אתגר הציפה - פרויקט STEAM (יסודי)

קהל יעד: כיתות ב'-ג' | זמן מומלץ: 4 שעות (2 מפגשים כפולים) | תחום תוכן: מדעי החומר - כימיה (חומרים, תכונותיהם ושימושים בהם) וטכנולוגיה.

---

תקציר:

באתגר הציפה התלמידים יחקרו את עקרון הציפה והקשר שבין תכונות החומר לבין תפקוד המוצר. במשימה הנדסית, הם יתכננו ויבנו "כלי ציפה" מחומרים יומיומיים שיצטרך לשאת משקל מרבי מבלי לשקוע, תוך יישום שלבי תהליך התיכון הטכנולוגי.

1.עוגן קוריקולרי

מבוסס תוכנית הלימודים

• מדעי החומר (כימיה): זיהוי חומרים לפי תכונותיהם (קשיחות, חוזק, מסיסות במים, אטימות) והבנת הקשר בין תכונות החומר לשימוש בו.

• טכנולוגיה (תהליך התיכון): הגדרת צורך ובעיה, הצבת דרישות מהמוצר (כושר נשיאה, ציפה), העלאת פתרונות, בניית דגם/אב-טיפוס והערכתו.

• רעיונות חוצי תחומים: "מבנה ותפקוד" – כיצד צורת הכלי ותכונות החומר ממנו הוא עשוי קובעים את יכולתו לצוף ולשאת משקל.

2.האתגר

סיפור מסגרת: משלחת של חוקרים קטנים (בובות לגו/פליימוביל) נתקעה על אי בודד בלב ים. יש להם אוצר יקר ערך (מטבעות מתכת/אבנים יקרות) שהם חייבים להעביר לחוף. המים סוערים, והחומרים היחידים שנפלטו מהאונייה הטרופה הם "פסולת" יומיומית.

המשימה: עליכם לבנות "כלי ציפה" מחומרים ממוחזרים שיוכל לשאת לפחות 10 "מטילי זהב" (משקולות קטנות) למשך דקה שלמה מבלי לשקוע.

אילוצים:

1. מגבלת שטח: כלי הציפה לא יכול לעבור גודל 15 ס״מ (כדי למנוע שימוש במשטחים ענקיים ללא תכנון).

2. מגבלת חומרים: אין להשתמש בחומרים המיועדים לציפה מראש (כמו קלקר מוכן או מצופים).

3. מגבלת אטימות: הכלי חייב להיות בנוי כך שהמטען יישאר יבש לחלוטין (נדרשת חשיבה על דפנות ואטימה).

אתגר הציפה - פרויקט STEAM (1).pdf

הורידו את PDF • 93KB

3.פירוק ה-STEAM

מדעים (S)

חקירת הקשר בין נפח לציפה (חוק ארכימדס ברמה חווייתית) והבנת תכונת האטימות – חומרים שאינם נותנים למים לעבור דרכם.

טכנולוגיה (T)

שימוש בכלי עבודה פשוטים (מספריים, דבק חם בפיקוח, נייר דבק) ובחירת חומרים לפי תכונותיהם הפיזיקליות (פלסטיק אטום מול קרטון סופג).

הנדסה (E)

תכנון מרכז כובד (איפה מניחים את המשקולות?) ובניית דפנות יציבות שימנעו חדירת מים מהצדדים.

אומנות (A)

עיצוב "גוף הספינה" בצורה הידרודינמית והוספת ממשק משתמש - מקום מוגדר ובטוח להנחת המטען כך שלא יחליק.

מתמטיקה (M)

מדידת משקל המטען (בגרמים או ביחידות משקל שרירותיות), מדידת זמן הציפה (שעון עצר) וחישוב היחס בין כמות החומר לבין המשקל שהכלי נשא.

---

 4.אבולוציה של הפרויקט

• בסיסי: בניית רפסודה שטוחה (ציפה פשוטה).

• מתקדם: הוספת דפנות גבוהות וניסיון להעמיס מטען עד לנקודת השקיעה.

• מייקרי-הנדסי: בניית "סירת קטמרן" (שני גופי ציפה מחוברים) לבדיקת יציבות.

• טוויסט משנה-כללים: "סערה באמבטיה" - המורה מייצר גלים במים, והכלי חייב לשרוד מבלי להתהפך.

---

5.שאלות הערכה

• איזו תכונה של החומר שבחרתם לבסיס כלי הציפה היה הכי חשוב כדי למנוע שקיעה?

• כאשר הוספתם עוד משקולות, מה קרה לגובה של הכלי בתוך המים? הסבירו מדוע.

• האם צורת כלי הציפה (רחב מול צר) השפיעה על כמות המשקל שהיא יכלה לשאת?

• בתהליך התיכון, איזה אילוץ היה הכי קשה לביצוע, ואיך התגברתם עליו בבנייה?

• תארו שינוי אחד שעשיתם בשרטוט המקורי שלכם לאחר שראיתם את כלי הציפה במים.