IEEE Les s on Pl an: Puente de palos de helado · tensión y estética. Trabajan en equipos para...

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I E E E L e s s o n P l a n :

Puente de palos de helado

Proporcionado por TryEngineering, www.tryengineering.org

E n f o q u e d e l a l e c c i ó n

La lección se concentra en cómo se diseñan los puentes para soportar

peso, al mismo tiempo ser durables y, en algunos casos, estéticamente agradables. Los estudiantes trabajan

en equipos para diseñar y construir su propio puente usando como

materia prima 200 palos de helados y pegamento. Los puentes deben tener un largo de por lo menos 35 cm

(14 pulgadas) y ser capaces de sostener un peso de unos 2 kg (5

libras) (estudiantes más jóvenes) o de 9 kg (20 libras) (en el caso de los estudiantes mayores). Se recomienda

a los estudiantes que ahorren material y utilicen la menor cantidad de palitos de helado que les permita lograr sus

objetivos. Los estudiantes evalúan tanto la eficacia de sus propios puentes como los de los demás equipos y presentan sus hallazgos a la clase.

S i n o p s i s d e l a l e c c i ó n

La lección “Puente de palos de helado” explora de qué manera ha incidido la ingeniería en el

diseño de puentes a lo largo del tiempo, incluyendo diseños innovadores y el desafío de crear puentes que se transformen en puntos atractivos de una ciudad. Los estudiantes

trabajan en equipos de “ingenieros” para diseñar y fabricar su propio puente utilizando pegamento y palitos de helado. Prueban sus puentes usando pesos, evalúan sus resultados y presentan los hallazgos a la clase.

N i v e l e s d e e d a d

8 a 18.

O b j e t i v o s

Aprender sobre la ingeniería civil. Aprender sobre el diseño de ingeniería.

Aprender sobre la planificación y la construcción. Aprender sobre el trabajo en equipo y en grupo.

R e s u l t a d o s a n t i c i p a d o s d e l a p r e n d i z a j e

Como resultado de esta actividad, los estudiantes deben lograr la comprensión de: el diseño y la ingeniería estructurales

la resolución de problemas el trabajo en equipo

https://www.ieee.org/site-terms-conditions.html



A c t i v i d a d e s d e l a l e c c i ó n

Los estudiantes aprenden cómo se diseñan los puentes para superar desafíos de carga, tensión y estética. Trabajan en equipos para diseñar y fabricar un puente con un total de

200 palitos de helado y pegamento que pueda sostener un peso estándar, según la edad de los estudiantes. Los equipos prueban su puente, evalúan sus propios resultados y los

de los de los demás estudiantes y presentan sus hallazgos a la clase.

I n f o r m a c i ó n / m a t e r i a l e s

Documentos informativos para el maestro (adjuntos)

Hojas de trabajo para el estudiante (adjuntas) Hojas de información para el estudiante (adjuntas)

C o n c o r d a n c i a c o n l o s p r o g r a m a s d e e s t u d i o

Consulte la hoja adjunta sobre la concordancia con los programas de estudio.

C o n e x i o n e s a I n t e r n e t

TryEngineering (www.tryengineering.org)

Sydney Harbor Bridge History (https://www.sydneyharbourbridge.com.au/) Building Big - Bridges (http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/bridge/)

L e c t u r a s c o m p l e m e n t a r i a s

Bridges of the World: Their Design and Construction (Puentes del mundo: su diseño

y construcción) (ISBN: 0486429954) Bridges: Amazing Structures to Design, Build & Test (Puentes: estructuras

asombrosas para diseñar, construir y probar) (ISBN: 1885593309)

A c t i v i d a d o p c i o n a l d e r e d a c c i ó n

Escribe un ensayo o párrafo sobre cómo los nuevos materiales sintéticos afectaron el diseño de puentes en el siglo pasado.

I d e a s p a r a l a e x t e n s i ó n

Desafíe a los estudiantes más avanzados a diseñar y construir un puente con

palitos de helado y pegamento que pueda sostener el peso de tres estudiantes.






P a r a l o s m a e s t r o s :

C o n c o r d a n c i a c o n l o s p r o g r a m a s d e e s t u d i o Nota: Todos los planes de las lecciones de esta serie cumplen con las Normas nacionales

de educación científica, formuladas por el Consejo Nacional de Investigación (National Research Council) y avaladas por la Asociación Nacional de Maestros de Ciencias (National

Science Teachers Association) y, si corresponde, también con las Normas para la competencia tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica (International Technology Education Association) o los Principios y normas de las matemáticas escolares del Consejo

Nacional de Maestros de Matemáticas (National Council of Teachers of Mathematics).

Normas nacionales de educación científica, de K a 4° grado (de 4 a 9 años de edad)

NORMA DE CONTENIDO A: La ciencia como indagación Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar:

Capacidades necesarias para realizar indagaciones científicas

NORMA DE CONTENIDO B: Física Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:

Las propiedades de los objetos y los materiales

NORMA DE CONTENIDO E: Ciencia y tecnología Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar:

Capacidades de diseño tecnológico La comprensión de la ciencia y la tecnología

NORMA DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr

la comprensión de: La ciencia como cometido humano

Normas nacionales de educación científica, de 5° a 8° grado (de 10 a 14 años de edad)


Capacidades necesarias para realizar indagaciones científicas

NORMA DE CONTENIDO B: Física

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:

Movimientos y fuerzas

NORMA DE CONTENIDO E: Ciencia y tecnología Como resultado de las actividades en 5° a 8° grado, todos los estudiantes deben desarrollar:

Capacidades de diseño tecnológico La comprensión de la ciencia y la tecnología


http://www.nap.edu/books/0309053269/html/index.html


http://www.nationalacademies.org/nrc/

http://www.nationalacademies.org/nrc/







P a r a l o s m a e s t r o s : C o n c o r d a n c i a c o n l o s p r o g r a m a s d e e s t u d i o ( c o n t i n u a c i ó n )

NORMA DE CONTENIDO F: Ciencia en perspectivas personales y sociales


Riesgos y beneficios La ciencia y la tecnología en la sociedad

NORMA DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr

la comprensión de: La historia de la ciencia

Normas nacionales de educación científica, de 9º a 12º grado (de 14 a 18 años de edad)


Las capacidades necesarias para realizar indagaciones científicas

NORMA DE CONTENIDO B: Física


Movimientos y fuerzas NORMA DE CONTENIDO E: Ciencia y tecnología

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar: Capacidades de diseño tecnológico La comprensión de la ciencia y la tecnología

NORMA DE CONTENIDO F: Ciencia en perspectivas personales y sociales


La ciencia y la tecnología en los desafíos locales, nacionales y mundiales

NORMA DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia


Las perspectivas históricas

Normas para la competencia tecnológica, todas las edades La naturaleza de la tecnología

Norma 1: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de las características y el alcance de la tecnología.

Tecnología y sociedad

Norma 4: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de los efectos culturales, sociales, económicos y políticos de la tecnología.

Norma 5: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de los efectos de la tecnología en el medio ambiente.

Norma 6: Los estudiantes desarrollarán la comprensión del rol de la sociedad

en el desarrollo y uso de la tecnología.







P a r a l o s m a e s t r o s : C o n c o r d a n c i a c o n l o s p r o g r a m a s d e e s t u d i o ( c o n t i n u a c i ó n )

Norma 7: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de la influencia

de la tecnología en la historia.

Diseño Norma 8: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de los atributos

del diseño. Norma 9: Los estudiantes desarrollarán la comprensión del diseño

de ingeniería.

Norma 10: Los estudiantes desarrollarán la comprensión del rol del diagnóstico de fallas, la investigación y el desarrollo, los inventos y las innovaciones y

la experimentación a la hora de solucionar problemas.

Capacidades para un mundo tecnológico Norma 11: Los estudiantes desarrollarán capacidades para aplicar el proceso

de diseño.

El mundo diseñado

Norma 20: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de las tecnologías de construcción y podrán seleccionarlas y usarlas.







D o c u m e n t o i n f o r m a t i v o p a r a e l m a e s t r o

Meta de la lección La lección se concentra en cómo se diseñan los puentes para soportar peso, al mismo tiempo ser durables y, en algunos casos, estéticamente agradables. Los estudiantes trabajan

en equipos para diseñar y construir su propio puente usando como material 200 palos de helados y pegamento. Los puentes deben tener un largo de por lo menos 35 cm (14 pulgadas)

y ser capaces de sostener un peso de unos 2 kg (5 libras) (estudiantes más jóvenes) o de 9 kg (20 libras) (en el caso de los estudiantes mayores). Se recomienda a los estudiantes que ahorren material y utilicen la menor cantidad de palitos de helado que les permita

lograr sus objetivos. Los estudiantes evalúan tanto la eficacia de sus propios puentes como los de los demás equipos y presentan sus hallazgos a la clase.

Objetivos de la lección

Aprender sobre la ingeniería civil. Aprender sobre el diseño de ingeniería. Aprender sobre la planificación y la construcción.

Aprender sobre el trabajo en equipo y en grupo. Materiales

Hoja de información para el estudiante Hojas de trabajo para el estudiante Un juego de materiales para cada grupo de

estudiantes: o 200 palitos de helado, pistola de pegamento caliente (o cola de carpintero

para los estudiantes más jóvenes) o Peso estándar de 2 y kg (5 y 20 libras) (bolsa de azúcar, pesa de ejercicios, u

otro peso que se pueda estandarizar)

Procedimiento Muestre a los estudiantes las diversas hojas de referencia para el estudiante. 1.

Se pueden leer en clase, o bien, se pueden entregar como material de lectura de tarea para la noche anterior.

Divida a los estudiantes en grupos de 2 ó 3 y entréguele un juego de materiales 2.

a cada equipo. Explique a los estudiantes que deben construir su propio puente usando como 3.

materiales pegamento y un máximo de 200 palos de helados. Los puentes deben ser capaces de sostener un peso de 2 kg (5 libras) en el caso de los estudiantes más jóvenes y de 9 kg (20 libras) al tratarse de los estudiantes mayores. El puente

debe permitir cruzar un tramo de al menos 35 cm (14 pulgadas) (por lo que debe medir más que eso). Una vez construido, el puente se colocará a un mínimo de

30 cm (1 pie) por sobre el piso (por ejemplo, entre dos sillas) y se medirá su resistencia colocándole un peso de prueba. Además de cumplir los requisitos estructurales y de tolerancia al peso, el puente también será evaluado desde

el punto de vista estético, de modo que se recomienda estimular la creatividad de los estudiantes. Los estudiantes deben usar la menor cantidad posible de palitos

de helado para lograr su objetivo. Los estudiantes se reúnen y formulan un plan para construir el puente. 4.Dibujan el plano y luego lo presentan ante la clase.







D o c u m e n t o i n f o r m a t i v o p a r a e l m a e s t r o ( c o n t i n u a c i ó n )

Luego los grupos estudiantiles ejecutan sus planes. Puede que necesiten reformular 5.

su diseño o incluso empezar de nuevo. Después, los equipos probarán la capacidad de resistencia al peso de su puente 6.

colocándole encima dos ladrillos (uno en cada extremo). El puente debe ser capaz de soportar el peso asignado (según la edad de los estudiantes) un minuto completo.

Cada puente debe ser evaluado por la clase en términos de su valor estético en 7.

una escala del 1 al 5 (1: para nada atractivo; 2: no atractivo; 3: neutro/promedio; 4: un tanto atractivo; 5: muy atractivo). Naturalmente, esto es subjetivo.

Posteriormente los equipos completan una hoja de trabajo de evaluación/reflexión 8.y presentan sus hallazgos a la clase.

Tiempo necesario De dos a tres sesiones de 45 minutos

Consejos Para los estudiantes mayores, aumente la carga que deba soportar el puente.

Cuando están bien construidos, los puentes de este tipo hechos con pegamento caliente pueden soportar el peso de varios estudiantes.

Una pistola de pegamento da mejores resultados para este proyecto, pero por

razones de seguridad, le sugerimos usar cola de carpintero en el caso de los estudiantes más jóvenes.






H o j a d e i n f o r m a c i ó n p a r a e l e s t u d i a n t e :

T i p o s d e p u e n t e s

Hay seis tipos principales de puentes: abovedado, de vigas, atirantado, voladizo (o cantiléver), de suspensión y de armadura.

Abovedado Los puentes abovedados tienen forma de arco y poseen contrafuertes

en cada extremo. Los primeros puentes abovedados de los que se tiene conocimiento fueron construidos por los griegos e incluyen el Puente Arkadiko. El peso del puente es desplazado hacia los contrafuertes en cada lado.

El puente abovedado más grande del mundo, que debiera finalizarse en 2012, se ha planificado para el sexto cruce de la cala de Dubai, en los Emiratos Árabes Unidos. De viga Estos puentes son vigas horizontales apoyadas por pilares en cada extremo. Los primeros

puentes de viga fueron troncos o estructuras sencillas similares que simplemente se tendían sobre arroyos. En la actualidad, estos puentes son grandes estructuras con vigas tipo cajón hechas de acero. El peso en la parte superior de la viga presiona hacia abajo en

los pilares en cada extremo del puente. Atirantado

Al igual que los cables de suspensión, los cables atirantados se sostienen mediante cables. Sin embargo, en un puente atirantado, se requieren menos cables y las torres que los sostienen son

proporcionalmente más cortas. El puente atirantado más largo que existe es el Tatara que se encuentra en el Mar Interior de Seto,

en Japón. Voladizo (o cantiléver) Los puentes voladizos (o cantiléver) se construyen incorporando vigas voladizas, que son

vigas horizontales sujetas en solo un extremo. La mayoría de estos puentes usa dos brazos voladizos que se extienden desde lados contrarios del tramo que se ha de cruzar,

encontrándose en el centro. El puente voladizo más grande es el de Québec, situado en esa ciudad canadiense, que mide 549 m (1801 pies). Suspensión

Estos puentes están suspendidos por cables. Los primeros puentes de suspensión fueron hechos de cuerdas o lianas cubiertas con pedazos de bambú. En los puentes modernos,

los cables cuelgan desde torres que van unidas a pozos de cimentación o ataguías enterrados profundamente en el lecho de un lago o río. El puente de suspensión más largo del mundo es el Puente Akashi Kaikyo en Japón, que mide 3.910 m (12.826 pies).

Armadura Los puentes de armadura están compuestos por elementos

conectados. Tienen una superficie sólida y un entramado de vigas con uniones articuladas para los costados. Los primeros puentes de armadura eran de madera, pero los modernos usan metales,

como hierro forjado y acero. El puente de Québec, mencionado anteriormente como un puente voladizo, es también el puente de

armadura más largo del mundo.






H o j a d e i n f o r m a c i ó n p a r a e l e s t u d i a n t e :

P u e n t e s f a m o s o s Puente del Fiordo de Forth, Escocia

El de Forth es un puente ferroviario voladizo o de

cantiléver, ubicado sobre el Fiordo de Forth en el este de Escocia. El puente es, incluso hoy día,

considerado una maravilla de la ingeniería. Mide 2,5 km (1,5

millas) de longitud y la pista doble se eleva 46 m (aprox. 150 pies) por sobre las mareas altas. Consta

de dos tramos principales de 520 m (1.710 pies), dos tramos

laterales de 206 m (675 pies), 15 tramos de aproximación de 51 m (168 pies) y cinco de 7,6 m (25 pies). Cada tramo principal consta de dos brazos voladizos de 210 m (680 pies) que

soportan un puente de viga con un tramo de 220 m (350 pies). Las tres grandes estructuras voladizas de cuatro torres miden 104 m (340 pies) de alto y cada pie de 21 m (70 pies) de diámetro se apoya en un cimiento independiente. El grupo sur de cimientos

tuvo que construirse mediante pozos de cimentación con aire comprimido a una profundidad de 28 m (90 pies). En su momento más intenso, trabajaron unos 4.600 empleados en

esta obra. Puente del Puerto de Sidney, Australia

Éste es un puente abovedado de acero que cruza el Puerto de Sydney para permitir el

tráfico de trenes, vehículos y peatones entre el distrito comercial central de la cuidad y la zona de la costa norte. La

monumental vista del puente, el puerto y la cercana y célebre Ópera de Sydney

constituye una imagen imborrable tanto de Sydney como de Australia. El puente fue diseñado y construido por Dorman Long and

Co Ltd, Middlesbrough, Teesside, y fue la estructura más alta de la ciudad hasta

1967. De acuerdo con los Récords Guinness, es el puente con el tramo más ancho del mundo y el puente abovedado de

mayor altura, con 134 metros (429,6 pies) desde su parte más alta hasta el nivel del agua. Es también el cuarto puente abovedado más largo en el mundo. El arco está conformado

por dos entramados abovedados de 28 paneles. Sus alturas varían de 18 m (55,8 pies) en el centro del arco a 57 m (176,7 pies) (al costado de los pilones).






H o j a d e t r a b a j o p a r a e l e s t u d i a n t e :

D i s e ñ a t u p r o p i o p u e n t e Formas parte de un equipo de ingenieros a quienes se les ha planteado el desafío de

diseñar un puente hecho con pegamento y un máximo de 200 palitos de helado. Los puentes deben ser capaces de sostener un peso determinado (el maestro decidirá cuál

será el peso correspondiente para el diseño de tu equipo). El puente debe permitir cruzar un tramo de al menos 35 cm (14 pulgadas) de largo. Pero debe medir más de esa longitud debido a que cuando haya sido construido, se colocará entre dos sillas a una altura de por

lo menos 30 cm sobre el suelo para realizar la prueba de tolerancia al peso. ¡Además de cumplir los requisitos estructurales y de tolerancia al peso, el puente también será

evaluado desde el punto de vista estético, así que deberás emplear tu creatividad! Idealmente, usa la menor cantidad de palitos posible para lograr tu meta.

Etapa de planificación Reúnete como equipo y plantea el problema que necesitan resolver. Luego debes

desarrollar y acordar con el grupo un diseño para el puente. Tendrás que determinar cuántos palitos de helado usarás (hasta 200) y los pasos que requerirá el proceso de

fabricación. Piensa en qué patrones podrían ser los más resistentes, ¡pero no olvides que también se evaluará la estética del puente! Dibuja tu diseño en el siguiente cuadro y asegúrate de indicar el número de palitos que crees que usarás. Presenta tu diseño

a la clase. Puede que te convenga afinar el plan de tu equipo tras recibir los comentarios y las sugerencias de la clase.

Número de palitos de helado que crees que usarás:






H o j a d e t r a b a j o p a r a e l e s t u d i a n t e ( c o n t i n u a c i ó n ) : Fase de construcción

Construye tu puente. Durante la construcción puedes decidir que necesitas palitos adicionales

(hasta 200) o querer hacer modificaciones en tu diseño. No hay problema; simplemente haz un

nuevo bosquejo y modifica tu lista de materiales. Voto por estética

Todos los estudiantes emitirán un voto sobre el

aspecto de cada puente. La escala es de 1 a 5 (1: para nada atractivo; 2: no atractivo; 3:

neutro/promedio; 4: un tanto atractivo; 5: muy atractivo). Este número se promedia para generar un puntaje para cada puente. Este

puntaje no se basa en lo bien que el puente podría sostener peso, sino netamente en su aspecto.

Fase de prueba

Cada equipo probará su puente para ver si puede soportar el peso exigido por lo menos durante un minuto completo. Asegúrate de presenciar las pruebas de los demás equipos

y observa cómo funcionaron los diversos diseños.

Fase de evaluación Evalúa los resultados de tu equipo, completa la hoja de trabajo de evaluación y presenta tus hallazgos a la clase.

Usa esta hoja de trabajo para evaluar los resultados de tu equipo:

1. ¿Lograste crear un puente que soportara el peso exigido durante un minuto completo? Si no fue así, ¿por qué no?

2. ¿Decidiste modificar tu diseño original durante la fase de construcción? ¿Por qué?

3. ¿Cuántos palitos de helado terminaste usando? ¿Difería esta cantidad de lo que tenías

planificado? De ser así, ¿qué cambió?






H o j a d e t r a b a j o p a r a e l e s t u d i a n t e ( c o n t i n u a c i ó n ) :

4. ¿Cuál fue el promedio de puntaje para la estética de tu puente? ¿Cómo se compara esto con el resto de los puentes de la clase? ¿Qué elementos de diseño de otros puentes

te gustaron más?

5. ¿Crees que los ingenieros tienen que adaptar sus planes originales durante

la construcción de sistemas o productos? ¿Por qué?

6. Si tuvieras que hacerlo todo de nuevo, ¿cómo cambiaría tu diseño original? ¿Por qué?

7. ¿Qué diseños o métodos constataste que intentaron los demás equipos que en tu

opinión dieron buenos resultados?

8. ¿Crees que hubieras podido completar este proyecto más fácilmente si hubieses trabajado solo? Explica…

9. ¿Qué clase de equilibrios crees que los ingenieros deben encontrar entre la funcionalidad, seguridad y estética al construir un puente verdadero?


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