El Lego Capsule Challenge

Resumen: Esta actividad es una práctica en ingeniería en la cual los estudiantes tienen el desafió de construir una estructura liviana con Legos alrededor de un foco. La estructura debe proteger al foco para que este sobreviva una caída de 20 pies. La meta es 1) construir la estructura mas liviana posible 2) Recuperar el foco sin roturas, y 3) que el foco todavía funcione cuando se recupere. Los estudiantes intentaran incorporar tres leyes físicas distintas en el proceso de construir sus estructuras.

Grado Tamano de grupo sugerido

4 -12 grado Cualquier tamano depende de la cantidad de legos disponibles

Tiempo Requerido:

Sistema 5 minutos

Lección 10 minutos (*30 minutes)

Construir 30 minutos (*45 minutes)

Intervenir 5 minutos

Gota 10 minutos (*20 minutes)

Prubas 10 minutos

Limpieza 5 minutos

Tiempo Total: 1 hora 15 minutos (*2 hours)

Objetivos :

• Los estudiantes deben trabajar juntos en un grupo • Los estudiantes serán introducidos a la ley de Newton II: F= ma • Los estudiantes tendrán la oportunidad de interactuar directamente con las

leyes de física y los legos.

Materiales: Para cada equipo:

• Un barril con 500 piezas de legos [obtenidos en Target por ($9.99)]

• Un foco GE envuelto (los focos genéricos no funcionan bien en esta actividad)

• Papel aluminio

Para el facilitador: • Lámpara • Escala • Un proyector, o pizarrón • Marcadores • Si se utiliza un proyector, se necesitara una computadora

y una pantalla. Información General: Para que la estructura del Lego sea un éxito y sobreviva la caída, tres conceptos deben considerarse durante la construcción de las estructuras. 1. Masa: La cantidad de materia que un objeto contiene. La masa de un objeto es

importante para poder calcular rápidamente que tan rápido aceleran los objetos cuando les aplicamos fuerza. Se debe compara la tercera ley de Newton, donde fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración del objeto (F=m*a), para que los niños puedan entender la relación entre masa y fuerza. Fuerza causa aceleración. El tipo de fuerza mas conocida es la de peso. Esta es la cantidad de peso que el mundo ejerce sobre nosotros. Hay dos conceptos interesantes sobre esta fuerza:

• Nos atrae hacia abajo, para ser más exactos, hacia el centro de la tierra.

• Es proporcional a nuestra masa. Entre más pesados seamos, el planeta Tierra ejerce mas

fuerza hacia nuestro peso.

Entonces, entre más legos nuestras estructuras tengan, mas grande es la masa. No queremos tener una estructura que tenga demasiada masa porque el planeta tierra

ejercerá mas fuerza, causando que el impacto final de la estructura con el piso sea mayor. Desde entonces, entre mas Legos nuestras estructuras tengan, mayor es su masa. No queremos que la estructura tenga tanta masa, ya que la fuerza será mayor. Una estructura liviana tendrá un impacto menor y los danos serán mínimos.

2. La energía cinética es lo que determina la sobre vivencia del foco. Cuando la estructura sea lanzada de un balcón, llevara cierta cantidad de energía cinética. Después de su caída, cuando se pare completamente, tendrá una energía cinética de cero. Para minimizar el riesgo que el foco se rompa cuando se lance, se deber remover la energía cinética lo mas despacio posible. Esto se puede hacer creando múltiples capas de legos que aislé el impacto. En otras palabras, como un carro tiene mucho material que le proteja en caso de un accidente, nuestras estructuras deberán tener mucho material para proteger al foco al impacto de su caída.

Cuando lancen su estructura, deben asegurarse que el peso este distribuido igualmente para que no se caiga de manera desproporcionada. Asegúrense que la estructura no sea muy pesada arriba, abajo o a los lados, al menos que esto sea parte del diseño.

Vocabulary:

Acceleration: The rate at which an object's velocity changes with time.

Crumple Zone: structural feature designed to compress during an accident to absorb energy from an impact.

Force: a push or pull acting upon an object.

Kinetic Energy: The energy of motion, determined by an object's mass and speed

=Mass Velocity*( )2

2

Mass: as the measure of how much matter an object or body contains.

Momentum: The mass of an object multiplied by its velocity. If an object has a high momentum, it is more difficult to change its velocity

Newton’s II law: The rate of change of momentum of a body is directly proportional to the impressed force and takes place in the direction in which the force acts. F = ma

Sir Isaac Newton: Sir Isaac Newton was an English physicist, mathematician, astronomer, philosopher, and alchemist who wrote the Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (published 5 July 16871), where he described universal gravitation and, via his laws of motion, laid the groundwork for classical mechanics.

Preguntas claves: 1. Que estrategia haz utilizado para hacer tu estructura lo mas liviana posible? Como le vas hacer liviana, como vas a protegerle al foco? 2. Que parte de la estructura será la mas afectada por el impacto?

El lado pesado caerá primero, es este el lado que quieres que caiga tu estructura al impacto?

3. Se rompió tu estructura como lo habías anticipado? Fue la caída y la aterrizada de la estructura como la habías anticipado? Ocurrió algo que no habías planificado (por ejemplo: sirvieron las alas que pusiste en tu estructura)? 4. Que hicieras diferente la próxima vez? Tendrías un técnica diferente para construir tu estructura? 5. Que dejarías igual en tu estructura? Cuales son los cosas que cambiarias? Procedimiento:

Los estudiantes tienen que ser divididos en grupos de 3-4. 1. Asegúrense que los estudiantes estén familiarizados usando los legos. Denles 5 minutos para jugar con las piezas para que los que nunca han jugado con ellos puedan aprender de sus compañeros como juntarlos. 2. Los niños tienen que saber que, como los ingenieros construyen las naves de espacio para proteger a los astronautas, ellos tiene que construir una estructura con los legos que proteja al foco en la caída. 3. Las tres leyes de física deberan ser introducidas (F=m*a, energía cinética y distribución de peso) para que puedan seleccionar la mejor forma de construir sus estructuras. 4. Deben explicarles como sus estructuras van a ser evaluadas: el peso de la estructura, si el foco esta intacto después de la caída, y si el foco todavía funciona. 5. Los niños tendrán 30 minutos para poder construir sus estructuras (mientras arman sus estructuras los niños deben pensar en un nombre original para so grupo).

6. Cuando las estructuras estén construidas, los niños deben pesarlas. 7. Seleccione un estudiante del grupo que sea el que lance las estructuras, el resto de los estudiantes estarán abajo esperando la caída de sus focos. 8. Un equipo a la vez lanzara sus estructuras para que los otros niños puedan observar como cada estructura caí al piso. 9. Vuelvan al aula para probar si los focos todavía funcionan utilizando la lámpara. 10. Los estudiantes deben tener la oportunidad de discutir lo que ellos han aprendido, lo que ellos hicieran distinto, y lo que dejarían igual. Notas:

• Cuando prueben los focos, no los prueben si están visiblemente rotos. • Es importante que sepamos si la lámpara esta prendida o no antes de colocar el foco (por ejemplo, una vez se intento colocar un foco cuando la lámpara estaba prendida y este exploto. Los niños estaban muy asustados y desilusionados).

Ejemplo de enchufe

Una lámpara con un enchufe que es difícil distinguir si esta apagado o no.

Un ejemplo de un buen enchufe, ya que se puede ver si esta apagado o prendido.