Der Aufbau einer Wasseruhr - Wissenschaft NetLinks
ein Feedback gesteuertes System (eine Wasseruhr) und Forschung Wege zu bauen, das Systemdesign zu verbessern.
Diese Aktivität sollte Schüler Begegnungen mit einfacheren Systemen, wie Bleistifte, Scheren, usw. In dieser Aktivität folgen, werden die Kursteilnehmer beginnen enger die Wechselwirkungen zwischen den Teilen eines Systems zu untersuchen. Das Hauptziel, die Schüler über Systeme lernen, ist nicht zu haben, sie über Systeme in abstrakten Begriffen sprechen, aber ihre Fähigkeit zu verbessern, um verschiedene Aspekte bestimmter Systeme bei dem Versuch, zu verstehen, oder sich mit dem ganzen System teilzunehmen.
Motivation
Beginnen Sie, indem wir Studenten der Woche WOW sehen: Wasser Uhr. Ein Video der größten Wasseruhr in Nordamerika, im Kind Museum of Indianapolis auf dem Display. Die Schüler sollten nach unten notiere und einige der Teile beschreiben, die die Wasseruhr bilden.
Wie sie lesen, Schüler bitten, die Antworten auf diese Fragen aufschreiben:
- Was sind die Teile eines Wasseruhr?
-
(Ein Oszillator [das Pendel], ein Frequenzteiler, ein Minutenzähler [die Minuten Discs], und eine Stunde counter [die Stundenkugeln]. Wasser von einer Pumpe im Keller, knapp unterhalb der Uhr ist, durch einen Rohrlauf gepumpt die Mitte des Takts in ein Reservoir an der Spitze. Das Wasser tropft dann an der Spitze auf eine Schaufel, die zu dem grün, schwingend Pendel verbunden ist. Das Pendel der Schaufel bewirkt, dass das Wasser in eine Reihe von Siphons dump. Das Siphons füllen und in die Kugeln Minuten entleeren. ein Siphon ist ein Rohr, in einem umgekehrten ‚U‘ -Form, das die Lösung nach oben fließen, bewirkt, ohne dass Pumpen, durch den Fall der Flüssigkeit versorgt, wie es das Rohr unter dem Zuge nach unten fließt von Schwerkraft.)
-
(Es könnte auch bei Tageslicht in der Nacht verwendet werden.)
-
(Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers ist sehr schwierig, genau zu steuern.)
Besprechen Sie die Antworten mit der Klasse.
Entwicklung
Wie ein Wasser Clock Works
Im ersten Teil der Aktivität, wird untersuchen, die Klasse, wie ein Wasser Uhr arbeitet und die Wirkung eines seines Variablen auf seiner Fähigkeit, eine genau gehende Uhr zu sein.
Fragen Sie die Schüler zu wählen, was sie als die wichtigsten Teile der Vorrichtung sein.
Verfahren
Gehen Sie wie folgt als Lehrer-geführten Exploration:
Besprechen Sie die Ergebnisse mit der Klasse mit Fragen wie die folgenden:
- Was sagen die Ergebnisse, die Sie? (Die Tropfgeschwindigkeit wird sehr viel, wenn der Wasserstand in dem Flaschenwechsel ändern.)
- Was bedeutet das Sie über eine Wasseruhr sagen? (Es ist vielleicht nicht sehr genau sein.)
Ein besseres Wasser Uhr
In diesem Teil der Aktivität, bauen die Schüler ein Feedback gesteuerte Robotersystem, das als Wasser Uhr funktioniert, die Zeit genau für mindestens zwei Stunden ohne menschlichen Eingriff halten.
Vorgehensweise: Teilen Sie die Klasse in Gruppen. Das Ziel für jede Gruppe ist es, eine Wasseruhr zu konstruieren, die Zeit genau (innerhalb von +/- 1%) hält für eine Intervention mindestens zwei Stunden ohne menschliches. Um dies zu erreichen, hat die Tropfrate aus der Flasche konstant. Eine Tropfrate von 10-15 ml / min gibt entsprechend genaue Daten (wenn das Volumen, das gemessen tropft out). An dieser Tropfgeschwindigkeit, 1-2 Liter Wasser in zwei Stunden gesammelt werden, und dies ist eine kleine genug Menge überschaubar. Da die Tropfrate sehr viel, wenn der Wasserstand in dem Flaschenwechsel ändern wird, muss der Wasserspiegel in der Tropfflasche ziemlich konstant gehalten werden, um die Tropfgeschwindigkeit konstant zu halten.
Bietet die Studierenden einige Zeit in der Klasse und außerhalb der Klasse, die Konzepte für ihre Roboter zu entwickeln, überprüfen ihre Ideen sicher sein, sie die Design-Kriterien erfüllen und sind sicher, und geben Sie dann mindestens eine oder zwei Perioden in-Class-Zeit für einen Teil der die Konstruktion, man kann so beurteilen, wie die Gruppenmitglieder arbeiten zusammen und Ermutigung und Stärkung ihrer Ideen zur Verfügung zu stellen.
Die fertigen Roboter müssen einen prominenten Zeichen des Umrechnungsfaktors von Volumen Wasser gesammelt Minuten vom Beginn der Sammlung geben.
Die Schüler sollten ihre fertigen Roboter der Klasse vor. Jedes Projekt sollte durch einen schriftlichen Bericht beigefügt, die ihre Design-Details, einschließlich der Zeichnungen veranschaulichen und den Namen aller Teile des Robotersystems sie entworfen haben.
Bewertung
Die tatsächliche Prüfung des fertigen Roboters könnte eine Veranstaltung für die ganze Schule sein, wie jeweils in zwei oder drei zufälligen Zeiten während eines zweistündigen Laufes getestet, um zu sehen, ob es an der Zeit innerhalb des angegebenen +/- 1% über die gesamte hält Periode.
Um Push Kreativität Student, möchten Sie vielleicht für Roboter einige besondere Auszeichnungen und Anreize zur Einrichtung laufen vollständig durch die Schwerkraft oder durch Federn oder durch Elektromotoren und / oder für Geräte, die die verstrichene Zeit kontinuierlich zeigen. Ihre eigene Kreativität in dieser Hinsicht sollte nur durch das beschränken, was vernünftigerweise in Ihrer Schule. Je breiter die Palette von Optionen erlaubt, desto mehr alle darüber erfahren, was mit Robotern möglich ist.
Erweiterungen
Besuchen Sie die Franklin Institute Robo-Spot mehr auf Robotik und Links zu einer Vielzahl von Roboter-Ressourcen. Studenten, die daran interessiert sind, tun Forschungsberichte oder Science Fair Projekte auf Robotik können diese Links als Ausgangspunkt verwenden.