Cílovou skupinou jsou žáci druhého stupně ZŠ.
Prostorová představivost, modelování základních tvarů, znalost práce s 3D tiskárnou, manuální zručnost.
Cílem projektu je vytvořit sadu modelů kladek a kladkostrojů pro výuku fyziky. Žáci se naučí modelovat 3D objekty, připravovat modely na 3D tisk, vytisknout díly na 3D tiskárně a následně je zkompletovat. Žáci a vyučující získají názornou pomůcku pro výuku fyziky v tématech Otáčivé účinky sil a Práce a energie – práce na jednoduchých strojích.
Počítač pro 3D modelování, 3D tiskárna, provázek, vhodná závaží. Volitelně lze doplnit o demonstrační stojan.
Čas k přípravě (vysvětlení zadání, motivace, hledání podkladů, rozdělení rolí ve skupině) – cca 1 hod.
Čas k modelování jednotlivých dílů je velmi závislý na znalostech o 3D modelování v prostředí Tinkercad. V naší skupině byli 3 žáci členy zájmového kroužku 3D modelování, kteří významně pomáhali ostatním. Vymodelovat jeden stroj trvalo průměrně 4 hodiny.
Výhodou našeho řešení je přenositelnost komponent – rozměry kladek, čepů a háků jsou shodné pro různé druhy jednoduchých strojů.
Čas tisku závisí na druhu tištěného stroje. Nejjednodušší kladka je komplet vytištěná za 3h 56min, tisk nejsložitějšího kompletu trvá 5h 54min.
Čas potřebný k sestavení modelu jednoho stroje je cca 15 minut.
Celkový čas je cca 6 hodin.
A.) Úvod: Vysvětlíme téma otáčivých účinků síly, co je a jak funguje kladka pevná, kladka, volná a kladkostroj
B.) Návrh: S využitím obrázku kladky a kladkostrojů, volně dostupného na https://cs.wikipedia.org/wiki/kladka zhotovíme plánek jednotlivých modelů kladkostrojů. Rozhodneme o velikosti a tvaru rámů, o průměru malých a velkých kladek, o umístění hřídelí a čepů.
C.) Modelování v prostředí Tinkercad:
Pevná kladka K1: Vymodelujeme rám pro pevnou kladku, čep pro uchycení kladky, velkou kladku s vybráním pro snadnější pohyb a vedení provázku a s otvorem nepatrně větším než je průměr čepu, čep a oko na zavěšení rámu a hák.
Kladkostroj se 2 kladkami K2: Použijeme kladku s čepem, čep pro uchycení kladky a hák. Vymodelujeme rám horní K2 a rám spodní K2 a čep na který se pověsí hák + čep pro jeho zajištění.
Kladkostroj se 3 kladkami K3: Můžeme použít rám horní K2, pro který vymodelujeme kladku s menším průměrem. Vymodelujeme rám spodní K3, který bude osazen velkou kladkou, čep pro uchycení háku a čepem pro uchycení rámu.
Kladkostroj se 4 kladkami K4: Můžeme použít již předtím vyrobený rám spodní K3, který bude osazen malou a velkou kladkou a čepem pro uchycení háku. Nově vymodelujeme rám horní K4, který má na rozdíl od rámu horního K3 ještě otvor pro čep na zavěšení spodního rámu.
D.) Exportujeme do formátu .stl
E.) Importujeme soubory .stl do projektu v prostředí Prusa Slicer. Osvědčilo se tisknout najednou pouze potřebné díly k jednomu pracovnímu stroji, aby nedocházelo k pomíchání či poztrácení čepů apod...
Pokud tedy chceme tisknout pevnou kladku K1, na podložku vložíme a správně rozmístíme: čep (1ks), čep a oko (1 ks), hák (2 ks), kladka velká (1 ks), rám K1 (1 ks).
Pro tisk kladkostroje se 2 kladkami K2 na podložku vložíme a správně rozmístíme: čep (2ks), čep a oko (1ks), čep na který se pověsí hák (1 ks), čep pro zajištění háku (1 ks), hák (3 ks), kladka velká (2 ks), rám horní K2 (1ks), rám spodní K2 (1 ks).
Pro tisk kladkostroje se 3 kladkami na podložku umístíme a vhodně rozmístíme: čep (3 ks), čep a oko (1 ks), čep na který se pověsí hák (1 ks), čep pro zajištění háku (1 ks), hák (3 ks), kladka malá (1 ks), kladka velká (2 ks), rám horní K3=rám horní K2 (1 ks), rám spodní K3 (1 ks).
Pro tisk kladkostroje se 4 kladkami K4 na podložku vložíme: čep (4 ks), čep a oko (1 ks), čep na který se pověsí hák (1 ks), čep pro zajištění háku (1 ks), hák (3 ks), kladka malá (2 ks), kladka velká (2 ks), rám horní K4 (1 ks), rám spodní K4=rám spodní K3 (1 ks)
F.) Před tiskem vše zkontrolujeme, potom provedeme slicování a následně projekt na podložce exportujeme do G-code.
G.) Přeneseme na SD kartě do tiskárny, připravíme ji k tisku a následně vytiskneme.
H.) Po dokončení tisknu sejmeme z podložky, začistíme okraje a čepy a složíme model podle plánku.
I.) Zavedeme provázek, připevníme háky a jednotlivé stroje někam vhodně zavěsíme. My jsme využili stojan, improvizovaně vyrobený ze dřeva a drátu.
J.) Zhodnotíme úspěšnost projektu, zajistíme zpětnou vazbu. Zjistili jsme, že vytvořené modely jsou pro výuku fyziky plně funkční. Částečné omezení je při použití závaží z hlediska nosnosti háku. Při sestavování modelů je zapotřebí postupovat šetrně – zejména při zajišťování čepů.
The author marked this model as their own original creation.