Desarrollo de un proyector para mejorar el aprendizaje

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS

PROYECTO INTEGRADOR MECÁNICO I

“DESARROLLO DE UN CAÑON LANZA PROYECTILES CON APLICACIONES DIDÁCTICAS PARA  MEJORAR EL APRENDIZAJE  EN FÍSICA DE LOS ESTUDIANTES DE SEGUNDO SEMESTRE DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA DE LA UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS-ESPE”

ELABORADO POR:

SEBASTIAN ALBUJA

LINKER CRIOLLO

JEFFERSON MALDONADO

YESSENIA PAUCAR

SANGOLQUI – ECUADOR

2015

MARCO GENERAL DE LA INVESTIGACIÓN

1. TÍTULO DEL PROYECTO

Desarrollo de un cañón lanza proyectiles con aplicaciones didácticas para  mejorar el aprendizaje en física de los estudiantes de segundo semestre de la carrera de Ingeniería Mecánica de la Universidad de las Fuerzas Armadas-“ESPE”.

1. PROBLEMATIZACIÓN

1. ANTECEDENTES

El proyecto del cañón lanza proyectiles consiste en construir un cañón que pueda lanzar un cuerpo (proyectil) en forma parabólica, accionado por la combustión adiabática de gases, para que con este lanzamiento se puedan tomar datos experimentales que permitan comprobar las leyes de la cinemática y termodinámica presentes en este evento; y al mismo tiempo   desarrollar una aplicación en la plataforma de Matlab que permita realizar dichos cálculos para así generar un recurso más didáctico con fines de mejorar el entendimiento de la materia de Física en los Estudiantes del DECEM de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE.

El origen del proyecto nace con la idea que los estudiantes aprenden y asimilan más con la práctica, lo que conlleva a que puedan analizar, comprender, y entender con la práctica la veracidad de los cálculos que realizan teóricamente en las aulas de clase; al mismo tiempo al tener una aplicación informática en la que los alumnos puedan corroborar sus datos obtenidos teóricamente, con los del evento producto de la experimentación y los procesados por el computador, genera un conocimiento holístico que permite mejorar el entendimiento por parte de los estudiantes.

El proyecto está enfocado para mejorar el aprendizaje de los estudiantes de la materia Física II en la carrera de Ingeniería Mecánica en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, los mismos que a mediados de semestre cuentan con la argumentación teórica según los sílabos de las materias de Fundamentos de Física, Física I y Física II del DECEM-ESPE; para que puedan comprobar dicho fundamento teórico con la práctica del cañón lanza proyectiles.

Según el programa OJT On Job Training cita que: “El 71 % de los estudiantes aprenden más en la práctica” razón por la cual los desarrolladores de este proyecto nos vemos motivados a generar un mayor interés y conocimiento por parte de los beneficiados.

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 También un estudio generado por Alonso Cortés Alegre ^[1] muestra que las personas recordamos más lo que hacemos ante cualquier otra forma de aprendizaje. [pic 3]

En síntesis generar el cañón lanza proyectiles con fines didácticos permitirá generar ese conocimiento práctico para que los estudiantes puedan relacionar la teoría con la práctica. [pic 4]

1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

¿De qué manera se puede mejorar el aprendizaje en física de los estudiantes de segundo semestre de la Carrera de Ingeniería Mecánica de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE?

1. JUSTIFICACIÓN

Se justifica el desarrollo del presente proyecto debido a que hasta el momento no existe en los laboratorios de física algún ingenio en materia de cohetes que permita tomar datos parabólicos a mediana longitud de alcance, tampoco aplicaciones informáticas similares de acceso libre a los estudiantes en los que los alumnos puedan experimentar y comprobar la  teoría aprendida mediante la práctica. Lo que hace que la construcción del cañón y el desarrollo del software generen una solución en la que los estudiantes puedan comprobar sus cálculos mediante la práctica y así mejorar el aprendizaje de los mismos.

 De la misma forma también es importante destacar que podemos construir y desarrollar el cañón y la aplicación informática reduciendo la dependencia tecnológica en el ámbito experimental que ha sido muy marcada en nuestros laboratorios y en el Ecuador, además, los equipos adquiridos en los últimos años muestran equipos electrónicos sofisticados, que obligan a que el mantenimiento de los mismos sea ejecutado en el exterior o que se incrementen sus costos operativos. Mientras que este proyecto tiene como objetivo construir un propio equipo de experimentación realizado en las instalaciones de la UFA-ESPE.

Es por esto que el desarrollo del presente proyecto tiene una gran relevancia, primero porque los estudiantes del DECEM-ESPE podrán usarlos para mejorar su aprendizaje, y también sirve como referencia para que otras personas puedan desarrollar aplicaciones y equipos en base a sus cálculos obtenidos, para uso y empleo de los mismos estudiantes de la Universidad en sus instalaciones.

1. OBJETIVOS

General

Desarrollar  un cañón lanza proyectiles con aplicaciones didácticas para  mejorar el aprendizaje  en física de los estudiantes de segundo semestre de la carrera de Ingeniería Mecánica de la Universidad de las Fuerzas Armadas-“ESPE”

Específicos

• Construir un cañón lanza proyectiles accionados por un proceso adiabático de gases.
• Desarrollar una aplicación en Matlab que calcule parámetros del movimiento parabólico correspondientes a los datos de entrada.
• Comprobar experimentalmente con el cañón los datos obtenidos mediante los cálculos teóricos.

III.        LIMITACIONES

Las limitaciones del proyecto se cuantificarán en una matriz FODA de la forma:

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   http://www.vgsglobal.com/es/blog/wp-content/uploads/2010/11/FODA.png

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IV.     META / ALCANCE / DELIMITACIONES

Meta

La meta a cumplir será que los estudiantes que cursan el segundo semestre de la carrera de Ingeniería Mecánica de la Universidad de las Fuerzas Armadas-“ESPE” realicen un estudio más a fondo del movimiento parabólico y todos los aspectos que lo rodean, por medio del proyectil y ayudados también por la aplicación diseñada en Matlab, para lo cual el cañón sellará completamente la teoría haciendo experimental el proceso de formación académica.

Alcance

De acuerdo a los objetivos establecidos, el proyecto se efectuará hasta lograr que el cañón cumpla con las siguientes características y especificaciones en el tiempo establecido.

Características a obtenerse:

• Cañón de un material resistente, pero a su vez lo suficientemente liviano para su uso, transporte y almacenamiento.
• No peligroso para las personas que lo utilizarán.
• De acuerdo a su uso estudiantil, deberá tener un alcance máximo de 100 metros, bajo un ángulo de 45°.
• La aplicación en Matlab deberá calcular los parámetros de lanzamiento y con ello los estudiantes lograrán verificar sus datos y cálculos teóricos.

Delimitaciones

El proyecto se desarrollará para ayudar a probar experimentalmente el movimiento parabólico, razón por la cual su uso se ve limitado a aquellos estudiantes que tengan entendimiento del tema.

 El tiempo de desarrollo del proyecto se ha establecido hasta la segunda semana de agosto, semana en la cual se presentará el modelo final con su respectiva aplicación en Matlab.

Los recursos económicos se delimitarán al precio total del cañón más las herramientas necesarias para lo cual se pensó en materiales apropiados por su costo razonable, calidad y facilidad de montaje.

V.    HOJAS DE FABRICACIÓN

A continuación se detallan los materiales Para La Fabricación del cañón lanza proyectiles:

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Tabla de Herramientas:

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PRESUPUESTO TOTAL:

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VI.    PROCEDIMIENTO

• Adquirir la materia prima, ya mencionada, y tener todas las herramientas a la mano. En un lugar adecuado para el ensamblaje.
• Cortar el tubo de diámetro 2 pulgadas para que tenga un metro de largo, cortar también en tubo de 4 pulgadas para que tenga un largo total del 40 centímetros
• Unir un extremo del tubo fino, es decir el de 2 pulgadas, (cañón) con la pieza de la cámara de combustión que es el tubo más ancho, el de 4 pulgadas. Este paso se realizará con el acople reductor de 2 a 4. .
• Posterior mente al otro extremo de la cámara se monta el segundo acople reductor, uniéndolo al tubo en Y.
•  Poner la llave de paso en el extremo de tubo mas corto (el que sale del tubo en Y)
• NOTA: todos los tubos que hayan sido unidos necesitarán del cemento de PVC para que queden correctamente adheridos y no produzcan fallos al momento de realizar los lanzamientos.
• Se dejará reposar a los tubos por un mínimo de dos días para que quede correctamente sellado.
• Una vez montada la estructura principal, con la plastilina epóxica se reducirá el tamaño de la parte sobrante del tubo en Y. Esta deberá tener el orificio para que pueda ingresar el encendedor de cocina.
• Dejar secar la plastilina por un tiempo mínimo de 4 horas.
• El cañón se pinta para que tenga un buen aspecto, además de proteger sus componentes de distintos factores ambientales.
• Solo queda probarlo, se toma un proyectil ( en nuestro caso una papa) y se lo introduce a presión por el tubo del cañon
• Luego se empuja con el palo de escoba lo mas abajo que se pueda  del tubo; con la precaución de que no debe pasar a la cámara de combustión.
• Tomar aerosol y agregar a la cámara de combustión.
• Se cierra la entrada
• Con el encendedor de cocina, hacer la chispa y mantener el cañón firmemente con el ángulo deseado.
• Tomar medidas y realizar las pruebas al menos 3 veces.
• Con las medidas ya obtenidas. Realizar los cálculos teóricos sobre el alcance máximo, tiempo de vuelo, etc.
• Realizar el programa  en Matlab sobre el movimiento que se efectuará dependiente del ángulo con el que se acciona el lanza proyectiles.

VII.   CRONOGRAMA

El cronograma se especifica en la parte de anexos

VIII.  CONCORDANCIA

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