Ponte de palitos. Fornecido pelo TryEngineering -

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1 Fornecido pelo TryEngineering - Foco da lição A lição enfoca como as pontes são projetadas e construídas para suportar pesos, sendo também duráveis e, em alguns casos, agradáveis esteticamente. Os estudantes trabalham em equipes para projetar e construir sua ponte a partir de até 200 palitos de picolé e cola. As pontes devem ter uma extensão de, pelo menos, 35 centímetros e ser capazes de suportar um peso de 2 kg (estudantes mais jovens) ou 10 kg (estudantes mais velhos). Os alunos são incentivados a serem econômicos, usando o menor número possível de palitos que permita alcançar o objetivo. Os alunos, então, avaliam a eficácia dos seus próprios projetos de ponte e daqueles das outras equipes e apresentam suas descobertas à classe. Resumo da lição A lição "Ponte de palitos" explora o impacto da engenharia no desenvolvimento das pontes ao longo do tempo, inclusive projetos inovadores e o desafio de criar pontes que se tornem marcos para uma cidade. Os alunos trabalham em equipes de "engenheiros" para projetar e construir suas pontes com cola e palitos de picolé. Eles testam suas pontes usando pesos, avaliam os resultados obtidos e apresentam suas descobertas à classe. Faixa etária Objetivos Aprender sobre engenharia civil. Aprender sobre projeto de engenharia. Aprender sobre planejamento e construção. Aprender sobre trabalho em equipe e como trabalhar em grupo. Resultados esperados para os alunos Como resultado desta atividade, os estudantes devem desenvolver uma Projeto e engenharia estrutural. Solução de problemas. Trabalho em equipe. Ponte de palitos Página 1 de 13

2 Atividades da lição Os alunos aprendem como pontes são projetadas para suportar desafios de carga, tensão e estéticos. Os estudantes trabalham em equipes para projetar e construir pontes, a partir de até 200 palitos de picolé e cola, que possam suportar um peso padrão, determinado em função da idade dos estudantes. As equipes testam suas pontes, avaliam a eficácia dos seus resultados e daqueles das outras equipes e apresentam suas descobertas à classe. 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 (). História da Ponte da Baía de Sydney ( Construindo Grandes Pontes ( Padrões da ITEA para a Educação Tecnológica: conteúdo para o estudo de tecnologia ( Padrões Educacionais de Ciência dos EUA ( Leituras suplementares Bridges of the World: Their Design and Construction (ISBN: ) Bridges: Amazing Structures to Design, Build & Test (ISBN: ) Atividade escrita opcional Escrever um ensaio ou parágrafo sobre como novos materiais criados tiveram impacto no projeto de pontes ao longo do último século. Ideias de extensão Desafiar alunos avançados a projetar e construir, usando palitos de picolé e cola, uma ponte que possa suportar o peso de três estudantes. Ponte de palitos Página 2 de 13

3 Para professores: Alinhamento a grades curriculares Nota: todos os planos de aula deste conjunto são alinhados aos 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, séries K-4 (idades de 4 a 9 anos) CONTEÚDO PADRÃO A: ciência como investigação Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: As habilidades necessárias para realizar investigação científica. CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas Propriedades de objetos e materiais. CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: Habilidades de projeto tecnológico. Compreensão de ciência e tecnologia. CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência Ciência como um esforço humano. 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. CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas Movimentos e forças. 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 Riscos e benefícios. Ciência e tecnologia na sociedade. Ponte de palitos Página 3 de 13

4 CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência História da ciência. 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. CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas Movimentos e forças. CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: Habilidades de projeto tecnológico. Compreensão de ciência e tecnologia. CONTEÚDO PADRÃO F: ciência em perspectivas pessoais e sociais Ciência e tecnologia em desafios locais, nacionais e globais. CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência Perspectivas históricas. 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. Tecnologia e sociedade Padrão 4: os estudantes desenvolverão uma compreensão dos efeitos culturais, sociais, econômicos e políticos da tecnologia. Padrão 5: os estudantes desenvolverão uma compreensão da influência da tecnologia no meio ambiente. Padrão 6: os estudantes desenvolverão uma compreensão do papel da sociedade no desenvolvimento e uso 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. Ponte de palitos Página 4 de 13

5 Para professores: Alinhamento a grades curriculares (continuação) Padrão 10: os estudantes desenvolverão uma compreensão do papel da solução de problemas, da pesquisa e do desenvolvimento, da invenção e inovação e da 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 20: os estudantes desenvolverão uma compreensão e serão capazes de selecionar e usar tecnologias de construção. Ponte de palitos Página 5 de 13

6 Para professores: Recurso do professor Propósito da lição A lição enfoca como as pontes são projetadas e construídas para suportar pesos, sendo também duráveis e, em alguns casos, agradáveis esteticamente. Os estudantes trabalham em equipes para projetar e construir sua ponte a partir de até 200 palitos de picolé e cola. As pontes devem ter uma extensão de, pelo menos, 35 centímetros e serem capazes de suportar um peso de 2 kg (estudantes mais jovens) ou 10 kg (estudantes mais velhos). Os alunos são incentivados a serem econômicos, usando o menor número possível de palitos que permita alcançar o objetivo. Os alunos, então, avaliam a eficácia dos seus próprios projetos de ponte e daqueles das outras equipes e apresentam suas descobertas à classe. Objetivos da lição Aprender sobre engenharia civil. Aprender sobre projeto de engenharia. Aprender sobre planejamento e construção. Aprender sobre trabalho em equipe e como trabalhar em grupo. Materiais Folha de recursos do aluno. Folhas de trabalho do aluno. Um conjunto de materiais para cada grupo de estudantes: o 200 palitos de picolé, pistola de cola quente (ou cola de artesanato, para estudantes mais jovens). o Peso padrão de 2 e 10 kg (pacote de açúcar, peso de exercício ou outro peso que possa ser padronizado). 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. 2. Divida os alunos em grupos de 2 a 3 estudantes, fornecendo um conjunto de materiais por grupo. 3. Explique que os estudantes devem desenvolver suas próprias pontes, usando até 200 palitos de picolé e cola. As pontes devem ser capazes de suportar um peso de 2 kg (alunos mais jovens) ou 10 kg (alunos mais velhos). As pontes devem ter uma extensão de, pelo menos, 35 centímetros (podem ser mais compridas do que isso). Quando a ponte tiver sido construída, ela será colocada a, pelo menos, 30 cm acima do piso (você pode colocá-la entre duas cadeiras, por exemplo) e testada com o peso estabelecido para tal. Além de atender aos requisitos estruturais e de sustentação de peso, a ponte também será julgada em termos de estética. Por isso, os estudantes devem ser incentivados a ser criativos. Os alunos serão incentivados a usar o menor número possível de palitos para atingir o objetivo. 4. Os estudantes se reúnem e desenvolvem um plano para suas pontes. Eles desenham seu plano e, então, o apresentam à turma. Ponte de palitos Página 6 de 13

7 Para professores: Recurso do professor (continuação) 5. Em seguida, os grupos de estudantes executam seus planos. Eles podem precisar repensar seu plano e até mesmo começar tudo de novo. 6. Em seguida, as equipes testarão a capacidade de peso das pontes, colocando-a a 30 cm acima do piso. A ponte deve ser capaz de suportar o peso determinado (em função da idade dos alunos) por um minuto inteiro. 7. Cada ponte deve ser julgada pela turma em termos da sua estética, em uma escala de 1 a 5, onde 1 = totalmente feia; 2 = relativamente feia; 3 = nem feia nem bonita; 4 = relativamente bonita; e 5 = muito bonita).essa avaliação, é claro, é subjetiva. 8. As equipes, então, preenchem uma folha de trabalho de avaliação/reflexões e apresentam suas descobertas à classe. Tempo necessário De duas a três sessões de 45 minutos. Dicas Para estudantes mais velhos, aumente a carga que a ponte deverá suportar... pontes desse tipo, feitas com cola quente, podem suportar o peso de diversos alunos, se bem construídas. Uma pistola de cola é o que funciona melhor para este projeto. Porém, por razões de segurança, sugerimos que você use cola de artesanato com estudantes mais jovens. Ponte de palitos Página 7 de 13

8 Recurso do aluno: Tipos de ponte Existem seis tipos principais de ponte: em arco, em viga, estaiada por cabos, cantiléver, suspensa e treliçada. Em arco Pontes em arco têm forma de arco e suportes em cada extremidade. As primeiras pontes em arco conhecidas foram construídas pelos gregos. Uma das mais antigas é a ponte de Arkadiko. O peso da ponte é transferido para os suportes das extremidades. A maior ponte em arco do mundo, com conclusão prevista para 2012, está planejada para ser a sexta sobre a Enseada de Dubai, nos Emirados Árabes Unidos. Em viga Pontes em viga são vigas horizontais sustentadas em cada extremidade por pilares. As primeiras pontes em viga eram simples toras de madeiras colocadas sobre riachos e outras estruturas simples semelhantes. Atualmente, as pontes em viga são pontes de grandes vigas de metal em caixa. O peso na parte superior da viga é transferido diretamente para baixo nos pilares da sua extremidade. Estaiada por cabos Da mesma forma que pontes suspensas, as pontes estaiadas por cabos são sustentadas por cabos. No entanto, em uma ponte estaiada por cabos, menos cabos são necessários, e as torres que sustentam os cabos são, proporcionalmente, mais curtas. A ponte estaiada por cabos mais longa do mundo é a ponte Tatara, sobre o lago salgado de Seto, no Japão. Cantiléver Pontes cantiléver são construídas usando-se cantiléveres, ou vigas em balanço - vigas horizontais suportadas somente em um lado. A maioria das pontes cantiléver emprega dois braços em cantiléver, que se estendem dos lados opostos do obstáculo a ser transposto e se encontram no centro. A maior ponte cantiléver do mundo é a Ponte de Québec, no Québec, Canadá, com 549 metros. Suspensa As pontes suspensas são sustentadas por cabos. As primeiras pontes suspensas foram feitas com cordas feitas de trepadeiras cobertas de pedaços de bambu. Nas pontes modernas, os cabos pendem de torres que são fixadas a caixões ou ensecadeiras, que são incrustados profundamente no leito de um lago ou rio. A ponte suspensa mais comprida do mundo é a Ponte Akashi-Kaikyo, no Japão, com 3911 metros de comprimento. Ponte de palitos Página 8 de 13

9 Treliçada Pontes treliçadas são compostas de elementos conectados. Elas têm um tabuleiro sólido e uma treliça de suportes unidos por pinos nas laterais. As primeiras pontes treliçadas eram feitas de madeira, mas as pontes treliçadas modernas são feitas de metais como ferro forjado e aço. A Ponte de Québec, mencionada acima como uma ponte cantiléver, também é a maior ponte treliçada do mundo. Ponte de palitos Página 9 de 13

10 Recurso do aluno: Pontes famosas Ponte Firth of Forth, Escócia Firth of Forth é uma ponte ferroviária cantiléver sobre o Firth of Forth, no Leste da Escócia. A ponte é, ainda hoje, considerada uma maravilha de engenharia. Tem 2,5 km (1,5 milha) de comprimento e os trilhos duplos ficam elevados 46 m (aproximadamente 150 pés) acima da maré alta. Ela consiste em dois vãos principais de 520 m (1710 pés), dois vãos laterais de 206 m (675 pés), 15 vãos de aproximação de 51 m (168 pés) e cinco de 7,6 m (25 pés). Cada vão principal é composto de dois braços cantiléver de 210 m (680 pés), suportando uma ponte de viga central com vão de 110 m (350 pés). As três grandes estruturas cantiléver de quatro torres têm 104 m (340 pés) de altura, sendo que cada sapata de 21 m (70 pés) de diâmetro repousa sobre uma fundação separada. O grupo Sul de fundações precisou ser construído como ensecadeiras com ar comprimido, até uma profundidade de 27 m (90 pés). No pico das obras, aproximadamente 4600 trabalhadores participaram de sua construção. Ponte da Baía de Sydney, Austrália A Ponte da Baía de Sydney é uma ponte em arco de aço que cruza a Baía de Sydney e transporta trens, veículos e pedestres entre o centro financeiro de Sydney e a área da Costa Norte. A visão imponente da ponte, da baía e da Ópera de Sydney, próxima à ponte, é uma imagem icônica tanto de Sydney quanto da Austrália. A ponte foi projetada e construída pela Dorman Long and Co Ltd., de Middlesbrough, Teesside (Reino Unido) e foi a estrutura mais alta da cidade até De acordo com o Livro Guinness de Recordes, ela é a ponte de grande vão mais larga do mundo e a ponte em arco de aço mais alta do mundo, medindo 134 metros (429,6 pés) do topo ao nível da água. Ela também é a ponte em arco com o quarto maior vão livre do mundo. O arco é composto de duas treliças em arco com 28 painéis. Suas alturas variam de 18 m (55,8 pés), no centro do arco, a 57 m (176,7 pés), ao lado das torres. Ponte de palitos Página 10 de 13

11 Folha de trabalho do aluno: Projete sua própria ponte Você faz parte de uma equipe de engenheiros que recebeu o desafio de projetar uma ponte usando até 200 palitos de picolé e cola. As pontes deverão ser capazes de suportar um peso específico (seu professor escolherá qual será a meta de peso para sua turma). A ponte deve ter uma extensão de, pelo menos, 35 centímetros de comprimento. Mas ela pode ter mais do que isso, se a equipe desejar. Depois de pronta, ela será colocada entre duas cadeiras, suspensa a pelo menos 30 centímetros acima do solo, para o teste de suporte de peso. Além de atender aos requisitos estruturais e de sustentação de peso, a ponte também será julgada em termos de estética. Por isso, sejam criativos! E vocês devem usar o menor número possível de palitos para atingir o objetivo. Estágio de planejamento Reúnam-se em equipe e debatam o problema que precisam resolver. Em seguida, desenvolvam e cheguem a um consenso sobre um projeto para sua ponte. Vocês precisarão determinar quantos palitos de picolé usarão (até um máximo de 200) e os passos que seguirão no processo de construção. Pensem sobre quais padrões devem se os mais fortes, mas também levem em conta que a estética da ponte será julgada! Desenhem seu projeto no quadro abaixo, incluindo também o número de palitos que planejam usar. Apresentem seu projeto à turma. Vocês podem, se quiserem, revisar o plano da equipe depois de receberem feedback da turma. Número de palitos de picolé que planejam usar: Ponte de palitos Página 11 de 13

12 Folha de trabalho do aluno (continuação): Fase de construção Construam sua ponte. Durante a construção, vocês podem descobrir que precisam de palitos adicionais (dentro do limite de 200), ou que seu projeto precisa ser alterado. Não tem problema: basta fazerem um novo esboço e revisarem sua lista de materiais. Votação estética Cada estudante dará um voto sobre a aparência de cada ponte. A escala é de 1 a 5, onde 1 = totalmente feia; 2 = relativamente feia; 3 = nem feia nem bonita; 4 = relativamente bonita; e 5 = muito bonita). Será feita uma média dessas notas, para gerar a pontuação de cada ponte. Esta pontuação não é baseada na capacidade de suportar peso, mas no visual. Fase de teste Cada equipe testará sua ponte, para ver se ela pode suportar o peso exigido por, pelo menos, um minuto inteiro. Não se esqueçam de assistir aos testes das outras equipes e observar como os diferentes projetos funcionaram. Fase de avaliação Avaliem os resultados de sua equipe, preencham a folha de trabalho de avaliação e apresentem suas descobertas à turma. Usem esta folha de trabalho para avaliar os resultados de sua equipe. 1. Vocês tiveram sucesso em criar uma ponte que suportasse o peso exigido por um minuto inteiro? Se não, por que ela falhou? 2. Vocês revisaram seu projeto original durante a fase de construção? Por quê? 3. Quantos palitos de picolé vocês acabaram usando? Esse número foi diferente do planejado? Se sim, o que mudou? Ponte de palitos Página 12 de 13

13 Folha de trabalho do aluno (continuação): 4. Qual foi a média de pontuação da estética de sua ponte? Como ela ficou em relação às pontes do resto da turma? De que elementos de desenho das outras pontes vocês gostaram mais? 5. Vocês acham que os engenheiros têm de adaptar seus planos originais durante a construção de sistemas ou produtos? Por que eles teriam de fazer isso? 6. Se fossem fazer tudo de novo, como seu projeto planejado mudaria? Por quê? 7. Que projetos ou métodos outras equipes usaram que vocês acham que funcionaram bem? 8. Vocês acham que teria sido mais fácil fazer este projeto se estivessem trabalhando individualmente? Expliquem. 9. Que tipo de soluções de compromisso vocês acham que os engenheiros adotam entre funcionalidade, segurança e estética quando eles constroem uma ponte de verdade? Ponte de palitos Página 13 de 13