1

Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 1 Paquete del Plan de Estudios

Rampa

IntroducciónEsta lección Kid Spark STEM-Maker utilizará los siguientes pasos para aprender acerca de las rampas.

Términos Principales

Máquina Simple: un dispositivo que transmite o modifica la fuerza o el movimiento.

Rampa: una superficie de apoyo plana inclinada en un ángulo, con un extremo más alto que el otro, utilizado como ayuda para subir y bajar una carga. También se conoce como pendiente.

Elevación: la altura vertical de una rampa desde la base hasta su punto mas alto.

Fuerza: tirar o empujar.

Trabajo: usar una fuerza para mover un objeto a distancia.

Esfuerzo: una fuerza aplicada a una máquina para hacer el trabajo.

Carga: el objeto o peso que se mueve o levanta

Objetivos del Aprendizaje

Comprender los elementos básicos y el propósito de una rampa.

Tener una comprensión conceptual básica de la ventaja mecánica.

Calcular la cantidad de la ventaja mecánica en una rampa.

Modificar una rampa para aumentar la ventaja mecánica.

Diseña y construir una rampa personalizada.

Elementos de una rampaPropósito de una rampaAplicaciones en la vida realVentaja mecánica en una rampa

1. Aprender2. Construir& Modificar

3. Diseñar &Construir

Recursos

Lab deLabSnapStack

*4 Estudiantes por Lab

AdvancedProjects Lab

*4 Estudiantes por Lab

RobóticaProgramable

*4 Estudiantes por Lab

o o

v2.0

Plan de Estudios

Construir una rampaRealizar una prueba de la rampaModificar la rampa de una ventaja mecánica de 2:1 a 3:1

Diseñar y construir una rampa personalizada para resolver un desafío

2

Fundamentosde Construcción

2cm

18cm

9 Aberturas

6cm

3 Aberturas

2cm

2cm

Conceptos Básicos de Construcción Kid SparkLos siguientes consejos serán de utilidad al utilizar el Sistema de Diseño e Ingeniería del Estudiante de Kid Spark

Conexión/Separación de los ROK Blocks:

Los ROK Blocks usan un sistema de ajuste por fricción, pirámide y abertura para conectarse. Simplemente presione las pirámides en las aberturas para conectarse. Para separar los bloques, tire de ellos.

Conexión/Separación de los Componentes Kid Spark:

Los componentes Kid Spark más pequeños usan una pestaña y un sistema de abertura para conectarse. Coloque en ángulo una pestaña en la abertura, y luego insértela. Para separar el componente, inserte la llave en la ranura y gírela.

Ajuste Entre las Aberturas:

Las pestañas de los componentes Kid Spark también se pueden ajustar entre las aberturas para brindar un soporte estructural a un diseño. Esto también permitirá que ciertos diseños funcionen correctamente.

Colocar una Cuerda:

En algunos casos, puede ser necesario utilizar una cuerda en un diseño. Coloque una cuerda a través de la abertura e inserte cualquier componente Kid Spark con pestañas o pirámides en esa abertura. Asegúrese que las pestañas estén perpendiculares a la cuerda para lograr un ajuste ceñido.

Medición:

La dimensión exteriores de cada bloque conector Kid Spark es de 2 cm3. Esto significa que la longitud, profundidad y altura es de 2 cm cada una. Para determinar el tamaño de una construcción Kid Spark en centímetros, simplemente cuente la cantidad de aberturas y multiplique la cantidad por dos. Repita este proceso para la longitud, profundidad y altura.

3

La Rampa

Propósito

Una rampa se utiliza para facilitar el trabajo creando una ventaja mecánica. .

Creando una Ventaja Mecánica

Aplicaciones en la Vida Real

Las rampas se utilizan de diferentes maneras para facilitar el trabajo. Aquí hay algunos ejemplos de la vida real.

Aprender

Ejemplo 1 – Rampa

ResbaladillasRampa

para Patinaje Rampa para

Silla de RuedasRampa

de Entrada

Rampapara Esquí

Elevación

Pendiente

Example B

Alt

ura

de

la

Ele

vac

ión

(6

0 c

m)

Longitud de la Pendiente(120 cm)

Una rampa es una superficie de apoyo plana inclinada en un ángulo, con un extremo más alto que el otro. Hay dos elementos en una rampa: la pendiente y la elevación. En el ejemplo a la derecha, la pendiente (inclinación) está representada por la rampa. Se usa para cargar y descargar muebles en el camión. La elevación es la cantidad de aumento de la superficie horizontal (el suelo en este caso) a la cima de la pendiente.

La rampa facilita el trabajo al reducir la cantidad de esfuerzo que debe aplicarse para subir o bajar una carga. Esto se hace aumentando la distancia a lo largo de la pendiente a través de la cual se moverá la carga.

En el Ejemplo 1, la longitud de la (120 cm) es dos veces pendientela distancia de la (60 cm).elevación

En el Ejemplo 2, la longitud de la (180 cm) se ha pendienteaumentado a tres veces la distancia de la (60 cm). En elevacióneste ejemplo, la carga se moverá una distancia mayor que en el Ejemplo 1, pero la cantidad de esfuerzo necesario para subir o bajar la carga se reducirá.

Ejemplo 2 – Rampa

Longitud de la Pendiente(180 cm)

Alt

ura

de

la

Ele

vac

ión

(6

0 c

m)

4

Construir& Modificar

Instrucciones

Siga paso a paso las instrucciones para construir una rampa.

3

3x 4x 6x 2x 2x Ménsula

1

2x 2x 2x

2

4

2x Eje

Eje

Conecte la Rampa ala Base de la Estructura

Base de la Estructura

Rampa

Bloque4x6x

Bloque

Bloque

4x Viga

Viga

Viga3x

Media Viga Media Viga4x

Bloque de Un Broche

Bloque de Un Broche

Bloque de Un Broche

5

Instrucciones

Siga las instrucciones paso a paso para construir una rampa.

1x 4x 2x 4x 6x Polea

5 6

1x 3x 3x

7 8

1x Viga

Conectar Soporte de Poleay el Carril de Guía a la Rampa

Soporte de Polea

Carril de Guía

Construir& Modificar

Media Viga

Media Viga oBloque 60 Bloque de Un Broche

Bloque de Un Broche

Tarima

Tarima

6

Instrucciones

Siga las instrucciones paso a paso para construir una rampa.

Corte una cuerda de 54 cm de largo. Haga un nudo en cada extremo de la cuerda. Coloque la cuerda a través de los bloques conectores como se muestra. Asegure la cuerda ajustando los bloques de conectores en las pestañas.

2x Bloque

9

2x Tarima

Coloque ocho ruedas como se muestra para terminarel soporte de peso.

8x Rueda de Encaje por Presión

10

Construir& Modificar

7

Gire el sistema de la rampa para que los pesos se puedan probar en el sistema de polea fija. Coloque los pesos sobre las poleas fijas. Pruebe y observe cómo se equilibran los pesos por igual. Tire hacia debajo del pes 1 y observe cómo se mueve el peso 2 una distancia igual en la dirección opuesta.

Poleas Fijas

Probar las Poleas Fijas

A. Mueva la rampa hacia el borde de una mesa o escritorio. Laspoleas fijas deben colgar sobre el borde del escritorio o la mesacomo se muestra en la Ilustración A.

B. Coloque los pesos sobre la rampa como se muestra en laIlustración B. Tire de el peso 2 hacia la parte inferior de la rampa.Libere el peso 2 y observe lo que sucede.

Probar la Rampa Ilustración A

Ilustración B

Poleas Fijas

Peso 1Esfuerzo

Peso 2Carga

Sistema de Polea Fija

PoleaFija

EsfuerzoCarga

Rampa

EsfuerzoCarga

Peso 2Carga

Peso 1Esfuerzo

Construir& Modificar

Probar la Rampa

Siga las instrucciones a continuación para probar ambos lados del modelo de la rampa Kid Spark.

PoleaFija

8

Comprender la Ventaja Mecánica

El objetivo principal de una máquina simple es facilitar el trabajo. Esto se hace redirigiendo el movimiento o creando una ventaja mecánicas. La Ventaja Mecánica existe cuando la fuerza de salida de una máquinaes mayor que la fuerza de entrada que se le aplicó. Para lograr esto, la máquina debe cambiar el tiempo ola distancia por un menor esfuerzo.

Calcular la Ventaja Mecánica

La rampa reduce el esfuerzo creando una ventaja mecánica. Esto se hace levantando o bajando un objeto una distancia mayor en una pendiente o inclinación para alcanzar la altura deseada, en lugar de levantar o bajar el objeto directamente. Para determinar cuánta ventaja mecánica existe en una rampa, divida la de la por la altura de la longitud pendienteelevación.

Modificar: La RampaAhora que ha construido una rampa que tiene una ventaja mecánica de 2:1 (la es el doble pendientede la distancia de la ), modifique el elevaciónmodelo para aumentar la ventaja mecánica a 3:1.

Comprender el Modelo de una Rampa

Fórmula

Elevación

VentajaMecánica =

Pendiente y Elevación

Pendiente:18 Bloques (36 cm)

Elevación: 9 Bloques (18 cm)

Sistema de Polea Fija

Rampa

Pendiente

Construir& Modificar

Este modelo demuestra cómo una rampa reduce la cantidad de esfuerzo necesario para elevar una carga. Cuando los pesos se colocaron en las poleas fijas, no había ninguna ventaja mecánica, por lo que los pesos se equilibraron por igual. Para elevar una de los pesos, necesitaría un esfuerzo extra o masa para superar la masa de la carga.

Cuando se colocaron los pesos en la rampa, la ventaja mecánica de la rampa permitió que el esfuerzo elevara la carga hasta la parte superior de la pendiente. En este modelo, la es de 18 bloques (36 cm) y la es de 9 pendiente elevaciónbloques (18 cm). Divida 36/18 y esto le dará una ventaja mecánica de 2:1. Ya que la es dos veces más larga pendienteque la , se necesita la mitad del esfuerzo para elevar elevaciónla carga. Esta rampa puede emitir una fuerza mayor que la fuerza de entrada que se le aplicó.

Peso 1Esfuerzo

Peso 2Carga

Peso 2Carga

Peso 1Esfuerzo

El Proceso deDiseño &

IngenieríaKid Spark

Identificarel Desafío

Lluvia deIdeas &

Soluciones

Construirel Prototipo

Prueba &Mejora del

Diseño

Explicar elDiseño

9

Desafío de Diseño e Ingeniería: Rampa

Proceso de Diseño e Ingeniería

1x Tarima

1xBloque

1x Ménsula

1x

Silla de RuedasResumen del Diseño: Escenario

Desafío de Diseño e Ingeniería

* Las instrucciones para construir la silla de ruedas estánen la imagen de la derecha

Especificaciones y Desafíos Secundarios

Proceso de Diseño e Ingeniería Libro de Trabajo de Ingenieríadel Estudiante

Diseñar &Construir

En este desafío, cada equipo debe diseñar y construir una rampa personalizada. Lea cuidadosamente el resumen del diseño, después utilice el proceso de diseño e ingeniería para desarrollar una solución para el desafío.

Una vecina mayor de edad se cayó y se rompió la cadera. Ahora tiene que usar una silla de ruedas para moverse. Hay unas pocas escaleras frente a su casa que dificultan la entrada y la salida.

Diseñe y construya una rampa para sillas de ruedas que le permita a la vecina mayor de edad entrar y salir fácilmente de su casa.

4x Llande de Ajuste

x PresiónBloque de

Un Solo Broche

1. Los equipos pueden trabajar en grupos hasta de cuatro integrantes para terminar este reto.

2. Los equipos deben trabajar en cada paso del proceso de diseño e ingeniería Kid Spark para diseñar, hacer el prototipo y afinar la rampa personalizada. Los equipos serán responsables documentar por escrito la información el Libro de Trabajo de ingeniería del Estudiante.

3. Desafío Secundario: La rampa para la silla de ruedas debe tener una ventaja mecánica de al menos 4 1.

4. Desafío Secundario: La rampa para la silla de ruedas debe ser lo suficientemente amplia para la silla de ruedas.

5. Desafío Secundario: La rampa para la silla de ruedas debe incluir un pasamanos para mayor seguridad y ayuda.

6. Desafío Secundario: Con cada componente de construcción que cuesta $2, el sistema de poleas debe costar menos de$120.

7. La rampa para la silla de ruedas debe ser estéticamente atractiva.

8. Cada equipo debe explicar de manera efectiva todos los aspectos de lluvia de ideas, creación de prototipos, pruebas y mejora de la rampa personalizada. Los equipos también serán responsables de explicar cuánta ventaja mecánica existe en el diseño.

Para desarrollar un diseño de alta calidad, los equipos trabajarán a través de cada paso del proceso de diseño e ingeniería. Los equipos deben registrar el avance en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante.

Cuando los equipos hayan completado el desafío de diseño e ingeniería, se debe presentar al maestro y a los compañeros de clase para su evaluación. Se calificará a los equipos según los siguientes criterios:

10

Evaluación del Desafío

55-01188-200 ES

Diseñar &Construir

Especificaciones: ¿El diseño cumple con todas las especificaciones como se indica en el resumen del diseño?

Funcionamiento: ¿Qué tan bien funciona el diseño? Funciona de manera consistente?

Colaboración del Equipo: ¿Qué tan bien trabajó el equipo? ¿Cada alumno puede describir cómo contribuyeron?

Calidad/Estética del Diseño: ¿El diseño es de alta calidad? ¿Es estructuralmente fuerte, atractivo y bien proporcionado?

Costo del Material: ¿Cuál fue el costo total del diseño? ¿El equipo pudo mantenerse dentro o por debajo del presupuesto?

Presentación: ¿Qué tan bien comunicó el equipo a los demás todos los aspectos del diseño?

Especificaciones

Funcionamiento

Colaboración en Equipo

Calidad/Estéticadel Diseño

Cumple todas lasespecificaciones

No cumple con lasespecificaciones

Cumple algunasespecificaciones

Cumple con la mayoríade las especificaciones

El diseño funcionaconsistentemente bien

No cumple con lasespecificaciones

El diseño funcionaparcialmente

El diseño funciona bienen general

Cada miembro delequipo contribuyó

El equipo no trabajójunto

Algunos miembros delequipo contribuyeron

La mayoría de losmiembros del equipocontribuyeron

Excelentediseño/estética

Diseño/estéticapobre

Diseño/estéticapromedio

Buendiseño/estética

En Presupuesto($120 o Menos)

Muy por Encima delPresupuesto (+$141)

Por Encima delPresupuesto($130 – $140)

Ligeramente Arriba delPresupuesto($120 – $130)

Excelente presentación/bien explicada

No hubo presentación/explicación

Presentación/explicación regular

Buena presentación/bien explicada

Costo delMaterial

Presentación

Puntos

Total de Puntos

Avanzado5 Puntos

Eficiente4 Puntos

/30

Guía deCalificación

Parcialmente Eficiente3 Puntos

No Fue Eficiente0 Puntos