Σχεδίαση και κατασκευή αλεξίπτωτου

Υλικά

• Πλαστικές σακούλες απορριμμάτων διαφόρων μεγεθών και βαρών
• Κορδόνι ή κλωστή ραψίματος ή νήμα ή οδοντικό νήμα
• Χαρτομάντηλα
• Μεγάλες χαρτοπετσέτες
• Ωφέλιμο φορτίο (πλαστικά παιχνίδια σταθερού μεγέθους και βάρους, άξυστα μολύβια κλπ.)
• Χάρακες ή άλλο μη τυποποιημένο εργαλείο μέτρησης
• Κολλητική ταινία
• Ψαλίδια
• Φύλλο εργασίας ή χαρτί σημειώσεων
• Μολύβια
• Χρονόμετρο (προαιρετικό)

Διαχείριση

• Προτεινόμενο μέγεθος ομάδας: δύο έως τρεις μαθητές
• Μετά την κατασκευή των αλεξίπτωτων, θα πρέπει να τα ρίξουν από έναν υπερυψωμένο σημείο, όπως μια σκάλα όπου μπορεί να σταθεί ο μαθητής ή ένα μπαλκόνι δεύτερου ορόφου. Ως έσχατη λύση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η σχολική σκηνή, αλλά προτιμάται μεγαλύτερη απόσταση πτώσης. Επιβλέπετε στενά τους μαθητές που βρίσκονται σε μεγάλο ύψος ανά πάσα στιγμή.
• Βεβαιωθείτε ότι όλες οι ομάδες χρησιμοποιούν ωφέλιμα φορτία του ίδιου βάρους για να εξαλειφθούν οι διαφορές στις μετρήσεις βάσει της μεταβλητής του βάρους.
• Αυτή η δραστηριότητα υλοποιείται καλύτερα αν δεν φυσάει. Ο δυνατός αέρας θα μεταφέρει τα αλεξίπτωτα μακριά από τον στόχο της περιοχής προσγείωσης και θα είναι δύσκολο να συλλεχθούν δεδομένα.

Ασφάλεια

• Λάβετε άδεια πριν ρίξετε αντικείμενα από τον δεύτερο όροφο. Επιβλέπετε τους μαθητές που μπορεί να ρίχνουν τα αλεξίπτωτά τους από εκεί.
• Βεβαιωθείτε ότι τα ωφέλιμα φορτία δεν έχουν αιχμηρά σημεία πάνω τους.
• Φροντίστε να μην υπάρχουν άνθρωποι στην περιοχή προσγείωσης . Μην επιτρέπετε σε κανέναν να επιχειρήσει να πιάσει ένα αλεξίπτωτο που πέφτει.

Συμβουλές για εξ αποστάσεως διδασκαλία

• Ενθαρρύνετε τους μαθητές να χρησιμοποιήσουν όσα υλικά μπορούν να βρουν στο σπίτι για να δημιουργήσουν το αλεξίπτωτό τους. Μπορούν να χρησιμοποιήσουν εφημερίδα, χαρτοπετσέτες, χαρτομάντηλα, ελαφρύ ύφασμα ή πλαστικές σακούλες από το σούπερ μάρκετ ή σκουπιδιών. Επίσης, αυτή η δραστηριότητα μπορεί να γίνει χωρίς κλωστές και νήματα, κολλώντας τις γωνίες του αλεξίπτωτου απευθείας στο ωφέλιμο φορτίο.

Ιστορικό

Όταν η NASA προσγειώνει ένα διαστημικό σκάφος σε άλλο πλανήτη ή ουράνιο σώμα στο ηλιακό μας σύστημα, είναι σημαντικό να πετυχαίνει μια ήπια προσγείωση, ώστε το διαστημόπλοιο να μην υποστεί ζημιά κατά την πρόσκρουση. Όταν επιβαίνουν άνθρωποι, είναι ακόμη πιο σημαντικό η προσγείωση να είναι ήπια. Όσο μεγαλύτερο και πιο ογκώδες είναι το διαστημόπλοιο, τόσο πιο δύσκολο είναι να επιτευχθεί μια ήπια προσγείωση.

Σε μια προσπάθεια να προσγειώσει μεγαλύτερα και πιο ογκώδη αντικείμενα στον Άρη, η NASA έχει δοκιμάσει πολλά ήδη αλεξίπτωτων ως μέρος του έργου Υπερηχητικός Επιβραδυντής Χαμηλής Πυκνότητας (Low-Density Supersonic Decelerator ή LDSD). Το LDSD χρησιμοποιεί ένα μεγάλο αλεξίπτωτο –το μεγαλύτερο που έχει χρησιμοποιηθεί ποτέ– για να βοηθήσει στην επιβράδυνση του οχήματος προσγείωσης. Το παρακάτω βίντεο περιγράφει μια από τις δυσκολίες δοκιμής ενός τόσο μεγάλου αλεξίπτωτου που δεν χωρούσε σε καμία αεροδυναμική σήραγγα—και η NASA έχει μια αεροδυναμική σήραγγα τόσο μεγάλη όσο ένα γήπεδο ποδοσφαίρου!

Διαδικασίες

1. Παρουσιάστε τη δραστηριότητα δείχνοντας εικόνες αλεξίπτωτων της NASA και δείχνοντας το παραπάνω βίντεο.
2. Συζητήστε πώς λειτουργεί ένα αλεξίπτωτο, δείχνοντας ένα μοντέλο που φτιάξατε εσείς. Το αλεξίπτωτο παγιδεύει τον αέρα και δημιουργεί αντίσταση, επιβραδύνοντας την κάθοδο του ωφέλιμου φορτίου.
3. Συζητήστε τον λόγο που η NASA θέλει να προσγειώσει το διαστημικό σκάφος απαλά (σε αντίθεση με μια σκληρή προσγείωση). Εξηγήστε ότι τα αλεξίπτωτα είναι μια τεχνολογία που βοηθά τη NASA να προσγειώνεται απαλά το διαστημικό σκάφος.
4. Εξηγήστε ότι οι μαθητές θα συνεργαστούν σε ομάδες για να κατασκευάσουν και να δοκιμάσουν διαφορετικά σχέδια αλεξίπτωτων για να δουν ποιο θα δημιουργήσει την πιο ήπια προσγείωση για το ωφέλιμο φορτίο.
5. Δείξτε στους μαθητές το επιλεγμένο ωφέλιμο φορτίο (πλαστικά παιχνίδια, άξυστο μολύβι κ.λπ.).
6. Δείξτε στους μαθητές την περιοχή δοκιμής. Εξηγήστε από πού θα πέσουν τα αλεξίπτωτα και πού αναμένεται να προσγειωθούν.
7. Δείξτε στους μαθητές τα υλικά από τα οποία θα φτιάξουν τα αλεξίπτωτά τους.
8. Δώστε σε κάθε ομάδα μια μεγάλη τετράγωνη χαρτοπετσέτα, τέσσερα κομμάτια σπάγκου, ταινία και ένα ωφέλιμο φορτίο.
9. Πείτε στους μαθητές ότι μερικές φορές τα αλεξίπτωτα είναι τετράγωνα, στρογγυλά, ορθογώνια ή άλλα σχήματα. Το πρώτο που θα φτιάξουμε θα είναι τετράγωνο.
10. Καθοδηγήστε (κάνοντας επίδειξη) τους μαθητές να ανοίξουν τη χαρτοπετσέτα τους μέχρι τέρμα ώστε να γίνει ένα μεγάλο τετράγωνο και να την βάλουν επίπεδη στο τραπέζι.
11. Καθοδηγήστε τους να χρησιμοποιήσουν ταινία για να κολλήσουν το ένα άκρο καθενός από τα κομμάτια του σπάγκου σε κάθε γωνία της χαρτοπετσέτας.
12. Καθοδηγήστε τους να ενώσουν τα τέσσερα ελεύθερα άκρα των σπάγκων και να τα κολλήσουν με ταινία στο ωφέλιμο φορτίο έτσι ώστε το ωφέλιμο φορτίο να είναι κεντραρισμένο κάτω από το αλεξίπτωτο. Το αλεξίπτωτο είναι τώρα έτοιμο για δοκιμή.
13. Προχωρήστε στην περιοχή δοκιμής. Πάρτε τα αλεξίπτωτα των παιδιών και ένα σημειωματάριο για να καταγράψετε τους χρόνους πτώσης.
14. Φροντίστε να μην υπάρχουν άνθρωποι στο σημείο προσγείωσης.
15. Δείξτε στους μαθητές, χρησιμοποιώντας το σχεδιασμένο από τον δάσκαλο αλεξίπτωτο, πώς να ρίξουν με ασφάλεια τα αλεξίπτωτά τους.
16. Εξασκηθείτε στο χρονομέτρηση της πτώσης του αλεξίπτωτου που σχεδίασε ο δάσκαλος, είτε με χρονόμετρο, είτε βάζοντας τα παιδιά να μετρήσουν άτυπα τον χρόνο λέγοντας "ταπ ταπ ένα, ταπ-ταπ δύο ..."
17. Υπενθυμίστε στους μαθητές ότι ο στόχος είναι να προσγειωθούν όσο το δυνατόν πιο αργά και απαλά, οπότε θα σημειώσουμε πόσο χρόνο χρειάζεται το πρώτο τους αλεξίπτωτο για να προσγειώσει το ωφέλιμο φορτίο, ώστε να το συγκρίνουμε με την απόδοση του επόμενου αλεξίπτωτου που θα φτιάξουν.
18. Ζητήστε από κάθε ομάδα μαθητών να εκτελέσει το τεστ πτώσης ενώ η τάξη μετράει την διάρκειά της. Καταγράψτε τους χρόνους πτώσης.
19. Επιστρέψτε στην τάξη και συζητήστε οποιαδήποτε διαφορά υπήρξε στους χρόνους πτώσης. Γιατί τα αλεξίπτωτα που έμοιαζαν πολύ είχαν διαφορετική απόδοση; (Νύξεις: Ίσως παρενέβη ο άνεμος, ο χρονισμός δεν ήταν ακριβής ή τα αλεξίπτωτα δεν ήταν ακριβώς τα ίδια.)
20. Προκαλέστε τις ομάδες μαθητών να κατεβάσουν ιδέες και να σχεδιάσουν την εικόνα ενός καλύτερου σχεδίου αλεξίπτωτου. Δώστε τους οδηγίες να συζητήσουν στις ομάδες τους ποιο από τα διαθέσιμα υλικά θα ήθελαν να χρησιμοποιήσουν για το νέο τους αλεξίπτωτο. Υπενθυμίστε τους ότι ο στόχος είναι να κατέβει αργά και να εξασφαλίσετε μια ήπια προσγείωση για το ωφέλιμο φορτίο.
21. Ελέγξτε τα σχέδια των μαθητών για ασφάλεια και, στη συνέχεια, επιτρέψτε στους μαθητές να κατασκευάσουν το νέο τους αλεξίπτωτο.
22. Επαναλάβετε τις δοκιμές πτώσης και την χρονομέτρηση
23. Επιστρέψτε στην τάξη και συζητήστε την απόδοση του αλεξίπτωτου. Ζητήστε από τις ομάδες να μοιραστούν τα ευρήματά τους με την τάξη -- είτε ο σχεδιασμός του αλεξίπτωτου τους είχε καλύτερη ή χειρότερη απόδοση από τον αρχικό σχεδιασμό -- καθώς και τα δύο αποτελούν πολύτιμη ανατροφοδότηση στη διαδικασία μηχανικού σχεδιασμού .
24. Προκαλέστε τους μαθητές να χρησιμοποιήσουν όσα έμαθαν και σχεδιάστε ένα τρίτο αλεξίπτωτο.
25. Ελέγξτε τα σχέδια των μαθητών για ασφάλεια και πείτε τους να κατασκευάσουν το τρίτο τους αλεξίπτωτο.
26. Επαναλάβετε τις δοκιμές πτώσης και χρονομέτρησης.
27. Επιστρέψτε στην τάξη και συζητήστε την απόδοση του αλεξίπτωτου.
28. Χρησιμοποιήστε τα δεδομένα από τις δοκιμές πτώσης αλεξίπτωτου για να δημιουργήσετε ένα γράφημα που θα περιέχει τα δεδομένα των χρονομετρήσεων
29. Ζητήστε από τους μαθητές να σκεφτούν ποια υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν και τα οποία δεν είναι διαθέσιμα στην τάξη. Τι μπορεί να κάνει ένα καλύτερο αλεξίπτωτο;

Συζήτηση

• Μετά την κατασκευή και τη δοκιμή των πρώτων αλεξίπτωτων των μαθητών, ρωτήστε ποια λειτούργησαν καλύτερα και συζητήστε τους λόγους. Οι πιθανοί λόγοι περιλαμβάνουν το μέγεθος και το σχήμα, αλλά συνήθως σχετίζονται με την επιφάνεια.
• Ενθαρρύνετε τους μαθητές να χρησιμοποιούν λεξιλόγιο γεωμετρίας (τετράγωνο, ορθογώνιο, τρίγωνο, κύκλος, κ.λπ.) στην περιγραφή των αλεξίπτωτων τους.
• Έρευνα: Πού αλλού χρησιμοποιούνται εκτός από διαστημόπλοια τα αλεξίπτωτα;

Αξιολόγηση

Η επιτυχής ολοκλήρωση αυτής της δραστηριότητας περιλαμβάνει:

• Συνεργασία με συμμαθητές για την ολοκλήρωση μιας κατευθυνόμενης εργασίας
• Συνεργασία με συμμαθητές για τη δημιουργία ενός νέου σχεδίου
• Συμπεριφορά με ασφάλεια στο περιβάλλον της υλοποίησης
• Συμμετοχή στη διαδικασία μηχανικού σχεδιασμού για την προσπάθεια κατασκευής ενός καλύτερου αλεξίπτωτου συγκρίνοντας τα δυνατά και τα αδύνατα σημεία της απόδοσης του αλεξίπτωτου κατά τη διάρκεια της δοκιμής.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι πολλά συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν τόσο από τις αποτυχίες όσο και από τις επιτυχίες κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μηχανικού σχεδιασμού. Τα σημαντικά πράγματα που πρέπει να ενθαρρύνουμε είναι ο πειραματισμός, η εξέταση των αποτελεσμάτων και οι γνήσιες προσπάθειες βελτίωσης του σχεδιασμού.

Ενθαρρύνετε τη δημιουργικότητα των μαθητών - αφήστε τους να δοκιμάσουν μερικές «τρελές» ιδέες (αρκεί να είναι ασφαλείς). Μερικές φορές, οι ιδέες σχεδίασης που φαίνονται ότι δεν θα λειτουργήσουν αποδίδουν εκπληκτικά καλά.

Για την αξιολόγηση ανατρέξτε στην παρακάτω ρουμπρίκα αξιολόγησης μηχανικού σχεδιασμού.

Επεκτάσεις

Βάτε έναν πιο δύσκολο στόχο! Προκαλέστε τους μαθητές να προσγειώσουν με ασφάλεια ένα αυγό χωρίς να το σπάσουν, χρησιμοποιώντας μόνο ένα αλεξίπτωτο (χωρίς προστατευτικό για το αυγό!).

Εξερευνήστε περισσότερα!

• Μάθετε περισσότερα για την αποστολή LDSD
• Παρακολουθήστε αυτό το βίντεο για να μάθετε για τον άλλο τρόπο με τον οποίο επιβραδύνει το LDSD
• Παρακολουθήστε αυτό το βίντεο της πλήρους δοκιμής του LDSD στη Χαβάη
• Ακούστε τον διευθυντή έργου LDSD Mark Adler να περιγράφει τις δοκιμές και να σας πει πώς να πάρετε άριστα στη μηχανική