Курс: «Физика и механика», модуль «Усложнённые задачи»
Башенный кран
Самым крошечным, является кран Unic URW-094. Имея габариты всего 59,5 см в ширину и вес 1000 кг, эта микромашинка невероятно компактна, раскладывается и полностью готова к работе буквально за 5 минут, и при этом демонстрирует непревзойденную грузоподъемность для своего размера - 995 кг (почти тонну веса!) при вылете стрелы на 1,5 метра. Удивляет и то, что подобная кроха может максимально выдвинуть свою стрелу на 5,6 м, при этом двигая ее в любом направлении на 360 градусов. Ко всему прочему, длину и положение каждой ноги крана-паука можно настроить в отдельности, что позволяет ему быть установленным на любой неровной поверхности без потери устойчивости. Применение крана-паука оказывается очень широким: это и работа в музеях по установке скульптур, возможность функционирования на балконах и крышах строящихся зданий, в небольших помещениях и даже подвалах.
Естественные науки
    • Наблюдение и измерение воздействия силы на объект.
    • Силы и конструкции.
    • Методы исследования.
    • Простые машины – блоки.
    Технология
    • Сборка деталей.
    • Построение простых машин.
    • Изучение управляющих устройств – двигателей.
    • Анализ результатов.
    • Исследование выигрыша от использования системы блоков.
    Конструирование
      • Описание и объяснение работы элементов конструкции и воздействия нагрузок.
      • Творческое конструирование.
      • Испытание и оценка моделей перед внесением изменений.
      Математика
      • Определение погрешности.
      • Выбор и применение методов измерения длины с приемлемой степенью точности.
      В технический словарик
        • Неподвижный блок
        • Сила трения
        • Нагрузка (груз)
        • Выигрыш в силе
        • Подвижный блок
        • Система блоков (полиспаст или таль)
        • Проскальзывание
        Дополнительно потребуется
          • Рулетка или «сантиметр».
          • Секундомер.
          • Весы для взвешивания.
          Установление взаимосвязей
          Подъемные краны используют повсюду, чтобы поднимать тяжелые грузы и перемещать их на разные расстояния. В портах такие краны загружают и разгружают корабли, на стройках – передвигают строительные материалы, на заводах и фабриках – товары и оборудование. Существует несколько видов подъемных кранов. Одни крепятся к земле, другие могут переезжать с места на место.

          Постройте модель башенного крана и исследуйте, каким образом изменения в системе блоков влияют на его работу.
          Конструирование
          Соберите башенный кран и груз
          (Технологические карты 16A и 16B, с. 28, шаг 38)

          • Поставьте башенный кран на крышку синей коробки от конструктора ЛЕГО®.
          • Запустите двигатель, сдвинув вперед выключатель на батарейном отсеке, пусть сначала нить размотается, а затем двигатель смотает ее обратно.
          • Убедитесь, что шкивы вращаются свободно.
          Рефлексия
          Почему в подъемных кранах применяют блоки? В подъемных кранах используют системы блоков (полиспасты), поскольку они позволяют поднимать тяжелые грузы с меньшим усилием.
          Сначала вычислите выигрыш в силе и попробуйте предположить, с какой скоростью поднимет груз модель с комбинацией блоков А. Запишите величину выигрыша и свои предположения в Рабочем бланке.

          Затем проверьте свое предположение. Запишите результаты выполненных исследований в Рабочем бланке.

          А теперь проделайте то же самое с комбинациями блоков B и C.

          Комбинация блоков A (с. 28, шаг 38) обеспечивает выигрыш в силе, равный 1. Скорость подъема груза составляет приблизительно 0,1 м/с.

          Комбинация блоков B (с. 29, шаг 39) обеспечивает выигрыш в силе, равный 2. Скорость подъема груза составляет приблизительно 0,05 м/с.

          Комбинация блоков C (с. 30, шаг 40) обеспечивает выигрыш в силе, равный 3. Скорость подъема груза составляет приблизительно 0,03 м/с.

          Объяснение результатов испытаний
          Комбинация блоков A работает быстро, но не дает выигрыша в силе.

          Комбинация блоков B – медленнее, зато выигрыш в силе составляет 2, а это значит, что для подъема груза необходимо затратить вдвое меньшее усилие, а затратив тоже усилие, кран сможет поднять груз в два раза тяжелее.

          Комбинация блоков C работает медленнее, чем комбинации A и B, зато обеспечивает выигрыш в силе равный 3, а это значит, что для подъема груза необходимо затратить втрое меньшее усилие по сравнению с комбинацией блоков А, а затратив то же усилие, кран сможет поднять груз в три раза тяжелее.
          Развитие
          Хотите изменить конструкцию?

          Часто подъемные краны проектируют под определенные цели.

          Попробуйте переделать свой подъемный кран и добиться, чтобы он был лучшим в своем классе. Мы задали несколько вопросов, которые помогут вам выбрать направление дальнейшего исследования (см. Рабочий бланк).

          Затем составьте план испытания и проверьте, как работает ваша новая модель, нужно ли внести в нее какие-либо изменения. Не забывайте записывать результаты всех испытаний.
          Когда ученики выберут наиболее понравившийся им вопрос «А что, если…» и определят направление дальнейших исследований, попросите их:

          a) ясно и четко объяснить, что было самым важным элементом первоначальной модели;
          b) определить основные параметры этого элемента, благодаря которым он работал тем или иным образом;
          c) подумать, что можно изменить в этих параметрах;
          d) внести возможные изменения и проверить, что получится;
          e) решить, какие изменения помогают достичь желаемого результата;
          f) зафиксировать новую конструкцию и объяснить:
          – какие были внесены изменения;
          – почему они были внесены;
          – как эти изменения влияют на работу модели.

          Учащиеся могут зарисовать свои конструкции, сделать цифровые снимки моделей или снять их на видео. Будет лучше, если ребята смогут работать сообща и задавать друг другу вопросы в процессе выполнения этого задания.
          Made on
          Tilda