Υδροπύραυλοι: Πόσο ψηλά μπορεί να πετάξει ένα μοντέλο υδροπυραύλου; Creative Commons, Attribution + Noncommercial + ShareAlike (BY-NC-SA)
Verified
Authors: 'Ιδρυμα Ευγενίδου
Engineering
This content is provided in languages:

Αυτή η πρόκληση εισάγει τους μαθητές στον τομέα της αεροναυπηγικής μηχανικής και της μηχανολογίας μέσω δραστηριοτήτων που βασίζονται στους νόμους κίνησης του Νεύτωνα. Καθώς οι μαθητές εφαρμόζουν τη Διαδικασία σχεδιασμού της Εφαρμοσμένης Μηχανικής για τον σχεδιασμό ενός υδροπυραύλου, θα προσδιορίσουν το πρόβλημα, θα προτείνουν ιδέες, θα σχεδιάσουν, θα συνδυάσουν λύσεις, θα δοκιμάσουν και θα βελτιώσουν τους δικούς τους υδροπυραύλους. Η κατασκευή υδροπυραύλων είναι μία δραστηριότητα με ευρύ φάσμα εφαρμογών. Η πρόκληση αυτή μπορεί υλοποιηθεί σε σχολεία, μουσεία επιστημών και σε εργαστήρια στο πλαίσιο φεστιβάλ επιστημών. Ο πρωταρχικός στόχος αυτής της δραστηριότητας είναι να προσελκύσει το ενδιαφέρον των μαθητών για την επιστήμη και την εφαρμοσμένη μηχανική. Γενικά, οι υδροπύραυλοι μπορούν να κεντρίσουν την περιέργεια των ανθρώπων κάνοντας πιο ελκυστική τη διαδικασία για τις φυσικές επιστήμες
Knowledge acquisition gain
  Δεξιότητες: Εισαγωγή στον κόσμο της διαδικασίας σχεδιασμού και στον τρόπο με τον οποίο οι μηχανικοί εργάζονται / ανάπτυξη των δεξιότητων επίλυσης προβλημάτων / πρακτική εφαρμογή της επιστήμης και των μαθηματικών στη μηχανική / ανάπτυξη κριτικής σκέψης / υποστήριξη ομαδικής εργασίας, κινήτρων, αντιμετώπισης προβλημάτων και μάθηση από την αποτυχία / κατανόηση των υλικών και τον ρόλο τους στην διαδικασία σχεδιασμού. Επιστημονικές αρχές/έννοιες που θα εξεταστούν: Πρώτος Νόμος του Νεύτωνα, Αδράνεια, Δεύτερος Νόμος του Νεύτωνα: F=m*a, Επιτάχυνση, Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα: Δράση-Αντίδραση, Βαρύτητα, Αεροδυναμική, Σταθερότητα, Κέντρο μάζας, Κέντρο πίεσης, Τριβή-Οπισθέλκουσα, Πίεση: Το νερό είναι ιδιαίτερα ασυμπίεστο, πρόωση Πυραύλου, Αντίσταση, Ελεύθερη Πτώση, Τελική Ταχύτητα, Επιτάχυνση της Βαρύτητας, Επιτάχυνση.

STEM σταδιοδρομίες και αγορά εργασίας

Υπάρχουν πολυάριθμα επιστημονικά, μηχανικά, τεχνολογικά στοιχεία, τα οποία εμπλέκονται στην εξέλιξη των πραγματικών πυραύλων. Κάποια από αυτά είναι τα ακόλουθα:

• Μηχανική Υλικών: Οι μηχανικοί υλικών παίζουν έναν πολύ σημαντικό ρόλο στη διαδικασία της κατασκευής πυραύλων,, αφού μελετούν και αναλύουν τις ιδιότητες των υλικών, από τα οποία θα κατασκευαστούν ο σκελετός και το εξωτερικό μέρος του πυραύλου. Ο σκελετός κατασκευάζεται από πολύ ανθεκτικά αλλά ελαφριά υλικά, όπως τιτάνιο ή αλουμίνιο. Το εξωτερικό μέρος του πυραύλου μπορεί να καλύπτεται με ένα σύστημα θερμικής προστασίας που θα κρατά έξω την θερμότητα της τριβής του αέρα κατά τη διάρκεια της πτήσης, ενώ παράλληλα θα συγκρατεί εσωτερικά τις χαμηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται για συγκεκριμένα καύσιμα και οξειδωτικά.

• Μηχανική Πρόωσης και Εσωτερικής Καύσης: Οι μηχανικοί που αναπτύσσουν τη μηχανή η οποία παράγει την ώση και μελετούν τις θεμελιώδεις αρχές της τυρβώδους καύσης και της εφαρμογής της σε συστήματα πρόωσης.

• Αεροδυναμική: Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί μελετούν την αεροδυναμική συμπεριφορά των πυραύλων κατά τη διάρκεια της πτήσης. Αεροδυναμικές δυνάμεις παράγονται και ασκούνται σε έναν πύραυλο, όταν αυτός πετάει στον αέρα. Η κατανόηση της κίνησης του αέρα γύρω από ένα σώμα (συχνά αποκαλείται πεδίο ροής) επιτρέπει τον υπολογισμό των δυνάμεων και ροπών που ασκούνται στο σώμα αυτό.

• Μηχανική Ελέγχου: Η μηχανική ελέγχου είναι ο τομέας της εφαρμοσμένης μηχανικής που ασχολείται με την εφαρμογή της θεωρίας ελέγχου, ώστε να σχεδιαστούν συστήματα με επιθυμητές συμπεριφορές. Η θεωρία ελέγχου είναι ένας κλάδος της εφαρμοσμένης μηχανικής και των μαθηματικών που ασχολείται με τη συμπεριφορά των δυναμικών συστημάτων με εισροές και με τους τρόπους τροποποίησης της συμπεριφοράς τους έπειτα από αναθεώρηση.

• Ανάλυση Πτήσεων: Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί οι οποίοι υπολογίζουν και αναλύουν την επίδοση πτήσης του πυραύλου. Θεωρία και ανάλυση εφαρμόζονται σε αρκετά διαφορετικά καθεστώτα πτήσης: (1) πτήση εντός της ατμόσφαιρας, (2) κοντά σε διαστημικά περιβάλλοντα, (3) σεληνιακές και πλανητικές πτήσεις, (4)διαφυγή από τον ήλιο.