Titolo: Verniciatura auto

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1 Plan Titolo: Verniciatura auto Argomenti: Gli studenti esplorano con varie attività interdisciplinari gli argomenti di matematica e scienze relativi al processo di verniciatura auto, e prendono decisioni su come verniciare un'auto. Tempo: 5 lezioni da 45 min Età: anni Differenziazione: Livello più basso Il risultato minimo è quello di sviluppare una comprensione del processo di verniciatura auto, e dello spessore della vernice. Possono anche lavorare con forme 2D per calcolare la vernice necessaria per la superficie di un'auto. Livello più alto In più, gli studenti possono sviluppare una comprensione del processo usato nella verniciatura auto (cariche elettrostatiche) e sviluppare modelli 3D per calcolare la vernice necessaria per un'auto. Linee guida, supporti ICT, etc.: Problema / Domande chiave: Il manager di un'azienda che produce automobili è interessato alla qualità della verniciatura delle auto, in quanto spesso i consumatori si lamentano di qualità e durata della verniciatura. Ci sono degli errori nel processo di verniciatura? Gli studenti lavorano in gruppi per rispondere alla domanda chiave e fornire al manager informazioni utili su come migliorare il processo di verniciatura. Si possono usare due video per introdurre gli studenti nel "mondo" della verniciatura delle auto. Gli alunni lavorano in gruppi di 3 o 4. Gli studenti possono usare il software GeoGebra per calcolare la superficie di vari poligoni irregolari, o anche solo per calcolare la superficie di un'auto usando figure regolari. Gli studenti possono anche usare fogli di calcolo (o calcolatrici) per effettuare i calcoli. 1

2 Plan Materiale richiesto per l'attività: schede per gli studenti computer con connessione internet computer con installato il software GeoGebra (scaricabile gratuitamente da Obiettivi di apprendimento dell'attività Tutti: Ci si aspetta che tutti gli studenti capiscano la situazione alla base del problema (il processo speciale di verniciatura di un'auto, i differenti punti di vista di un'auto). Ci si aspetta inoltre che tutti capiscano come i differenti punti di vista dell'auto siano collegati reciprocamente. Conoscenze richieste: operazioni aritmetiche elementari area di superficie di figure regolari (quadrato, triangolo, rettangolo) rappresentazioni in scala Salute e sicurezza: Nessun requisito particolare La maggior parte: Ci si aspetta che la maggior parte degli studenti migliori la comprensione dei vari processi (diversi strati, calcolo dell'area della superficie di un'auto) e siano capaci di creare un modello appropriato per risolvere il problema. Inoltre ci si attende che gli studenti siano capaci di usare/connettere le varie forme 2D fornite per misurare la superficie dell'auto. Alcuni: Ci si aspetta che alcuni studenti siano capaci di capire il processo scientifico (carica elettrostatica) della verniciatura di un'auto, e di trasferire il modello per misurare la sagoma della macchina da 2D a 3D, usando gli strumenti forniti. 2

3 Plan Descrizione della lezione Attività iniziale Durante la prima parte dell'attività gli studenti possono lavorare individualmente per leggere il testo introduttorio dato loro, e per rispondere alle domande di comprensione (Scheda 1). L'obiettivo di questa attività iniziale è di introdurre gli studenti al contesto del problema, e di familiarizzare con l'ambiente del problema, e con i vari concetti e le unità di misura fornite. Attività principale Gli studenti formano gruppi di tre o quattro. Durante l'attività principale (Schede 2, 3, 4) gli studenti lavorano nei loro gruppi per risolvere il problema. Comunque, ad ogni studente viene dato una propria scheda. Ogni gruppo lavora sul problema sotto la supervisione dell'insegnante di matematica e scienze. Quando necessario, viene fornito opportuno feedback e supporto (per superare le difficoltà). Nella seconda attività (Scheda 2) gli studenti lavorano per sviluppare una comprensione dello spessore della vernice dell'auto, e per fare connessioni tra le diverse unità di misura (millesimi di pollice, micron e metri). Collegano inoltre lo spessore della vernice a vari oggetti comuni (come il foglio di carta). Nell'attività 3 (Scheda 3) gli studenti lavorano ancora in gruppi, tentando di sviluppare una comprensione del processo usato nella verniciatura dell'auto (carica elettrostatica), e per identificare altre situazioni in cui è usato questo processo. Nell'attività 4 (Scheda 4) gli studenti sono incoraggiati a lavorare in GeoGebra (o in un foglio di calcolo se preferiscono) per sviluppare un modello di calcolo dell'area di superficie di un'auto. Gli studenti devono collegare le varie immagini 2D per capire un modello 3D di un'auto, mentre devono inoltre usare la scala fornita per calcolare la superficie effettiva dell'auto. Durante l'ultima parte dell'attività (Scheda 5) gli studenti preparano la loro lettera, su base individuale, affrontando i principali punti chiave del loro lavoro. Attività conclusiva Si ha una discussione con tutta la classe. Ogni gruppo presenta i propri risultati per discuterli e ragionarci su. L'insegnante orchestra una discussione che si focalizza sui concetti scientifici alla base (carica elettrostatica), ragionamento spaziale, concetti e processi matematici (come ragionamento proporzionale) usati nella risoluzione del problema, e fornisce le linee guida per ulteriori miglioramenti delle soluzioni ottenute. 3

4 Verniciatura Auto Scheda 1 Il manager di un'azienda di verniciatura automobili è preoccupato in quanto alcuni clienti si lamentano del fatto che la verniciatura è troppo costosa. Pensa che forse il sistema usato possa usare molta più vernice rispetto a quanto effettivamente richiesto per la verniciatura. Considerando che il prezzo della vernice è aumentato notevolmente negli ultimi mesi, c'è un'urgente necessità di ridurre il costo per la verniciatura delle nuove auto. Nell'intervista a un giornale locale, il manager ha detto: "La verniciatura è più complessa e ingegnerizzata di quanto solitamente si pensi. La verniciatura di automobili è stata progettata per resistere a: sbiadimento per la luce solare, impatto con pietre e pietrisco stradale, danni da pioggia, olio e benzina, e danni da lavaggio auto". La verniciatura consiste solitamente di cinque differenti strati - ognuno scelto per dare una precisa funzione. La verniciatura tipicamente consiste di: un sostrato di acciaio galvanizzato con trattamento di fosfotazione micro cristallina tri-cationica per aumentare l'aderenza e migliorare la protezione alla corrosione; un'elettrodeposizione di ~25µm viene aggiunta come primo strato protettivo. I pannelli inferiori hanno uno strato antichip, che è uno strato spesso progettato per dare protezione contro l'impatto di pietre; uno strato di primer (~25µm), uno strato di base (che è lo strato del colore spessore ~25µm) e un rivestimento trasparente (50µm). Per le macchine di seconda mano, ci sono molti step necessari per riverniciare. All'inizio si devono coprire tutte le parti da non verniciare. Poi si deve carteggiare la vecchia vernice con cartavetrata fine. Si può anche avere bisogno di carta grossolana per rimuovere ruggine o eccessi di riempitivo. Possiamo quindi applicare diversi strati sottili di riempitivo di qualità, e finalmente verniciare l'auto. Nella verniciatura, spruzziamo in modo più parallelo possibile, e sovrapponiamo il nuovo getto dal 33% al 75% del getto precedente. Diamo una mano a diluizione media che appare morbida e lucida. Lo spessore totale della verniciatura dovrebbe essere tra i 6 e gli 8 mil (1000 mil equivalgono ad 1 pollice). 4

5 Rispondi alle seguenti domande a. Che problema deve fronteggiare il manager dell'azienda di auto? b. Quali sono i cinque strati della verniciatura di un'auto? A cosa serve ognuno di loro? c. Quanto è spessa la vernice di un'auto? Un foglio di carta a confronto è più o meno spesso? 5

6 Spessore della vernice Scheda 2 Gli spessori tipici degli strati di vernice di un'auto sono: Primer: 0,3-1,5 mil Vernice di base (colore): 0,5-1,5 mil Vernice speciale (opzionale): 0,3-0,8 mil Vernice trasparente : 1,5-4 mil Quant'è spesso esattamente un mil? Un mil è un'unità standard di misura che significa un millesimo di pollice, o 0,001 pollici. In altre parole 1000 fanno un pollice. Obiettivo 1: Calcola lo spessore totale della vernice di una macchina in mil e metri (puoi anche usare micron, un'unità del sistema metrico che misura un milionesimo di metro) Obiettivo 2: Quanto sono spessi gli strumenti in classe (foglio di carta, copertina rigita, righello) rispetto alla vernice trasparente presente sulla maggior parte dei veicoli? 6

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8 Ingegneria della Verniciatura Scheda 3 La carica elettrostatica è usata per la verniciatura spray. La vernice è spruzzata nel corpo della macchina e il processo è reso più efficiente usando cariche elettrostatiche. Lo spray passa attraverso un ago ad alto voltaggio positivo quando lascia la pistola spray e le piccole goccioline di vernice assumono una carica positiva. Fanno così perdendo elettroni negativi. Sono solo gli elettroni che si possono muovere. Alla carrozzeria è quindi dato un alta carica negativa che attrae le goccioline di vernice caricate positivamente. Pistola spray normale goccioline di vernice non cariche Pistola spray goccioline di vernice cariche Questo migliora l'efficienza in quanto (a) le goccioline di vernice si irradiano maggiormente quanto escono dalla pistola, e (b) le goccioline di vernice sono attratte dalla carrozzeria negative, quindi si spreca meno vernice che finisce sul pavimento o sui muri. Obiettivo 1: Elenca le ragioni per cui la carica elettrostatica è usata per verniciare auto. Obiettivo 2: Guardando su internet, cerca altre applicazioni del metodo della carica elettrostatica. 8

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10 Verniciatura Auto Scheda 4 Obiettivo 1: Sotto ci sono gli schemi di due macchine sportiche che devono essere verniciate. Scegli una delle due auto. Quindi usa i vari disegni per stimare l'area della superficie dell'auto che deve essere verniciata (Attento alle dimensioni! Che unità sarà?) Puoi anche importare i disegni in GeoGebra e misurare/calcolare l'area usando gli strumenti del software. Macchina A 10

11 Macchina B 11

12 Obiettivo 2: Calcola quanta vernice è necessaria per questa auto, se lo spessore della vernice è di 10 mils. Obiettivo 3: Utilizzando i risultati dell' Obiettivo 2, qual è la massima quantità di vernice necessaria per verniciare 100 auto? (devi anche pensare alla quantità di vernice che viene sprecata nelle operazioni!) 12

13 Verniciatura Auto Scheda 5 Scrivi una lettera al manager di un'azienda automobilistica, spiegando come ha lavorato il tuo team per risolvere questo problema. Nella tua lettera esplicita come il tuo team ha usato le conoscenze di geometria (del piano e dello spazio) e di algebra per risolvere il problema! Caro Manager, Il nostro team,, ha lavorato nel seguente modo per calcolare quanta vernice è necessaria per verniciare un'auto: 13

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