เครื่องร่อนของเล่น

กิจกรรมสะเต็มศึกษา










เรื่อง เครื่องร่อนของเล่น

สถานการณ์ปัญหา



















“ให้นักเรียนประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่นที่ร่อนได้นานที่สุด



โดยใช้วัดสุอุปกรณ์ที่ก าหนดให้”

กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม (ENGINEERING DESIGN PROCESS)









ขั้นที่ 1 ระบุปัญหา (Problem Identification)







1.ปัญหาหรือความต้องการและเงื่อนไข คือ





ประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่นที่ร่อนได้นานที่สุด



โดยใช้วัดสุอุปกรณ์ที่ก าหนดให้






ขั้นที่ 2 รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา




(Related Information Search)






เครื่องร่อน/เครื่องบิน

ขั้นที่ 2 รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา



(Related Information Search) เครื่องร่อน




Glider













添加


标题






คือ เครื่องบินที่ไม่มีเครื่องยนต์ โครงสร้าง


และชิ้นส่วนต่างๆ มีน้ าหนัก เบามาก จะใช้แรง

ลากจูงจากคน จากรถยนต์หรือจากเครื่องบิน


เพื่อขึ้นสู่อากาศถึงระยะสูงที่ปลอดภัยแล้วจึง

ปักหัวลง ร่อนไปได้โดยแรงฉุดซึ่งเกิดจาก


น้ าหนักของตัวเอง ขณะเดียวกันแรงยกที่ปีก


จะพยุงให้เครื่องร่อนตกลงมาอย่างช้าๆ

ฟิสิกส์ของเครื่องบิน












1.ใครเป็นผู้สร้างเครื่องบิน


ล าแรกของโลกได้เป็นผล


ส าเร็จ


2. หลักการของแบร์นูลลี่



กล่าวว่าอย่งไร


3.แรงที่กระท าต่อเครื่องบิน


มีอะไรบ้าง


4.การเพิ่มมุมปะทะมีผล


ต่อการบินอย่าไง


5.การออกแบบเครื่องบิน



เพื่อลดแรงต้านอากาศ


ควรออกแบบอย่างไร

สรุปความรู้ฟิสิกส์ของเครื่องบิน









1. 2. หลักการของแบร์นูลลี่ (Bernoulli’s principles)







ื
ื
“ความดันภายในของของไหล (ของไหลคอก๊าซหรอของเหลว)
ิ
ื
็
่
ึ
จะลดลงเมอความเรวของของไหลเพ่มข้น” หรอ “เมอของไหล
ื่
ื
่
็
ู
ี
ื
มการเคลอนทด้วยความเรวสง ความดันของของไหลนั้นจะต า
่
ี
่
และถ้าของไหลมการเคลอนทด้วยความเรวต า ความดันของของไหล
่
็
ี
ื่
ี่
ู
นั้นจะสง”
พี่น้องตระกูลไรท์ คือ ออร์วิล ไรท์ และ วิลเบอร์ ไรท์

แรงที่กระท าต่อเครื่องบิน

เครื่องบินบินได้อย่างไร
เครื่องบินจะเดินทางไป


ข้างหน้าได้ก็ด้วยอาศัยแรง เครื่องบินจะลอยตัวไปในอากาศ

ขับ (Thrust) ที่มีเครื่องยนต์ ได้นั้น ตัวเครื่องบินจะต้องมี


และใบพัด หรือเครื่องยนต์ไอ ความเร็วไปทางด้านหน้าเพื่อให้

พ่น ผลักมวลอากาศไป ปีกของเครื่องบินปะทะกับ


ด้านหลัง ท าให้เกิดแรง อากาศที่ไหลผ่านปีกไปเร็วขึ้น


ปฏิกิริยาขับให้เครื่องบิน กระแสอากาศที่ไหลมาปะทะ

เคลื่อนที่ไปข้างหน้า เมื่อ ผ่านไปทางด้านล่างปีกจะท าให ้


เครื่องบินเคลื่อนตัวมี เกิดแรงดันจากด้านล่างปีกขึ้นไป

ความเร็วไปข้างหน้าก็จะ ด้านบน อันเนื่องมาจากความดัน


ปะทะกับกระแสอากาศเกิด ของกระแสอากาศด้านบนของ


เป็นแรงต้าน (Drag) มี ปีกจะยิ่งลดลง เมื่อความเร็วของ

ทิศทางสวนไปทางด้านหลัง เครื่องบินเพิ่มสูงขึ้น และแรงดัน


พยายามต้านให้ความเร็วของ ของกระแสอากาศภายใต้ปีก

เครื่องบินลดลง
เพิ่มขึ้นจึงดันตัวขึ้นเป็นแรงยก


ท าให้เครื่องบินสามารถลอยตัว

ขึ้นไปได้ในอากาศตราบเท่าท ี่


เครื่องบินยังมีความเร็วเพียงพอ

ความสมดุลของแรงที่กระท าต่อเครื่องบิน







Take Off




แรงขับมากกว่าแรงต้าน เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า




แรงยกมากกว่าน้ าหนัก เครื่องบินยกตัวลอยขึ้น



































Level Flight : แรงยก(Lift) = แรงโน้มถ่วง(Gravity) Landing : แรงขับ < แรงต้าน และ แรงยก < แรงโน้มถ่วง

ขั้นที่ 2 รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search)












2.หลักการหรือวิธีการที่จะท าให้เครื่องร่อนของเล่นร่อนได้นานที่สุด คือ













ออกแบบโครงสร้างของเครื่องให้เกิดแรงยกมาก โดยการออกแบบรูปทรงของ


เครื่องร่อนให้เพรียวลม เพิ่มมุมปะทะของปีกกับอากาศและสร้างเครื่องร่อนที่



อยู่ในสภาวะสมดุล








สืบค้นจาก



https://encrypted-vtbn2.gstatic.com

ขั้นที่ 2 รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search)







3.ร่วมกันวิเคราะห์เพื่อถอดความรู้ที่เกี่ยวข้องตามแนวคิด STEM Education ได้แก่ วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี


วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์


ื่
ื
1.สมดุล 1.การสบค้นข้อมูล เรอง

ื
ื่
ิ
่
2.แรงที่กระท าต่อเครื่องบิน Science Technology เครองบน/เครองร่อน
(แรงยก แรงต้าน แรงฉุด แรงขับ) 2.การน าเสอผลงาน เครองร่อน
ื
่
3.หลักการของแบร์นูลลี่








1.ออกแบบเครื่องร่อนของเล่น 1.การวัดและหน่วยของการวัด


ที่ร่อนได้นาน Engineering Mathematics 2.มุม


2.ประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่นโดยใช้



วัสดุอย่างประหยัดและคุ้มค่า 3.เวลา

ขั้นที่ 3 ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design)




4.ออกแบบและวาดแบบชิ้นงาน 3 มิติ โดยระบุชื่อวัสดุอุปกรณ์ ขนาดความกว้าง ความยาวความสูงและหน่วย



ในการวัดขนาด

ขั้นที่ 3 ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design)









5. วัสดุอุปกรณ์ที่ใช้





ที่ รายการ จ านวน





















输入大标题

ขั้นที่ 4 วางแผนและดาเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development)









6. วางแผนขั้นตอนในการสร้าง/ประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่น





ค้นคว้าหาความรู้ เรื่อง เครื่องบิน



หรือเครื่องร่อน 1







2 ออกแบบเครื่องร่อนของเล่น








ประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่นตามแบบ 3






ทดสอบความสามารถในการร่อน


4
ของเครื่องร่อนของเล่น

ประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่นตามแบบ










































่
1.ตัดปีกและพวงหางของเครื่องรอน 2.เตรียมท าปีกและพวงหางโดยพับปีก


ตามรอยเส้นทึบ และหางตามรอยประ

ประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่นตามแบบ










่
ี
3.เตรยมส่วนล าตัวของเครองร่อนโดยบบหลอดพลาสตกให้แบน และ
ื
ี
ิ
ใช้ใบมดกรดหลอดให้ห่างจาก ปลายหลอด 7.5 เซนตเมตร จากนั้น
ี
ี
ิ
ึ
่
ี
ี
กรดยาวออกไปอกด้านหนงยาว 5 เซนตเมตร ซงจะมขนาด พอดกับ
ิ
ึ
ี
่
ี
ี
ิ
็
ี่
ความกว้างของปก ปลายหลอดด้านทยาว 7.5 เซนตเมตรจะเปนส่วน
หาง
ี
4.เตรยมส่วนหางโดยใช้ใบมดกรดล าตัวเครองร่อน
ี
ี
ื
่
บรเวณปลายทเปนต าแหน่งหาง จัดให้ใบมดอยู่ใน 5.ก่อนประกอบปีกเครื่องร่อน
ี
็
่
ิ
ี
ี
็
ี
ิ
แนวตั้งฉากกับปก กรดเปนรอยเข้าไป 1 เซนตเมตร และ ให้ลองน ำเครื่องร่อนที่มีแต่พวงหำง
น าแพนหางแนวด่งมาสอดตามรอยกรด ให้ด้านล่างของ ไปทดสอบกำรร่อน
ิ
ี
่
ล าตัวเครองร่อนตดกับรอยทท าไว้บนแพนหางแนวด่ง บันทึกผลกำรร่อนที่สังเกตได้
ิ
ิ
ี
ื
่

ประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่นตามแบบ















7.ประกอบส่วนปีกโดยน าปีกที่เตรยมไว้ เสียบผ่านหลอดพลาสติก
ี



ที่กรีดไว้ในข้อ 3 โดยให้แกนกลาง ของปีกอยู่ตรงกับหลอดพอดี ติดเทป



ใสระหว่างปีกกับหลอด


















่
่
8.ทดสอบการรอนโดยไม่ออกแรงให้เครื่องรอนพุ่งไปข้างหน้า (ปล่อยเครื่องรอน ลงแนวดิ่งให้ตกอิสระ) บันทึกผลการรอนท ี่
่
่
สังเกตได้

9.ทดสอบการร่อนโดยออกแรงพุ่งเครื่องรอนไปข้างหน้า บันทึกผลการร่อนที่สังเกตได้
่

ประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่นตามแบบ










่
9.จะได้เครื่องร่อนซึ่งจะต้องปรับศูนย์ถ่วงของเครื่องร่อนก่อนทดสอบการรอน การปรับจุดศูนย์สามารถท าได้ดังนี้


่
ิ
ี
ิ
ี
่
็
ิ
ื่
ื
็
9.1 แบ่งความกว้างของปกตรงบรเวณทตดกับล าตัวของเครองร่อนออกเปน 3 ส่วนเท่าๆ กัน ท าเครองหมายไว้เพื่อใช้เปนบรเวณ
ื
่
ี
ทจะหาสมดลของเครองร่อน
่
ุ
ี
ี
ิ
ิ
ุ
่
ื
ื
ื
9.2 ทดสอบความสมดลของเครองร่อน โดยการจัดให้ปกทั้งสองของเครองร่อนวางอยู่บนปลายน้วช้ กับน้วหัวแม่มอ ณ ต าแหน่ง
่
ี
่
ี่
่
ื
ท 2 ของส่วนทแบ่งไว้ สังเกตเครองร่อน ดังน้ ี
่
ุ
* ถ้าล าตัวของเครองร่อนอยู่ในแนวระดับ แสดงว่าเครองร่อนอยู่ในสภาวะสมดล
่
ื
ื
่
ื
* ถ้าเครองร่อนยังไม่ อยู่ในแนวระดับให้เตมดนน ้ามันทส่วนหัวของเครองร่อน จนกว่าเครองร่อนจะอยู่ในแนวระดับได้
ิ
ื
่
ิ
่
ื
่
ี

ประดิษฐ์เครื่องร่อนของเล่นตามแบบ









ื
่
ู
ิ
ึ
ิ
ี
❖ ถ้าเครองร่อนร่อนโดยเชดหัวข้นสงแล้วท่มหัวลง แสดงว่าส่วนหัวของเครองร่อนมน ้าหนักเบา ให้ แก้ไขโดย
ื
่
ิ
ี
่
ื
ิ
การเพ่มน ้าหนักทส่วนหัวเครองร่อนด้วยดนน ้ามัน
่
ิ
ิ
่
ื
❖ ถ้าพุ่งออกไปแล้วเครองร่อนหัวท่ม แสดงว่าหัวเครองร่อนหนักเกินไป แก้ไขด้วยการใช้ดนน ้ามัน ถ่วงส่วนหาง
่
ื
ื
❖ ถ้าพุ่งเครองร่อนออกไปแล้ว เครองร่อนอยู่ในแนวขนานกับพ้นและค่อยๆ ลดระดับต าลงเรอยๆ จนตกกระทบ
ื
่
ื
่
่
่
ื
่
ื
ุ
พ้น แสดงว่าเครองร่อนอยู่ในสภาวะสมดล
ื

ขั้นที่ 5 ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน



(Testing, Evaluation and Design Improvement)




7.ตารางบันทึกผล
วิธีเล่น รูปแบบของเครื่องร่อน ผลการสังเกต




1 ไม่มีปีก มีแต่หาง




2 มีปีก แต่ไม่มีแรงพุ่งผ่านอากาศ



3 มีปีก มีแรงพุ่งผ่านอากาศ ไม่ปรับศูนย์ถ่วง




ของเครื่องร่อน


4 ปรับศูนย์ถ่วงของเครื่องรอน
่



5 ปรับหางเสือไปด้านซ้าย




6 ปรับหางเสือไปด้านขวา



7 เวลา..........................วินาที

ขั้นที่ 5 ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน



(Testing, Evaluation and Design Improvement)









8. ข้อบกพร่อง/จุดที่ต้องปรับปรุง









9. วิธีปรับปรุงพัฒนาผลงาน









10. ผลการปรับปรุงพัฒนาผลงาน








ขั้นที่ 6 น าเสนอวิธีการแก้ปัญหา 6.1 ถ่ายคลิปหรือภาพชิ้นงานที่ส าเร็จแล้ว


ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน ส่งใน Classroom



(Presentation) 6.2 ส่งชิ้นงานงานในชั้นเรียน