Камъните потъват. Това го знае всяко дете още от първите си опити да хвърля камъчета в реката. Но дали е винаги вярно? Знаем, че лодките обикновено се правят от дърво, защото то не потъва. А възможно ли е да изработим плавателен съд от камък, който да плава също толкова добре? Не сте убедени, но сте готови да проверите? Тогава продължавайте да четете, този STEM проект е точно за вас!

Същност на проекта

Общоприето вярване, както сред възрастните, така и сред децата, е, че “камъните не могат да плават”. Настоящият STEM проект има за цел да опровергае това алтернативно научно схващане. В процеса на изследване учениците откриват някои основни физични принципи и характеристики на телата.

  • Наблюдават как различните тела изместват различно количество вода, в зависимост от степента на потъване и размерите им.
  • Когато пускат различни видове скали, като слюда, пясъчник, талк, пемза и гранит във водата, те установяват, че някои от тях не потъват.
  • Изследват характеристиките на плаващите скали, за да определят какво прави това възможно.
  • Научават, че камъкът всъщност не е камък, а е опростено наименование за различни видове скали, с различни свойства и характеристики.
  • Анализират резултатите от своите експерименти и ги използват за създаване на плавателен съд, направен от подходящ вид скала.

Учебни цели

В работата по този STEM проект са заложени следните основни учебни цели:

  • изследване на свойствата на телата;
  • сравняване на физични величини;
  • повишаване на интереса към науката, посредством свързване на изучаваните концепции с реалния свят.

Учебни умения

  • развиване на критично, аналитично и творческо мислене;
  • работа в екип;
  • създаване на изделие, съобразено с определени ограничения в дизайна.

Необходими материали

За този STEM проект учениците от всяка работна група ще имат нужда от следните материали:

  • различни видове скални късове - слюда, пясъчник, гранит, пемза;
  • дълбок съд за вода;
  • ластици;
  • клечка за зъби;
  • пластилин;
  • няколко малки пирончета;
  • лист филц или EVA пяна (микропореста гума);
  • алуминиево фолио;
  • вода от чешмата;
  • работен лист, в който да записва наблюденията си.
Работния лист може да свалите тук

Теоретична постановка

В представите на повечето деца обемът на телата е правопропорционален на тяхната маса. Или, колкото е по-голям един обект, толкова по-тежък е той. Това становище е валидно при изследване на обекти от един и същ вид, но с различни размери. При съпоставяне на обекти с различни характеристики обаче могат да се получат напълно различни резултати. Ако два екземпляра от различни скали са с приблизително еднакъв размер (обем), като например парче пемза и парче гранит, тогава децата могат да ги сравнят на балансирана везна и да установят, че  едната скала е значително по-тежка от другата.

Освен това, когато ги поставят във вода, учениците ще установят, че едната скала бързо потъва на дъното, докато другата остава на повърхността на водата. Предметите плават, когато теглото им е по-малко от теглото на водата, която изместват. Пемзата не е плътен материал, затова теглото на водата, която измества, е по-голямо от нейното собствено тегло. Поради тази причина пемзата обикновено плава над водата. Гранитът, от друга страна, е плътен, така че дори малко парче бързо потъва.

При създаването на плавателен съд е необходимо използването на плаващ материал, но също така е нужно да се измести центърът на тежестта така, че да балансира тежестта на мачтата и платната. Така плавателният съд няма да се преобръща. Когато площта на дъното на платноходката е по-голяма, тя е сравнително стабилна. При отстраняване на част от дъното, при което лодката става по-тънка, тежестта на мачтата и платното вече трудно биват уравновесени. Плавателният съд става нестабилен и се преобръща. За да предотвратят този ефект, учениците се нуждаят от нисък център на тежестта. За да балансират тежестта, те използват част, наречена кил, която е на дъното на лодката. Тя е оформена като перка, която служи за две цели - балансира теглото на платното и предотвратява обръщането на лодката настрани от вятъра.

В този проект учениците ще оформят кила на лодките си от пирончета и алуминиево фолио. При поставяне на пирончета на дъното на платноходката, нейният център на тежестта слиза надолу и тя става по-стабилна. Отделните пирончета обаче не вършат много добра работа при предотвратяване на преобръщане от вятъра или движение в права посока. Ако духнете платното, лодката може да се изкриви на една страна или да се завърти в кръг. При увиване на пирончетата с фолио се създава твърда преграда, която е много по-устойчива на натиска, който водата оказва върху тях. По този начин платноходката става много по-стабилна и започва да се движи в права посока.

Ход на проекта

Подготовка

  1. За този STEM проект ще трябва да подготвите по няколко парчета от различни видове скали за всяка работна група.
  2. Обособете работни пространства за всяка от групите.
  3. Напълнете по един дълбок контейнер с вода за всяка от тях. Той трябва да бъде прозрачен и с дълбочина не по-малка от 15 см.

Експериментална част

Разделете учениците в групи по трима или четирима. Раздайте на всеки ученик по един работен лист, в който да записва наблюденията си.

  • На всяка работна група дайте по няколко различни видове скални късове - слюда, пясъчник, гранит, пемза.
  • Учениците трябва да поставят последователно скалните късове в контейнера с вода и да наблюдават дали те потъват или не. С какво се характеризират потъващите скални късове? А тези, които остават на повърхността на водата? Учениците изследват теглото и плътността на скалите и записват наблюденията си в работните листове.
  • Проверете какво ще се случи, ако потопите плаващите скални парчета. Учениците трябва да ги задържат под водата в продължение на няколко секунди. Какво се случва с тях, когато са потопени? Изплават ли скалите обратно, ако натискът бъде отстранен? Направените изводи се записват в работните листове.
  • След това учениците прикрепват едно за друго плаващите парчета скали с помощта на ластици. По този начин ще се оформи дъното на плавателния съд.
  • Мачтата на лодката се оформя от клечката за зъби, която се забива внимателно в центъра на оформеното дъно. Сглобката се подсилва при нужда с малко пластилин.
  • От лист филц или EVA пяна (микропореста гума) се изрязва квадрат с дължина на страната 6 см. След това се поставя на клечката за зъби, за да се оформи платното. Клечката минава през средата на две от страните на изрязания квадрат.
  • Готовите лодки се поставят във водата. Ако основата е достатъчно голяма, лодката ще може да се задържи на повърхността, без да се преобръща.
  • Намалете размерите на скалната основа, като отстраните периферните скални парчета и оставите само централното парче скала, в което е забита мачтата.
  • Учениците поставят отново лодките във водата и наблюдават дали и как ще се промени движението ѝ. Успяват ли да се задържат, без да се преобърнат? На какво се дължат наблюдаваните промени?
  • За да не се преобръщат лодките от тежестта на платното, от долната страна на скалното дъно се забиват пирончета, които да играят ролята на противотежест и кил на лодката. Насърчете групите да опитат да ги подредят в различни направления, като внимават да се в права линия, докато установят кой вариант уравновесява плавателните съдове най-добре.
  • Накрая килът на лодките се завършва, като около пирончетата се увие плътно алуминиево фолио. Така вече няма да има празно пространство между тях и плавателните съдове ще бъдат много по-стабилни.
  • Сравнете движението на лодките на различните работните групи.

Заключителна част

  • Сравнете плавателните съдове на различните работни групи. Кой от тях е най-стабилен? На какво се дължи това? Какви промени могат да направят групите, за да подобрят лодките си?
  • Дискутирайте кои характеристики на телата им позволяват да плават над водата. Какви други тела притежават подобни характеристики и биха могли да бъдат използвани за направата на плавателни съдове?

Възможности за усложняване на проекта

  • Опитайте да направите по-голямо платно и да използвате част от дървено шишче за мачтата вместо клечка за зъби. Колко голяма трябва да бъде противотежестта, за да не се преобърне лодката?
  • Направете лодки от други плаващи материали и сравнете характеристиките на използваните материали. Кои съдове са най-стабилни? А най-бързи?
  • Проектирайте лодка, която да може да бъде задвижвана от балон.
  • Изследвайте как направените наблюдения за плаваемостта на телата могат да бъдат използвани за определяне на годността на суровите яйца.

С помощта но този увлекателен STEM проект можете да опровергаете някои алтернативни научни схващания на учениците, да разширите познанията им за околния свят, да повишите критичното им мислене и интереса им към науката. И всичко това в условията на творчество, забавление и работа в екип. Убедихме ли ви да опитате?

За статията е използван следният ресурс, който е допълнен с личния опит на автора: