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9th Grade (Integrated Science) Designed by
Put some interesting graphic representing the content here Introduction | Task | Process | Evaluation | Conclusion | Credits | Teacher Page This lesson was developed as part of the final (4th) quarter
project for Integrated and Earth Science Students from the Moffat County
High School Science Department. It has been used for a number of
years and has been very successful. In this lesson, students are
to investigate the Laws of Motion using a Model Rocket that they build,
and do two test firings. Upon completion of the data collection students
will then use Newton's Laws of Motion to determine the speed, velocity,
height, distance, and acceleration of their rocket.
The Task This lesson is anchored in ninth grade Integrated Science and tenth grade Earth Science curriculum. This particular lesson can basically be done at any grade level (grades 5 through 12). However, there would be differing emphasis on the particular goal of the project. In the younger grade levels the process may be just to follow directions in constructing the rocket where as in 10th grade students would be asked to perform numerous data calculations. Students would not need any prior knowledge about rockets to begin this project, but it is a wonderful way to introduce the filed of space science and rocketry . All they would need to know is how to read the directions. Colorado Model Content Standards Science 1. Students understand the processes
of scientific investigation and design, conduct, communicate about and
evaluate such investigations.
Each student will be provided with:
Each student will need to do:
Schedule of events (Timeline):
The Process (En Español) Well, here it is, the long awaited week of rocketry! It is time
to learn about Sir Isaac Newton’s Laws of Motion by seeing them in action.
To do this you will build and test a model rocket. All rockets rely
on the interaction of forces. Newton was the first person to recognize
and demonstrate this idea.
You will be provided with: 1. A model rocket (Alpha from Estes Rocket Corporation)
What you will need to do: 1. You must be able to have a completed model rocket for the two
days of launches.
2. You must complete all subsequent work related to this project. 3. You must present to your teacher all complete calculations
from the data you collect
4. Bring a shoebox to hold all of your materials so that you can
transport the model safely
5. Have some type of material so that you can decorate your rocket. 6. BE CREATIVE, WORK HARD, HAVE SOME FUN!!!!!!
DAY ONE: Before you even get started building your rocket, brainstorm some ideas and write down five things that you believe makes a good rocket fly. (Hypothesis) 1. ____________________________________ 2. ____________________________________ 3. ____________________________________ 4. ____________________________________ 5. ____________________________________
Now open your rocket packet that your instructor has given to you and lay out all the items neatly on your table. Write down all the materials given to you in a list, this is your material list, and is necessary so that you can keep track of all your items. For each item give a least one reason why it might be important for your rocket (Add more numbers if you need to). (Materials List) 1. ____________________________________ 9. ____________________________________ 2. ____________________________________ 10. ____________________________________ 3. ____________________________________ 11. ____________________________________ 4. ____________________________________ 12. ____________________________________ 5. ____________________________________ 13. ____________________________________ 6. ____________________________________ 14. ____________________________________ 7. ____________________________________ 15. ____________________________________ 8. ____________________________________
16. ____________________________________
Now you should have an idea of the materials that you are going to use as well as an idea of what makes a good rocket fly. On the next sheet of blank paper draw a life-size representation of your rocket labeling all the keys parts (from the previous question above) as well as your initial design on how you hope to decorate it for its first launch. (Designing your experiment) All good rockets are always given a name. What is the name for
your rocket?
DAY TWO: Write down the procedure on how you built your rocket. We are not looking for you to write the exact directions given to you in the rocket packet, rather use your own words, in paragraph form, to explain how your rocket was built. Be as descriptive as possible. Your explanation should be good enough for someone to pick up a model rocket and put it together without the enclosed directions. Think of it as buying something that has to be assembled but no directions were included. (Procedure) Designing your experiment: Draw a schematic drawing of your rocket labeling all of the key parts LAUNCH DAY CALCULATIONS: Directions: Complete the following calculations based upon the data that you have collected during each of your rocket launches. Please use the space below each item to show all of your work on your calculations. LAUNCH DATA & CALCULATIONS Mass of Rocket: ____________ kg
Angle of ascent(@): _______ degrees
Height of Flight: ____________ ft
x = 150(tan@)
Time of ascent: ____________ sec
Time from launch to parachute deployment
Velocity of ascent: __ ft/sec__mph
v = (height/time)
Acceleration of rocket: _______ m/s2
a = (force/mass)
Time of descent:___________ sec
Time from parachute deployment to the ground
Velocity of descent: __ft/sec __mph
v = height/time (this should be close to terminal velocity)
Downrange distance: ________ ft
d = (# of steps x 3 ft)
Total Time of Mission: _____ sec Time from launch to when it hits the ground
Antes de empezar la construcción de su cohete imagine algunas ideas e escriba cinco cosas que piensa hace volar un buen cohete. (Hipotésis) 1. ____________________________________ 2. ____________________________________ 3. ____________________________________ 4. ____________________________________ 5. ____________________________________ Ahora su paquete de cohete que le ha dado su profesor(a), y ponga todas las materiales con sueño en su mesa. Escriba una lista de todas las cositas, este es su lista de materias , que es necesario para que puede mantenerse información de todas las cosas. Por cad objecto dé un razón por wl cual puede ser importante para su cohete. (Añada más números si los necesita.) (Lista de materiales) 1. ____________________________________ 9. ____________________________________ 2. ____________________________________ 10. ____________________________________ 3. ____________________________________ 11. ____________________________________ 4. ____________________________________ 12. ____________________________________ 5. ____________________________________ 13. ____________________________________ 6. ____________________________________ 14. ____________________________________ 7. ____________________________________ 15. ____________________________________ 8. ____________________________________
16. ____________________________________
Ahora debe tener una idea de los materiales que va a usar e una idea de que hace volar un buen cohete. En la hoja de papel siguiente dibuje una representación de tamaño natural de su cohete. Marque todas las cosas principales que había indicado en su primera respuesta. Incluya también su diseño con cualquiere decorar su cohete por el primer lanzamiento. (Diseãndo su experimento) Todos los buenos cohetes tienen un nombre. ¿Cómo se llama su cohete? ¿Por qué escoja este nombre? Escribe como construyó su cohete. No necesita escribir las direcciones que estaban en su paquete, pero usa sus proprias palabras, en forma de párafo para explicar como fue construido su cohete. Descríbelo lo mejor posible. Su explicación debe ser tan bueno que otra persona puede tomar las materiales y ponerlo junto sin las intrucciones incluyido. Imagina que es como comprando algo que necesita ser montado pero que no tiene instrucciones. (Procimiento) Dibujando su experimento. Dibuje un dibujo esquemático
de su cohete marcando los partes principales.
Las calculaciones del día de lanzamiento Direcciones: Complete las calculacciones siguientes basados de sus detalles que ha coleccionado durante cada uno de sus lanzamientos. Por favor use los espacios siguientes de los elementos para mostrar todo sus calculacciones. Lanzamiento Número másico del cohete: ______kg
Ángulo de asenso (@): _______grados
Elevación de volar : _________ ft
x= 150 (tan@)
Tiempo de asenso: _______ ft / sec _____ mph
tiempo desde el lanzamiento hasta el despliegue del
Vélocidad de asenso : ______ ft / sec _____ mph
v=(elevación / tiempo)
Aceleración de cohete : ______ m/s2
Tiempo de descenzo : ____ sec
tiempo de despliegue del paraacaídas hasta la llegada a la tierra
Velocidad de descenzo : ___ft / sec ___ mph
v= elevación / tiempo debe ser
Distancia: ________ ft
d = (# de pasos x 3ft.)
Tiempo total de misión : _____ sec
tiempo desde el lanzamiento hasta que toca la tierra
Evaluation MISSION DEBRIEFING: (En
Español)
1. Upon building your rocket what things did you find were the most important to have? Why? 2. What type of building materials would allow a rocket to perform at its best? What type of materials would make a rocket perform worse than expected? Why? 3. After building your rocket, did your rocket perform better or worse than expected? What could have made it perform better? 4. Explain: “what makes the best rocket”? 5. State Newton’s Third Law of Motion: 6. Besides a rocket or a balloon give THREE other examples which display Newton’s Third Law of Motion. 7. If you were to do this project again, what would you do totally different? DAY THREE: ROCKET FLIGHT CALCULATIONS ALTITUDE TRACKING
ANGLE (o) HEIGHT (ft)
LAUNCH ACCELERATION The acceleration at launch can be found by using Newton’s second law which states, the acceleration (a), is equal to the Force applied (F) divided by the mass (m). The equation looks like this; a = F / m. The force is measured in Newtons (N), the mass in kilograms (kg), and the acceleration in m/s2. Your rocket engine produces an average force of 5.8 N. If your rocket has a mass of 39.7 grams, what is it’s acceleration? First, you need the mass in the right units. There are 1000 g in 1 kg, so 39.7 g / 1000 = 0.0397 kg. a = 5.8 N / 0.0397 kg. The acceleration a = 146.1 m/s2. 1. Find the acceleration if a rocket has a mass m=40 g and the engine force F=5 N. 2. Calculate the acceleration for mass m=30.3 g and force F=5.5 N. AVERAGE VELOCITY DURING ASCENT To find the average velocity we must know the height gained by the rocket
and the time it takes to get to this height. One student will need to time
the rocket from lift-off to the maximum height.
1. Find the average velocity, in ft/s, if the height=500 ft and the time=3.5 s. 2. Find the average velocity of problem 1 in mph. AVERAGE VELOCITY DURING DESCENT The only additional data needed is the time from parachute deployment until the rocket hits the ground. A second student will need to time the rocket from when the parachute opens to when it hits the ground. Use the same equations as during ascent. 1. Find the average velocity, using the same height as in problem 1 above and time = 34 s 2. Find the average velocity of problem 1 in mph. DOWN RANGE DISTANCE This is the distance the rocket lands from the launch site. If you knew what your stride or step length was, you could count the number of paces to the fallen rocket and multiply by your stride length. For example, if your stride equals 3 feet, and you pace off 120 paces to the rocket, your down range distance is 120 paces X 3 ft = 360 ft. 1. If your stride is 2.5 ft, and you count off 250 paces, what is your
down range distance?
El misión Conteste las preguntas siguientes usando frases completas sobre su proyecto de cohete. 1. En construyendo su cohete ¿ Qué cosas fueron los más importantes para hacerlo? ¿ Por qué? 2. ¿ Qué tipos de materias de construcción permiten un cohete trabajar a su mejor? ¿ Qué tipos de materias causan un cohete trabaja peor que estaba esperado? Por qué? 3. Después de construir su cohete, ¿ ha realizado mejor o peor que estaba esperado? ¿ Qué puede mejorar su cohete? 4. Explique : “ ¿ Qué hace el mejor cohete? 5. Dice la Tercera Regla de Moción de Newton. 6. A lado de un cohete o un globo dé TRES otros ejemplos que indican la Tercera Regla de Moción de Newton. 7. Si repite este proyecto ¿ qué hace diferente
por completo?
Calculaciones del vuelto del cohete Siguiente el altitud Mientras que un estudiante prepara y lanza un cohete, dos otros miden la elevación que llega el cohete por haciendo un estimación del ángulo del cohete a su ápice de sus posiciones. Durante el lanzamiento del cohete, la persona midiendo el vuelto lo sigue con el tubo de observación en el perseguidor. Continue a dirigir el perseguidor al punto más elevado que llega el cohete en el aire. Los otros estudiantes leen el ángulo del perseguidor. Trigonomería simple puede ser usado a determinar el altitud de su cohete. Cuando sabe la distancia desde el sitio del lanzamiento (50 yards = 150 feet ), e el ángulo de elevación, puede buscar la máxima altura. La tabla abajo puede ayudar con estas calculaciones.
ángulo (0) altura (ft.) 10
26.5
ángulo del lanzamiento sitio del lanzamiento ACELERACION DE LANZAMIENTO La aceleración de lanzamiento puede ser buscado en tomando la segunda regla de Newton que dice que la aceleración (a) es igual a la fuerza aplicada(F) dividido por el número másico (m). La ecuación parece como este : a = F / m. La fuerza es midido en Newtons (N), la masa in kilogramas (kg), y la aceleración en m/s2 . Su motor de cohete produce una fuerza mediana de 5.8 N. Si su cohete tiene un número másico de 39.7 gramas, ¿cuál es su aceleración? Primera, necesita el número másico en los termos apropriados. Hay 1000 g en 1 kg, entonces 39.7 g / 1000 = 0.0397 kg. a = 5.8 N / 0.0397 kg. La aceleración es a= 146.1 m/s2. 1. Busque la aceleración si el cohete tiene un número másico de m=40 g y la fuerza del motor es F=5N. 2. Calcule la aceleración for un número másico de m=30.3 g y la fuerza del motor es F=5.5N. EL MEDIANO DE LA VELOCIDAD DURANTE EL ASENSO Para buscar el mediano de la velocidad debemos saber la altura que pasa el cohete y el tiempo que toma a llegar a este punto. Una de los estudiantes necesita tomar el tiempo del cohete desde el lanzamiento hasta la altura máxima. Velocidad (v) es igual a la distancia o altura (d) dividido por el tiempo(t): v = d / t. La altura es en feet (ft), el tiempo es en segundos (s) y la velocidad en ft/s. Por ejemplo, si su cohete llega a una altura de 400ft en 4 s, su velocidad es 400ft / 4s = 100fts / s. ¿Cuántas milas por hora es? 1 ft/s = 0.682 mph, so 100 ft/s x 0.682 = 68.2 mph. 1. Busque la velocidad mediana , en ft/s, si la altura = 500ft y el tiempo =3.5s. 2. Busque la velocidad mediana de problema número 1 in
mph.
DISTANCIA Es la distancia el cohete aterriza del sitio de lanzamiento. Si sabe cual es el largo de su paso, puede contar el número de pasos al cohete y multiplica por el largo de su paso. Por ejemplo, si su paso es igual a 3 feet, y toma 120 pasos a su cohete, su distancia es 120 pasos x 3 ft = 360 ft. 1. Si su paso es 2.5 ft, y toma 250 pasos, ¿ cuál es su distancia?
We have now done this particular project during the 4th quarter for each of the past four or five years. Every year we tend to add a new wrinkle to project so that students have to do one more step in their thinking processes. We believe that it is a worthy lesson in that it allows the student to conduct their own scientific method. Also, this allows our students to see a viable connection between the scientific method and the use of science reasoning as well as mathematical processes.
Credits & References Resources Needed: 1. Alpha II or Alpha III Estes
Rocket ($5.00 ea.)
Web Site Usage:
We would like to thank the following individuals that have used this project in the past few years to help students better understand the scientific method and how it applies to everyday events. In this case the study of how Newton's Laws of Motion is related to model rocketry. Doug Field Kip Hafey
Aaron Kessler Tim Paschke
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