Guía del educador: Stomp Rockets | Educación NASA/JPL

Descripción general

En esta actividad, los estudiantes:

Trabaje individualmente o en equipos de dos para construir y lanzar cohetes de papel utilizando un lanzador de tubos de PVC construido por un maestro. Después del vuelo de su cohete, calcule la altitud que alcanzó su cohete. Con base en el rendimiento de vuelo de sus cohetes, analice sus diseños de cohetes. , modificarlos o reconstruirlos, lanzarlos nuevamente y calcular la altitud alcanzada para determinar si sus cambios afectaron el desempeño del cohete. Concluya la actividad escribiendo un informe de misión posterior al vuelo.

Gestión

Preparación:

Prepárese para la lección viendo los videos "Hágalo usted mismo: Espacio: Stomp Rockets" disponibles en la parte superior de esta página. Antes del día del lanzamiento, construya al menos un lanzacohetes. Lleve las instrucciones de montaje del lanzador de cohetes Stomp a una ferretería para facilitar la compra de las piezas correctas. Mientras esté en la ferretería, compre suficiente tubo de PVC de 1/2 pulgada para hacer los lanzadores y las formas de los cohetes. Si no tiene un cortador de PVC, es una buena idea comprar uno o pedirle a la ferretería que corte previamente el tubo de PVC en las longitudes especificadas. También puede usar una sierra de dientes finos para cortar el PVC. Nota de seguridad: tenga cuidado al cortar el PVC para las formas del lanzador y del cohete.

Construyendo los cohetes:

Decida de antemano si los estudiantes construirán cada uno su propio cohete o si trabajarán en equipos. Trabajar en parejas funciona mejor para los estudiantes más jóvenes y puede ser útil para intercambiar ideas entre estudiantes mayores. Los estudiantes pueden trabajar en parejas para construir más de un cohete para observar las diferencias de diseño. Asegúrese de que los tubos del cuerpo del cohete que los estudiantes hacen rodar estén ligeramente sueltos. Deben deslizarse libremente a lo largo de la forma del cohete de PVC. Si están demasiado apretados, será difícil deslizar los cohetes completos sobre el tubo de lanzamiento. Mientras los estudiantes finalizan sus cohetes, examínelos para asegurarse de que sean herméticos.

Altitud de seguimiento:

Si sus alumnos van a medir la altitud alcanzada por sus cohetes, dé tiempo para construir los rastreadores de altitud. Para obtener un ángulo de elevación preciso, necesitará varios rastreadores de altitud en cada línea base, así que haga que cada equipo de estudiantes haga uno. Asegúrese de imprimir una copia de la hoja de datos para cada línea base (A y B) y haga que un estudiante registrador para cada línea de base, lleve la hoja de datos, junto con un lápiz y un portapapeles, al área de lanzamiento. Alternativamente, descargue la Hoja de datos digital en un dispositivo móvil que los estudiantes pueden usar para registrar los datos. Los estudiantes más jóvenes pueden hacer estimaciones comparativas de altitud usando puntos de referencia en edificios o astas de banderas. Si usa esta técnica, considere construir varios lanzadores para la clase para que se puedan lanzar múltiples cohetes simultáneamente.

Lanzamiento de los cohetes:

Cuando se dirija al lanzamiento, siempre tenga a mano botellas de refresco vacías de 2 litros y cinta adhesiva. Aunque algunas botellas lanzarán de 20 a 40 cohetes, eventualmente fallarán y deberán ser reemplazadas. Debido a su diseño liviano, los cohetes Stomp funcionan mejor en días sin viento. Si se encuentra en un lugar ventoso, trate de orientar su lugar de lanzamiento detrás de un cortavientos, como un gimnasio u otro edificio grande. Asegure un lugar al aire libre que esté libre de obstrucciones aéreas (árboles, techos de edificios, líneas eléctricas, etc.) y tiene un área de terreno de al menos 100 metros por 25 metros para obtener los mejores resultados de seguimiento de altitud. También se puede usar una línea de base más corta, de 50 o 25 metros. Si calcula la altitud utilizando las estaciones de seguimiento A y B, coloque el lanzador de cohetes en el punto medio de una línea de base de 100 metros. Si estima la altitud utilizando marcadores locales, como marcas en edificios, oriente los lanzadores de cohetes y los observadores de manera adecuada. Pisotear: asegúrese de que los estudiantes pisoteen la botella a través de la etiqueta de la botella, perpendicular al cuerpo de la botella. Esta es la zona más flexible de la botella y permite su reutilización numerosas veces. Si los estudiantes pisotean el extremo inferior de la botella, a menudo se romperá, dejando la botella inutilizable. Apuntar: Las patas de PVC del lanzador tienen diferentes longitudes. Esto permite el ajuste en terrenos irregulares y apuntar el lanzamiento contra el viento si se lanza en un día ventoso. (Lanzar contra el viento compensará la deriva del cohete y hará que los cohetes sean más fáciles de rastrear y recuperar). Además, se pueden realizar competencias de distancia horizontal y ajustar los ángulos de lanzamiento. ¡Coloque una pelota de baloncesto en la zona de aterrizaje, haga que los estudiantes imaginen que la pelota es Marte y lancen su cohete a Marte! Si realiza lanzamientos horizontales, se puede usar un espacio interior grande, como una cafetería o un gimnasio. Volver a inflar la botella: las botellas se pueden volver a inflar fácilmente usando el aire de sus pulmones. Coloque su mano en un puño alrededor del extremo abierto del tubo de lanzamiento y sople en su puño para volver a inflar la botella. Usar el puño lo protege de las condiciones insalubres que pueden existir en su lanzacohetes. Nota de seguridad: tenga cuidado al lanzar los cohetes de pisotón. Mantenga a todos los estudiantes alejados del tubo de lanzamiento y del área de aterrizaje. Permita que solo un estudiante, el pisador, esté cerca del lanzador y asegúrese de que el tubo de lanzamiento esté apuntando lejos del pisador. Solo recupera los cohetes una vez que hayan aterrizado.

Fondo

Los poderosos cohetes espaciales de hoy son el resultado de más de 2000 años de invención, experimentación y descubrimiento. Los cohetes han lanzado naves espaciales a todos los planetas del sistema solar e incluso han enviado humanos a la luna. Pronto, llevarán a los humanos aún más lejos, a lugares como Marte y más allá.

Los primeros pioneros de los cohetes crearon lo que en ese momento parecía imposible: dispositivos propulsados ​​por cohetes para tierra, mar, aire y espacio. Cuando se descubrieron los principios científicos que rigen el movimiento, los cohetes pasaron de ser juguetes y novedades a dispositivos serios para el comercio, la guerra, los viajes y la investigación, e hicieron posible algunos de los descubrimientos más sorprendentes de nuestro tiempo.

Cada cohete espacial jamás construido se construyó con una misión específica en mente. El Proyecto Bumper en la década de 1950 combinó un pequeño cohete WAC Corporal con un V2 para probar la puesta en escena del cohete, lograr récords de altitud y transportar pequeñas cargas útiles para investigar el entorno espacial. El misil Redstone fue diseñado para ojivas explosivas, pero luego se adaptó para llevar al primer astronauta estadounidense al espacio. El Saturno V fue diseñado para llevar astronautas y naves de aterrizaje a la luna. También fue modificado y utilizado para lanzar la primera estación espacial estadounidense, Skylab. El transbordador espacial, quizás el cohete más versátil jamás diseñado, fue sin embargo un portador de carga útil y de laboratorio para misiones de órbita baja y se utilizó en vuelos de montaje a la Estación Espacial Internacional. La miríada de usos potenciales para el futuro Sistema de Lanzamiento Espacial de la NASA aún está por verse, pero los planes incluyen llevar naves espaciales robóticas a lugares en nuestro sistema solar que podrían albergar vida, como la luna Europa de Júpiter y la luna Titán de Saturno, y eventualmente llevar tripulación en la nave espacial Orión. más lejos que nunca en el sistema solar: hasta un asteroide o incluso Marte.

Obtenga más información sobre la historia de los cohetes y las inspiraciones que finalmente llevaron a los primeros viajes de la humanidad al espacio exterior aquí.

Cada cohete tiene un diseño único que depende de la misión en cuestión, pero todos tienen algunas partes esenciales: el fuselaje, las aletas y el cono de la nariz. El fuselaje es el cuerpo principal del cohete. Las aletas proporcionan estabilización y se colocan simétricamente alrededor de la circunferencia del fuselaje cerca de la cola. Y el cono de la nariz está asegurado a la parte superior del cohete para ayudar en la aerodinámica al perforar el aire.

Los cohetes de pisotón en esta actividad, aunque son simples, pueden tener una sorprendente cantidad de variabilidad en la altitud que alcanzan. Al eliminar la resistencia y optimizar sus diseños, los estudiantes pueden hacer que sus cohetes vuelen más alto. Los cohetes no llegarán a Marte, pero si se diseñan correctamente, ¡pueden alcanzar más de 50 metros!

Procedimientos

Construye el cohete:

Enrolle un trozo de papel de 8,5 x 11 pulgadas cómodamente (pero no demasiado apretado) alrededor de un tubo de PVC de 24 pulgadas de largo y 1/2 pulgada. Opcionalmente, use una de las máscaras personalizadas. Pegue el papel a sí mismo (pero no al tubo de PVC). Use suficiente cinta para sellar completamente la costura, haciéndola hermética. Este será el cuerpo, o fuselaje, de su cohete. Deslice el fuselaje fuera de la forma de PVC. Verifique que el fuselaje se deslice fácilmente de la forma de PVC para que encaje en el tubo de lanzamiento más tarde. Haga una nariz cónica pellizcando un extremo del fuselaje, doblándolo y pegándolo con cinta adhesiva al cuerpo del cohete; o cortando un círculo de 3/4, enrollándolo en forma de cono y pegándolo al fuselaje. Opcionalmente, use la plantilla de nariz cónica personalizada. Asegure el cono de la nariz con abundante cinta adhesiva para que el cohete quede hermético. (Sople el cohete desde la parte inferior para verificar si hay fugas). Corte las aletas (de cualquier forma) y conéctelas simétricamente a la parte inferior del fuselaje (opuesta al cono de la nariz), dejando abierta la abertura en la parte inferior del fuselaje. y libre de cinta. Permita que los estudiantes experimenten con el tamaño y la forma de las aletas de sus cohetes. A través de vuelos repetidos, los estudiantes descubrirán que las aletas firmes y proporcionales proporcionarán la mayor estabilización a su cohete y eliminarán la resistencia. Pida a los estudiantes que coloreen y nombren sus cohetes para diferenciarlos de otros cohetes en el grupo.

Construya el rastreador de altitud:

Recorte el Rastreador de altitud (copiado en cartulina), siguiendo el contorno exterior. Enrolle el tubo de observación de modo que la línea de A y la línea de B estén juntas, luego engrápelo o péguelo con cinta adhesiva para formar un tubo. Use un clip para papel o un lápiz afilado para perforar un agujero a través del vértice del cuadrante del transportador en la plantilla. Deslice un hilo o un trozo de cuerda a través del agujero y pegue con cinta adhesiva el extremo pequeño en la parte posterior del rastreador. Complete el rastreador pegando un centavo en el otro extremo de la cuerda para que la cuerda cuelgue con peso frente al transportador.

Construya el lanzador: esto debe hacerlo el instructor antes del día del lanzamiento.

Corte el tubo de PVC en las siguientes longitudes. (Los números de pieza indican dónde se coloca cada pieza en el diagrama del lanzador ensamblado): #3 - 50 cm#5 - 18 cm#7 - 4 cm#9 - 4 cm#11 - 25 cm#12 - 20 cm#14 - 25 cm Inserte el extremo de la parte n.º 3 en el cuello de la botella y péguelo firmemente con cinta adhesiva. Siga el diagrama de construcción a continuación para ensamblar el lanzador. Haga coincidir las longitudes de tubería con los números de pieza. Balancee las dos patas hacia afuera o hacia adentro hasta que cada una toque el suelo para formar el trípode. El lanzador está listo para usar.

Lanzar y rastrear el cohete: nota de seguridad: tenga cuidado al lanzar los cohetes de pisotón. Mantenga a todos los estudiantes alejados del tubo de lanzamiento y del área de aterrizaje. Permita que solo un estudiante, el pisador, esté cerca del lanzador y asegúrese de que el tubo de lanzamiento esté apuntando lejos del pisador. Solo recupera los cohetes una vez que hayan aterrizado.

Ubique un lugar seguro para lanzar los cohetes (libre de obstrucciones verticales y horizontales). Coloque el lanzador de cohetes de piso a medio camino entre la línea de base A y la línea de base B. Mida y registre la distancia entre la línea de base A y la línea de base B. Tenga varios estudiantes con rastreadores de altitud. en cada línea de base junto con un alumno que pueda leer y registrar los resultados de los rastreadores. Pida a un alumno que coloque su cohete en el tubo de lanzamiento, deslizándolo hacia abajo tanto como sea posible. Indique al alumno que observe la dirección del viento y apunte su cohete contra el viento según sea necesario girando el lanzacohetes o el tubo. Asegúrese de que el lanzador esté estable en el suelo, ajustando las patas según sea necesario. Despeje el área de lanzamiento de todas las personas y asegúrese de que el cohete apunte lejos de las personas. Pida a los estudiantes que hagan una cuenta regresiva de 3, 2, 1. En el "lanzamiento", el estudiante cuyo cohete se está lanzando debe pisar la botella perpendicularmente al eje largo de la botella. Mientras el cohete está en vuelo, haga que los estudiantes con los rastreadores de altitud sigan el cohete hasta su altitud más alta y mantengan los rastreadores en lugar mientras un compañero lee el ángulo. Un registrador de datos para cada línea de base debe registrar los ángulos de altitud que midió cada rastreador para el cohete. Repita los pasos 1 a 10 para cada cohete.

Calcular la altitud del cohete:

Pida a los estudiantes que determinen una escala para usar en sus dibujos a escala. La escala debe ser lo suficientemente pequeña para que la medida entre la línea de base A y la línea de base B quepa en una hoja del papel cuadriculado. Luego deben dibujar una línea horizontal en el papel cuadriculado que represente la distancia entre la Línea de base A y la Línea de base B. Obtenga los datos de ángulo registrados para su cohete de la Línea de base A y la Línea de base B. Halle el ángulo promedio de elevación de su cohete de la Línea de base A y Línea base B. Use un transportador para construir el ángulo de elevación desde la Línea base A en un extremo de la línea, extendiendo la línea del ángulo a través del papel. Use un transportador para construir el ángulo de elevación desde la Línea base B en el otro extremo de la línea, extienda la línea del ángulo a lo largo del papel hasta que cruce la línea construida para la línea base A. Usando técnicas de construcción geométrica o alineando una regla con líneas de cuadrícula en el papel cuadriculado, dibuje la altitud (perpendicular) desde la intersección de las líneas construidas hasta la línea horizontal. Mide la longitud de esta altitud. Esta es la altitud que alcanzó su cohete. Para una medición de altitud más precisa, agregue la altura promedio al nivel de los ojos de los rastreadores en cada línea de base.

Construye un mejor cohete:

Pida a los estudiantes que examinen su cohete y analicen su rendimiento de vuelo, luego comparen los diseños y el rendimiento de vuelo de los cohetes de sus compañeros de clase. Pida a los estudiantes que discutan varios criterios para un buen rendimiento de vuelo. ¿Qué, además o además del logro de la altitud, constituye un buen desempeño de vuelo? Estabilidad en vuelo, trayectoria suave, etc. Con base en sus observaciones, pida a los estudiantes que formulen hipótesis sobre los vínculos entre los aspectos específicos del diseño y el rendimiento del cohete. Tenga en cuenta cosas como el número de aletas, la ubicación y el diseño, el diseño de la nariz y la longitud del fuselaje. También examine los materiales utilizados. Haga que los estudiantes agreguen datos de diseño y rendimiento de la clase para identificar las mejores características de los cohetes de alto rendimiento. Haga que los estudiantes discutan cómo evaluar mejor los cambios de diseño y las variables de control. Una estrategia es cambiar solo una cosa a la vez y validar el desempeño; otra estrategia es reconstruir por completo un cohete con un rendimiento deficiente dada la nueva información de los cohetes de la clase. Indique a los estudiantes que usen lo que aprendieron en la primera ronda de lanzamientos para generar ideas para optimizar su diseño y construir un cohete mejor. Repita los pasos en "Lanzamiento and Track the Rocket" y "Calculate the Rocket's Altitude". Vuelva a evaluar el rendimiento de vuelo del cohete y determine si los cambios en el diseño mejoraron el cohete. Continúe optimizando los elementos de diseño y vuelva a probar hasta que los estudiantes crean que han logrado el cohete con el mejor rendimiento posible.

Escriba un informe de misión posterior al vuelo:

Concluya el experimento de diseño de ingeniería de cohetes haciendo que los estudiantes escriban un breve informe que incorpore los diversos materiales utilizados, bocetos y descripciones del diseño de cohetes, rediseños, métodos y razonamientos utilizados y resultados. Pídales que incluyan sugerencias para futuros vuelos en caso de que tengan la oportunidad de realizarlos.

Discusión

Discuta varios resultados de vuelo y diseños de estudiantes. Pídales a los estudiantes que formulen hipótesis sobre la conexión entre el diseño y el rendimiento. Pídales que ideen un método para probar sus teorías del diseño vinculado al rendimiento y luego prueben sus teorías. Discuta las variables de construcción: tipo y cantidad de papel utilizado, cinta versus pegamento, etc. Si estas cosas cambian, ¿mejorará el rendimiento? ¿Los estudiantes han descrito qué otras variables existieron durante el lanzamiento? (viento, interferencias, error humano en la medición de ángulos, etc.)

Evaluación

Pida a los estudiantes más jóvenes que presenten dibujos de sus cohetes e ilustraciones de sus trayectorias de vuelo. Pídales que comenten sobre el diseño de cada cohete y reflexionen sobre cómo varios aspectos del diseño afectaron el vuelo y la altitud alcanzada. Pida a los estudiantes mayores que envíen una versión más sofisticada de lo que se espera que hagan los estudiantes más jóvenes, incluidos dibujos a escala y cálculos matemáticos para la altitud. los estudiantes discuten cómo podrían mejorar su diseño si tuvieran la oportunidad de construir y lanzar otro cohete.

Extensiones

Compare los cohetes con una flecha, una veleta o un dardo. Traiga uno o más de estos objetos a la clase y compárelos con la forma de los cohetes de los estudiantes. Muestre imágenes de diferentes cohetes y compárelos con los cohetes de los estudiantes. Use un dispositivo móvil para grabar un video del lanzamiento en cámara lenta/alta velocidad de fotogramas para verlo más tarde. Analice el vuelo del cohete para ayudar a generar ideas para el rediseño. Considere organizar un evento familiar de lanzamiento de cohetes, durante el cual las familias trabajen juntas para construir cohetes. El estudiante informado de cada familia será el capitán del equipo y el instructor.

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