один раз, но из-за проскальзывания ответы могут отличаться. Если студенты работали с принципиальными моделями для шестерен, они должны знать, что угловая передача под Crazy Floors позволяет вращательному движению передаваться под углом 90 градусов.*
Примечание.
Если возможно, сохраните образец Crazy Floors Model D6, чтобы учащиеся могли сравнить его с Crazy Floors Model D7.
6. Постройте модель Crazy Floors Model D7 и заставьте ее вращаться.
Следуйте инструкциям по сборке D, страница 56, шаг 1.
Аккуратно возьмитесь за один из элементов пола, чтобы остановить его вращение, и вы почувствуете, как проскальзывает ремень шкива.
Попросите учащихся определить части, пока они тестируют модель. Учащиеся могут узнать о «проскальзывании» (см. Глоссарий), осторожно удерживая элемент пола, чтобы предотвратить его вращение, так как это приводит к проскальзыванию прикрепленного ремня шкива.
Посмотреть инструкцию
7. Испытайте модель Crazy Floors D7.
Какая сторона Crazy Floors будет двигаться быстрее, сторона Сэма или сторона Салли?
Попросите учеников обратить внимание на начальные положения как ручки, так и минифигурок. Поощряйте их пробовать больше одного раза, чтобы убедиться, что их наблюдения верны. Учащиеся должны написать F для быстрого и S для медленного. Различные расположения шкивов обеспечивают разные скорости вращения для Сэма и Салли. Ведущее колесо прикреплено к ручке, и, таким образом, на стороне, где стоит Сэм, есть повышающее расположение шкива. Сэм поворачивается с гораздо большей скоростью (= F, для быстрого), чем понижающее расположение шкива на стороне, где стоит Салли, которое поворачивается с гораздо меньшей скоростью (= S, для медленного).
8. Наконец, сделайте вывод и проверьте свой прогноз.
Модель Crazy Floors D7 имеет большую разницу в скорости вращения Crazy Floors из-за разного расположения шкивов.
9. Оценка
Учащиеся используют рубрику самооценки для оценки своей работы. Каждая рубрика включает четыре уровня достижений. Цель состоит в том, чтобы помочь учащимся задуматься о том, что они сделали хорошо, а что они могли бы сделать лучше.
Развиваем идею
( 10-15 минут )
Студентам предлагается изучить схемы расположения блоков, показанные на рабочем листе, и записать свои наблюдения.
Примечание.
В комплект не входят инструкции по сборке, которые могли бы помочь ученикам пройти этап «Развиваем идею», за исключением иллюстрированных предложений на рабочем листе ученика.
Поощряйте своих учеников обсуждать своими словами эффекты, которые расположение шкивов будет иметь для Crazy Floors, задавая им такие вопросы, как:
- Опишите, что произошло, когда вы повернули ручку.
- Сколько раз вам пришлось повернуть ручку, чтобы заставить Crazy Floors повернуться один раз? Как вы думаете, почему?
- Опишите, как работает модель.
- Что вы сделали, чтобы убедиться, что ваши наблюдения были правильными?
Учащимся предлагается рисовать предметы там, где они находят шкивы, используемые в повседневных машинах и механизмах.
Дополнительно
С более продвинутыми студентами вы можете рассмотреть введение составных ременных передач. Шкивы двух разных размеров на одной оси могут быть соединены с другими шкивами для создания более обширных понижающих (и повышающих) схем.