Οδηγίες, στήριξη από ICT κτλ.:

Transcript

1 Τίτλος: Αεροπλοΐα -Αποπάγωση ενός αεροσκάφους Θέματα : επιφάνεια και όγκος, αναλογίες, βάρος, πυκνότητα, σημείο πήξης των υγρών Διάρκεια: 90 λεπτά Ηλικία: Διαφοροποίηση: Υψηλότερο επίπεδο: συζήτηση για τις χημικές διεργασίες της μείωσης του σημείου τήξεως του πάγου Χαμηλότερο επίπεδο: Οδηγίες, στήριξη από ICT κτλ.: Η συγκεκριμένη δραστηριότητα θα ήταν καλύτερα να γίνει με τη συνεργασία ενός καθηγητή μαθηματικών και ενός καθηγητή χημείας. Εάν είναι δυνατόν, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα μοντέλο αεροπλάνου στο μάθημα για να αντιληφθούν οι μαθητές τις διαφορετικές περιοχές που μπορεί να καλυφθούν με πάγο (αντί για ένα σχέδιο). απλοποίηση των γεωμετρικών σχημάτων στη επιφάνεια του αεροπλάνου στο φύλλο εργασίας 1

2 Απαραίτητος εξοπλισμός για τη δραστηριότητα: Φύλλα εργασίας Προαιρετικά: ένα μοντέλο ενός αεροπλάνου Προαιρετικά: υπολογιστής με το λογισμικό GeoGebra Προαπαιτούμενη γνώση: Υπολογισμός της επιφάνειας ενός κυλίνδρου Έννοιες της μάζας και της πυκνότητας Έννοιες της τροποποίησης του σημείου πήξεως των υγρών Στόχοι για τη δραστηριότητα αυτή: Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να κατανοήσουν την ανάγκη αφαίρεσης του πάγου από ένα αεροσκάφος. Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να διαμορφώσουν και να υπολογίσουν το εμβαδόν της επιφάνειας των σύνθετων αντικειμένων. Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να υπολογίσουν το βάρος του πάγου ή χιονιού πάνω σε ένα αεροσκάφος. Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να ονομάσουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των διαφόρων υγρών αποπάγωσης καθώς και άλλους μεθόδους αποπάγωσης. Ανάμιξη των χημικών ουσιών Υγεία και ασφάλεια:

3 Περιγραφή Μαθήματος Αρχική Δραστηριότητα Ξεκινήστε το μάθημα με μια ανοιχτή τύπου ερώτηση γύρο: «Ποιος έχει ξαναπετάξει», «ποίος έχει παρατηρήσει την αποπάγωση ενός αεροσκάφους», «γιατί νομίζετε ότι είναι απαραίτητο να γίνεται κάτι τέτοιο» κλπ. Εναλλακτικά, μπορείτε να ξεκινήσετε με ένα βίντεο που να δείχνει τη διαδικασία αποπάγωσης.. Κύρια δραστηριότητα Οι μαθητές χωρίζονται σε ομάδες των 2 ή 3. Κάθε ομάδα λαμβάνει ένα φύλλο εργασίας και εργάζεται σε αυτό, υπό την επίβλεψη του καθηγητή των μαθηματικών. Ακολουθεί μια σύντομη σύγκριση των αποτελεσμάτων. Στη συνέχεια οι ομάδες λαμβάνουν το φύλλο εργασίας 2 και εργάζονται υπό την επίβλεψη του καθηγητή χημείας. Ακολουθεί και πάλι η σύγκριση των αποτελεσμάτων. Τελική Δραστηριότητα Το φύλλο εργασίας με τις ερωτήσεις χρησιμοποιείται από το καθηγητή των μαθηματικών και της χημείας για να ολοκληρωθεί το θέμα με ερωτήσεις κοινής λογικής. Οι ερωτήσεις μπορούν να παρουσιαστούν από ένα προβολέα ή στον πίνακα.

4 Αεροπλοΐα -Αποπάγωση ενός αεροσκάφους Φύλλο εργασίας 1 Σκηνές όπως αυτή παραπάνω, μπορεί να παρατηρηθούν στα περισσότερα αεροδρόμια κατά την διάρκεια του χειμώνα. Τα αεροπλάνα αποπαγώνονται, δηλαδή αφαιρείται το στρώμα του πάγου (και ενίοτε το χιόνι) από τα φτερά των αεροπλάνων (και μερικές φορές από τα πηδάλια ή άλλα όργανα του τιμονιού), συνήθως με τη βοήθεια μιας χημικής ουσίας. Γιατί όμως είναι απαραίτητη η διαδικασία αποπαγωσης ενός αεροπλάνου; Δραστηριότητα 1: Παρακάτω βλέπετε τη διάταξη ενός Airbus 330 και 300. Χρησιμοποιήστε το διάγραμμα για να υπολογίσετε το εμβαδόν των φτερών (μπορείτε επίσης να εισάγετε το διάγραμμα στο λογισμικό GeoGebra και να μετρήσετε το μέγεθος εκεί) και της συνολικής επιφάνειας του αεροπλάνου (μπορείτε να υποθέσετε ότι το κύριο σώμα ενός αεροπλάνου είναι ένας κύλινδρος. Μην ξεχάσετε να προσθέσετε το κάτω μέρος των φτερών). Δραστηριότητα 2: Πόσο βάρος έχουν 5 εκατοστά χιονιού (η πυκνότητα του χιονιού είναι περίπου 100 kg / m3) και στα δύο φτερά; Δραστηριότητα 3: Σε κρύο καιρό, ολόκληρο το αεροπλάνο μπορεί να καλυφτεί από ένα στρώμα πάγου. Ας υποθέσουμε ότι το στρώμα αυτό έχει πάχος 1 mm. Υπολογίστε πόσο βαρύ είναι αυτό το στρώμα, και στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε τα αποτελέσματα από την Δραστηριότητα 1 και τον υπολογισμό του βάρους του στρώματος του πάγου (η τυπική πυκνότητα του πάγου είναι 916,7 kg / m3). Παρατήρηση: Ο κύριος κίνδυνος ωστόσο δεν προέρχεται από το βάρος του πάγου, αλλά από το γεγονός ότι επηρεάζονται αρνητικά οι αεροδυναμικές ιδιότητες του αεροπλάνου. Ένα

5 λεπτό στρώμα πάγου 0,1 mm στα φτερά μπορεί να μειώσει την άρση των φτερών κατά 30%!

6 Αεροπλοΐα -Αποπάγωση ενός αεροσκάφους Φύλλο εργασίας 2 Η αποπαγοποίηση των εμπορικών αεροπλάνων στο έδαφος γίνεται κυρίως με μια χημική ουσία. Οι τύποι χημικών ουσιών που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι τέσσερις. Έχουν ως βάση τους ένα μίγμα από νερό, γλυκόλη (συνήθως αιθυλενογλυκόλη ή προπυλενογλυκόλη) και ένα παράγοντα πάχυνσης, σε διαφορετικές αναλογίες. Τεχνικά, δεν υπάρχει διάκριση μεταξύ της αποπάγωσης (αφαίρεση του πάγου που είναι ήδη εκεί) και της αντι-πάγωσης (πρόληψη για τη συσσώρευση νέου πάγου). Ο πρώτος τύπος χημικών χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον μόνο για την αφαίρεση του πάγου, ενώ οι άλλοι τρεις τύποι μπορούν να είναι χρησιμοποιηθούν και για την αντι-πάγωση,.δραστηριότητα 1: υπολογίστε τη θερμοκρασία πήξεως ενός τυπικού μίγματος αντι-πάγωσης που αποτελείται από 20% νερού και 80% προπυλενογλυκόλη. Έχει χαμηλό ιξώδες και ως εκ τούτου χρησιμοποιείται κυρίως για την αφαίρεση του πάγου (αφαίρεση του πάγου που είναι ήδη εκεί). Δραστηριότητα 2: Ένας τυπικός τύπος IV υγρών αποπαγοποίησης αποτελείται από περίπου 49% νερό, 50% γλυκόλη, και 1% παράγοντα πάχυνσης συν κάποια άλλα χημικά. Ποιο είναι το σημείο πήξης ενός τέτοιου μείγματος (μπορείτε να αγνοήσετε το παχυντικό 1% και τις άλλες χημικές ουσίες); Δραστηριότητα 3: Το χημικό μίγμα που περιγράφεται στη δραστηριότητα 2 παρέχει πολύ καλή προστασία από τον σχηματισμό νέου πάγου στα φτερά (έχει ένα μεγάλο χρονικό διάστημα ισχύος). Γιατί πιστεύετε ότι αυτό το μίγμα δεν χρησιμοποιείται πάντα παρά τις καλές ιδιότητες προστασίας του; Δραστηριότητα 4: Γιατί το μίγμα με ποσοστό 60: 40-μίγμα γλυκόλης και νερού (-12 C κατάψυξη) (πάγωμα στους 0 C) έχουν χαμηλότερο σημείο ψύξης (-45 C) από τα δύο υγρά;

7 Παρατήρηση: Ενώ βρίσκονται στον αέρα, τα φτερά των αεροσκαφών αποπαγωπιοώνονται με την ηλεκτρική αποπάγωση (σε ελικοφόρα αεροπλάνα) ή τη θερμική αφαίρεση του πάγου (σε αεροσκάφη ο αέρας θερμένεται απο τους κινητήρες μέσω των κούφιων καναλιών των φτερών). Η Ηλεκτρική αποπάγωση είναι μια απαιτητική ενεργειακά μέθοδος και ως εκ τούτου πολύ σπάνια χρησιμοποιείται για την αφαίρεση του πάγου στο έδαφος. Η Θερμική αφαίρεση του πάγου δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο έδαφος, επειδή τα φτερά θα υπερθερμανθούν (δεν θα υπάρχει ρεύμα αέρα για να τα κρυώσει).

8 Αεροπολοία-Αποπάγωση ενός αεροσκάφους Φύλλο εργασίας-ερωτήσεις Ερωτήσεις για την ολοκλήρωση του μαθήματος. Ερώτηση 1: Νομίζετε ότι η αποπάγωση γίνεται μόνο με ζεστό νερό; Πότε το κάνουμε αυτό, και γιατί; Ερώτηση 2: Γιατί δεν χρησιμοποιείται πιο συχνά η γνωστή μέθοδος αποπάγωσης με τη χρήση αλατιού Ερώτηση 3: Ας υποθέσουμε ότι ένα αεροπλάνο έχει το μισό μέγεθος (το μισό του πλάτους και το ήμισυ του μήκους) του Airbus από το φύλλο εργασίας 1 αλλά καλύπτεται από το ίδιο στρώμα πάγου 1 mm. Το στρώμα αυτό θα είναι το μισό του βάρους, το διπλάσιο του βάρους ή το ένα τέταρτο του βάρους που βρήκατε στη δραστηριότητα 3 του φύλλου εργασίας 1; Ερώτηση 4: Πιστεύετε ότι χρησιμοποιούν τα ίδια υγρά αποπάγωσης για την αφαίρεση του πάγου το διάδρομο; Ερώτηση 5: τα υγρά αποπάγωσης (μείγματα γλυκόλης και νερού) δεν χρησιμοποιούνται πάντα καθαρά, αλλά αναμιγνύονται με επιπλέον νερό. Γιατί το κάνουμε αυτό;