Construire une horloge d'eau - Science NetLinks
Pour construire un système contrôlé rétroaction (une horloge d'eau) et des moyens de recherche pour améliorer la conception du système.
Cette activité devrait suivre les rencontres des étudiants avec des systèmes plus simples, tels que des crayons, ciseaux, etc. Dans cette activité, les élèves commenceront à examiner de plus près les interactions entre les parties d'un système. L'objectif principal d'avoir les élèves apprennent sur les systèmes est de ne pas faire parler sur les systèmes en termes abstraits, mais d'améliorer leur capacité à participer à divers aspects des systèmes particuliers pour tenter de comprendre ou de traiter avec l'ensemble du système.
Motivation
Commencez par laisser les élèves voir WOW de cette semaine: l'horloge de l'eau. une vidéo de la plus grande horloge de l'eau en Amérique du Nord, exposée au Musée d'Indianapolis des enfants. Les élèves doivent noter et décrire quelques-unes des pièces qui composent l'horloge de l'eau.
Comme ils lisent, demandez aux élèves d'écrire les réponses à ces questions:
- Quelles sont les parties d'une horloge d'eau?
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(Un oscillateur [pendule], un diviseur de fréquence, un compteur de minute [les disques minute], et un compteur d'heures [les boules d'une heure]. L'eau provenant d'une pompe dans le sous-sol, juste au-dessous de l'horloge, est pompé à travers une conduite en marche le milieu de l'horloge dans un réservoir au sommet. l'eau coule ensuite vers le bas sur une boule dans la partie supérieure qui est reliée au vert, balancier. le pendule provoque la pelle à benne l'eau dans une série de siphons. la siphons remplir et à vider dans les globes de minutes. un siphon est un tube en inversé forme de « U » qui provoque la solution à couler en place, sans pompe, actionné par la chute du liquide lors de son écoulement dans le tube sous la traction de la gravité.)
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(Il peut être utilisé aussi bien la nuit que la lumière du jour.)
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(Est très difficile Le débit d'eau pour contrôler avec précision.)
Discutez des réponses avec la classe.
Développement
Comment fonctionne l'horloge eau
Dans la première partie de l'activité, la classe étudiera comment une horloge d'eau fonctionne et l'effet d'une de ses variables sur sa capacité à être un garde-temps précis.
Demandez aux élèves de choisir ce qu'ils considèrent être les parties les plus importantes du dispositif.
Procédure
Effectuez les opérations suivantes comme une exploration dirigée par l'enseignant:
Discutez des résultats avec la classe en posant des questions telles que les suivantes:
- Qu'est-ce que les résultats que vous dire? (Le taux de goutte à goutte changera si le niveau d'eau dans la bouteille très bien des changements.)
- Qu'est-ce que cela vous dit sur une horloge d'eau? (Il pourrait ne pas être très précis.)
Construire une horloge meilleure eau
Dans cette partie de l'activité, les étudiants construiront un système robotisé contrôlé rétroaction qui fonctionnera comme une horloge d'eau qui gardera le temps avec précision pendant au moins deux heures sans intervention humaine.
Procédure: Diviser la classe en groupes. L'objectif pour chaque groupe est de construire une horloge d'eau qui gardera le temps avec précision (+/- 1%) pendant au moins deux heures sans intervention humaine. Pour cela, le taux de goutte à goutte de la bouteille doit être constante. Un taux d'égouttage de 10-15 ml / min donnera de manière appropriée des données précises (lorsque le volume qui coule out est mesurée). A ce taux de goutte à goutte, 1-2 L d'eau sera recueillie dans deux heures, ce qui est assez petite quantité pour être gérable. Étant donné que le taux de goutte à goutte changera si le niveau d'eau dans les changements de bouteille très bien, le niveau d'eau dans la bouteille goutte à goutte devra être maintenu assez constant afin de maintenir la constante de vitesse de goutte à goutte.
Fournir aux élèves un peu de temps en classe et en dehors de la classe pour développer les concepts pour leurs robots, vérifier leurs idées pour être sûr qu'ils répondent aux critères de conception et sont en sécurité, et fournir au moins une ou deux périodes de temps en classe pour une partie de la construction, afin que vous puissiez juger les membres du groupe travaillent ensemble et de fournir l'encouragement et le renforcement de leurs idées.
Les robots finis doivent avoir un signe important donnant le facteur de conversion du volume d'eau recueilli à quelques minutes du début de la collecte.
Les étudiants doivent présenter leurs robots finis à la classe. Chaque projet doit être accompagné d'un rapport écrit qui détaille leur conception, y compris les dessins illustrent et le nom de toutes les parties du système de robot qu'ils ont conçu.
Évaluation
test réel des robots finis pourrait être un événement ouvert à toute l'école comme chacun est testé à deux ou trois fois au hasard au cours d'une course de deux heures pour voir si elle garde le temps de convenance dans le +/- 1% sur l'ensemble de période.
Pour pousser la créativité des élèves, vous pouvez mettre en place des prix spéciaux et des incitations pour les robots entièrement administré par des la force de gravité ou par des ressorts ou par des moteurs électriques et / ou pour les appareils qui montrent le temps écoulé en continu. Votre propre créativité à cet égard devrait être limitée que par ce qui est raisonnablement disponible dans votre école. Plus l'éventail d'options a permis, plus tout le monde va en apprendre davantage sur ce qui est possible avec des robots.
extensions
Visitez le Robo-Spot de l'Institut Franklin pour en savoir plus sur la robotique et des liens vers diverses ressources du robot. Les étudiants qui sont intéressés à faire des rapports de recherche ou un projet de science sur la robotique peut utiliser ces liens comme point de départ.