Název: Lakování auta. Čas: 5 x 45 min Věk: ročník, let. Instrukce, ICT podpora atd. Diferenciace Nižší úroveň

Transkript

1 Cyprus Team Plan Název: Lakování auta Téma: Studenti se seznamují s různými matematickými a přírodovědnými tématy souvisejícími s procesem lakování auta a výběru barvy. Čas: 5 x 45 min Věk: ročník, let Diferenciace Nižší úroveň Základním cílem této aktivity je, aby žáci porozuměli procesu lakování aut a tloušťce barvy. Žáci mohou využít 2D modely pro výpočet množství barvy, kterou budou potřebovat pro pokrytí povrchu auta. Vyšší úroveň Studenti mohou porozumět procesu lakování aut (elektrostatický náboj) a vytvořit 3D modely pro výpočet množství barvy, kterou budou potřebovat. Instrukce, ICT podpora atd. Klíčová otázka: Výrobního manažera automobilové společnosti zajímá kvalita barvy použité na autech, neboť si klienti poměrně často stěžují na její kvalitu a odolnost. Jsou v procesu lakování aut nějaké nedostatky? Studenti pracují ve skupině a snaží se zodpovědět klíčovou otázku a poskytnout výrobnímu manažerovi užitečné informace, které by pomohly zlepšit proces lakování. K uvedení studentů do problematiky můžeme využít následující videa. Studenti pracují ve skupinách po třech až čtyřech. Studenti mohou využít Geogebru pro výpočet povrchu různých nepravidelných polygonů nebo využít běžné tvary pro výpočet povrchu auta. Studenti mohou také pro své výpočty použít tabulkové procesory (nebo kalkulačky). 1

2 Cyprus Team Plan Pomůcky pracovní listy pro studenty počítače s internetovým připojením počítače vybavené GeoGebrou (software můžete nalézt/ zdarma použít na Požadované znalosti: elementární aritmetické operace obsah pravidelných tvarů (čtverec, trojúhelník, obdélník) měřítko Bezpečnost: Výstupy Všichni: Všichni studenti by měli porozumět problematice (proces lakování auta). Studenti by také měli pochopit, jak rozlišné pohledy na auto spolu souvisí. Většina: Většina studentů by měla porozumět různých procesů (různé vrstvy, výpočet povrchu auta) a být schopna vytvořit vhodný model pro řešení daného problému. Studenti by měli také umět využít/ spojit různé 2D tvary pro měření povrchu auta. Někteří: Někteří studenti by měli být schopni porozumět vědeckým procesům (elektrostatický náboj) lakování auta a převést model měření povrchu vozidla z 2D do 3D za použití poskytnutých nástrojů. Popis hodiny Úvodní aktivita V úvodu mohou studenti pracovat individuálně. Přečtou si úvodní text a zodpoví otázky ( 1). Účelem této aktivity je uvést studenty do kontextu situace a seznámit se se zadání problému, různým pojmům a jednotkám měření. Hlavní aktivita Studenti vytvoří skupiny po třech až čtyřech. Během hlavních aktivit (y 2, 3, 4) pracují ve skupinách. Nicméně každý student dostane své vlastní pracovní listy. Každá skupina pracuje na úkolu pod vedením učitele matematiky nebo přírodních věd. Pokud je nezbytné, poskytneme studentům potřebnou zpětnou vazbu a podporu (aby překonali nesnáze). V druhé aktivitě ( 2) studenti rozvíjejí své porozumění tloušťce laku a různým měrným jednotkám (mikrony, metry). Tloušťku laku také spojují s různými předměty každodenní potřeby (např. papír). V třetí aktivitě ( 3) pracují studenti stále ve skupině a snaží se porozumět procesu lakování aut (elektrostatický náboj) a nalézt další 2

3 Cyprus Team Plan situace, kdy je tento proces používán. Ve čtvrté aktivitě ( 4) studenti pracují v Geogebře (nebo v jejich pracovních listech) a vytváří model pro výpočet povrchu auta. Studenti musí propojit různé 2D tvary, aby porozuměli 3D modelu auta. Musí také použít měřítko, aby mohli spočítat skutečný povrch auta. Během poslední části aktivity ( 5) studenti píší individuálně dopis, kde popíší svoje klíčová zjištění. Závěrečná aktivita Proběhne celotřídní diskuze. Každá skupina prezentuje své výsledky. Učitel pouze moderuje danou diskuzi a snaží se jí směřovat k hlavním vědeckým pojmům (elektrostatický náboj), prostorovému uvažování a matematickým pojmům a procesům (např. proporcionální uvažování), které studenti využili při řešení úkolu. Učitel může studentům také poskytnout vodítko pro další zlepšení jejich řešení. 3

4 Lakování aut 1 Manažer lakýrny má starosti, nebo několik jejich klientů si stěžovalo na cenu služeb. Obává se také, že zvolený systém práce si žádá více barvy než je nezbytně nutné pro lakování auta. Vzhledem k tomu, že ceny barvy v posledních několika měsících výrazně vzrostly, je nutné snížit náklady na lakování nových vozidel. Na otázku místního reportéra manažer řekl: Barva je komplexnější a kvalitní. Automobilové barvy jsou odolné. Snesou: blednutí vlivem slunce, nárazy kamínků a úlomky ze silnic, poškození deštěm, naftou nebo benzínem, a v neposlední řadě poškození způsobené mytím auta. Barva se obvykle skládá z pěti různých vrstev každá z nich plní určitou funkci. Barva obvykle obsahuje: substrát galvanizované oceli ošetřený tenkou vrstvou krystalického trikationového fosfátu pro zlepšení přilnavosti a zlepšit ochranu proti korozi; následně je aplikován ~25µm elektro plášť, který tvoří první ochrannou vrstvu. Díly ve spodní části vozidla obsahují ochrannou vrstvu, silnou vrstvu, která je navržena tak, aby chránila vozidlo před škodami způsobenými kameny; vrstvu podkladové barvy (~25µm), vrstva barvy (tloušťka ~25µm) a vrstva bezbarvého laku (50µm). V případě ojetých vozidel je k obnovení barvy potřeba několik kroků. Nejprve musí někdo zakrýt všechny části, které nebudou přestříkávány. Poté je nutné starou barvu osmirkovat brusným papírem. Mohli bychom také potřebovat hrubý brusný papír pro odstranění rzi nebo nadbytek plničů. Poté aplikujeme několik tenkých vrstev kvalitních plničů a na závěr auto nalakujeme. Během nástřiku vozidla překrýváme 33% až 75% původní barvy a použít středně vlhké vrstvy, které se vypadají hladce a zářivě. Tloušťka barvy by se měla pohybovat mezi 6-8 mil (1000 mil se rovná 1 palci). 4

5 Zodpovězte následující otázky a. Jaký problém řeší manažer lakýrny? b. Vyjmenuj pět vrstev laku vozidla? Jaká je jejich funkce? c. Jak silná je vrstva barvy na vozidle? O kolik je silnější list papíru ve srovnání s barvou vozidla? 5

6 Tloušťka laku 2 Standardní tloušťka jednotlivých vrstev laku vozidla: Podkladový nátěr: 0,3 1,5 mil Vrstva barvy: 0,5 1,5 mil Speciální vrstvy (volitelné): 0,3 0,8 mil Bezbarvý lak: 1,5-4 mil Kolik měří přesně jeden mil? Mil je standardní měrná jednotka rovnající se jedné tisícině palce, nebo 0,001 palce. Jinými slovy jeden palec měří 1000 milů. Úkol 1: Spočítejte celkovou tloušťku laku vozidla v milech a metrech (můžete použít také mikrony (metrická jednotka odpovídající jedné miliontině metru). Úkol 2: Jak tlusté jsou obvyklé předměty ve třídě (list papíru, pravítko) v porovnání s vrstvou bezbarvého laku, kterou nalezneme na většině vozidel? 6

7 Procesní inženýrství lakoven 3 V procesu nástřiku barvy se využívá elektrostatický náboj. Barva se nastříká na karosérii auta. Elektrostatický náboj celý proces zefektivňuje. Barva ve stříkací pistoli prochází kolem vysokonapěťové kladné jehly, kde drobné kapičky barvy získávají kladný náboj. Dochází k tomu ztrátou záporných elektronů. Pouze elektrony se mohou pohybovat. Karosérii auta je poté dodán záporný náboj, což přitahuje kladně nabité kapky barvy. Běžná stříkací pistole kapky barvy bez náboje kapky barvy s nábojem Elektrostatická stříkací pistole Tento postup zvyšuje efektivitu, neboť (a)se kapky barvy více rozptýlí v okamžiku, kdy opouští pistoli a (b) kapky barvy jsou přitahovány záporně nabitou karosérií auta; dochází tak k úspoře barvy, neboť méně barvy dopadá na podlahy a stěny místnosti. Úkol 1: Napište seznam důvodů, proč je elektrostatický náboj využíván při lakování auta? Úkol 2: Na internetu najděte další způsoby využití elektrostatického náboje. 7

8 Lakování aut 4 Úkol 1: Níže naleznete náčrtky dvou sportovních vozidel, které máme nalakovat. Vyberte si jedno z aut. Odhadněte povrch vozidla (Zaznamenejte rozměry! Jaké jednotky využijete?) Nákresy můžete také importovat do GeoGebry a změřit/ spočítat povrch. Auto A 8

9 Auto B 9

10 Úkol 2: Spočítejte, kolik barvy budete pro dané auto potřebovat, pokud tloušťka barvy je 10 milů. Úkol 3: Na základě výsledků z Úkolu 2, jaké maximální množství barvy budeme potřebovat pro lakování 100 aut? (můžete také zvážit množství barvy, které bude vyplýtváno během procesu lakování!) 10

11 Lakování aut 5 Napište dopis manažerovi společnosti a vysvětlete mu, jakým způsobem váš tým postupoval při řešení úkolu. Váš dopis by měl osvětlit, jakým způsobem jste aplikovali své znalosti planimetrie, stereometrie a algebry! Vážený pane manažere, Náš tým,, postupoval následujícím způsobem při výpočtu množství barvy potřebné pro lakování auta: 11