Ingeniería de alto vuelo Teach article

Traducción de Elisa López Schiaffino. Diseñar un planeador les permite a los estudiantes investigar las fuerzas que actúan sobre el planeador, y los ayuda a comprender cómo es ser un ingeniero.

Mary y Michael tienen buenas ideas, pero les resulta difícil implementarlas. Necesitan la ayuda de tu clase para hacer volar un planeador en línea recta desde una ventana hasta otra.

Durante aproximadamente tres horas y media, los estudiantes (de entre 9 y 12 años) trabajarán juntos en pequeños grupos para explorar las fuerzas que permiten que las máquinas pesadas —como los planeadores— puedan volar, averiguarán cuáles son los materiales apropiados para el diseño, y luego diseñarán y pondrán a prueba los planeadores que han hecho ellos mismos.

El desafío de diseñar aviones de papel como un ingeniero

Materiales

• Pegamento
• Cinta de enmascarar (cinta adhesiva protectora)
• Sujetapapeles
• Arcilla para modelar
• Cordel
• Tijeras
• Cinta métrica
• Cuerda para jugar al tira y afloja

Para construir el lanzador:

• Cartón grueso
• Elástico

Para construir el planeador:

• Plantilla estándar de fuselaje^w1
• Pajitas (tubos delgados para sorber refrescos o usar en manualidades)
• Palos de helado
• Papel bien enrollado, puede ser papel común o de periódico
• Papel de calcar
• Periódicos
• Bolsas plásticas de poco espesor
• Tela de poco espesor

Puede descargar información adicional, instrucciones e imágenes de la sección de materiales adicionales.

Procedimiento

Antes de la clase, el docente debe:

• Construir uno o más lanzadores (véanse las instrucciones en línea^w1) para probar los planeadores.
• Preparar suficientes fuselajes para toda la clase (véanse las instrucciones en línea^w1).
• Preparar un par de zonas de prueba en el piso, para lo cual debe marcar con cinta de enmascarar una línea de lanzamiento y una línea perpendicular de 3 m.

Correo electrónico de Mary

De: michaelandmary@monotreme.co.uk

Para: Pegasusyr5

Asunto: Por favor ayúdennos

Archivo adjunto: Imagen de nuestra calle.jpg

__________________________________

Querida clase de quinto grado,

¡Por favor ayúdennos!

El director nos comentó que ustedes tal vez podrían ayudarnos con un problema que necesitamos resolver.

Mi nombre es Mary y la ventana de mi habitación está frente a la ventana de mi mejor amigo Michael. Nos pareció que sería divertido construir un planeador que pueda volar desde mi ventana a la de Michael (y que luego él pueda enviarme de vuelta). De esa manera, podríamos enviarnos mensajes y, si logramos construir el planeador lo suficientemente bien, también podríamos enviarnos pequeños regalos.

¿Pueden ayudarnos? Tendrían que averiguar información sobre planeadores y enviarnos instrucciones que expliquen cómo construir un planeador que vuele bien. Adjunté una imagen de nuestras casas, tal vez los ayude.

Gracias por ayudarnos,

Mary

1. Establezca el contexto del desafío mostrándoles a los estudiantes el correo electrónico de Mary y la foto de las casas de los amigos (véase el recuadro). Las ventanas de sus habitaciones (de 1 m x 1 m) están enfrentadas y se ubican a 3 m de distancia entre sí. Esto determina las especificaciones de diseño correspondientes al problema: los estudiantes deben construir un planeador que vuele por lo menos 3 m entre dos puntos que se encuentran a la misma altura.
2.  Hable con sus estudiantes sobre las especificaciones más importantes del desafío. Durante cinco minutos, los estudiantes, en pequeños grupos, deben hacer una lista de lo que tiene que hacer el planeador para superar el desafío que Mary and Michael han propuesto (p. ej. la distancia de vuelo, la línea de vuelo y el peso que se debe transportar). También deben tener en cuenta que deberían construir el planeador con materiales cotidianos para que Michael and Mary lo puedan realizar.
3. Hable con sus estudiantes sobre los planeadores en detalle. Muéstreles imágenes de aviones y planeadores^w1 y pídales que hablen sobre las diferencias que observan y de cómo piensan que se realiza el lanzamiento. Muéstreles un video en Youtube^w2 del lanzamiento de un planeador.
4. Dedique cinco minutos a hablar sobre las diferentes partes de un planeador (p. ej. cabina, fuselaje, alas y cola), y sobre la función que cumple cada parte^w1.
5. Investigue las fuerzas que actúan sobre un planeador con las siguientes actividades (de aproximadamente 20 minutos cada una):
   1. Use la cuerda para simular un juego de tira y afloje y así mostrar el equilibrio de fuerzas que se necesitan para mantener la cuerda estática. Es importante que los estudiantes comprendan que la cuerda se mueve en dirección de la mayor fuerza aplicada, y que las fuerzas de igual magnitud que actúan en direcciones opuestas se cancelan entre sí.
   2. Tome un avión de papel y hable sobre la influencia de la gravedad (¿qué pasa cuando se deja caer al avión sin tirarlo?) y de las fuerzas de sustentación y de peso (¿cómo se llama la fuerza que impulsa a un avión hacia arriba? ¿Qué hay que hacer para que el planeador vuele?).
6. Investigue las propiedades materiales de las alas. Mire detenidamente imágenes de varios aviones y hable de las características más importantes de las alas: la estructura debe ser liviana y rígida, y la cubierta debe ser lo más liviana posible.
7. Investigue cómo se puede modificar la rigidez de los materiales, como por ejemplo la del papel: tome cinco hojas de papel, deje la primera intacta y doble las otras de las siguientes maneras: una en forma de triángulo, otra de tubo, otra como una W, y otra con la forma de su agrado. Luego lleve a cabo estos dos breves experimentos^w1:
   1. Ponga las hojas de papel dobladas sobre una mesa y desplácelas hacia el borde hasta que más de la mitad de cada forma de papel sobresalga por fuera del borde de la mesa (probablemente deba sostener el otro extremo de las formas para que no se caigan). Los estudiantes observarán que algunas formas de papel no se doblan porque son más rígidas, a pesar de que todas están hechas del mismo material.
   2. Desplace las formas de papel al centro de la mesa. ¿Se sostienen por sí solas? ¿Qué sucede si las presiona con suavidad?

8. Seleccione los mejores materiales: en función de las actividades anteriores, solicite a sus estudiantes que determinen qué materiales serían los mejores para construir la estructura y la cobertura del ala, y para unir o pegar los materiales. Recuérdeles a los estudiantes que algunos materiales pueden ser más fuertes si se le cambia su forma; por ejemplo, el papel puede ser adecuado para la estructura del ala y también para su cobertura.
9. Comiencen a construir. Esta actividad lleva alrededor de 30 minutos.
   1. Entréguele a cada grupo de estudiantes un fuselaje.
   2. A partir de los materiales que seleccionaron, los estudiantes deberán dibujar un plano de las alas y nombrar las partes.
   3. Luego, los estudiantes deberán construir las alas y unirlas al fuselaje de cartulina.

10. Pruebe el planeador y realícele mejoras; esto le llevará aproximadamente 60 minutos.
    1. Lleve los lanzadores a las zonas de prueba que había preparado y muéstreles a los estudiantes el proceso de lanzamiento.
    2. Los estudiantes deberán probar si sus diseños cumplen con las especificaciones establecidas en el paso 2. No hace falta que el diseño sea perfecto: muy pocas ideas funcionan a la perfección la primera vez, y darse cuenta qué mejorar es importante: así aprenden los ingenieros.
    3. Los estudiantes deberán encontrar los defectos de sus modelos iniciales y reflexionar sobre las causas de los defectos y cómo corregirlos. Luego de modificar las alas, deberán volver a probar sus modelos. Los problemas comunes (p. ej. que el planeador no esté debidamente equilibrado o que sea demasiado pesado) y sus soluciones se encuentran en línea^w1.