趣味STEAM教育:如何为超级英雄制作降落伞?

无论他们是飞翔、攀爬、跳跃、身体变形、有着超级力量、控制元素,又或是其他超能力,超级英雄都会使用特殊技能和能力去解决问题,拯救地球。

您准备好与孩子一起度过夏天吗?借助免费的动手科学和工程活动,帮助学生讲述自己的故事,让这个夏天变得更具创意和乐趣。

以下STEAM活动鼓励孩子们以创新的方式创作和讲述自己的故事。通过这些简单而创造性的STEAM活动,孩子们可以有趣地制作涉及科学原理的东西,然后他们可以讲述自己的故事和进行富有想象力的游戏。

如何为超级英雄制作降落伞?

一、介绍

超级英雄故事对各年龄段的人都具有吸引力。无论他们是飞翔、攀爬、跳跃、身体变形、有着超级力量、控制元素,又或是其他超能力,超级英雄都会使用特殊技能和能力去解决问题,拯救地球。

超级英雄几乎都有很酷的衣服或制服,许多经典的超级英雄都有斗篷。在飞行或下落时,披风可以提供阻力,和降落伞很像。孩子们可以自己制作降落伞,用玩具动物或小雕像来测试。(建议:孩子们还可以练习记录所测量的数据和重量,并用不同大小的降落伞或不同重量的小雕像进行测试。)

活动时间:30到45分钟

核心理念:重力,阻力,空气阻力

你有没有想过降落伞和敞篷雨衣有什么共同之处?当你快速移动时,它们都能捕捉空气并使减缓你的前进速度!在这个活动中,你将为一个微型的玩具人偶设计降落伞。用一张纸巾或一个塑料袋,再加上几根细绳,就能让你的玩具人偶成为一名专业的跳伞运动员。

二、用料

材料:

  • 纸巾或者塑料袋
  • 剪刀
  • 胶带
  • 穿孔器
  • 一股线
  • 不易碎的小型人偶或迷你娃娃(可能会掉在地上)如果你没有人偶,可以用一块黏土,一个小木块,一个量匙等等都可以。
  • 确定跳伞地点,例如两楼的窗户,阳台,开放式楼梯。

三、准备工作

1.为了做降落伞的伞盖,从纸巾(或塑料袋)上剪出一个30厘米×30厘米的正方形(12×12英寸),用胶带加固每一个角,并且在每个角上打一个洞。

2.从一股线上剪下四根线来制作悬挂线。每个根长30厘米(12英寸)。

3.为了组装你的降落伞,将每根悬挂线的一端接到正方形纸巾(或塑料袋)的每个角上。将正方形纸巾折叠四次,让它的四个角重叠,然后在四根悬挂线未连接的两端一起打个结。

四、步骤

1.带着你的降落伞和人偶来到测试地点

提问:你会在一个测试地点将人偶(没有降落伞的情况下)扔到地上。你认为它会软着陆还是会硬着陆?你能准确地预测它将在哪里着陆吗?

2. 把你的人偶从相同的位置扔下去,看看你的预测是否正确。

3.将降落伞系在你的玩偶上:将悬挂线打结的一端缠绕在玩偶的身体上,并用打结的方式或胶带固定。

提问:一会儿,你把玩偶(带有降落伞)从相同位置扔下去,你觉得这次它会怎么着陆?你能预测到它会在哪里着陆吗?

4.将伞盖折成四折,使它的四个角重叠,并确保悬挂线没有缠绕在一起。从有线缠绕一端的斜对角处的那一角展开整个伞盖,你的玩偶现在应该在降落伞的下面。

5. 从相同的位置,将玩偶合着降落伞多投落几次。

提问:这些降落和之前没有降落伞的降落有什么不同?为什么降落伞会造成这些差异呢?

6. 将你的降落伞折成四折,这样四个角就被堆叠起来了。在有线连接的那一角的斜对角处,剪下一个小角。

7.打开你的降落伞,在伞盖的中央会出现一个小洞。

8.再一次将伞盖折四折,从剪去小角的那一端展开整个伞盖,并将你的玩偶从相同位置再扔下去几次。

提问:这个小洞是如何改变人偶下落的方式的?为什么会发生这种情况?

五、发生了什么?

你的玩偶一开始也许会直直地掉下来,硬着落在地上。装备了降落伞的玩偶可能会有一个软着陆,但会更难预测它将在哪里落地。带着中间有个小洞的降落伞的玩偶仍然会有一个完美的软着陆。这些都是可以预料到的。

重力会将物体直接拉向地心,它的力量足以让下落的物体快速降落,造成硬着陆!幸运的是,地球有一层空气,可以减缓下降速度。降落伞会“捕捉”很多的空气,产生很大的空气阻力,这是一种阻碍降落伞降落的推力。它可以大幅减缓下降速度,让其软着陆。然而,这种缓慢下降很难控制。用降落伞着陆的玩偶在下落过程中可能会摇摆着降落到别处。

有些降落伞能留住空气。就像骑自行车时,一件宽松的夹克能留住空气一样。被困住的空气会想要逃离,通常情况下,它只能从那些边缘(伞盖边缘或你的夹克边缘)逸出。有些降落伞在中间会有一个洞,可以通过这种方式释放空气,使降落伞在阻力变化很小的情况下更加稳定。

五、探索更多

1、深层发掘

物体下落是因为重力导致的,下落得越快,落地就越强硬。很多人认为较重的物体下落得更快。16世纪的哲学家和科学家伽利略推翻了这个想法。你也可以测试一下这个想法。用一小块正方形的硬纸板(如2×2英寸)和一块较大的正方形纸张(如4×4英寸)折成相同大小(如折成四折),把它们从相同的高度同时落下。你可以观察到虽然它们的重量不同,但它们可以同时到达地面。把纸展开,重复这个过程,然后再把纸折成八折或十六折,继续重复落下。这一小实验可以说明为什么降落伞是有效的。这一解释在空气中成立,纸张折叠成小方块时下落速度越快,展开时下落速度越慢。

我们周围的空气是由微小颗粒构成的。就像你在水中移动水粒子一样,你也可以在空气中移动空气粒子。在骑车的过程中时,也许你已经感受过将空气推出的感觉。当你推空气,空气也在推你。它滑过你,感觉就像风吹过。这叫做空气阻力或阻力,它会让你放慢前进的速度。当你骑自行车时,你可能不喜欢空气阻力,但当减缓物体降落速度时,它是很理想的。更重的纸板降落地比折过好几次的纸张慢,这是因为它有着更大的表面积,需要将更多的空气推开,它经历了更多的空气阻力。当降落伞的伞盖展开时,有一个很大的表面,它也会产生很大的阻力,从而减缓下落速度。

2、进一步探索

  • 用计时器来测量每次下落需要多长时间,你能计算出下落过程中的平均速度吗?哪种类型的降落伞降落速度最慢?
  • 用不同的材料、不同的尺寸和不同的形状制作伞盖。哪一种效果最好?
  • 在你的降落伞失效之前,看看你可以在伞盖上剪多少个小洞,或者看看小洞的位置是否有影响。您还可以逐步增加洞的大小,并研究其性能如何变化。
  • 通过让你的人偶落在沙盒中来测量下落的力度,因降落成形的凹痕有多深?

来源:sciencebuddies网站,翻译:STEAM在线编译小组

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