Как правильно заполнить пространство материала или «Тетрис» для начинающих материаловедов

Тетрис по праву можно назвать игрой, в которую играют дети и взрослые. Простая, на первый взгляд, головоломка увлекает с первой минуты, и от сортировки незатейливых фигурок практически нельзя оторваться. Основная задача игры – как можно удобнее и компактнее разместить фигурки определенной формы и размеров в ограниченном пространстве.
С такой же задачей сталкиваются материаловеды, когда формируют наполненные материалы, например, бетоны и асфальтобетоны, искусственный камень и дисперсно-наполненные полимерные композиционные материалы. Даже когда мы собираем свой чемодан для дальнего путешествия, неплохо бы знать правила формирования плотности упаковки!
Для понимания процесса необходимо знать особенности сыпучести дис-персных частиц, их характеристики, знать, что относится к порошкам, а что к частицам, какие процессы происходят при смешении и что это такое. Какое значение имеет форма и размер частицы.
В ходе работы над проектом учащимся предлагается исследовать свой-ства порошков и дисперсий, такие как сыпучесть, насыпная плотность, объем утряски, проанализировать зависимость данных характеристик от размера и формы частиц. Научиться строить экспериментальные графические зависимо-сти и делать заключение по проведенным исследованиям.
На таких занятиях точно не будет скучно, тем более что играть в «Тет-рис» можно как в школе, так и дома. В учебной лаборатории специальное обо-рудование позволит точно зафиксировать ход опытов. Самое интересное, что поделиться своими знаниями, которые пригодятся и в быту, легко осуществить дома, и удивить свою семью, демонстрируя практические опыты. Вы-полнение исследования при четком следовании методике абсолютно без-опасно.

АВТОР:

Ананьева Елена Сергеевна, к.т.н., доцент кафедры современ-ных специальных материалов, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», дважды Лауреат премии Алтайского края в области науки и техники, эксперт Фонда поддержки молодых ученых имени Геннадия Комиссарова.

ЦЕЛЬ ПРОЕКТА:

сформировать у учащихся общие представления о дисперсно-наполненных материалах (ДНМ), основах их получения и приме-нения.

ЗАДАЧИ ПРОЕКТА:

1) Познакомить учащихся с теоретическими основами и правилами формирования ДНМ.
2) Показать учащимся влияние формы и размеров дисперсных ча-стиц на основные свойства ДНМ, излагая материал научных трудов в научно-популярном стиле.
3) Мотивировать интерес к материаловедению, к практическим при-ложениям знаний, путем подачи материала в игровой форме, адаптированного к возрасту и уровню подготовки учащихся.
4) Научить учащихся анализировать опытные данные, сопоставлять с теоретическими сведениями и делать выводы.

ЦЕЛЕВАЯ АУДИТОРИЯ: 

Школьники среднего и старшего звена, обучающиеся по программам естественно-научного и технического профиля, а также все, интересующиеся материаловедением и нанотехнологиями.

ВОЗРАСТНАЯ КАТЕГОРИЯ: 13+.

Работа над проектом рассчитана на 12 академических часов.

СТРУКТУРА ПРОЕКТА:

Этап 1. Чем можно наполнить материал и зачем это нужно (4 часа).
Теоретические основы (1 час). Классификация дисперсных наполните-лей. Определение порошок, частица и ДНМ. Характеристики дисперсных наполнителей.
Практическая работа 1 (3 часа). Изучение сыпучести, насыпной плот-ности и дисперсности наполнителей. Влияние формы и размеров наполните-лей на их характеристики. Объем утряски. Влажность наполнителя.
Этап 2. Упаковка наполнителей в пространстве (4 часа).
Теоретические основы (1 час). Как наполнитель группируется в про-странстве. Зачем необходимо равномерное распределение. Формирование плотноупакованных структур. Влияние формы и размеров. Фракции.
Практическая работа 2 (3 часа). Изучение процессов формирования наполненных структур. Как мы не в лабораторных условиях получаем напол-ненные материалы. Получение реальных наполненных структур в ограничен-ном объеме. Изучаем работу мясорубки, кофемолки, блэндера.
Этап 3. Подведение итогов (4 часа).
Анализ полученных результатов, выполнение тестов и заданий.