Desafío de torres altas Proporcionado por TryEngineering, www.tryengineering.org

Enfoque de la lección

La lección se concentra en el desarrollo de edificaciones altas y sus estructuras. Los estudiantes trabajan en equipos para construir, usando una cantidad limitada de materiales, la torre más alta que sea capaz de resistir el peso de una pelota de golf por dos minutos. Formulan el diseño por escrito, construyen su torre, la prueban y la presentan a la clase, evalúan sus resultados y los de los demás equipos y completan las hojas de reflexión.

Sinopsis de la lección

La actividad “Desafío de torres altas” explora el diseño de estructuras elevadas como rascacielos y torres de comunicaciones. Los estudiantes trabajan en equipos para diseñar la torre más alta posible utilizando únicamente sorbetes, limpiapipas y sujetapapeles. La torre debe ser lo suficientemente firme para resistir el peso de una pelota de golf por dos minutos.

Niveles de edad 8 a 18.

Objetivos  Aprender sobre la ingeniería estructural.  Aprender sobre el diseño y el rediseño de ingeniería.  Aprender sobre cómo la ingeniería puede ayudar a resolver los desafíos para la sociedad.  Aprender sobre el trabajo en equipo y la solución de problemas.

Resultados anticipados del aprendizaje

Como resultado de esta actividad, los estudiantes deben lograr la comprensión de:  el diseño y la ingeniería estructurales  el diseño de ingeniería  el trabajo en equipo

Actividades de la lección

Los estudiantes exploran los edificios más altos del mundo y cómo fueron diseñados y construidos. Luego, trabajan en equipos para construir la torre más alta posible, la cual debe resistir el peso de una pelota de golf por dos minutos. Los estudiantes cuentan con 50 sorbetes, 50 limpiapipas y 25 sujetapapeles. Formulan un plan por escrito, construyen y prueban la torre y comparan sus resultados con los de sus compañeros de clase.

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Información/materiales  Documentos informativos para el maestro (adjuntos)  Hoja de información para el estudiante (adjunta)  Hoja de trabajo para el estudiante (adjunta)

Concordancia con los programas escolares Consulte la hoja sobre concordancia con el programa escolar al final de la lección.

Conexiones a Internet  TryEngineering (www.tryengineering.org)  Diseño y construcción de la torre Burj Khalifa (www.burjkhalifa.ae/language/enus/the-tower.aspx) (sitio disponible sólo en inglés y árabe)  Torre CN (www.cntower.ca) (sitio disponible sólo en inglés y francés)  Normas nacionales de educación científica (www.nsta.org/standards) (sitio disponible sólo en inglés)  Normas de ITEA para la competencia tecnológica (www.iteaconnect.org/TAA)

Lecturas recomendadas  How Tall Is Tall?: Comparing Buildings (¿Qué tan elevado es lo alto?: Comparación de edificaciones) (ISBN: 978-1432939557)  Reinforced Concrete Design of Tall Buildings (Diseño de hormigón reforzado en edificaciones altas) (ISBN: 978-1439804803)  Construction Technology For Tall Buildings (Tecnología de construcción para edificaciones altas) (ISBN: 978-9812818614)

Actividad opcional de redacción  Escribe un ensayo o párrafo sobre cómo los avances en la ingeniería condujeron al explosivo crecimiento de las edificaciones verticales a comienzos del siglo XX.

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Desafío de torres altas Para los maestros: Hojas informativas para maestros ‹ Meta de la lección La lección se concentra en el desarrollo de edificaciones altas y sus estructuras. Los estudiantes trabajan en equipos para construir, usando una cantidad limitada de materiales, la torre más alta que sea capaz de resistir el peso de una pelota de golf por dos minutos. La pelota de golf debe colocarse cerca de la punta de la torre, cerciorándose de que la parte inferior de la pelota no quede más abajo de un 20% desde el punto más alto de la torre. Formulan el diseño por escrito, construyen su torre, la prueban y la presentan a la clase, evalúan sus resultados y los de los demás equipos y completan las hojas de reflexión. ‹

Objetivos de la lección  Aprender sobre la ingeniería estructural.  Aprender sobre el diseño y el rediseño de ingeniería.  Aprender sobre cómo la ingeniería puede ayudar a resolver los desafíos para la sociedad.  Aprender sobre el trabajo en equipo y la solución de problemas.

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Materiales • Hojas de información para el estudiante • Hojas de trabajo para el estudiante • Conjunto de materiales para cada equipo: 1 pelota de golf, 50 sorbetes plásticos, 50 limpiapipas, 25 sujetapapeles de metal.

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Procedimiento 1. Muéstreles a los estudiantes las hojas de referencia. Se pueden leer en clase, o bien, se pueden entregar como material de lectura para la noche anterior. 2. Para presentar la lección, analice con la clase el aumento en la altura que experimentaron las edificaciones en el siglo pasado. Tal vez puede considerar preguntarles a los estudiantes cuáles podrían ser los edificios más altos en su comunidad y compararlos con algunas de las edificaciones más elevadas del mundo. 3. Si es posible, pida a los estudiantes que exploren los recursos de diseño y fabricación del sitio web “Diseño y construcción de la torre Burj Khalifa”, y que consideren la forma de las estructuras más altas. (www.burjkhalifa.ae/language/en-us/the-tower.aspx) (sitio disponible sólo en inglés y árabe). 4. Los equipos considerarán su desafío y dibujarán un diagrama de la torre que planifiquen. 5. Los equipos luego construyen y prueban sus torres. 6. Los grupos presentan sus torres a la clase y demuestran la capacidad que tienen para sostener la pelota de golf. 7. Se medirán todas las torres para determinar cuál es la más alta. 8. Los equipos estudiantiles completan una hoja de reflexión y comparten sus experiencias con el resto de la clase. Desafío de torres altas Desarrollado por IEEE como parte de TryEngineering www.tryengineering.org

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Desafío de torres altas Para los maestros: Hojas informativas para maestros (continuación) 9. Nota: Esta lección puede efectuarse con un grado escolar completo en vez de una sola clase de manera que los estudiantes compitan contra todos sus compañeros en la escuela. Tiempo necesario De una a dos sesiones de 45 minutos. ‹

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Desafío de torres altas Hoja de información para el estudiante: Estructuras altas La Torre CN (imagen a la izquierda), situada en Toronto, Ontario, Canadá, es una torre de observación y comunicaciones que tiene una altura de 553,3 metros (1.815 pies). Por 31 años, fue reconocida como la estructura autónoma más alta del mundo, hasta que recientemente fue sobrepasada por la torre Burj Khalifa en Dubai, Emiratos Árabes Unidos, edificación que fue construida en 2009 y tiene 828 metros (2.716 pies) de altura. El tercer edificio más alto es la Torre Willis (conocida anteriormente como Torre Sears) en Chicago, Illinois, EE. UU., cuya altura alcanza 527 metros (1.729 pies) al medirla hasta su pináculo. La estructura de madera más alta es la torre de radio Gliwice en Polonia, que mide 118 metros (387 pies) de altura y fue construida en 1935. En el gráfico de la derecha aparece la altura comparativa entre las torres Burj Khalifa, CN y Willis. En enero de 2010, se abrió al público el piso de observación exterior más alto del mundo situado en Burj Khalifa. Cientos de personas, en su mayoría familias, hicieron fila para obtener boletos que los llevaran al nivel 124 de la torre Burj Khalifa y así tener la posibilidad de estar entre los primeros en experimentar sus espectaculares vistas de la ciudad. Se dice que la vista es similar a la que podría apreciarse desde un avión. Para subir al piso 124 se utiliza un ascensor doble. Cada cabina puede trasportar hasta 14 personas avanzando 10 metros por segundo. En menos de un minuto, el ascensor llega a la pista de observación, el único observatorio público del mundo de esta altura con una terraza exterior. Amplias ventanas rodean toda la plataforma de observación y los visitantes pueden dar un vistazo al horizonte y calles distantes mediante visores computarizados, que además cuentan con vistas diurnas y nocturnas previamente programadas de la ciudad y sus alrededores.

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Desafío de torres altas Hoja de trabajo para el estudiante: Aplicar tecnología para resolver problemas ‹ Trabajo en equipo y planificación de ingeniería Formas parte de un equipo de ingenieros a quienes se les ha planteado el desafío de construir la torre más alta posible utilizando únicamente 50 sorbetes, 50 limpiapipas y 25 sujetapapeles.

No es necesario usar todos los materiales, pero la torre debe resistir el peso de una pelota de golf por dos minutos. La pelota de golf debe colocarse cerca de la punta de la torre, cerciorándose de que la parte inferior de la pelota no quede más abajo de un 20% desde el punto más alto de la torre. Fase de planificación y diseño Piensa en las diferentes formas que puedes doblar o cambiar la forma de los sorbetes, limpiapipas y sujetapapeles. Puedes cortar estos objetos, pero no puedes usar cinta adhesiva ni otros materiales para conectarlos entre sí. En el cuadro siguiente, dibuja tu plan para la torre. ‹

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Desafío de torres altas Hoja de trabajo para el estudiante: ‹ Fase

de construcción Construye tu torre y pruébala para ver si puede resistir el peso de la pelota de golf. Luego responde las siguientes preguntas:

1. ¿Qué tan similar fue el diseño original con la torre que terminaste confeccionando?

2. Si tuviste que hacer cambios durante la fase de construcción, describe por qué el equipo decidió hacerlos.

3. ¿Usaste todos los materiales que se te entregaron? ¿Usaste algunos de los objetos sólo para aumentar la altura de la torre?

‹

Presentación y medición

Presenta tu torre a la clase y pide a tu maestro que mida la altura de tu edificación. Ten presente que la pelota de golf debe colocarse cerca de la punta de la torre, cerciorándote de que la parte inferior de la pelota no quede más abajo de un 20% desde el punto más alto de la torre. Tu torre será descalificada si la posición de la pelota no cumple tal requisito. Completa el cuadro siguiente para tu torre: Altura total desde el suelo hasta la parte inferior de la pelota en la torre.

Distancia desde la parte inferior de la pelota de golf hasta la punta de la torre.

Porcentaje de la torre que sostiene la pelota de golf.

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Desafío de torres altas Hoja de trabajo para el estudiante (continuación): Evaluación Completa las siguientes preguntas de evaluación: ‹

1. Describe la forma y construcción de la torre más alta que ganó el desafío ¿Cómo difirió esta torre de la tuya, si es que tu equipo no fue el ganador?

2. Si pudieras volver a realizar este proyecto, ¿qué podría haber hecho diferente tu equipo?

3. ¿Crees que esta actividad dio resultados más satisfactorios trabajando como equipo, o consideras que hubieras preferido trabajar solo en ella? ¿Por qué?

4. Si hubieras podido usar materiales adicionales (por ejemplo, cinta adhesiva, pegamento, varillas de madera, papel metálico), ¿cuáles hubieras escogido y por qué?

5. ¿Crees que una vez que se planifica y aprueba la construcción de un edificio se modifican muchos aspectos durante el proceso de construcción? ¿Por qué sí o por qué no?

6. ¿Cuánto tiempo crees que pasará hasta que se construya un edificio que supere la altura de la torre Burj Khalifa? ¿En qué lugar piensas que se construirá? ¿Por qué?

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Desafío de torres altas Para los maestros: Concordancia con los programas de estudio Nota: Todos los planes de las lecciones de esta serie cumplen con las Normas nacionales de educación científica, formuladas por el Consejo Nacional de Investigación (National Research Council) y avaladas por la Asociación Nacional de Maestros de Ciencias (National Science Teachers Association) y, si corresponde, también con las Normas para la competencia tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica (International Technology Education Association) o los Principios y normas de las matemáticas escolares del Consejo Nacional de Maestros de Matemáticas (National Council of Teachers of Mathematics).

‹Normas nacionales de educación científica, de K a 4º grado (de 4 a 9 años de edad)

NORMA DE CONTENIDO A: La ciencia como indagación Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar:  Capacidades necesarias para realizar indagaciones científicas  La comprensión de la indagación científica NORMA DE CONTENIDO B: Física Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:  Las propiedades de los objetos y los materiales NORMA DE CONTENIDO E: Ciencia y tecnología Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar:  Capacidades de diseño tecnológico  La comprensión de la ciencia y la tecnología NORMA DE CONTENIDO F: Ciencia en perspectivas personales y sociales Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:  Características y cambios en las poblaciones  Los cambios en los entornos  La ciencia y la tecnología en los desafíos locales NORMA DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:  La ciencia como cometido humano

‹Normas nacionales de educación científica, de 5° a 8° grado (de 10 a 14 años de edad)

NORMA DE CONTENIDO A: La ciencia como indagación Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar:  Capacidades necesarias para realizar indagaciones científicas  La comprensión de la indagación científica NORMA DE CONTENIDO B: Física Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:  Movimientos y fuerzas

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Desafío de torres altas Para los maestros: Concordancia con los programas de estudio (continuación) NORMA DE CONTENIDO E: Ciencia y tecnología Como resultado de las actividades en 5° a 8° grado, todos los estudiantes deben desarrollar:  Capacidades de diseño tecnológico NORMA DE CONTENIDO F: Ciencia en perspectivas personales y sociales Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:  Poblaciones, recursos y medio ambientes  Riesgos y beneficios  La ciencia y la tecnología en la sociedad NORMA DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:  La historia de la ciencia

‹Normas nacionales de educación científica, de 9° a 12° grado (de 14 a 18 años de edad)

NORMA DE CONTENIDO A: La ciencia como indagación Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar:  Capacidades necesarias para realizar indagaciones científicas NORMA DE CONTENIDO B: Física Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:  Movimientos y fuerzas NORMA DE CONTENIDO E: Ciencia y tecnología Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar:  Capacidades de diseño tecnológico  La comprensión de la ciencia y la tecnología NORMA DE CONTENIDO F: Ciencia en perspectivas personales y sociales Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben lograr la comprensión de:  La salud personal y comunitaria  El crecimiento de la población  La calidad medioambiental  La ciencia y la tecnología en los desafíos locales, nacionales y mundiales

‹Normas para la competencia tecnológica, todas las edades La naturaleza de la tecnología  Norma 1: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de las características y el alcance de la tecnología. Tecnología y sociedad  Norma 4: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de los efectos culturales, sociales, económicos y políticos de la tecnología.  Norma 5: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de los efectos de la tecnología en el medio ambiente. Desafío de torres altas Desarrollado por IEEE como parte de TryEngineering www.tryengineering.org

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Desafío de torres altas Para los maestros: Concordancia con los programas de estudio (continuación)  Norma 6: Los estudiantes desarrollarán la comprensión del rol de la sociedad en el desarrollo y uso de la tecnología.  Norma 7: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de la influencia de la tecnología en la historia. Diseño  Norma 8: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de los atributos del diseño.  Norma 9: Los estudiantes desarrollarán la comprensión del diseño de ingeniería.  Norma 10: Los estudiantes desarrollarán la comprensión del rol del diagnóstico de fallas, la investigación y el desarrollo, los inventos y las innovaciones y la experimentación a la hora de solucionar problemas. Capacidades para un mundo tecnológico  Norma 11: Los estudiantes desarrollarán capacidades para aplicar el proceso de diseño. El mundo diseñado  Norma 20: Los estudiantes desarrollarán la comprensión de las tecnologías de construcción y podrán seleccionarlas y usarlas.

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