Min Maskin! TIP 120 minutter

Transkript

1 Lærerveiledning Passer for: Varighet: Min Maskin! TIP 120 minutter Min Maskin! er et program hvor elevene lærer om grunnleggende bruk av hydrauliske prinsipper. Elevene skal bruke noe av det de kan om hydraulikk til å løse en oppgave på best mulig måte. Andre mekaniske prinsipper må også tas hensyn til mens de konstruerer maskinen sin. Det beste er at elever og lærere er forberedt når de kommer på INSPIRIA science center. Lærerveiledningen inneholder viktig informasjon om skoleprogrammet, og det er derfor fint om den blir lest i god tid før besøket. Vi ønsker at lærerne skal få en best mulig opplevelse og læringsutbytte av å ta med klasser til senteret. Vi oppfordrer til aktivt å ta del i opplegget sammen med elevene. Skoletilbudet til INSPIRIA science center er ment å være en integrert del av opplæringen. Ved å utføre for- og etterarbeid til programmet vil elevenes læringsutbytte økes, og lærerne vil kunne benytte aktivitetene som et verktøy til å nå konkrete mål i kunnskapsløftet. 1

2 Hovedområder og kompetansemål fra kunnskapsløftet: Produksjon Eleven skal kunne Forklare gangen i en arbeidsoppgave fra idé til sluttprodukt Tekniske tjenester Eleven skal kunne Tolke og forklare arbeidsoppgaver Kople opp og teste enkle styringssystemer basert på hydraulikk og pneumatikk Forarbeid Før besøket på INSPIRIA science center skal elevene ha utført enkelte aktiviteter og ha kjennskap til en del begreper knyttet til skoleprogrammet. Nedenfor følger aktivitetene og begrepene. Aktiviteter 1. Vektstangprinsippet Belastningen på delene av en hydraulisk krankonstruksjon, og kreftene som kreves for forflytning av last, er avhengige av særlig to prinsipper: Vektstang og hydraulikk. Disse to prinsippene brukes sammen, alt etter hva man ønsker å oppnå av forflytning. De to prinsippene har i utgangspunktet visse likhetstrekk: Begge gir et bestemt forhold mellom kreftene som kreves, og lengden på forflytningen. Fordelene med vektstangbruk i en krankonstruksjon er at man kan konvertere korte bevegelser til lengre bevegelser, dersom man har nok kraft tilgjengelig. Fordelen med hydraulikk er muligheten for korte bevegelser med stor kraft. Kombinerer man disse to prinsippene kan man få til store bevegelser med stor kraft, og dermed flytte tyngre last lengre enn ved bruk av ett av prinsippene alene. For best mulig bruk av disse to prinsippene sammen, er man nødt til å finne kompromisser, eller skjæringspunkter, der kreftene virker optimalt sammen. Konstruksjonen må tilpasses slik at man får passe vektstang på arm og bom i forhold til kreftene man har til rådighet fra hydraulikken. Dette kan gjøres på flere måter, og det kan være greit å ha kontroll på både vektstangprinsippet og hydraulikk før man skal bygge en kran på INSPIRIA. Vektstangprinsippet er det mest benyttede mekaniske prinsippet på alt av maskiner og verktøy. La elevene finne og beskrive hvordan prinsippet er i bruk på det verktøyet og de maskinene de arbeider med. Det lønner seg særlig å se på hvordan prinsippet brukes på bom og arm på gravemaskiner og kraner. 2

3 2. Hydraulikk Av praktiske årsaker brukes hydraulikk som regel bare til å foreta moderate bevegelser med stor kraft. Det er begrenset hvor store sylindre og stempler kan lages. På INSPIRIA får elevene leke litt med prinsippene bak hydrauliske maskiner. Hydraulikk brukes der man på en sikker måte ønsker å overføre stor kraft, og finnes nesten overalt rundt oss. La elevene utforske noen maskiner med tanke på hvor hydraulikk brukes: Hvor brukes for eksempel hydraulikk på en bil? La elevene fundere på hvorfor man velger hydraulikk foran andre kraftoverføringsmetoder. Bakgrunnsinformasjon og begreper Vektstangprinsippet er et fundamentalt prinsipp i alt av maskiner. En vektstang er en stang som kan dreie om en akse eller et punkt, og som påvirkes av dreiekrefter i motsatte retninger. Størrelsen på en enkelt dreiekraft kalles dreiemomentet. Så lenge stangen påvirkes av to motsatt rettede og like store dreiemomenter, er den i ro. Om dreiemomentene ikke er like store, vil stangen bevege seg i retningen til det største dreiemomentet. Vektstangformelen sier at så lenge vektstangen er i ro, er kraft ganger kraftens arm lik last ganger lastens arm. Omsatt til et matematisk uttrykk kan dette skrives: F 1 *D 1 = F 2 *D 2, der F1 er kraften på vektstangens ene side og D1 er avstanden fra punktet der kraften F1 virker til vippepunktet, mens F2 er kraften på vektstangens andre side og D2 er avstanden fra punktet der kraften F2 virker til vippepunktet. Figuren under illustrerer formelen: 3

4 Første-, andre- og tredjeklasses vektstang får navn ut fra hvor påvirkningskraft og resultatkraft er i forhold til vippepunktet: Førsteklasses vektstang har vippepunktet plassert mellom påvirkningskraft og resultatkraft, som for eksempel på en dumphuske: Andreklasses vektstang har resultatkraften plassert mellom påvirkningskraft og vippepunkt som for eksempel på en trillebår: Tredjeklasses vektstang har påvirkningskraften plassert mellom resultatkraft og vippepunkt som for eksempel på en pinsett: Trykk er et mål på kraft per arealenhet, og kan oppgis i Newton per kvadratcentimeter, men andre måleenheter er også i bruk siden dette er en måleenhet sammensatt av enheter for kraft og areal. Hydraulikk brukes om praktisk anvendt fluidmekanikk. Hovedkomponentene i et hydraulisk system er pumpene og aktuatorene. Pumpen skaper trykk i systemet. Aktuatoren består av et stempel og en råde som er plassert i en sylinder. Differansen mellom trykket i sylinderen og kraften som trykker på råden fra utsiden av sylinderen skaper bevegelse i aktuatoren. Stempelet drives inn eller ut, alt etter hvilken retning differansen går i. Dette gjør aktuatoren kortere eller lengre, og dermed overføres kraft i en ønsket retning. 4

5 Hydraulikkslanger er slanger som er laget for å tåle høyt trykk, og overfører energi eller kraft i et hydraulisk system, i motsetning til vanlige slanger, som transporterer gass eller væske. En hydraulikkslange kan ha en aktuator i hver ende, eller en pumpe i den ene enden og en aktuator i den andre enden. Etterarbeid Aktiviteter 1. Rapport Etter at klassen har vært på INSPIRIA science center og gjennomført skoleprogrammet Min Maskin! skal elevene skrive en rapport fra øvelsen. Rapportskriving skaper rom for refleksjon og bevisstgjøring i forhold til egne holdninger omkring tema. Læringsutbyttet vil garantert øke hos den enkelte elev ved føring av rapport. Lenger bak i lærerveiledningen følger hovedpunkter som rapporten bør inneholde. 2. Refleksjonsnotat Refleksjon etter vel gjennomført skoleprogram på INSPIRIA science center øker læringsutbyttet betraktelig. Elevene skriver et refleksjonsnotat som skal omhandle egne betraktninger og ny lærdom. Det er både hyggelig og ønskelig at klassen sender en kopi av de utfylte refleksjonsnotatene eller et lite utvalg av refleksjonsnotatene til INSPIRIA. Refleksjonsnotatet vil kunne brukes til å evaluere skoleprogrammet, og til forskning på læringsutbytte, da uten å publisere navn på elever eller lærere. Refleksjonsnotatene sendes til: skole@inspiria.no Sist i lærerveiledningen følger en kopieringsmal for refleksjonsnotatet. 5

6 Kopieringsmal Etterarbeid 1. Rapport Rapport: Min maskin! Skole, navn, gruppe, dato 1. Hensikt Oppgavens hensikt skal beskrives kort og konsist. Hva var oppgaven som skulle løses? 2. Teori Gjør rede for den teoretiske bakgrunnen. Hvilke prinsipper baserte du løsningen din på? 3. Materialer og metoder Beskriv utstyr og fremgangsmåte, bruk gjerne bilder. 4. Resultater Beskriv resultater. 5. Diskusjon Resultatene diskuteres. De viktigste feilkildene skal nevnes. Ta med eventuelle forslag til forbedringer av metoder. Hvilke fordeler og begrensninger ligger i det utstyret du hadde tilgjengelig? 6 Konklusjon Konklusjon på oppgaven som ser tilbake på oppgavens ordlyd og hensikt. Hvilket læringsutbytte har forsøket gitt? Var forsøket vellykket? Vedlegg Dersom det er observasjoner eller beregninger som er for omfattende til å ta med i resultatdelen skal disse legges ved som vedlegg. Litteraturreferanser Referanselisten skal angi all litteratur som er benyttet i forbindelse med gjennomføring av forsøket og rapportskrivingen. 6

7 Kopieringsmal Etterarbeid 2. Refleksjonsnotat Refleksjonsnotat Navn på skoleprogrammet; Navn; Skole; Klassetrinn; Dato; 1. Gi en kort beskrivelse av programmet; 2. Hva var hensikten med programmet? 3. Hva er de 3 viktigste tingene du har lært? 4. Hvordan er kunnskapen nyttig å ha med seg videre i livet? 7