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Spacecraft materials kit - the challenge, VPR07b

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Guion para investigar las propiedades de la materia

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¿Sabes que hay personas cuyo trabajo es ir en una nave espacial? ¿Alguna vez has soñado con pilotar una nave espacial? No resulta tan sencillo pero tal vez podamos convertirnos en constructores de naves espaciales si estudiamos mucho... Emulamos a los ingenieros e ingenieras espaciales investigando cual es el mejor material para diseñar una astronave. Nos ponemos en grupo y comenzamos a hacerlo paso a paso. ¡Qué emocionante!

1. Materiales

¿Cuáles son las características de los materiales que se usan para el escudo protector de la nave Orión?

Materiales : Cubos del mismo tamaño de:

1. Aquí tenemos una serie de materiales en forma de cubos del mismo tamaño. Debatimos en el grupo por qué unos materiales se usan para unas cosas y para otras no, confeccionamos una lista de esas características y discutimos su importancia.

2. Observamos y tocamos los distintos materiales poniendo atención para intentar decir qué son.

3. Agrupamos los materiales de acuerdo con lo que hayamos observado, como pesado o ligero; rugoso o liso; caliente o frío al tacto; brillante o mate.

4. Anotamos nuestras observaciones en la siguiente tabla:

¿Por qué hemos agrupado los materiales de esta manera y no de otra?

¿Qué pruebas podríamos realizar para comparar los distintos materiales?

Anotamos las primeras conclusiones extraídas sobre la diversidad de los materiales.

2. La masa

Se necesita mucho combustible de cohetes para lanzar una nave al espacio y también es muy caro. Necesitamos materiales resistentes y con poca masa para construir la nave.

Sujetamos cada uno de los cubos por separado con una mano y clasificamos desde el que creemos que es más ligero (1) hasta el que nos parece más pesado (9).

Ahora usamos la balanza digital para pesar cada uno de los cubos y anotamos su peso real (en gramos hasta un decimal)

Los clasificamos de nuevo basándonos en su peso real.

Anotamos las respuestas en la tabla.

Comparamos la clasificación inicial "a ojo" con la clasificación real y explicamos por qué se parecen entre sí o por qué son diferentes.

Debatimos en el grupo cuál de los materiales, basándonos tan solo en su masa, sería el más adecuado para fabricar una nave y por qué.

3. Densidad

Una propiedad importante de los materiales que debemos tener en cuanto es su densidad. De la lista de nuestro material ¿Cuáles pensamos que serán los menos densos?, ¿cómo deberíamos proceder para hallarla y qué materiales se necesitan?

Materiales;

Conjunto de cubos 2x2x2cm de diferentes materiales

1 báscula digital

Una probeta con agua (opcional)

Procedimiento:

1. Para realizar este experimento, podemos hallar el volumen de los cubos calculando la cantidad de agua que desplaza cada uno de ellos al introducirlo en una probeta con agua o midiendo los lados de cada cubo y calculando el volumen mediante operaciones numéricas. Nos repartimos el trabajo en el grupo y usamos los dos métodos para cotejar los resultados obtenidos, los cuales deberían ser equivalentes.

2. Anotamos los resultados en la tabla,:

3 ¿Se cumplen nuestras hipótesis?

4. Conductividad térmica

Los equipos y la tripulación a bordo de una nave espacial, como la nave Orión, deben protegerse de las temperaturas extremas del espacio para trabajar con comodidad. Para estos fines se necesitan materiales capaces de soportar temperaturas muy altas y muy bajas. Normalmente estos materiales son buenos conductores térmicos. De nuestros materiales ¿Cuáles creemos que serán buenos conductores térmicos?

Adelantamos nuestra Hipótesis: .........................

Materiales

Conjunto de cubos 2x2x2cm de diferentes materiales

Papel termocromático

2 placas de Petri

Agua caliente a 100ºC (Ten cuidado de no tocarla)
Procedimiento:

1. Colocamos un cuadradito de papel termocromático sobre cada uno de los cubos de material. Todos ellos deben estar a temperatura ambiente.

2. Vertemos agua caliente en dos placas de Petri y luego las cubrimos con su tapadera correspondiente.

3. Colocamos los cubos sobre las tapaderas de las placas de Petri.

4. Observamos con atención y paciencia el papel termocromático y anotamos cuáles son los primeros en cambiar de color.

5. Ordenamos los materiales de acuerdo con su conductividad térmica: desde los que conducen más rápido el calor (1) hasta los que lo hacen más despacio (9) y anotamos las respuestas en una tabla.

6. A la vista de los resultados obtenidos, escribimos nuestras conclusiones. Explicamos cuáles de estos materiales permiten mejor la conductividad térmica.

5. Propiedades eléctricas

El material que rodea los componentes eléctricos de la nave espacial tiene que ser un buen conductor eléctrico para que conduzca y retire las cargas eléctricas que, de otro modo, podrían dañar los componentes. ¿Cuál de nuestros materiales será el mejor conductor eléctrico?

1. Escribimos nuestras hipótesis: ..................................................

2. Para comprobar las propiedades eléctricas de los materiales tenemos que montar un circuito eléctrico y hacer la prueba con los diferentes materiales de uno en uno.

3. Anotamos los resultados en una tabla

4. A la vista de los resultados obtenidos, escribimos nuestras conclusiones. Explicamos cuáles de estos materiales son conductores eléctricos y cuáles no.

6. Magnetismo

Para viajar por el espacio es importante que el material del que esté hecho la nave no sea magnético. Los materiales magnéticos deben evitarse en las naves espaciales porque pueden dañar instrumentos como el sistema de orientación que llevan a bordo, el cual utiliza el campo magnético de la Tierra para orientar la nave en la dirección correcta. De nuestros materiales ¿Cuáles creen que serán magnéticos?.

1. Escribimos nuestras hipótesis:..........................................................

2. Comprobamos cuáles de estos materiales interaccionan con un imán y cuáles no lo hacen.

3. Anotamos los resultados en una Tabla

4. ¿Qué materiales no son magnéticos? Explica por qué no lo son..

7. Impactos

Las naves espaciales como los satélites artificiales pueden chocar contra fragmentos de basura espacial que viajan a velocidades muy altas, por eso hay que usar materiales capaces de resistir esos impactos. ¿Cuál será nuestro mejor material para no sufrir daños con los impactos?

Escribimos nuestras hipótesis ...................................................

Un método eficaz sería usar una rampa para medir el rebote que experimenta una canica después de chocar con cada material que sometamos a esta prueba. Cuanto más rebote, menos daños sufrirá el material.

1. Construimos la rampa y comprobamos cuál de estos materiales rebota más. Repetimos el lanzamiento tres veces con cada cubo y calculamos el promedio (media aritmética) de los tres rebotes.

2. Anotamos los resultados en una Tabla.

3. ¿Qué materiales parecen los más adecuados para construir una nave espacial?

8. Conclusiones

Después de someter los cubos a todas estas pruebas ahora vamos a completar una tabla con sus características principales.

¿Cuál es el mejor material para la nave Orión?

Cada grupo expondrá su decisión a todo el grupo clase, explicando su decisión basándose en los datos.

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María Elvira González y Pilar Etxebarría para Cedec

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¿Qué material es el más adecuado para el diseño de una astronave?

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¿Sabes que hay personas cuyo trabajo es ir en una nave espacial? ¿Alguna vez has soñado con pilotar una nave espacial? No resulta tan sencillo pero tal vez podamos convertirnos en constructores de naves espaciales si estudiamos mucho... Emulamos a los ingenieros e ingenieras espaciales investigando cual es el mejor material para diseñar una astronave.

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Fichas para rellenar en el laboratorio

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Herramienta para hacer presentaciones online

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