Всички деца обичат да правят хартиени самолети и да сравняват кой от тях лети най-добре. Може би и вашите ученици запълват междучасията с въздушни съревнования. А случвало ли се е да изстрелят ракета в космоса? Още не? Тогава продължавайте да четете - този STEM проект е точно за вас!

Същност на проекта

В този STEM проект учениците създават хартиена ракета, която изстрелват с помощта на въздушна струя, издухана през сламка. Е, няма да стигне чак до Космоса, но ще ви помогне да визуализирате някои научни концепции в реална и интересна за учениците ситуация. За да могат да осигурят максимално добро представяне на своята ракета, те ще трябва първо да проучат кои сили влияят върху нейното движение и по какъв начин. След това учениците трябва да анализират продължителността и траекторията на полета, за да  установят как да подобрят нейния дизайн. 

Учебни цели

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

  • изследване преобразуването на енергията;
  • измерване на физични величини;
  • изследване на силите, влияещи върху движението на телата;
  • графично представяне на данните.

Учебни умения

  • развиване на критично и аналитично мислене;
  • работа в екип.

Необходими материали

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

  • чупещи се сламки за пиене;
  • дебел молив с кръгло сечение;
  • шивашки метър;
  • линия;
  • ножици;
  • цветни листи - размер А4;
  • работен лист за движението на телата.
Работния лист може да свалите тук

Теоретична постановка

Едно от най-големите предизвикателства за ракетните инженери е да проектират ракетата, така че да бъде стабилна и да следва предварително определена траектория. Ако се отклони, горивото и провизиите няма да бъдат достатъчно, за да се върне обратно. Затова ракетата трябва да бъде изработена с голяма прецизност. За щастие, осигуряването на стабилност при пътуване през атмосферата е сравнително лесно, ако се вземат предвид две неща: центъра на масата и центъра на налягането. Центърът на масата представлява точката на баланс на теглото на ракетата, а центърът на налягането е точката на баланс на налягането, упражнявано върху повърхността на ракетата от въздушни молекули, докато лети във въздуха.

В първоначалния вариант на ракетата, създадена от учениците, прототипът лети направо в началото, но бързо спира и се отклонява встрани. Това е така, защото ракетата няма перки, които да я поддържат стабилна. При добавяне на перки ракетата лети направо и в резултат на това изминава много по-голямо разстояние. Перките помагат да се поддържа ракетата стабилна и да запази посоката си на движение. Същото се отнася и за други дълги, тънки предмети, които летят бързо, например стрелите. Дори да се разклатят леко при движението си, перките помагат за възстановяването на баланса и придържането към правилната посока. Това се дължи на факта, че с тяхна помощ центърът на налягането на ракетата се измества зад центъра на масата („средата“ на ракетата, или еквивалентната точка, където цялата ѝ маса е концентрирана).

Подготовка

За този STEM проект ще ви бъде необходима тестова площадка, където да изпробвате движението на ракетите. Добър вариант е да обособите площадката непосредствено до прозореца или дъската, за да може да залепите върху тях шивашки метър или друг вид лента за измерване на максималната височина, на която се издигат ракетите.

Експериментална част

Разделете учениците в групи по трима или четирима. Раздайте на всички по един работен лист за движението на телата.

  • За начало, учениците трябва да нарежат един лист хартия на четири по-малки правоъгълника, като го разрежат наполовина по дължина и ширина. Това ще позволи на всяка група да направи по четири ракети.
  • Хартиените правоъгълни парчета се увиват около молива с дългия ръб на хартията по дължината му. Така ще се оформи тялото на ракетата, което има цилиндрична форма. Цилиндърът се изважда от молива и свободния край на хартията се залепва.
  • След това учениците трябва да оформят предния край на ракетата. За целта те трябва да притиснат единия край на цилиндъра и да го залепят с тиксо. Другият край на цилиндъра остава отворен.  С това първият тестов модел е готов.
  • Всяка група трябва да тества прототипите си на тестовата площадка. Учениците се редуват да изстрелват ракетите си с помощта на сламки. За целта сламката се поставя хоризонтално на масата, така че краят ѝ да стърчи навън от нея, след което чупещата ѝ част се изкривява под прав ъгъл нагоре и ракетата се поставя върху нея.
  • Един от учениците изстрелва ракетата, като издухва силно въздух в сламката. Другите наблюдават дали ракетата лети направо и измерват най-високата точка, до която е достигнала.
  • Експериментът се повтаря няколко пъти, докато всички ученици в работната група тестват своите прототипи, за да се провери дали всички летят по един и същ начин. Всички резултати се записват в работните листове. Стабилни ли са направените прототипи?
  • За да направят ракетите си по стабилни и да подобрят тяхното представяне, учениците трябва да добавят перки. От друг лист хартия се изрязват по два еднакви равнобедрени правоъгълни триъгълници за всеки от прототипите. Хипотенузата на триъгълниците трябва да е дълга около осем сантиметра.
  • След това учениците начертават ъглополовяща на 90-градусовия ъгъл до средата на хипотенузата. От двете страни на ъглополовящата се чертае по още една линия, която трябва да бъде успоредна на ъглополовящата и на отстояние 5 мм. от нея.
  • Учениците прегъват по две нови линии. Така от всеки триъгълник се получават по два по-малки еднакви триъгълника, които ще играят ролята на перки. Участъкът между тях се намазва с лепило и се залепва за цилиндъра откъм отворения му край (в долната част на ракетата).
  • Двата чифта перки се залепват от срещуположните страни на цилиндъра. В резултат се получават четири перки, които образуват форма "+", когато ракетата бъде погледната отгоре. Ако е необходимо, перките леко се огъват, така че да бъдат разположени на 90 градуса една спрямо друга.
  • След направените промени в дизайна, учениците изстрелват отново ракетите си по вече познатия начин, като записват получените резултати в работните си листове. 
  • Задайте конкретни изисквания за средната дължината на полета на ракетите, за да предизвикате учениците да подобрят още дизайна на своите ракети. Учениците ще трябва да определят средната дължина на полета, която са постигнали до момента, след което да помислят как могат да подобрят резултатите си. Могат например да опитат да променят формата, размера, броя или местоположението на перките; да променят дължината на ракетата или на сламката за изстрелване; да променят начина на изстрелване. Всяка работна група разполага с четири ракети, което дава възможност на екипите да опитат различни варианти за подобряване на дизайна и да открият най-подходящия.
  • Подобренията се тестват и постигнатите резултати се записват в работните листове. След това учениците представят средните резултати от всички тестове графично.

Заключителна част

Всяка от работните групи представя пред класа крайния дизайн на своята ракета, като обяснява какви промени са направени и дали те са подобрили представянето на ракетата.

  • Генерирайте идеи как може ракетата да бъде изстреляна без помощта на сламка. Може ли да бъде използван някакъв механизъм?
  • Дискутирайте защо ракетата постепенно забавя движението си във височина, след което започна да пада обратно към земята. Какви сили действат върху нея?

Възможности за усложняване на проекта

  • Направете ракета с двуетапно изстрелване. При този модел, части от ракетата падат и изгарят в атмосферата, докато останалата част от ракетата продължава своя път към космоса.
  • Създайте катапулт за изстрелване на направените ракети;
  • Направете самоизстрелващи се мини ракети от кибритени клечки.

Този интересен STEM проект е чудесна възможност да въведете учениците в процеса на инженерно проектиране. Учениците ще влязат в ролята на инженери, които трябва да се справят с различни ограничения в дизайна, за да могат да постигнат предварително заложените очаквания. Това изисква както познаването на силите, действащи върху телата, така и проявата на критично, аналитично и творческо мислене. Допълнителен плюс на проекта е работата в екип, което го прави много ангажиращ и забавен. Нямате нужда от повече убеждаване? Качвайте се на борда и смело напред към STEM галактиката!

За статията са използвани следните ресурси, които са допълнени с личния опит на автора: