Вчитель:   Пушкарєва Оксана Андріївна

Навчальний заклад:  ліцей №47 «Альтернатива» м. Полтави

«Навчання - це зміна здивування розумінням.»

  В.Кротов

STEAM- проєкт з фізики «Тенсегриті: від столика до філософії»

Клас:    10, 11. (Доцільно проводити після вивчення тем «Сила пружності», «Рівновага тіл», «Механічні властивості твердих тіл, види деформацій» у 10 класі, або під час підсумкового  повторення розділу «Механіка» в 11 класі)

Мета: Ознайомити учнів з технологією Тенсегриті як принципами та способом створення об’єктів в різних галузях діяльності людини та природі, показати інженерну досконалість, красу та гармонійність таких структур.

Тип проєкту

      Дослідницький.

      Інформаційно-пошуковий.

      Творчий.

Проект - це «п'ять П»

      Проблема.

      Проектування (планування).

      Пошук інформації.

      Продукт.

      Презентація (представлення результату).

Компетентності, що передбачені проєктом:

                  Спілкування державною мовою – набуття досвіду публічного виступу, вміння тлумачити поняття, думки, факти, доречне та коректне вживання в мовленні термінології з предмета.

             Основних компетентностей у природничих науках і технологіях  – пояснювати фізичні явища, використовуючи наукове мислення, а також здатність застосовувати знання в практичній діяльності.

           Інформаційно-цифрової компетентності – використовувати сучасні цифрові технології та пристрої для презентації власної діяльності.

                  Уміння навчатися впродовж життя - здатність до пошуку та засвоєння нових знань, набуття нових вмінь і навичок, організації навчального процесу .

                  Ініціативність і підприємливість – формування навичок роботи в команді, уміння генерувати  ідеї й ініціативи та втілювати їх у життя

                  Екологічна грамотність і здорове життя - уміння розумно та раціонально користуватися природними ресурсами.

                  Математична компетентність – передбачає вміння працювати з кресленнями, робити виміри, створювати просторові моделі.

Робота над проєктом

Група «Фізики-теоретики» - учні опрацьовують  теоретичний матеріал з даного питання.

            Група «Інженери» - учасники працюють з Інтернет-ресурсами і шукають інформацію про застосування  принципів та технологій Тенсегриті у споріднених галузях:

- архітектура;

- інженерія та технології;

- біологія та медицина;

- робототехніка;

- література та філософія.

 Група «Конструктори» - учні виготовляють левітуючий столик-тенсегриті та пояснюють принцип його будови.

            Група «Майстри»  показують майстер-клас виготовлення моделей правильних многогранників за технологією тенсегриті.

Хід уроку – захисту проєктів

Фізики-теоретики

    Тенсегриті - каркасна система стискання-розтягування (від англ. словосполучення «tensional integrity» — поєднання шляхом натягування). Конструкція складається з системи трубок та тросів, в якій трубки працюють на стискання, а троси — на розтягування. В конструкції трубки «зависають» у просторі, не спираючись одна на одну, а їх взаємовідношення забезпечують розтягнуті троси.

   Термін широко використовується сучасним світом: архітектурою та будівництвом, дизайнерськими технологіями, методиками соціології, медика-біологічними дисциплінами, оздоровчими гімнастичними системами. Окрема тема — Езотерика.

https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B8%D1%82%D1%96

Застосування  принципів та технологій Тенсегриті у різноманітних галузях:

Архітектура та будівельні технології

   Архітекторів приваблює жорсткість та легкість таких конструкцій. Вага економиться тому, що не потрібно робити весь каркас із металевих балок – деякі його елементи можна замінити натягнутими тросами. На наступних фото показано кілька таких робіт.               

    Дивно, наскільки різноманітною може бути форма конструкцій тенсегриті Можна замість мотузок взяти тканину та побудувати тверду конструкцію за принципом тенсегріті. Підкерівництвом Казухіро Кадзіма 70 студентів  університету Токіо збудували тенсегріті-тент:

 У місті Брісбен в Австралії побудований тенсегріті-міст для пішоходів та вело сипедистів. У нічний час міст освітлюється від сонячних батарей, які здатні накопичувати всю необхідну енергію протягом дня за ясної погоди.

Джерело: https://old.kvantik.com/art/files/pdf/2014-05.18-20.pdf

 Робототехніка та космічні дослідження

    Найвідомішим роботом тенсегріті є Super Ball, марсохід для дослідження космосу, який зараз розробляється в NASA. Професор Каліфорнійського університету в Берклі Alice Agogino працює з докторантами над створенням так званих роботів тенсегріті. По суті, це роботи, побудовані із серії стрижнів та натяжних проводів, які захищають тендітні наукові інструменти та прилади всередині конструкції

NASA 360 Talks - Super Ball Bot

https://www.youtube.com/watch?v=0eC4A2PXM-U

Bio inspired Tensegrity Soft Modular Robots

https://www.youtube.com/watch?v=bb3sY0eauEs

Soft Tensegrity Robots

https://www.youtube.com/watch?v=SuLQDhrk9tQ

 Біологія та медицина

   Біотенсегріті – термін, придуманий доктором Стівеном Левіним, – це застосування принципів тенсегріті до біологічних структур. Біологічні структури, такі як м'язи, кістки, фасції, зв'язки та сухожилля або жорсткі та еластичні клітинні мембрани, стають міцними завдяки унісону напружених та стислих частин. Кістково-м'язова система підтримує напругу в безперервній мережі м'язів та сполучних тканин, тоді як кістки забезпечують переривчасту компресійну підтримку. Навіть людський хребет, який на перший погляд здається стопкою хребців, що спираються один на одного, насправді є структурою тенсегиті

     Дональд Інгбер розробив теорію тенсегріті для опису численних явищ, що спостерігаються у молекулярній біології. Наприклад, форми клітин можна математично змоделювати, представивши цитоскелет клітини як тенсегритиі:

Джерело https://osteoukr.com/news/tensegriti/

Література та філософія

Поширеність та популяризація терміну «тенсегриті» пов'язують з ім'ям американського письменника Карлоса Кастанеди.

   Карлос Кастанеда запозичив термін Тенсегриті від архітектора, вченого, дослідника, новатора і візіонера Р.Бакмінстера Фуллера, сприйняття енергії котрого привело Карлоса до розгляду принципу текучого взаємозв'язку в природі, котру він назвав «тенсегриті», комбінацію напруги і цілісності ( tensional integrity), котра описує сили, які працюють в структурі, що сформована кінцевою кількістю елементів стискування, або жорстких елементів, з'єднаних між собою за допомогою еластичних елементів, що придає структурі її загальну цілісність. Завдяки цій еластичній властивості з'єднань зміщення одного об'єкту структури викликає зміщення решти, при цьому відбувається адаптація всієї структури до нової конфігурації.

    Карлос Кастанеда говорив, що у випадку повсякденного життя, Тенсегриті — це мистецтво: мистецтво адаптації до вібрації, можливості використання і руху своєї власної енергії до енергії інших істот таким чином, котрий сприяє цілісності співтовариства, котрим ми є.

Конструктори

    Ми хочемо  представити столик, який можна використати як підставку для телефона або іграшки. Здається, що його верхня частина зависає у повітрі. Що це – диво, або закони фізики? Давайте розбиратися.

(Креслення з розмірами столика додаються)

Майстри  запрошують на майстер-клас виготовлення моделей правильних многогранників за принципами тенсегріті:

Обладнання: гумки для грошей та соломинки для напоїв (краще взяти паперові).

     Заздалегідь нарізаємо соломинки потрібної довжини, робимо по два надрізи  з кожної сторони та надіваємо на соломинки гумки. Довжину соломинки обираємо таку, щоб гумка на ній була тільки трішки натягтута, інакше складати модель буде важко та вона буде деформуватися.

Особливості таких конструкцій:

-Жодна трубочка не торкається іншої, структура тримається лише силами тертя та    пружності;

-Легко відновлюються після деформації;

-Не потребують ніяких склеювань та закріплень

-Дуже красиві та досконалі об’єкти;

-Можна виготовити як наочність для кабінету математики.

Відеоінструкції:

TensegriToy: Twist Objekt mit 3 Stäben - building a tensegrity model 

https://www.youtube.com/watch?v=hszo5luw4hU

TensegriToy: Ikosaeder mit 6 Stäben - building a tensegrity model

https://www.youtube.com/watch?v=Zvg9_fFhV7s

TensegriToy: Tetraeder mit 6 Stäben - building a tensegrity model

https://www.youtube.com/watch?v=U2_V0Q5qSh0

TensegriToy: Hexaeder aus 12 Stäben - building a tensegrity model

https://www.youtube.com/watch?v=2ijAxIzRfOc

TensegriToy: Oktaeder aus 12 Stäben - building a tensegrity model

https://www.youtube.com/watch?v=H2tlx79pmcA

TensegriToy - IKOSAEDER aus 30 bunten Stäben 

https://www.youtube.com/watch?v=74VGz88kk-U

Підведення підсумків роботи над проєктом

Учитель. Ви, готуючись до сьогоднішнього заняття, дізналися багато цікавого.

  Людина здавна вчиться у природи і використовує вивчені закони для свого блага. Однак, багато таємниць ще не розкрито, процес пізнання безмежний, тому ви, можливо, вивчаючи природні явища, відкриєте нові закони і застосуєте їх на благо людства.