Работа с энергией ветра

Работа с энергией ветра
Предлагается веб-сайтом «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Нажмите здесь, чтобы оставить комментарии об этом занятии.
Тема занятия
Занятие посвящено изучению того, как можно производить ветровую энергию в большом
и малом масштабах. Группы учащихся проектируют и создают действующие ветряные
мельницы из предметов обихода и получают сведения об анемометрах и испытаниях на
местах установки. Созданные ветряные мельницы должны выдерживать действие ветра,
производимого вентилятором или феном при работе на умеренной скорости с расстояния
ок. 60 см, и вращаться, поднимая небольшие предметы. Учащиеся оценивают
эффективность ветряных мельниц (своих и созданных другими группами) и представляют
результаты работы классу.
Обзор занятия
Занятие «Работа с энергией ветра» предполагает изучение использования ветра для
производства или увеличения количества вырабатываемой энергии, что становится все
более распространено на промышленных объектах и в быту по всему миру. Работая в
командах инженеров, учащиеся проектируют и строят ветряные мельницы из предметов
обихода, которые они выбирают и приобретают на бюджетные средства. Они испытывают
свои ветряные мельницы, оценивают результаты и представляют их классу.
Возрастной уровень
8—18 лет.
Задачи
 Узнать о ветровой энергии и ветровых
турбинах.
 Узнать об инженерном проектировании.
 Узнать, как инженерные технологии
помогают решить общественные проблемы.
 Узнать о работе в команде и познакомиться
с приемами решения поставленных задач.
Предполагаемые результаты
для учащихся
В результате такой работы учащиеся должны получить базовые знания по следующим
темам:




энергия ветра;
взаимосвязь технических и общественных проблем;
инженерное проектирование;
работа в команде.
Работа в рамках занятия
Учащиеся узнают, каким образом техника может положительно повлиять на мир, путем
изучения ветровой энергии и оборудования, используемого как для испытаний на месте
его установки, так и для преобразования ветра в энергию. Они также изучают технологию
использования энергии ветра, узнают об испытаниях на месте установки оборудования, а
затем в командах создают ветряные мельницы из предметов обихода. Группы испытывают
свои ветряные мельницы, оценивают конструкции (свою и других учащихся) и
представляют свои результаты классу.
Работа с энергией ветра
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Стр. 1 из 12
Работа с энергией ветра
Ресурсы/материалы
 Документы и ресурсы в помощь преподавателю (прилагаются).
 Перечень ресурсов для учащихся (прилагается).
 Лист для работы учащихся (прилагается).
Соответствие курса учебной программе
См. прилагаемый лист о соответствии курса учебной программе.
Интернет-ресурсы
 Веб-сайт «Попробуй себя инженером»
(www.tryengineering.org).
 Веб-сайт «Национальная лаборатория возобновляемой
энергии: исследования ветра» (www.nrel.gov/wind).
 Веб-сайт «Ветровая энергия в Америке»
(www.windpoweringamerica.gov).
 Веб-сайт Европейской ассоциации ветровой энергии
(www.ewea.org).
 Веб-сайт Датской ассоциации ветровой энергии
(www.windpower.org).
 Веб-сайт Всемирного совета по ветровой энергии
(www.gwec.net).
 Веб-сайт со сведениями о Всемирном дне ветра
(www.globalwindday.org).
 Национальные стандарты образования в области
естественных наук (www.nsta.org/standards).
 Стандарты технологической грамотности Международной ассоциации преподавания
технологических дисциплин (www.iteaconnect.org/TAA).
Рекомендуемая литература
 Wind Power: Renewable Energy for Home, Farm, and Business (ISBN: 1931498148).
 Wind Energy Basics: A Guide to Small and Micro Wind Systems (ISBN: 1890132071).
 The Homeowner's Guide to Renewable Energy (ISBN: 086571536X).
Факультативное составление эссе
 Напишите эссе о том, достойна ли ветряная электростанция (даже если она будет
снабжать энергией целый район) того, чтобы поместить ее в центре родного
города. Подходит ли для этого река Темза в Лондоне или зона, прилегающая к
курортному пляжу?
Работа с энергией ветра
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Стр. 2 из 12
Работа с энергией ветра
Для преподавателей:
соответствие курса учебной программе
Обратите внимание: все планы занятий данного блока составлены в
соответствии с Национальными стандартами США в отношении преподавания научных
дисциплин (U.S. National Science Education Standards), которые разрабатываются
Национальным исследовательским советом (National Research Council) и утверждаются
Национальной ассоциацией преподавателей научных дисциплин (National Science
Teachers Association), а также, если применимо, в соответствии со Стандартами
технологической грамотности Международной ассоциации преподавания технологических
дисциплин (International Technology Education Association's Standards for Technological
Literacy) и Принципами и стандартами школьного преподавания математических
дисциплин Национального совета преподавателей математики (National Council of
Teachers of Mathematics' Principals and Standards for School Mathematics).
‹ Национальные стандарты США в отношении преподавания научных
дисциплин, ступень K-4 (возраст 4—9 лет)
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ A: наука как процесс познания
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны:
 развить способности, необходимые для научного познания.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ B: физика
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны получить базовые
знания по таким темам, как:
 положение и движение объектов.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ Е: наука и технология
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны:
 развить навыки выполнения технологических разработок.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ F: взгляд на науку в контексте ее личной
и общественной значимости
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны получить базовые
знания по таким темам, как:
 наука и технология в контексте локальных сложностей.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ G: история науки и ее природа
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны получить базовые
знания по таким темам, как:
 наука как человеческое изобретение.
‹ Национальные стандарты США в отношении преподавания научных
дисциплин, классы 5—8 (возраст 10—14 лет)
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ A: наука как процесс познания
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны:
 развить способности, необходимые для научного познания.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ B: физика
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны получить базовые
знания по таким темам, как:
 движение и сила;
 передача энергии.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ Е: наука и технология
В результате учебных мероприятий уровня 5—8-х классов учащиеся должны:
 развить навыки выполнения технологических разработок.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ F: взгляд на науку в контексте ее личной и
общественной значимости
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны получить базовые
знания по таким темам, как:
 наука и технология в жизни общества.
Работа с энергией ветра
Стр. 3 из 12
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Работа с энергией ветра
Для преподавателей:
соответствие курса учебной программе (продолжение)
‹ Национальные стандарты США в отношении
преподавания научных дисциплин, классы 9—12 (возраст 14—18 лет)
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ A: наука как процесс познания
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны:
 развить способности, необходимые для научного познания.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ B: физика
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны получить базовые
знания по таким темам, как:
 движение и сила;
 взаимодействие энергии и вещества.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ Е: наука и технология
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны:
 развить навыки выполнения технологических разработок.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ F: взгляд на науку в контексте ее личной
и общественной значимости
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны получить базовые
знания по таким темам, как:
 природные ресурсы;
 роль науки и технологий при решении проблем на местном уровне, уровне
страны и в мировом масштабе.
СОДЕРЖАНИЕ. УРОВЕНЬ G: история науки и ее природа
В результате работы в рамках этого уровня учащиеся должны получить базовые
знания по таким темам, как:
 исторические перспективы.
‹ Стандарты технологической грамотности: любой возраст
Природа технологии
 Уровень 2: учащиеся вырабатывают понимание основных технологических
концепций.
 Уровень 3: учащиеся узнают о связи технологий между собой и с другими
областями знаний.
Технология и общество
 Уровень 4: учащиеся получают базовые знания о культурной, социальной,
экономической и политической роли технологии.
 Уровень 5: учащиеся получают базовые знания о влиянии технологии на
окружающую среду.
Проектирование
 Уровень 9: учащиеся приобретают базовые знания об инженерном
проектировании.
 Уровень 10: учащиеся узнают о работе по устранению неполадок,
исследовательских усилиях, изобретательском процессе и реализации
нововведений, а также экспериментальной деятельности в области решения
проблем.
Навыки для жизни в технологически развитом мире
 Уровень 11: учащиеся приобретают навыки применения результатов
технических разработок.
 Уровень 13: учащиеся учатся оценивать практическое значение различных
изделий и систем.
Технологически развитый мир
 Уровень 16: учащиеся приобретают знания и учатся выбирать и
использовать энергетические технологии.
 Уровень 20: учащиеся приобретают знания и учатся выбирать и
использовать технологические решения в сфере строительства.
Работа с энергией ветра
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Стр. 4 из 12
Работа с энергией ветра
Ресурсы для преподавателей
‹ Смысл занятия
Учащиеся узнают, каким образом техника может положительно повлиять
на мир, путем изучения ветровой энергии и оборудования, используемого как для
испытаний на месте его установки, так и для преобразования ветра в энергию. Они также
изучают технологию использования энергии ветра, узнают об испытаниях на месте
установки оборудования, а затем в командах конструируют ветряные мельницы из
предметов обихода. Группы испытывают свои ветряные мельницы, оценивают
конструкции (свою и других учащихся) и представляют свои результаты классу.
‹ Цели занятия
 Узнать о ветровой энергии и ветровых турбинах.
 Узнать об инженерном проектировании.
 Узнать, как инженерные технологии помогают решить общественные проблемы.
 Узнать о работе в команде, а также познакомиться с приемами решения
поставленных задач.
‹ Материалы
 Перечень ресурсов для учащихся.
 Листы для работы учащихся.
 Фен или вентилятор, небольшой предмет для каждой группы, который будет
использоваться в качестве груза (варианты: игрушечный автомобиль, стаканчик
из-под йогурта с несколькими монетами, пакетик чая, батарейка, карандаш.)
 Комплект материалов для каждой группы учащихся: деревянный колышек,
деревянные ложки, небольшие кусочки дерева (пробки), гибкая проволока, шнур,
скрепки, резиновые жгуты, зубочистки, фольга, клейкая лента, деревянные гвозди,
клей, бумага, картон, пластиковый обруч или другие доступные материалы.
‹ Процедура
1. Предоставьте учащимся вспомогательную литературу. Ее можно прочитать в классе
или дать заранее в качестве домашнего задания.
2. Разделите учащихся на группы из 2—3 человек; выдайте каждой из них комплект
материалов.
3. Объясните учащимся, что они должны разработать действующую ветряную мельницу
из предметов обихода, которая должна выдерживать давление потока воздуха от
вентилятора при умеренной скорости работы в течение одной минуты, удерживая на
шнурке поднимаемый малый предмет, например чайный пакетик. (Обратите внимание:
в качестве дополнительного испытания проверьте способность ветряной мельницы
поднимать более тяжелые предметы, например монеты или гайки.)
4. Учащимся будет выдан бюджет, на который они должны будут приобрести
предоставленные преподавателем материалы. Назначьте цену для каждой детали, так
чтобы обычная команда могла приобрести не менее 30 штук.
5. Учащиеся в группе разрабатывают проект ветряной мельницы. Они решают, какие
материалы им необходимы, готовят чертеж и представляют его классу.
6. Затем группы реализуют свои проекты. Они могут поменять материалы или заказать у
преподавателя дополнительные, а также без ограничений обмениваться ими с другими
группами, чтобы сформировать идеальный список деталей. Группы должны будут
определить стоимость своей конструкции, которая будет учитываться при определении
самой эффективной модели в классе.
7. Затем группы будут испытывать свои ветряные мельницы с помощью включенного
вентилятора или фена. (Обратите внимание: по желанию можно создать ветер на
стадии конструирования, чтобы проверить ветряные мельницы во время
конструирования, до испытаний в классной комнате.)
8. Группы заполняют оценочный лист и представляют свои достижения классу.
‹ Необходимое время
Два-три занятия по 45 минут.
Работа с энергией ветра
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Стр. 5 из 12
Работа с энергией ветра
Материалы для учащихся
Что такое ветровая энергия?
Ветер — это форма солнечной энергии. Он вызывается неравномерным
нагревом атмосферы от солнца, неровностью земной поверхности, а
также вращением Земли. Форма ветровых течений зависит от рельефа
местности, наличия водяных поверхностей и растительного покрова.
Люди используют воздушные течения, или энергию движения, для
многих целей: плавания под парусом, запуска воздушных змеев и даже
выработки электроэнергии. Термин «ветровая энергетика» применяется
для описания процесса, в результате которого с помощью ветра
вырабатывается механическая энергия или электричество. Ветровые
турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую.
Механическую энергию можно использовать для решения
определенных задач (таких как помол зерна или перекачка воды) либо
преобразовывать в электричество с помощью генератора.
‹ Как работают ветровые турбины
Ветровая турбина работает по принципу,
противоположному принципу действия
вентилятора. Вентилятор использует
электричество для создания ветра, а ветровые
турбины, наоборот, с помощью ветра
вырабатывают электроэнергию. Ветер вращает
лопасти, а они, в свою очередь, крутят вал,
который соединен с генератором и производит
электричество. Ветровые турбины, как и
ветряные мельницы, обычно монтируются на
башне, чтобы поглощать больше энергии. Их
работа основана на простом принципе: энергия
ветра вращает двух- или трехлопастный
пропеллер вокруг ротора. Ротор соединен с
главным валом, который вращает генератор для выработки электроэнергии. Ветровые
турбины обычно устанавливаются на башнях, где они поглощают больше энергии. На
высоте 30 метров или более они могут поглощать более быстрый и менее турбулентный
ветер. Лопасти работают по тому же принципу, что и крыло самолета. Когда дует ветер,
на нижней поверхности лопасти образуется область пониженного давления, которая тянет
лопасть, заставляя ее проворачиваться. Это называется подъемной силой. Подъемная
сила значительно превосходит силу ветра, действующую на переднюю поверхность
лопасти (сопротивление). Сочетание сил подъема и сопротивления заставляет ротор
вращаться, как пропеллер, а проворачивающийся вал вращает генератор,
вырабатывающий электроэнергию. С помощью ветровых турбин можно вырабатывать
электроэнергию для дома или здания или подключаться к электросети
(см. иллюстрацию справа) для распределения электроэнергии.
На количество вырабатываемой энергии влияют скорость ветра и высота лопастей.
Интерактивная игра, созданная Датской ассоциацией ветровой промышленности
(www.windpower.org/composite-106.htm), позволит изучить это явление.
Источник: часть информации и снимки на этой странице предоставлены Министерством энергетики США,
Национальным управлением океанических и атмосферных исследований и Национальной лабораторией
возобновляемой энергии.
Работа с энергией ветра
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Стр. 6 из 12
Работа с энергией ветра
Материалы для учащихся
Испытания на месте установки оборудования
для получения ветровой энергии
Не все места пригодны для выработки
ветровой энергии. При их выборе необходимо
оценивать соотношение затрат, связанных с
установкой ветровой турбины, и количества
энергии, производимой за определенный
период.
Один из первых шагов в разработке проекта,
связанного с ветровой энергией, — это оценка
ветровых ресурсов территории и подсчет
доступной энергии. Чтобы помочь ветровой
индустрии определить места, наиболее
приспособленные для застройки, Программа
ветровой энергии США совместно с
Национальной лабораторией возобновляемой
энергии (NREL) и другими организациями
производит работы по замеру, описанию и
составлению карты ветровых ресурсов на
высоте от 50 до 100 м.
На местном уровне администрация городов и
подрядчики работают с домовладельцами для определения стоимости ветровых турбин и
возможных финансовых выгод от их установки. Одна из действенных мер — это
временная установка анемометра для испытаний ветра на ферме или в домашнем
хозяйстве в течение нескольких месяцев или даже года.
‹ Использование анемометров для испытания
ветрового потенциала
Анемометр — это устройство для измерения скорости
ветра. Многие страны и организации предлагают
программы финансирования для установки
анемометров, поэтому любая компания или частное
лицо может исследовать параметры ветра на своем
участке и определить, достаточно ли на нем
вырабатывается ветровой энергии. На таких
испытательных участках анемометр может собирать
данные о скорости ветра каждые 10 минут в течение
долгого времени.
‹ Всемирный день ветра
Чтобы привлечь внимание общественности к ветровой энергии, был учрежден Всемирный
день ветра, который отмечают 15 июня. В этот день по всему миру организуются тысячи
общественных мероприятий. Дополнительную информацию можно найти на веб-сайте
www.globalwindday.org.
Источник: часть информации и снимки на этой странице предоставлены Министерством энергетики США
и Национальной лабораторией возобновляемой энергии.
Работа с энергией ветра
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Стр. 7 из 12
Работа с энергией ветра
Материалы для учащихся
Виды лопастей
‹ Конструкция лопасти
Лопасти могут быть различных типоразмеров; работа по их усовершенствованию ведется
постоянно. Установлено, что оптимальную конструкцию можно разработать только с
учетом места установки, цели и способа применения лопастей. Для инженеров важен
коэффициент скорости кончика, который определяет эффективность анемометра, т. е.
отношение скорости ветра к скорости движения кончика лопасти. У высокоэффективных
трехлопастных турбин такое отношение составляет от 6 до 7.
‹ Сколько нужно лопастей?
Большинство ветровых турбин имеют две либо три
лопасти. Исследования показывают, что с добавлением
лопастей наблюдается прирост аэродинамической
эффективности, но его величина значительно
уменьшается с каждой добавленной лопастью.
Например, увеличение числа лопастей с одной до двух
повышает аэродинамическую эффективность на 6 %,
а дальнейшее увеличение их количества (с двух до
трех) — всего на 3 %. В то же время возрастают и
расходы. Каждая дополнительная лопасть увеличивает
стоимость конечного изделия, так что при определении
наиболее подходящей конструкции инженерам
приходится учитывать и прирост эффективности,
и повышение стоимости производства. Нельзя
пренебрегать и эстетической стороной. Для жилого
района, где домовладельцу нужно столько энергии,
сколько требуется для обслуживания его дома, и
предпочтителен менее шумный вариант, более удачной будет конструкция с двумя или
тремя лопастями. Большая 12-лопастная система будет выглядеть на крыше дома
громоздко, вырабатывать больше энергии, чем необходимо, и производить гораздо
больше шума. На рисунке справа можно увидеть, как NASA испытывало конфигурацию
ротора с одной лопастью (фото Научно-исследовательского центра NASA им. Гленна).
‹ Материалы
Первые ветряные мельницы были сделаны из древесины и имели парусиновые крылья.
Со временем они старели и требовали ухода, но не всегда под рукой имелись
необходимые материалы. Впоследствии лопасти механических турбин стали производить
из тяжелой стали, а сейчас большинство изготавливается из стекловолокна и других
синтетических материалов, прочных и более легких. Кроме того, использование более
легких строительных материалов позволяет увеличивать лопасти и улавливать больше
ветра в тех установках, где размеры и объем имеют второстепенное значение.
Производители также применяют смеси на основе эпоксидной смолы, которые позволяют
получить более гладкую полированную поверхность. Кроме того, при их использовании
производственный процесс оказывает меньшее влияние на окружающую среду. Также
при изготовлении лопастей используются углеродные волокна, которые зарекомендовали
себя как экономичное средство для дополнительного снижения веса и повышения
жесткости. Лопасти меньших размеров могут исполняться из легких металлов, например
алюминия.
Чтобы определить оптимальные форму, вес и материалы для эффективной выработки
электроэнергии, понадобятся годы инженерного труда!
Работа с энергией ветра
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Стр. 8 из 12
Работа с энергией ветра
Материалы для учащихся
Усовершенствования и испытания лопастей
‹ Какая лопасть лучше?
Лопасти турбин бывают разнообразных форм,
и часто выбор оптимального варианта зависит
от области применения. Например, конструкция
лопастей ветровой турбины, разработанная
исследователями Национальной лаборатории
Сандиа совместно с компанией Knight&Carver
из Сан-Диего, штат Калифорния, обещает быть
более эффективной, чем другие конструкции.
Она должна существенно снизить стоимость
выработки электроэнергии ветровыми турбинами
в местах с низкой скоростью ветра. Лопасть STAR
(Sweep Twist Adaptive Rotor — адаптивный ротор
с пологим изгибом) (см. модель справа) имеет
слегка изогнутый кончик, который, в отличие от подавляющего большинства
используемых в настоящее время лопастей, спроектирован для регионов с низкой
скоростью ветра, таких как Средний Запад США. В местах с низкой скоростью ветра,
выбранных для производства энергии, средняя годовая скорость ветра на высоте 10 м
составляет 5,8 м/с. Таких мест в США множество, и территория, которую можно считать
экономически целесообразной для использования ветровой энергии, может увеличиться в
20 раз. Длина лопасти STAR составляет 27,1 метра, что почти на 3 метра больше, чем у
лопастей, которые она призвана заменить. Вместо традиционной линейной формы, она
искривлена к задней кромке; это позволяет реагировать на турбулентные порывы таким
образом, что усталостные нагрузки на лопасть снижаются. Эта лопасть выполнена из
стекловолокна с эпоксидной смолой.
‹ Исследования и испытания
Перед выпуском лопасти новой конструкции ее
модель проверяется на стенде для испытаний
(см. фотографию справа, предоставленную
производителем лопастей LM Glasfiber). В ходе
испытания лопасть подвергается напряжению,
соответствующему 20-летнему периоду
эксплуатации. Компания LM Glasfiber — это
хороший пример производителя компонентов,
предприятие, которое не выпускает готовых
изделий, а фокусируется на определенных
деталях (в нашем случае это лопасти турбин).
Начиная с 1978 г. компания произвела более
120 000 лопастей для ветровых турбин. Это
более трети всех лопастей, используемых в мире
на сегодняшний день. Одна из целей компании — разработка новой технологии, которая
позволит увеличить эффективность и продлить срок службы как турбин, так и лопастей.
Компания подчеркивает, что разработка новых типов лопастей основывается на
конкретных решениях, касающихся конструкции, материалов и обработки; изменение
одного параметра влияет на все остальные. Это значит, что, если испытывается новая
форма, необходимо также изменить материал.
Работа с энергией ветра
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Стр. 9 из 12
Работа с энергией ветра
Листы для работы учащихся
«Спроектируй ветряную мельницу»
Вы — команда инженеров, перед которой стоит задача спроектировать ветряную
мельницу из предметов обихода. Ваша мельница должна выдерживать поток воздуха от
вентилятора не менее минуты и при этом поднимать легкий предмет (например, чайный
пакетик) за счет закручивания проволоки или веревки. Вам выделен бюджет, на который
вы должны будете приобрести материалы для конструкции у преподавателя. Можно
возвращать материалы, обмениваться ими с другими группами, но необходимо
определить стоимость ветряной мельницы. Самой эффективной будет признана наиболее
дешевая конструкция, отвечающая поставленной задаче. Ветряная мельница может быть
вертикальной (направленной вверх от поверхности стола) или горизонтальной
(свешивающейся с края стола).
‹ Стадия планирования
В команде обсудите задачу, которую вам необходимо решить. Разработайте и согласуйте
конструкцию ветряной мельницы. Вам нужно будет выбрать материалы. Помните,
мельница должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать поток воздуха от
вентилятора или фена, а ее основание должно быть неподвижным, поэтому его
необходимо прикрепить к столу или полке. Начертите свою конструкцию в свободном
поле ниже и не забудьте дополнить эскиз описанием и указать количество деталей,
которые вы собираетесь использовать. Представьте свою конструкцию классу. После
совместного обсуждения можно пересмотреть план своей команды.
Необходимые материалы и бюджет:
Работа с энергией ветра
Стр. 10 из 12
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Работа с энергией ветра
Рабочее задание для учащихся (продолжение)
‹ Стадия конструирования
Постройте ветряную мельницу. Во время
изготовления могут понадобиться
дополнительные материалы или может
потребоваться изменить конструкцию. Это
нормально. Сделайте новый эскиз и внесите
изменения в список материалов.
‹ Стадия испытаний
Каждая команда должна будет испытать свою
ветряную мельницу, используя вентилятор или
фен. Условия испытания для всех команд будут
одинаковыми: одна скорость ветра (средняя),
расстояние до ветряной мельницы ок. 1 м. Вы
должны будете убедиться в том, что ваша ветряная мельница может работать в течение
минуты, удерживая на шнурке легкий предмет. Понаблюдайте за испытаниями других
команд и посмотрите, как работают разные конструкции.
‹ Стадия оценки
Оцените результаты вашей команды, заполните оценочный листок и представьте свои
достижения классу.
Этот лист служит для оценки результатов вашей группы на занятии «Работа с энергией
ветра».
1. Удалось ли вам построить ветряную мельницу, которая работала в течение минуты и
могла поднять предмет? Если нет, то в чем причина неудачи?
2. Приходилось ли вам при изготовлении пересматривать изначальный проект или
применять дополнительные материалы? Почему?
3. Обменивались ли вы материалами с другими командами? Как проходил этот процесс?
4. Если бы у вас был доступ к материалам, отличным от предоставленных, что бы
запросила ваша команда? Почему?
Работа с энергией ветра
Стр. 11 из 12
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org
Работа с энергией ветра
Рабочее задание для учащихся (продолжение)
5. Согласны ли вы с тем, что инженеры должны корректировать свои
изначальные планы в ходе создания систем или изделий? Почему?
6. Если бы вам пришлось начать все с начала, как изменился бы ваш проект? Почему?
7. Насколько самая эффективная конструкция (конструкция с самой низкой стоимостью
или бюджетом) отличается от вашей?
8. Как вы считаете, удалось бы вам выполнить этот проект без группы? Поясните свой
ответ.
9. Какие недостатки свойственны ветровым турбинам как надежным источникам энергии?
Какие технологии позволяют компенсировать их?
10. Какими преимуществами обладает ветряная мельница как возобновляемый источник
энергии?
Работа с энергией ветра
Стр. 12 из 12
Материалы подготовлены ИИЭИЭ в рамках проекта «Попробуй себя инженером»
www.tryengineering.org