Alianti: pensare come un progettista Teach article

Tradotto da Rocco G. Maltese. Progettare le ali di un aliante puo’ aiutare gli studenti a capire le forze e il lavoro di un ingegnere progettista.

Maria e Michele anno avuto delle buone idee ma trovano delle difficolta’ a metterle in pratica: hanno bisogno dell’aiuto della tua classe per far volare un aliante in linea retta dalle finestre delle loro camerette.

Per circa tre ore e mezzo, un piccolo gruppo di studenti (di eta’ compresa tra 9-12 anni) lavoreranno insieme per capire in che modo le forze possano permettere a delle macchine abbastanza pesanti come gli alianti a volare, e quindi progettare un provare il proprio aliante.

La sfida degli “oggetti volanti”

Materiali

  • Colla
  • Nastro adesivo
  • Gancetti per fogli
  • Creta per modellismo
  • Corde
  • Forbici
  • Nastro graduato
  • Spago adatto per il “traino”

Per costruire il lanciatore:

  • Cartone spesso
  • Elastici

Per l’aliante:

  • Modellino standard per la fusoliera dell’aliantew1
  • Cannucce per bevande  o per modellismo
  • Bastoncini dei lecca-lecca
  • Rotoli resistenti di carta – sia carta normale o di giornale
  • Carta carbone
  • Giornali
  • Sacchetti di plastica sottile
  • Stoffa leggera

Le informazioni aggiuntive, immagini ed isruzioni possono essere tratte dal web nella sezione ‘materiale aggiuntivo.

Procedura

Prima della lezione, l’insegnante dovrebbe:

  • Costruire uno o piu’ catapulte (vedi istruzioni online w1) per testare l’aliante.
  • Preparare tante fusoliere  quante se ne ritengono necessarie per l’intera classe (vedi istruzioni online w1).
  • Disporre di un paio di aree di prova sul terreno all’aperto, utilizzando del nastro adesivo per delimitare la linea di lancio e una linea perpendicolare lunga 3 metri.

Email da Mary

Da: michaelandmary@monotreme.co.uk

A: Pegasusyr5

Argomento: Per favore un aiuto!

Allegato: Foto della nostra strada  street.jpg

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Caro Year 5,

Per favore aiutaci!

Il vostro preside suppone che potreste essere le persone piu’ adatte ad aiuarci con i problemi che siamo chiamati a risolvere.

Il mio nome e’ Mary e la finestra della mia cameretta è di fronte alla finestra della cameretta del mio amico Michael. Abbiamo pensato che sarebbe divertente costruire un modellino di aliante che viaggi dalla mia finestra a quella di Michael (e analogamente dalla sua alla mia). Con questo sistema potremo mandarci dei messaggi e , se ne potessimo costruire uno abbastanza resistente, forse anche dei piccoli doni. 

Potete aiutarci a trovare degli articoli che parlino di modellismo di alianti che funzionino? Ho allegato una foto delle nostre case, che potrebbero aiutarvi.

Grazie per il vostro aiuto,

Mary

Foto della mia casa e quella di Michael (a sinistra): A – la mia casa, B – quella di Michael, C – La distanza tra le nostre case è di 3 m. La finestra di Michael è esattamente di fronte alla mia ed è della stessa dimensione (1 m x 1 m)
Immagine gentilmente concessa da Science Oxford
  1. Mary, con la sua email ha sottoposto agli studenti la gara avendo anche inviato la foto delle case dei ragazzi (vedi riquadro). Le finestre delle loro camerette (1 m x 1m) sono dirimpetto una all’altra ad una distanza di 3 metri. Questo automaticamente  pone le specifiche del problema: gli studenti hanno bisogno di costruire n aliante che dovra’ essere in grado di volare er almeno 3 m, tra due punti posti alla stessa altezza.
  2. Discutete le specifiche chiave della gara. Per cinque minuti, gli studenti a piccoli gruppi dovrebbero stilare un elenco affinche` il loro aliante sia adeguato alla sfida posta da Michael e Mary (cioe’ la distanza di volo, il percorso, e il peso da trasportare). Essi devono rendersi conto anche che l’aliante dovrebbe essere costruito con del materiale comune in modo che Mary e Michael lo possano ricostruire. 
  3. Discutere le specifiche degli alianti. Mostrate agli  alunni  aerei e aliantiw1 e chiedere loro di elencare per cinque minuti, le differenze tra  aeroplani e alianti, e come pensino che gli alianti possano decollare. Mostrategli un video su Youtubew2 del lancio di un aliante.
  4. Condurre una discussione di cinque minuti sulle singole componenti di un aliante (ad esempio la cabina di guida, la fusoliera, le ali e la coda) e il ruolo di ogni singola partew1.
  5. Esplorare il ruolo delle forze nel volo mediante le seguenti attivita’ (circa 20 minuti ciascuna):
    1. Utilizzare la corda per simulare il gioco del tiro alla fune e illustrare l’equilibrio delle forze affinchè la corda rimanga ferma. Gli studenti dovrebbero capire che la fune si muove nella direzione dove viene esercitata una forza maggiore, e che le forze di uguale entitá agenti in direzioni opposte si bilanciano.
    2. Utilizzare un aereo di carta, discutere l’influenza della gravitá (cosa succede quando lasciamo andare l’aeroplanino senza lanciarlo?) della portanza e delle forze peso (come chiamiamo la forza che sostiene e aiuta l’aliante a volare? Cosa bisogna fare affinchè l’aliante possa librarsi nell’aria?).
  6. Indagare le proprietá dei materiali utilizzti per le ali. Dopo aver analizzato le fotografie di vecchi aeroplani, discutere sulle più importanti caratteristiche delle ali: quale struttura dovrebbero avere per risulatere allo stesso tempo leggere e rigide, e l’involucro dovrebbe essere il piú leggero possibile.
  7. Sperimentare come si puó modificare la rigiditá dei materiali, ad esempio la carta: ad esempio prendere cinque fogli di carta, lasciare il primo senza modifica, piegare gli altri in varie forme, triangolo, tubo, nella forma di una W, e sceglierne una a vostro piacimento. Quindi realizzare due brevi esperimentiw1:
    1. Porre il foglio piegato secondo una certa forma su un tavolo e schiacciarlo verso il lato cosí piú della metá di ciascuna forma si allarghi verso i lati (avrete bisogno di trannere un estremo in modo che non cada). Gli studenti si accorgeranno che alcune forme non si piegheranno perchè piú rigide, sebbene siano costituiti dello stesso materiale.
    2. Spostare i fogli piegati nelle varie forme sul tavolo. Sono in grado di rimanere in piedi da soli? Cosa succede se li pressiamo delicatamente?
fuselages
Le istruzioni online vi forniranno tutti  i dettagli per costruire la fusoliera dell’aliante
Immagine gentilmente concessa da Science Oxford
  1. Sceglere i materiali migliori: sulla base degli esperimenti effettuati in precedenza, chiedere agli studenti di determinare quali materiali dovrebbere essere i migliori per costruire la struttura delle ali, ricoprirle e assemblarle tutte  assieme. Rammentare agli studenti che alcuni materiali possono rendersi piú rigidi solo cambiando la loro forma, ad esempio la carta puó essere adatta sia per costruire la struttura delle ali che per la copertura.
  2. Iniziare la costruzione! Si impiegherá all’incirca 30 minuti.
    1. Dotate ogni gruppo di una fusoliera.
    2. Usando il materiale che hanno scelto, gli studenti dovranno disegnare uno stemma sulle ali.
    3. Gli studenti dovranno quindi costruire le loro ali e incollarle al cartone della fusoliera.
testing wings
Gli studenti possono essere molto creativi quando costruiranno le ali dell’aliante e potranno inventare diverse forme
Immagine gentilmente concessa da Science Oxford
  1. Effettuare dei test per migliorare l’aliante; questo dovrebbe prendere circa 60 minuti.
    1. Portare la catapulta alle aree di lancio che avrete preparate prima, e mostrate il processo di lancio a vostri studenti.
    2. Gli studenti dovranno verificare se i loro progetti soddisfano le specifiche definite al passo 2. Non è necessario che siano perfetti: solo poche idee, all’inizio funzionano veramente, è lavorando che l’ingegnere impara a migliorarsi.
    3. Gli studenti dovrebbero osservare le fallimenti  nei loro modelli, e riflettere sulle cause che le hanno generate e come correggerle. Dopo aver modificato le loro ali, dovrebbero riprovarli. Cause comunemente verificate sono: (il peso eccessivo e lo sbilanciamento di pesi) le loro soluzioni si possono trovare onlinew1.
fuselages
Dimostrazione di come si usa la catapulta: A – inserire l’elastico qui, B – avvolgere l’elastico attorno alla fusoliera
Immagine gentilmente concessa da Science Oxford

 

Le forze nel volo degli alianti

Gli scienziati e gli ingegneri chiamano peso e la indicano con p la forza che è diretta verso il centro della Terra prodotta dalla gravitá. La forza peso di un oggetto dipende dall’accelerazione di gravitá g, dalla massa m. La massa dipende da quanta ‘materia’ è contenuta in un oggetto ed è misurata in grammi (o chilogrammi, kg). In Inglese spesso usiamo la parola ‘peso’ (weight) intendendo ‘massa’. Se vogliamo che un oggetto possa volare, come un aliante lo dobbiamo costruire il piú leggero possibile in modo che la forza che lo spinge verso il basso possa essere la piú piccola possibile. Il peso, la massa e la gravitá sono legate dalla seguente equazione:

w = m x g

Questo è un importante principio per un ingegnere aeronautico.

Gli scienziati e gli ingegneri chiamano una qualsiasi forza che lavora verso l’alto, ‘portanza’. Le ali aiutano a sostenere un aliante solo se esso si muove abbastanza rapidamente in orizzontale, poichè è il movimento dell’aria sopra e sotto le ali dell’aeroplano che è necessaria a creare una portanza. Se vuoi che un alianti voli in linea retta, è necessario che le forze del peso e della portanza siano attentamente bilanciate, come nell’esempio del tiro alla fune.

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Web References

  • w1 – La lezione ‘alianti in volo’ è stata sviluppata da Science Oxford all’interno del progetto ‘Engineer’ (Ingegnere) dell’EU, che comprende lo sviluppo di dieci sfide in un ampio raggio di progetti ingegneristici resi comprensibili agli alunni di queste etá che si leghino anche ai curricula  scientifici scolastici, progettazione e tecnologia. Essi si possono scaricare come materiale ausiliario aggiuntivo del sito Science Oxford.
    Le lezioni contengono delle ulteriori informazioni per l’attivitá dell’aliante:

    • Lo schema di pagina 49 comprende un modello standard di fusoliera.
    • L’appendice 5 descrive come costruire la catapulta.
    • L’appendice 3 contiene immagini di aeroplani e di alianti.
    • Lo schema di pagina 44 descrive le differenti parti di un aliante e le loro funzioni.
    • Lo schema di pagina 46 descrive due esperimenti per verificare la rigiditá dei materiali.
    • Le pagine 26-27 si occupano di problemi comuni quando si costruiscono gli alianti e propongono alcune soluzioni.
  • w2 – Guardate un video che mostra come si possono lanciare gli alianti.

Resources

Author(s)

Bridget Holligan ha lavorato come insegnante di scienze informali in un impiego pubblico per piú di 20 anni, a seguito di un BSc in Chimica e un MSc in Comunicazione delle Scienze. Dopo tre anni al Exploratory Science Centre in Bristol, UK, (Centro di Scienze Esplorative di Bristol, UK), ha cambiato occupazione andando al Science Oxford dove ora occupa la posizione di Direttrice per l’Insegnamento e il Coinvolgimento (Education and Engagement). Dal 2011 al 2014, il Science Oxford è stato il partner UK del progetto a fondi EU ENGINEER, che ha per scopo primario quello di promuovere la conoscenza dei progetti ingegneristici per gli studenti delle scuole primarie fornendo ai docentiimateriali per l’insegnamento e aggiornamento degli insegnanti.


Review

Le sfide ingegneristiche forniscono una grande  serie di opportunitá di insegnamento. Questa attivitá fornisce l’occasione agli studenti di lavorare come un ingegnere assieme ad un team per risolvere i problemi e applicare le loro conoscenze sulle forze e delle scienze dei materiali. Spesso gli studenti hanno paura di commettere errori ma la natura della sfida dimostra come provare e migliorare è una parte importante nei processi scientifici e ingegneristici. La sfida dovrebbe essere particolarmente adatta i giorni delle scienze o dell’ingegneria.

L’attivitá può essere da spunto ad una piú ampia discussione su argomenti come “Quali sono le analogie e le differenze tra questa sfida e i  progetti di ingegneria nell’industria? e “Quali sono i vantaggi tra alianti e gli aeroplani super motorizzati?”.


Jeremy Carter, Bradfield High School, Regno Unito




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