Fornecido pelo TryEngineering -

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1 Fornecido pelo TryEngineering - Foco da lição A lição enfoca em como a forma do casco de um navio pode afetar sua velocidade e potencial de estabilidade na água. Equipes de alunos projetam seus cascos de navio no papel e depois os constroem, usando isopor e outros materiais do dia-a-dia. As equipes revisam todos os projetos de casco, prevêem qual vai mais longe e então testam seus projetos, usando um medidor de tração ou elástico para propulsão. As equipes avaliam todos os projetos de casco, refletem sobre suas descobertas e apresentam-nas ao grupo. Resumo da lição A lição Engenharia de cascos explora como a forma do casco afeta o desempenho e a estabilidade dos navios. Os estudantes projetam, constroem e testam seu próprio projeto de casco, prevêem o desempenho dos diversos formatos desenvolvidos e apresentam suas descobertas à turma. Faixa etária Objetivos Aprender sobre projeto de engenharia. Aprender sobre projeto e engenharia de navios. Aprender sobre trabalho em equipe e como trabalhar em grupo. Resultados esperados para os alunos Como resultado desta atividade, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Arquitetura e engenharia naval. Testes de engenharia. Solução de problemas. Trabalho em equipe. Atividades da lição Os estudantes aprendem como a forma de um produto, tal como o casco de um barco, pode afetar seu desempenho. As equipes de alunos projetam seus próprios cascos de navio, primeiro em papel e depois em isopor, prevêem a distância que o seu navio e os das outras equipes percorrerão em um canal de navegação simples, e avaliam os resultados. As equipes de alunos avaliam seu trabalho e o de outros estudantes e apresentam suas observações à turma. Engenharia de cascos Página 1 de 12

2 Recursos/Materiais Documentos de recursos do professor (anexos). Folhas de trabalho do aluno (anexas). Folhas de recursos do aluno (anexas). Alinhamento a grades curriculares Consulte a folha de alinhamento curricular anexa. Recursos na internet TryEngineering (). Introdução à arquitetura naval ( l). Software de projeto de formato de casco gratuito para PCs ( html). Padrões da ITEA para a Educação Tecnológica: conteúdo para o estudo de tecnologia ( Padrões Educacionais de Ciência dos EUA ( Leituras recomendadas Ship Construction for Marine Students (ISBN: ). Ships and Science: The Birth of Naval Architecture in the Scientific Revolution, (ISBN: ). Introduction to Naval Architecture (ISBN: ). Atividade escrita opcional A modelagem por computador se tornou uma parte essencial do projeto de engenharia nos últimos vinte anos. Sugira algumas possíveis razões para a popularidade dessa ferramenta e como a modelagem no computador beneficia o projeto de engenharia. Engenharia de cascos Página 2 de 12

3 Para professores: Alinhamento a grades curriculares Nota: Todos os planos de aula deste conjunto são alinhados ao National Science Education Standards dos EUA, produzidos pelo National Research Council e endossados pela National Science Teachers Association, e, se aplicável, ao Standards for Technological Literacy da International Technology Education Association e ao Principles and Standards for School Mathematics do National Council of Teachers of Mathematics. Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, 5ª a 8ª séries (idades de 10 a 14 anos) CONTEÚDO PADRÃO A: ciência como investigação Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: As habilidades necessárias para realizar investigação científica. Compreensão sobre a investigação científica. CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Movimentos e forças. Transferência de energia. CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia Como resultado das atividades da 5ª a 8ª série, os estudantes devem desenvolver: Habilidades de projeto tecnológico. Compreensão de ciência e tecnologia. CONTEÚDO PADRÃO F: ciência em perspectivas pessoais e sociais Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Ciência e tecnologia na sociedade. CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Ciência como um esforço humano. Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, 9ª a 12ª séries (idades de 14 a 18 anos) CONTEÚDO PADRÃO A: ciência como investigação Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: As habilidades necessárias para realizar investigação científica. Compreensão sobre a investigação científica. CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Movimentos e forças. Interações entre matéria e energia. CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: Habilidades de projeto tecnológico. Compreensão de ciência e tecnologia. Engenharia de cascos Página 3 de 12

4 Para professores: Alinhamento a grades curriculares (continuação) CONTEÚDO PADRÃO F: ciência em perspectivas pessoais e sociais Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Ciência e tecnologia em desafios locais, nacionais e globais. CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Ciência como um esforço humano. Padrões para a Educação Tecnológica - todas as idades A natureza da tecnologia Padrão 1: Os estudantes desenvolverão uma compreensão das características e do escopo da tecnologia. Padrão 2: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos conceitos fundamentais da tecnologia. Padrão 3: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos relacionamentos entre tecnologias e as conexões entre tecnologia e outros campos de estudo. Tecnologia e sociedade Padrão 4: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos efeitos culturais, sociais, econômicos e políticos da tecnologia. Padrão 7: Os estudantes desenvolverão uma compreensão da influência da tecnologia na história. Projeto Padrão 8: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos atributos de projeto. Padrão 9: Os estudantes desenvolverão uma compreensão do projeto de engenharia. Padrão 10: Os estudantes desenvolverão uma compreensão do papel da busca de erros, pesquisa e desenvolvimento, invenção e inovação e experimentação na solução de problemas. Habilidades para um mundo tecnológico Padrão 11: Os estudantes desenvolverão habilidades para aplicar o processo de projeto. O mundo projetado Padrão 18: Os estudantes desenvolverão uma compreensão e serão capazes de selecionar e usar tecnologias de transporte. Engenharia de cascos Página 4 de 12

5 Para professores: Recurso do professor Propósito da lição A lição enfoca em como a forma do casco de um navio pode afetar sua velocidade e potencial de estabilidade na água. Equipes de alunos projetam seus cascos de navio no papel e depois os constroem, usando isopor e outros materiais do dia-a-dia. As equipes revisam todos os projetos de casco, prevêem qual vai mais longe e então testam seus projetos, usando um medidor de tração ou elástico para propulsão. As equipes avaliam todos os projetos de casco, refletem sobre suas descobertas e apresentam-nas ao grupo. Objetivos da lição Aprender sobre projeto de engenharia. Aprender sobre projeto e engenharia de navios. Aprender sobre trabalho em equipe e como trabalhar em grupo. Materiais Folha de recursos do aluno. Folhas de trabalho do aluno. Materiais para construir o canal de navegação em sala de aula: recipiente longo à prova d'água, tal como floreira/vaso ou seção de cano de esgoto fechado nas extremidades; medidor de tração/impulso. Um conjunto de materiais para cada grupo de estudantes: blocos de um mesmo tamanho de isopor rígido, ferramentas de corte (facas de plástico ou outras), opcionalmente fita de vedação ( duct tape ) ou outro tipo de fita para eliminar a absorção de água. (Opcionalmente, os alunos podem decorar seus barcos usando palitos de dente, papel, papel alumínio, etc.) Procedimento 1. Mostre aos estudantes as diversas folhas de referência do aluno. Elas podem ser lidas em sala ou fornecidas como material de leitura como lição de casa para a noite anterior à aula. Divida os alunos em grupos de 2 a 3 estudantes, fornecendo um conjunto de materiais por grupo. Dê a cada equipe um nome. 2. Explique que os estudantes são uma equipe de engenharia que deve desenvolver um novo projeto de casco para um navio e que esse projeto será testado para determinar qual vai mais longe mantendo-se estável na água. 3. Os estudantes se reúnem e desenvolvem um plano para seu casco, que eles desenharão em um papel. 4. Em seguida os alunos criam seu casco, cortando o bloco de isopor de forma a corresponder às especificações do seu projeto. (Nota de segurança: facas de plástico funcionam em isopor rígido; pode ser necessária supervisão para fins de segurança ou o professor pode atuar como uma fábrica que fará o corte de acordo com as especificações de cada equipe de alunos.) Engenharia de cascos Página 5 de 12

6 Para professores: Recurso do professor Procedimento (continuação) 5. Em seguida as equipes de alunos revisam todos os projetos de casco a serem testados e prevêem as distâncias que eles percorrerão. (O processo de previsão pode ser dado como lição de casa, para reduzir o tempo necessário para a lição na escola.) 6. O professor deve montar o canal navegável; apenas um é necessário para todos os testes. Coloque água em uma calha, seção de cano de esgoto fechada nas extremidades ou semelhante e prenda, com fita, um medidor de tração/impulso ou sistema similar em uma extremidade. Marque a extensão do canal com uma fita métrica ou outras marcas, para indicar a distância que cada barco percorre. Os testes serão feitos pelo professor, para garantir sua consistência. Teste cada barco com diferentes níveis de propulsão, puxando o elástico até 3, 6 e 8, para verificar como o casco funciona em diferentes níveis. Os estudantes registram os resultados de cada teste, anotando a distância percorrida e a estabilidade. 7. Cada grupo de estudantes avalia os resultados, preenche uma folha de trabalho de avaliação/reflexão e apresenta suas descobertas à turma. Dicas Preste atenção em todos os alunos quando eles estiverem cortando os blocos de isopor no formato de seus projetos. Dê a cada equipe um nome ou número que possa ser escrito nos cascos, para identificá-los durante os testes. Tempo necessário De duas a quatro sessões de 45 minutos. Engenharia de cascos Página 6 de 12

7 Recurso do aluno: Arquitetura naval e engenharia naval O que fazem os arquitetos e engenheiros navais? Arquitetos e engenheiros navais estão envolvidos no projeto, construção e manutenção de navios, barcos e equipamentos relacionados. Eles projetam e supervisionam a construção de tudo que singra os mares, de porta-aviões a submarinos e de veleiros a navios-tanque. Os arquitetos navais trabalham no projeto básico dos navios, inclusive o formato do casco e a estabilidade. Os engenheiros navais trabalham na propulsão, direção e outros sistemas dos navios. Os arquitetos e engenheiros navais aplicam o conhecimento de diversas áreas em todo o processo de projeto e produção de todos os veículos aquáticos. Tipos de embarcações Existe uma ampla gama de embarcações que são projetadas e testadas por arquitetos e engenheiros navais, inclusive: Navios mercantes - navios-tanque/petroleiros, navios de carga, graneleiros, porta-contêineres. Balsas de passageiros/veículos, navios de cruzeiro. Navios de guerra - fragatas, destróieres, porta-aviões, veículos anfíbios, etc. Submarinos e submersíveis. Navios quebra-gelo. Plataformas de exploração de petróleo no mar, semi-submersíveis. Embarcações de alta velocidade - hovercrafts, navios de múltiplos cascos, navios com hidrofólios (aerobarcos). Barcos de trabalho - barcos de pesca, navios de suprimento de plataformas, rebocadores, navios-piloto, embarcações de resgate, etc. Iates, lanchas e outros barcos para lazer. Qual a importância de testar? Cientistas e engenheiros usam sistemas de testes para avaliar o desempenho de equipamentos de todos os tipos antes de sua construção. Testes podem ter diversas formas, inclusive túneis de vento, simulação em computador, construção de modelos e fabricação de protótipos. Arquitetos e engenheiros navais têm particular interesse no formato do casco, para prever o desempenho de uma embarcação marítima. Projetos de casco distintos são melhores para diferentes funções. Por exemplo, o catamarã é um tipo de barco ou navio que consiste em dois cascos ligados por uma estrutura. Eles têm velocidade média maior do que os navios de casco único, ou monocasco. Engenharia de cascos Página 7 de 12

8 Recurso do aluno: Formatos de casco Monocasco Um monocasco é um barco que possui um único casco. É o formato mais comum usado em veículos aquáticos. Embarcações monocasco muitas vezes se deslocam profundamente na água. Submarinos Todos os submarinos e submersíveis modernos pequenos, bem como os mais antigos, possuem um único casco. No entanto, no caso de submarinos grandes há abordagens diferentes. Todos os submarinos pesados soviéticos eram construídos com uma estrutura de casco duplo, ao passo que os norte-americanos normalmente têm casco único. O casco duplo de um submarino é diferente daquele de um navio. O casco externo, que normalmente define o formato do submarino, é chamado de casco externo ou casco leve. Catamarã O catamarã é um tipo de barco ou navio que consiste em dois cascos ligados por uma estrutura. Catamarãs podem ser movidos a vela ou a motor. O catamarã foi uma invenção dos paravas, uma comunidade pesqueira da costa meridional de Tamil Nadu, na Índia. Os catamarãs já eram usados pela antiga dinastia Tamil Chola desde o século 5 d.c. para conquistar regiões do Sudeste da Ásia como Mianmar, Indonésia e Malásia. Trimarã O trimarã é um barco de múltiplos cascos, consistindo de um casco principal (vaka) e dois cascos auterrigue externos (amas), presos ao casco principal através de braços laterais (akas). O projeto e nomes dos componentes do trimarã são derivados dos proas originais construídos por nativos das ilhas do Pacífico. Os primeiros trimarãs foram construídos por indígenas da polinésia há quase anos atrás, e boa parte da terminologia atual é herdada deles. Coracle O coracle é um barco pequeno e leve usado principalmente no País de Gales e em partes do Oeste e Sudoeste da Inglaterra, mas também encontrado em várias outras partes das Ilhas Britânicas. De formato oval, bastante semelhante a uma metade de casca de noz, sua estrutura é constituída de uma armação de hastes de salgueiro divididas e entrelaçadas, amarradas com córtex de salgueiro. A estrutura, sem quilha, tem um fundo plano, que espalha de forma homogênea o peso do barco e sua carga ao longo da estrutura e também diminui a profundidade mínima de que o barco precisa para navegar - muitas vezes a uns poucos centímetros, o que o torna ideal para uso em rios. Engenharia de cascos Página 8 de 12

9 Folha de trabalho do aluno: Engenharia de cascos e testes Vocês são uma equipe de engenheiros que recebeu a tarefa de desenvolver um novo projeto de casco para um navio, que será testado para determinar qual vai mais longe mantendo-se estável na água. Fase de pesquisa/preparação 1. Revisem as diversas folhas de referência do aluno. Planejando em equipe 1. Sua equipe recebeu um bloco de isopor e outros materiais. 2. Comecem reunindo-se em equipe e criando um projeto para seu casco de navio. Seu casco precisará ser estável, não emborcando na água quando movido, e sua meta será fazer um projeto casco que vá mais longe do que qualquer um dos outros desenvolvidos em sua turma. Vocês podem escolher adotar qualquer formato de casco que desejarem. 3. Escrevam ou desenhem a seção transversal de seu plano no quadro abaixo, incluindo medidas detalhadas, para que, quando executarem o plano (construírem o casco com isopor), vocês tenham bastante precisão sobre onde devem ser feitos os recortes no bloco de isopor. Marquem a grade abaixo com suas próprias medidas, para que seu projeto fique claro. Engenharia de cascos Página 9 de 12

10 Folha de trabalho do aluno: Engenharia de cascos e testes (continuação) Fase de construção 1. Modelem o bloco de isopor rígido que vocês receberam na forma do seu projeto de casco. Tomem cuidado especial com bordas aguçadas. Vocês podem receber materiais adicionais, tais como fita de vedação ou outros materiais, para decorar seu barco. Se esse for o caso, esta é a hora de incluir estes elementos. Fase de análise competitiva 1. Dêem uma boa olhada nos cascos criados pelas outras equipes de engenharia de sua turma. Observem as diferenças e, em equipe, façam previsões das distâncias que vocês acham que os concorrentes percorrerão nos diferentes níveis de propulsão do dispositivo de teste. Posteriormente, vocês usaram esta folha para marcar os resultados observados dos testes. Previsão da sua equipe Equipe: Equipe: Equipe: Equipe: Equipe: Equipe: Distância no nível 3 Distância no nível 6 Distância no nível 8 Vai emborcar? Teste dos cascos 1. Observe sua equipe e as demais testarem seus protótipos no canal de navegação de sua sala de aula. Registrem os resultados de sua equipe no quadro abaixo, incluindo pontos e observações. Resultados observados Equipe: Equipe: Equipe: Equipe: Equipe: Equipe: Distância no nível 3 Distância no nível 6 Distância no nível 8 Emborcou? Engenharia de cascos Página 10 de 12

11 Folha de trabalho do aluno: avaliação Reflexão 1. Como foi o desempenho do seu projeto de casco em relação aos das outras equipes de sua turma? 2. Qual vocês acham que o aspecto do projeto do casco que proporcionou melhor desempenho? 3. Se fossem fazer tudo de novo, como seu projeto planejado mudaria? Por quê? 4. Vocês acham que os engenheiros têm de adaptar seus planos originais durante o processo de manufatura? Por que eles teriam de fazer isso? Engenharia de cascos Página 11 de 12

12 Folha de trabalho do aluno: avaliação (continuação) 5. Que projetos ou métodos outras equipes usaram que vocês acham que funcionaram bem, seja em termos de desempenho ou no aspecto estético? Do que vocês gostaram? 6. Vocês acham que houve muitos projetos em sua sala que atenderam o objetivo do projeto? O que isso lhes diz sobre planos em engenharia? 7. Expliquem como o trabalho de equipe influenciou o desempenho de sua equipe neste projeto. 8. Em quantos produtos vocês podem pensar que se beneficiariam com o teste de protótipos? Engenharia de cascos Página 12 de 12