Απλή πυραυλική επιστήμη

Υλικά

• Βίντεο από εκτόξευση πυραύλου
• Χοντρό πλαστικό καλαμάκι
• 10 μακριά μπαλόνια για πάρτι
• Διαφανές σελοτέιπ
• 6-8 μέτρα πετονιά μονόινη νάιλον (οποιουδήποτε μεγέθους)
• Ψαλίδια
• Μανταλάκι με ελατήριο ή συνδετικό κλιπ
• Φιγούρα πυραύλων , έγχρωμη και κομμένη
• 3 κομμάτια χαρτιού
• Φύλλα εργασίας (1 ανά μαθητή)
• Μαρκαδόροι
• Κραγιόνια
• Μολύβια
• 2 καρέκλες
• (Προαιρετικό) Τρόμπα χειρός για τα μπαλόνια
• (Προαιρετικό) Κάμερα

Διαχείριση

• Διεξάγετε το πείραμα σε μια περιοχή όπου οι μαθητές μπορούν όλοι να συγκεντρωθούν και να δουν καθαρά, αλλά να στέκονται αρκετά πίσω ώστε να μην παρεμποδίζουν την πορεία του μπαλονιού
• Πριν από το μάθημα, κόψτε (και χρωματίστε, εάν θέλετε) τη φιγούρα του πυραύλου.

Ιστορικό

Η NASA χρησιμοποιεί πυραύλους για να εκτοξεύσει δορυφόρους και ανιχνευτές στο διάστημα. Οι πύραυλοι της NASA τροφοδοτούνται με καύση στερεών, υγρών ή αερίων καυσίμων.

Πολύ πριν την ανάπτυξη των σύγχρονων πυραύλων, ο Sir Isaac Newton περιέγραψε τις αρχές της πυραυλικής επιστήμης με τους τρεις νόμους της κίνησης.

Μια απλοποιημένη εξήγηση του τρίτου νόμου της κίνησης βοηθά τους μικρούς μαθητές να κατανοήσουν πώς λειτουργούν οι πύραυλοι. Αυτός ο νόμος ορίζει ότι κάθε δράση έχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση.

Όταν ένας πύραυλος διώχνει το καύσιμο ή το προωθητικό από τον κινητήρα του,κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Ο πύραυλος σπρώχνει το προωθητικό προς τα έξω και το προωθητικό στη συνέχεια σπρώχνει τον πύραυλο. Το προωθητικό εξέρχεται από τον κινητήρα. Αυτή είναι η δράση. Ο πύραυλος σηκώνεται από την εξέδρα εκτόξευσης προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτή είναι η αντίδραση. Σε αυτή τη δραστηριότητα, ο πύραυλος είναι ένα μπαλόνι που προωθείται με αέρα.

Εκτόξευση του διαστημικού σκάφους GRACE-FO στις 22 Μαΐου 2018. | Δείτε στο YouTube

Διαδικασίες

1. Δείξτε στους μαθητές ένα βίντεο από μια εκτόξευση πυραύλου. Σημειώστε την κατεύθυνση που κινείται ο πύραυλος. Σημειώστε πού βρίσκονται οι κινητήρες και πού βγαίνει η φλόγα.
2. Ρωτήστε τους μαθητές αν γνωρίζουν πώς λειτουργεί ένας πύραυλος. Εξηγήστε τους ότι θα πραγματοποιήσουν μια απλή επίδειξη ή επιστημονικό πείραμα για να καταλάβουν πώς ένας πύραυλος σηκώνεται από την εξέδρα εκτόξευσης. Οι μαθητές, όπως και οι αστροναύτες στο διάστημα και οι επιστήμονες στη Γη, θα πραγματοποιήσουν ένα πείραμα για τη συλλογή πληροφοριών.

   

    

   

3. Περάστε τη πετονιά μέσα από το καλαμάκι και, στη συνέχεια, συνδέστε κάθε άκρο της πετονιάς στο πίσω μέρος δύο καρεκλών της τάξης. Τραβήξτε τις καρέκλες για να τεντώσετε την πετονιά καλλά.
4. Φουσκώστε ένα μπαλόνι και κρατήστε το καλά κλειστό χρησιμοποιώντας τα δάχτυλα, ένα μανταλάκι ή ένα συνδετικό κλιπ ενώ κολλάτε προσεκτικά το μπαλόνι στο καλαμάκι.
5. Σύρετε την κατασκευή μπαλόνι-καλαμάκι στη μέση της πετονιάς.
6. Δείξτε στους μαθητές τη θέση του μπαλονιού στη πετονιά. Εξηγήστε στην τάξη ότι, σε αυτό το πείραμα, ένας ενήλικας θα απελευθερώσει αέρα από το μπαλόνι και οι μαθητές θα προβλέψουν τι θα συμβεί.
7. Εισαγάγετε τη λέξη «υπόθεση», εάν χρειάζεται. Δείξτε στην τάξη τη λέξη γράφοντάς την σε ένα χαρτί ή στον πίνακα. Για τους επιστήμονες, η υπόθεση είναι μια λογική ή ευλογοφανής εικασία για το τι πιστεύουν ότι θα συμβεί σε ένα πείραμα.
8. Συζητήστε την κατεύθυνση προς την οποία θα κινηθεί ο αέρας όταν απελευθερωθεί από το μπαλόνι. Το μπαλόνι θα αρχίσει επίσης να κινείται. Με βάση τις προηγούμενες εμπειρίες τους, ζητήστε από τους μαθητές να κάνουν μια ευλογοφανή εικασία για την κατεύθυνση που θα ταξιδέψει το μπαλόνι όταν απελευθερωθεί ο αέρας. Ζητήστε από την τάξη να εκφράσει λεκτικά τις υποθέσεις ή τις εικασίες της σχετικά με την κίνηση του μπαλονιού. Ζητήστε από τους μαθητές να δείχνουν με τα δάχτυλά τους για να υποδείξουν την κατεύθυνση προς την οποία πιστεύουν ότι θα ταξιδέψει ο πύραυλος.
9. Γράψτε την υπόθεση που ανέπτυξε η τάξη στο φύλλο εργασίας.
10. Όταν συζητάτε για την κατεύθυνση της κίνησης, ενθαρρύνετε την τάξη να χρησιμοποιήσει τη λέξη «απέναντι». Εισάγετε ή επαναλάβετε την έννοια των αντιθέτων.
11. Για να βοηθήσετε τους μαθητές να θυμούνται τη σωστή σειρά γεγονότων στο πείραμα, γράψτε οδηγίες ή ζωγραφίστε εικόνες για να αναπαραστήσετε τα βήματα στον πίνακα. Παρουσιάστε τις οδηγίες στην τάξη.
12. Ρωτήστε τους μαθητές με ποιον τρόπο, με βάση τις υποθέσεις τους, θα πρέπει να κολλήσουμε τη φιγούρα του πυραύλου στο μπαλόνι. Εάν είναι απαραίτητο, υπενθυμίστε στους μαθητές ότι ο κώνος της μύτης του πυραύλου δείχνει προς την κατεύθυνση που θα ταξιδέψει ο πύραυλος. Χρησιμοποιήστε σελοτέιπ για να στερεώσετε τη φιγούρα του πυραύλου στο μπαλόνι.
13. Ετοιμαστείτε να εκτοξεύσετε ή να απελευθερώσετε τον αέρα από το μπαλόνι. Ακριβώς όπως σε μια εκτόξευση πυραύλου, κάντε μια αντίστροφη μέτρηση, «10,9,8,7,6,5 ...», πριν απελυευτερώσετε τον αέρα.
14. Αφαιρέστε προσεκτικά τα δάχτυλα, το μανταλάκι ή το συνδετικό κλιπ από το μπαλόνι και απελευθερώστε τον αέρα. Το μπαλόνι θα κινηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση από την οποία διέφυγε ο αέρας.

    

15. Ρωτήστε τους μαθητές εάν οι εικασίες ή οι υποθέσεις τους ήταν σωστές.
16. Εξηγήστε στους μαθητές ότι οι επιστήμονες πρέπει να επαναλάβουν ένα πείραμα πολλές φορές. Η επανάληψη ενός πειράματος διασφαλίζει ότι τα αποτελέσματα είναι ακριβή. Όπως οι επιστήμονες, η τάξη πρέπει να επαναλάβει το πείραμα με το μπαλόνι για να καθορίσει ότι τα αποτελέσματα είναι πάντα τα ίδια.
17. Αφήστε τους μαθητές να επιλέξουν εύλογο αριθμό φορών για να επαναλάβουν το πείραμα. Οι επιστήμονες πρέπει να κάνουν πολλές επαναλήψεις για να αυξήσουν την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων τους.
18. Πριν επαναλάβετε το πείραμα, πείτε στην τάξη ότι οι επιστήμονες χρειάζονται μια μέθοδο για την καταγραφή των αποτελεσμάτων των πειραμάτων.
19. Ζητήστε από την τάξη να επινοήσει έναν απλό τρόπο καταγραφής πληροφοριών ή δεδομένων από το πείραμα. Για παράδειγμα, εάν το πείραμα επαναλαμβάνεται πέντε φορές, ζητήστε από τους μαθητές να γράψουν τους αριθμούς 1 έως 5 σε ένα χαρτί.
20. Ζητήστε από τους μαθητές να παρατηρήσουν το πείραμα που θα εκτελεστεί συγκεκριμένες φορές. Ζητήστε από τους μαθητές να σχεδιάσουν ένα βέλος δίπλα στον αριθμό για να υποδείξουν την κατεύθυνση που ταξίδεψε το μπαλόνι κάθε φορά. Βεβαιωθείτε ότι οι μαθητές βρίσκονται μόνο στη μία πλευρά του πυραύλου, ώστε οι κατευθύνσεις των βελών να είναι συνεπείς. Η συλλογή δεδομένων θα μπορούσε επίσης να πραγματοποιηθεί και ως δραστηριότητα τάξης.
21. Να είστε έτοιμοι να επαναλάβετε το πείραμα όσες φορές προτείνει η τάξη. Εάν είναι απαραίτητο, χρησιμοποιήστε ένα νέο μπαλόνι που θα το φουσκώσει κάποιος ενήλικας. Όταν στερεώνετε το μπαλόνι στο καλαμάκι, βεβαιωθείτε ότι το ανοιχτό άκρο του μπαλονιού είναι πάντα στραμμένο προς την ίδια κατεύθυνση. Θυμηθείτε να εξασκηθείτε στην αντίστροφη μέτρηση. Συλλέξτε δεδομένα από το πείραμα.
22. Καθώς το πείραμα επαναλαμβάνεται, αφήστε τους μαθητές να συμμετέχουν κρατώντας το μπαλόνι κλειστό και απελευθερώνοντας τον αέρα. Υπενθυμίστε στην τάξη να παρατηρεί την κίνηση του μπαλονιού και να καταγράψει τα δεδομένα.
23. Επιτρέψτε στους μαθητές να συγκρίνουν τα δεδομένα τους. Ρωτήστε τους μαθητές αν μπορούν να μάθουν κάτι ή να βγάλουν συμπέρασμα από αυτές τις πληροφορίες.
24. Εάν χρειάζεται, εισάγετε τη λέξη «συμπέρασμα». Γράψτε τη λέξη "συμπέρασμα" στον πίνακα. Το συμπέρασμα είναι μια δήλωση των αποτελεσμάτων από το πείραμα. Ρωτήστε την τάξη τι έμαθαν από το πείραμα. Γράψτε τα συμπεράσματά τους στο χαρτί. Για παράδειγμα, το συμπέρασμα θα μπορούσε να είναι: «Όταν ο αέρας απελευθερώθηκε από το μπαλόνι, το μπαλόνι κινήθηκε προς την αντίθετη κατεύθυνση».
25. Συζητήστε εάν η αρχική υπόθεση ή εικασία ήταν σωστή. Ζητήστε από τους μαθητές να πουν γιατί πιστεύουν ότι το μπαλόνι ταξίδεψε προς την αντίθετη κατεύθυνση.
26. Εξηγήστε στους μαθητές γιατί η κίνηση του μπαλονιού μοιάζει με πραγματική κίνηση πυραύλων. Εάν χρειάζεται, μιλήστε τους για τον τρίτο νόμο της κίνησης του Νεύτωνα. Σε έναν πύραυλο, το προωθητικό διαφεύγει από το κάτω μέρος του πυραύλου. Στο πείραμα με το μπαλόνι, ο αέρας διαφεύγει από την άκρη του μπαλονιού. Το μπαλόνι κινείται λόγω του αέρα που διαφεύγει παρέχοντας μια «ώθηση» στο μπαλόνι με τον ίδιο τρόπο που ένας πύραυλος απογειώνεται λόγω του προωθητικού που διαφεύγει που παρέχει μια «ώθηση» στον πύραυλο. Επίσης, όπως ο πύραυλος, το μπαλόνι ταξιδεύει στην αντίθετη κατεύθυνση από τον αέρα που διαφεύγει.
27. Παρουσιάστε το χαρτί με την υπόθεση, το χαρτί με τα συμπεράσματα και τα φύλλα συλλογής δεδομένων στην τάξη. Εάν υπάρχει διαθέσιμη κάμερα, προσθέστε στον πίνακα φωτογραφίες των μαθητών που διεξάγουν το πείραμα.

Αξιολόγηση

• Παρατηρήστε τους μαθητές καθώς απαντούν σε ερωτήσεις σχετικά με το πείραμα.
• Ζητήστε από τους μαθητές να ζωγραφίσουν μια εικόνα του πειράματος στα ημερολόγιά τους ή σε ένα κομμάτι χαρτί. Ζητήστε τους να εξηγήσουν το σχέδιό τους και να εξηγήσουν τη σχέση μεταξύ της κίνησης του μπαλονιού και του αέρα που απελευθερώνεται.
• Ζητήστε από τους μαθητές να περιγράψουν πώς λειτουργεί ένας πύραυλος.

Επεκτάσεις

• Προκαλέστε τους μαθητές να εφαρμόσουν όσα έμαθαν σε αυτό το πείραμα. Επαναλάβετε το πείραμα αλλάζοντας την κατεύθυνση του μπαλονιού. Εάν το ανοιχτό άκρο ήταν προς τα αριστερά, τοποθετήστε το προς τα δεξιά. Ζητήστε από τους μαθητές να κάνουν μια υπόθεση σχετικά με την κίνηση του μπαλονιού όταν απελευθερώνεται ο αέρας. Διεξάγετε το πείραμα. Επαναλάβετε εάν χρειάζεται. Συζητήστε εάν η υπόθεση ήταν σωστή. Μιλήστε για τις ομοιότητες και τις διαφορές σε αυτό το πείραμα και το αρχικό πείραμα. Ρωτήστε τους μαθητές εάν το μπαλόνι, και στα δύο πειράματα, κινήθηκε προς την αντίθετη κατεύθυνση από την απελευθέρωση του αέρα. Συζητήστε πώς οι μαθητές εφάρμοσαν αυτά που έμαθαν ή τα συμπεράσματά τους από το πρώτο πείραμα σε μια νέα κατάσταση.
• Επαναλάβετε το πείραμα με άλλη παραλλαγή. Αλλάξτε τη θέση της πετονιάς. Στερεώστε το ένα άκρο στην οροφή. Τοποθετήστε το καλαμάκι στην πετονιά και τεντώστε τη καλά. Στερεώστε το μπαλόνι. Συνδέστε το άλλο άκρο της γραμμής σε μια καρέκλα ή αντικείμενο στο δωμάτιο. Επαναλάβετε το πείραμα. Ζητήστε από τους μαθητές να εφαρμόσουν αυτά που έμαθαν σε μια νέα κατάσταση.
• Σε ένα ημερολόγιο ή σε ένα φύλλο χαρτιού ή ως ομαδική άσκηση με τον δάσκαλο να να κρατά σημειώσεις, ζητήστε από τους μαθητές να αναφέρουν τα βήματα που απαιτούνται για τη διεξαγωγή του πειράματος. Συζητήστε τη σημασία της ολοκλήρωσης των βημάτων με τη σωστή σειρά. Ενθαρρύνετε τη χρήση τακτικών αριθμών, όπως πρώτος, δεύτερος και τρίτος στις περιγραφές των μαθητών.
• Ζητήστε από τους μαθητές να χρησιμοποιήσουν λέξεις κατεύθυνσης για να περιγράψουν την κίνηση στο πείραμα με μπαλόνι ή σε μια εκτόξευση πυραύλου. Συζητήστε λέξεις όπως πάνω και κάτω, αριστερά και δεξιά και μπροστά και πίσω. Εισάγετε ή αναθεωρήστε την έννοια των λέξεων που είναι αντίθετες. Ζητήστε από τους μαθητές να δημιουργήσουν μια λίστα με λέξεις που είναι αντίθετες.
• Εντοπίστε βιβλία που περιέχουν εικόνες και σχέδια εκτοξεύσεων πυραύλων. Ενθαρρύνετε τους μαθητές να δουν τις απεικονίσεις των εκτοξεύσεων πυραύλων και να σκεφτούν τι γνωρίζουν τώρα για το πώς λειτουργεί ένας πύραυλος. Ζητήστε από τους μαθητές να δουν τις εικόνες και να σημειώσουν την κατεύθυνση προς την οποία κινούνται οι πύραυλοι.
• Αυτή η δραστηριότητα μπορεί να επεκταθεί με το μάθημα Απλή Πυραυλική Επιστήμη - Συνέχεια.