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Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 5 Paquete del Plan de Estudios

Cuñav2.0

IntroducciónEsta lección Kid Spark STEM-Maker utilizará los siguientes pasos para aprender acerca de las cuñas.

Plan de Estudios

Elementos de una cuñaPropósito de una cuñaAplicaciones en la vida realVentaja mecánica en la cuña

1. Aprender2. Construir& Modificar

3. Diseñar &Construir

Construir una cuñaProbar una cuñaModificar una cuña para incrementar la ventaja mecánica de 3:1 a 9:1

Diseñar y construir una cuña personalizados para resolver un desafío

o o

Objetivos del Aprendizaje

Comprender los elementos básicos y el propósito de una rueda y un eje.

Tener una comprensión conceptual básica de la ventaja mecánica.

Calcular la cantidad de ventaja mecánica en una rueda y un eje.

Modificar una rueda y un eje para aumentar la ventaja mecánica.

Diseñar y construir una rueda y un eje personalizados para resolver un desafío.

Recursos

Lab deLabSnapStack

*4 Estudiantes por Lab

AdvancedProjects Lab

*4 Estudiantes por Lab

RobóticaProgramable

*4 Estudiantes por Lab

Términos Principales

Máquina Simple: un dispositivo que transmite o modifica la fuerza o el movimiento.

Cuña: Es un tipo de rampa que se mueve, se usa para separar material, levantar un objeto, o mantener un objeto en su lugar

Rampa: una superficie de apoyo plana inclinada en un ángulo, con un extremo más alto que el otro, utilizado como ayuda para subir y bajar una carga. También se conoce como pendiente.

Elevación: la altura vertical de una rampa desde la base hasta su punto mas alto.

Separación: dividir o separar un objeto.

Ventaja Mecánica: la cantidad que una máquina multiplica la fuerza.

Fuerza: tirar o empujar.

Trabajo: usar una fuerza para mover un objeto a una distancia.

Esfuerzo: una fuerza aplicada a una máquina para hacer el trabajo.

Carga: el objeto o peso que se mueve o levanta.

2

2cm

18cm

9 Aberturas

6cm

3 Aberturas

2cm

2cm

Fundamentosde Construcción

Conceptos Básicos de Construcción Kid Spark

Los siguientes consejos serán de utilidad al utilizar el Sistema de Diseño e Ingeniería del Estudiante de Kid Spark.

Conexión/Separación de los ROK Blocks:

Los ROK Blocks usan un sistema de ajuste por fricción, pirámide y abertura para conectarse. Simplemente presione las pirámides en las aberturas para conectarse. Para separar los bloques, tire de ellos.

Conexión/Separación de los Componentes Kid Spark:

Los componentes Kid Spark más pequeños usan una pestaña y un sistema de abertura para conectarse. Coloque en ángulo una pestaña en la abertura, y luego insértela. Para separar el componente, inserte la llave en la ranura y gírela.

Ajuste Entre las Aberturas:

Las pestañas de los componentes Kid Spark también se pueden ajustar entre las aberturas para brindar un soporte estructural a un diseño. Esto también permitirá que ciertos diseños funcionen correctamente.

Colocar una Cuerda:

En algunos casos, puede ser necesario utilizar una cuerda en un diseño. Coloque una cuerda a través de la abertura e inserte cualquier componente Kid Spark con pestañas o pirámides en esa abertura. Asegúrese que las pestañas estén perpendiculares a la cuerda para lograr un ajuste ceñido.

Medición:

La dimensión exteriores de cada bloque conector Kid Spark es de 2 cm3. Esto significa que la longitud, profundidad y altura es de 2 cm cada una. Para determinar el tamaño de una construcción Kid Spark en centímetros, simplemente cuente la cantidad de aberturas y multiplique la cantidad por dos. Repita este proceso para la longitud, profundidad y altura.

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Propósito de una Cuña

Separación

Elevación

Mantener

Aplicaciones en la Vida Real

Las cuñas se utilizan de diferentes maneras para facilitar el trabajo. Aquí hay algunos ejemplos de la vida real.

Hacha Cincel Clavo Espátula Cuchillo Tope para Puerta

Cuña Simple Cuña Doble

Ejemplo 1: Separación

Ejemplo 2: Elevación

Example BEjemplo 3: Mantener

Esfuerzo

Fuerzade Salida

Ele

vac

ión

Pendiente

Thickness

Pen

die

nteP

endiente

Aprender

La Cuña

Una cuña es un tipo de rampa que se mueve. Una cuña puede ser un Cuña Simple (una pendiente) o una Cuña Doble (dos pendientes). Una sola cuña es similar a un triángulo en ángulo recto y está definida por su y elevación, en relación con la base pendienteque es perpendicular a la elevación. Una doble cuña es similar a un triángulo isósceles y se define por su y grosor.pendiente

La cuña se puede usar para separar, levantar y mantener objetos juntos. Cuando se usa una cuña, la cantidad de esfuerzo necesaria se reduce a medida que aumenta la longitud de la pendiente (o pendientes). Fuerza

de Salida

EsfuerzoEsfuerzoFuerza

deSalida

Esfuerzo

Fuerzade Salida

Fuerzade Salida

Una cuña se puede usar para separar porciones de un objeto. En el ejemplo 1, se está forzando una doble cuña en un objeto para dividir el objeto en dos piezas. A medida que se aplica el esfuerzo a un extremo de la cuña, el otro extremo se desliza a través del objeto y obliga al objeto a separarse entre la longitud de la pendiente (o pendientes).

Una cuña se puede usar para levantar un objeto. En el ejemplo 2, dos cuñas simples se empujan una hacia la otra para elevar la plataforma. A medida que se aplica esfuerzo a las cuñas, las pendientes de las dos cuñas obligan a la plataforma a elevarse verticalmente.

Una cuña se puede utilizar para mantener objetos en su lugar. En el ejemplo 3, dos uñas (cuña doble) se deslizan a través de dos tablones para mantenerlos juntos.

4

1 2

4x Travesaño

1x Bloque de Un Broche

6x Bloque

2x Medio Travesaño

1x Bloque de Un Broche

2x Tarima

2x Bloque

1x Bisagra

1x Medio Travesaño

1x Polea

3 4

1x Rueda de Presión

2x Ménsula

1x Banda Elástica

1x oBloque de 30

2x Bloque de Un Broche

2x Ménsula

Instrucciones

Siga las instrucciones paso a paso para construir una cuña.

Construir& Modificar

5

5 6

2x Travesaño

2x Bloque de Un Broche

4x Bloque

1x Medio Travesaño

1x Bloque

1x Medio Travesaño

7 8

2x Bloque de Un Broche

2x Eje

1x Travesaño

2x Bloque

1x Ménsula

1x Ménsula

1x Rueda de Presión

Instrucciones

Siga las instrucciones paso a paso para construir una cuña.

Construir& Modificar

6

9

Instrucciones

Siga las instrucciones paso a paso para construir una cuña.

Construir& Modificar

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Probar y Modificar la Cuña

Siga las instrucciones para probar y modificar el modelo de la cuña.

Agarre los mangos 1 y 2, luego deslice la cuña ( ) hacia la punta de la Tarima de esfuerzoResistencia ( ). Después de que las puntas de Cargala cuña y la tarima de resistencia se tocan, mida la distancia entre los Ganchos Calibradores de Distancia. Deslice la cuña en la tarima de resistencia y observe cómo se eleva a una cierta altura en el Calibrador Vertical.

Probar la Cuña

Cuña: Elevación de la Carga

Carga

Asidero 1

Asidero 2

Calibrador Vertical

EsfuerzoCuña

Modificar la Cuña

Wedge: Raising Load

Carga

Asidero 1

Asidero 2

Calibrador Vertical

EsfuerzoCuña

Construir& Modificar

Cuña( )Esfuerzo

Cuña( )Esfuerzo

Tarima de Resistencia( )Carga

Tarima de Resistencia( )Carga

Gancho Calibradorde Distancia

Gancho Calibradorde Distancia

Baje la elevación de la cuña tres bloques como se muestra en la ilustración de la derecha. Agarre los Asideros 1 y 2, luego deslice la Cuña ( ) hacia la Esfuerzopunta de la Tarima de Resistencia ( ). Después de Cargaque las puntas de la cuña y la tarima de resistencia se toquen, meda la distancia entre los Calibradores de Distancia. Deslice la cuña en la tarima de resistencia y observe cómo se eleva a una cierta altura en elCalibrador Vertical. Observe cuánta distancia de más tiene que recorrer la cuña para elevar la tarima de resistencia a la misma altura que el modelo anterior. También puede observar que la cantidad de esfuerzo necesario para elevar la tarima de resistencia se ha reducido.

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Comprender la Ventaja Mecánica

El objetivo principal de una máquina simple es facilitar el trabajo. Esto significa redirigir el movimiento o crear una ventaja mecánica. La Ventaja Mecánica existe cuando la fuerza de salida de una máquina es mayor que la fuerza de entrada que se le aplicó. Para lograr esto, la máquina debe cambiar un mayor tiempo o distancia por un menor esfuerzo.

Ejemplo 1: Cuña

Pendiente

Elevación

VentajaMecánica =

Fórmula: Cuña Simple

Ele

vac

ión

Pendiente

Cuña Simple

Ele

vac

ión

8 B

loq

ue

s (

16

cm

)

Pendi

ente

10 B

loqu

es (2

0 cm

)

Cuña Doble

Ejemplo 2: Cuña Modificada

Ele

vac

ión

5 B

loq

ue

s (

10

cm

)

Pendiente

10 Bloques (20 cm)

Grosor(5 cm)

Grosor=

Fórmula: Cuña Doble

Cuña Doble

Fuerzade Salida

Pen

die

nte

(20

cm

)

Pen

dien

te

(20

cm)

Construir& Modificar

Calcular la Ventaja Mecánica

La cuña reduce la cantidad de esfuerzo necesario para separar, elevar o sostener un objeto al crear una ventaja mecánica. Esto se hace introduciendo la cuña en un objeto y usando la inclinación de la cuña para forzar el objeto, o una parte separada del objeto, en una dirección diferente. La cantidad de esfuerzo necesario para deslizar la cuña se reduce a medida que aumenta la longitud de la pendiente. Para determinar cuánta ventaja mecánica existe en una sola cuña, divida la longitud de la pendiente por la altura de la elevación.

Comprender el Modelo de Cuña

El modelo Kid Spark que se construyó demuestra cómo se puede usar una cuña para reducir la cantidad de esfuerzo necesario para levantar o separar un objeto. En la primera cuña que se construyó (Ejemplo 1), la pendiente de la cuña fue de 10 bloques (20 cm), y la elevación fue de 8 bloques (16 cm). Divida 20/16 y esto le dará una ventaja mecánica de 1.25: 1. Esto significa que la tarima de resistencia aumentará 1 unidad de medida por cada 1.25 unidades de medida que recorra la pendiente de la cuña. A medida que la cuña se introduce en la tarima de resistencia, obliga la tarima de resistencia a subir la pendiente. Ya que la pendiente es una distancia más larga que la elevación, la cantidad de esfuerzo que debe aplicarse a la cuña se reduce.

En la cuña modificada (Ejemplo 2), la pendiente se quedó en 10 bloques (20 cm), pero la elevación se redujo a 5 bloques (10 cm). Divida 20/10 y esto le dará una ventaja mecánica de 2:1. Esto significa que la tarima de resistencia aumentará 1 unidad de medida por cada 2 unidades de medida que recorra la pendiente de la cuña. Esta modificación requiere que la tarima de resistencia recorra una distancia mayor, pero la cantidad de esfuerzo que se debe aplicar a la cuña se ha reducido.

Una doble cuña incluye dos pendientes. Cuando la doble cuña se introduce en un objeto, separa el objeto y obliga a ambos lados del objeto a elevarse por las pendientes de la cuña. Esto significa que la mitad de la fuerza de entrada va a cada lado de la cuña. Para calcular cuánta ventaja mecánica existe en una cuña doble, divida la longitud de la más larga por el grosor pendientemáximo de la cuña. En la cuña doble que se muestra a la derecha, ambas de la cuña son de 20 cm, mientras pendientesque el grosor es de 5 cm. Divida 20/5 y esto le dará una ventaja mecánica de 4. Esto significa que a medida que la cuña se impulsa hacia un objeto, el objeto se separará 1 unidad de medida por cada 4 unidades de medida que cada lado se fuerce hacia arriba de las pendientes de la cuña. que la tarima de resistencia recorra una distancia mayor, pero la cantidad de esfuerzo que se debe aplicar a la cuña se ha reducido.

Pendiente

Fuerzade Salida

Fuerzade Salida

VentajaMecánica

El Proceso deDiseño &

IngenieríaKid Spark

Identificarel Desafío

Lluvia deIdeas &

Soluciones

Construirel Prototipo

Prueba &Mejora del

Diseño

Explicar elDiseño

9

4xBloque

8x Bloque de Un Broche

Carretera del Puente

6x Tarima

Proceso de Diseño e Ingeniería

Desafío de Diseño e Ingeniería: Cuña

En este desafío, cada equipo debe diseñar y construir un puente levadizo personalizado que incluya una cuña. Lea cuidadosamente el resumen del diseño y utilice el proceso de diseño e ingeniería para desarrollar una solución para el desafío.

Diseñar &Construir

Para desarrollar un diseño de alta calidad, los equipos trabajarán a través de cada paso del proceso de diseño e ingeniería. Los equipos deben registrar el avance en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante.

Proceso de Diseño e Ingeniería Libro de Trabajo de Ingenieríadel Estudiante

Resumen del Diseño: Escenario

Desafío de Diseño e Ingeniería

* Las instrucciones para construir la carretera del puente serepresentan en la imagen de la derecha.

Especificaciones y Desafíos Secundarios

Hay un viejo puente en ROK Road que necesita ser reemplazado. Fue construido hace mucho tiempo y es demasiado bajo para que los veleros pasen por debajo con seguridad. Debido a la creciente cantidad de veleros en el área, la ciudad está buscando construir un nuevo puente que pueda elevarse y bajar cuando sea necesario.

Su desafío es diseñar y construir un elevador personalizado equipado con una cuña que puede elevar y bajar una carretera del puente, para permitir que los veleros pasen por debajo de manera segura.

1. Los equipos pueden trabajar en grupos hasta cuatro para completar este desafío.

2. Los equipos deben trabajar en cada paso del proceso de diseño e ingeniería para diseñar, hacer el prototipo y afinar un puentelevadizo. Los equipos serán responsables documentar por escrito la información el Libro de Trabajo de ingeniería del Estudiante.

3. Desafío Secundario: El sistema de elevación debe tener una cuña (o cuñas) que creen una ventaja mecánica.

4. Desafío Secundario: El sistema de elevación debe contar con un mecanismo para bloquear la carretera cuando se logre laposición vertical deseada.

5. Desafío Secundario: El sistema de elevación debe elevar la carretera al menos 12 cm por encima de la superficie.

5. Desafío Secundario: con cada componente de la estructura que tiene un costo de $2, el sistema de elevación debe costar menosde 180. Los componentes utilizados para construir la carretera del puente no cuentan para el presupuesto.

6. El puente y el sistema de elevación deben estar bien equilibrados, estructuralmente fuertes y estéticamente atractivos.

7. Cada equipo debe explicar de manera efectiva todos los aspectos de lluvia de ideas, creación de prototipos, pruebas y mejora deldiseño.

Especificaciones

Funcionamiento

Colaboración en Equipo

Calidad/Estéticadel Diseño

Cumple todas lasespecificaciones

No cumple con lasespecificaciones

Cumple algunasespecificaciones

Cumple con la mayoríade las especificaciones

El diseño funcionaconsistentemente bien

No cumple con lasespecificaciones

El diseño funcionaparcialmente

El diseño funciona bienen general

Cada miembro delequipo contribuyó

El equipo no trabajójunto

Algunos miembros delequipo contribuyeron

La mayoría de losmiembros del equipocontribuyeron

Excelentediseño/estética

Diseño/estéticapobre

Diseño/estéticapromedio

Buendiseño/estética

En Presupuesto($180 o Menos)

Muy por Encima delPresupuesto (+$196

Por Encima delPresupuesto($186 – $195)

Ligeramente Arriba delPresupuesto($181 – $185)

Excelente presentación/bien explicada

No hubo presentación/explicación

Presentación/explicación regular

Buena presentación/bien explicada

Costo delMaterial

Presentación

Puntos

Total de Puntos

Avanzado5 Puntos

Eficiente4 Puntos

/30

Guía deCalificación

Parcialmente Eficiente3 Puntos

No Fue Eficiente0 Puntos

1055-01227-200 ES

Evaluación del DesafíoCuando los equipos hayan completado el desafío de diseño e ingeniería, se debe presentar al maestro y a los compañeros de clase para su evaluación. Se calificará a los equipos según los siguientes criterios:

Diseñar &Construir

Especificaciones: ¿El diseño cumple con todas las especificaciones como se indica en el resumen del diseño?

Funcionamiento: ¿Qué tan bien funciona el diseño? Funciona de manera consistente?

Colaboración del Equipo: ¿Qué tan bien trabajó el equipo? ¿Cada alumno puede describir cómo contribuyeron?

Calidad/Estética del Diseño: ¿El diseño es de alta calidad? ¿Es estructuralmente fuerte, atractivo y bien proporcionado?

Costo del Material: ¿Cuál fue el costo total del diseño? ¿El equipo pudo mantenerse dentro o por debajo del presupuesto?

Presentación: ¿Qué tan bien comunicó el equipo a los demás todos los aspectos del diseño?