Jak vypadá sluneční soustava?
Jaká je teplota na povrchu Slunce? Je život i na jiných planetách než na Zemi? A jak to celé vlastně funguje? To všechno zjistíš, když se o vesmíru a sluneční soustavě nejdřív něco naučíš. V této lekci si navrhneš, vymodeluješ a nakonec i vytiskneš vlastní pohyblivý model sluneční soustavy, a zároveň se při tom dozvíš všechno, co tě o ní zajímá.

Ondrej Smatana

I. Úvod

O čem to je?

Pustíme se do zkoumání vesmíru a poskládáme si vlastní pohyblivý model sluneční soustavy. Vyzkoušíme si jednoduché 3D modelování a 3D tisk, a při tom se o ní dozvíme spoustu informací. Zjistíme například jak velké je Slunce v porovnání se Zemí nebo jak dlouhý je den na Venuši. Tvorbou modelu si zlepšíme prostorové vnímání a také si vyzkoušíme prezentaci vlastních projektů.

Postup lekce

  1. Úvod – uvedení do tématu, vysvětlení tvaru planet, zjednodušení do tvaru koule. Vysvětlení oběhu po elipsách, různé natočení jejich os, počet dní oběhu.
  2. Počítání poměrů velikostí planet a jejich vzdálenost od Slunce.
  3. 3D modelování planet a stojanu.
  4. Nastavení 3D tisku a samotný tisk.
  5. Vyhodnocení projektu, prezentace modelů.

 

 

Procvičovaná látka

V této lekci si studenti prakticky vyzkouší tuto látku:

  • Planety sluneční soustavy
  • Trojčlenka
  • Práce s poměry
  • 3D modelování v TinkerCadu
  • 3D tisk
  • Týmová práce
  • Prezentování vlastního projektu

Materiál

  • Filament PLA různých barev
  • Modelářské tyčky

Stroje

  • 3D tiskárna (v lekci je postup vysvětlený na Prusa MK3S)

Pomůcky

  • Malá pilka
  • Sekundové lepidlo (podle potřeby)

Software

  • Tinkercad
  • Slicer (v této lekci je použitý PrusaSlicer)

Galerie

II. Zadání

Vysvětlete studentům sluneční soustavu – to, že planety nemají tvar koule, i když jsou jí velice podobné (přesto pro jednoduchost budeme modelovat koule). Jejich různé velikosti a porovnání s velikostí Slunce. To, že jsou různě nakloněné, mají různou délku oběhu kolem Slunce, různou délku rotace kolem vlastních os. To, že neobíhají po kružnicích, ale po elipsách. Jednoduše vše, co by o planetách a sluneční soustavě měli vědět, a proč by to měli vědět.

Nechte studenty vypočítat velikost jednotlivých planet podle poměrů jejich reálných velikostí (můžete zadat už předtím jako domácí úkol). Také je nechte spočítat vzdálenost od Slunce podle poměrů.

TIP!

Počítání velikostí je vhodné k procvičení trojčlenky, případně se dá využít tabulkový editor (např. MS Excel) nebo jednoduché programování (skvělé k propojení s hodinami informatiky).

Planeta  Poměr velikosti k Zemi  Poměr vzdálenosti od Slunce 
Merkur  0,382  0,38 
Venuše  0,949  0,72 
Země  1  1 
Mars  0,53  1,52 
Jupiter  11,2  5,2 
Saturn  9,41  9,54 
Uran  3,98  19,22 
Neptun  3,81  30,06 
Slunce  109  0 

 

Určím, že Země bude mít průměr například 20mm a její vzdálenost od Slunce bude 50mm. V tabulce jsou vidět dopočítané velikosti a vzdálenosti pro ostatní planety.

Nechte studenty určit jejich vlastní průměr Země a dopočítat zbytek, aby pochopili, jak moc se liší velikost jednotlivých planet a jejich vzdálenost od Slunce.

 

Planeta  Poměr velikosti k Zemi (mm)  Poměr vzdálenosti od Slunce (mm) 
Merkur  7,64  19 
Venuše  18,98  36 
Země  20  50 
Mars  10,6  76 
Jupiter  224  260 
Saturn  188,2  477 
Uran  79,6  961 
Neptun  76,2  1503 
Slunce  2180  0 

 

Měli by přijít na problém, který spočívá v tom, že při modelování a 3D tisku by byly tyto modely hodně velké a vzdálenost od Slunce by byla obrovská. Sestavit takový model by tedy bylo poměrně náročné. Vymodelované by to vypadalo takto (mřížka má 300 x 300 mm).

A to jsme ještě nezahrnuli Slunce. Proto si v dalším kroku při modelování tyto poměry pozměníme, aby se dal model bez problémů sestavit.

III. 3D modelování

Aby modelování nebylo jen o tom vložit koule na pracovní plochu a měnit jim velikost, přidáváme výzvu ve formě 3D tisku bez podpor. Studenti tedy budou modelovat z polokoulí a musí si vymyslet způsob, jak je spojí (lepidlo, tištěný 3D závit…)

Začneme rozpočítáním velikostí pro reálný model, který nebude zabírat celou místnost.

 

Planeta  Velikost (mm)  Vzdálenost od Slunce (mm) 
Merkur  15   40
Venuše  19   50
Země  20   60
Mars  17  70 
Jupiter  50  80 
Saturn  40  90 
Uran  30  100 
Neptun  28  110 
Slunce  60 

S těmito rozměry se bude pracovat lépe.

Začneme modelem Země. Modelovat budeme v aplikaci TinkerCad.

Budeme používat model polokoule. Nastavíme její velikost kliknutím na rohový čtvereček a upravením hodnoty na 20 mm, jak lze vidět níže na obrázku.

 

Takto vymodelujeme všechny planety a Slunce. Výška polokoule se nastavuje kliknutím na střední čtvereček (viz obrázek). 

Planety a Slunce máme hotové. Teď je třeba vytvořit stojan. Nechte studenty vymyslet si vlastní návrh, ať trošku potrápí kreativitu. Zadání může znít takto: Z vymodelovaných planet vytvořte pohyblivý model sluneční soustavy.

Výsledek může vypadat například jako na obrázku níž. Já si dovolím inspirovat se jím. Můžete jim jej ukázat nebo je nasměrovat, jak by to mohlo vypadat, aby nebyli úplně bezradní.

Jedna z variant zpracovaného pohyblivého modelu. Převzato z MyMiniFactory

Dalším krokem je tedy úprava planet v TinkerCadu. Do jednotlivých planet si vytvořím díry ve tvaru válce hluboké podle jejich velikosti.

  1. Vložím si válec bez výplně (díru).
  2. Upravím jeho rozměry podle modelářských tyček, které chci použít.
  3. Nastavím mu výšku, aby byla o něco menší než výška polokoule planety.
  4. Označím si válec a polokouli a použitím nástroje Zarovnání si je zarovnám nahoru a na střed.
  5. Použitím funkce Seskupit z nich vytvořím jeden objekt – polokouli s dírou na tyčku.

Ukázka ve videu níže.

Takto si vytvořím díry do všech planet. Výsledkem budou planety připravené k tisku a následnému spojení.

TIP!

Pokud bychom chtěli místo lepení zvolit spojení pomocí závitu, je to také možné. Závit si najdeme v pokročilých tvarech – Shape Generator – Featured – Metrický závit.

Nastavíme mu velikost a pomocí stejných funkcí jako při výrobě děr do planet jej přidáme na polokouli. Následně si jej zkopírujeme, funkcí Díra vytvoříme protizávit (je nutné jej otočit o 180 stupňů, aby nám závit seděl) a vložíme jej do druhé polokoule. Spojíme pomocí funkce Seskupit. Výsledek by mohl vypadat přibližně jako na obrázku. Při této variantě ovšem nebude možné tisknout bez použití podpor.

Poté si podle vzdáleností od Slunce vymodelujeme stojan použitím válců, kvádrů a děr. Namísto 3D tisknutých tyček použijeme dřevěné modelářské tyčky s průměrem 6mm. 

  1. Vytvoříme kvádr s požadovanými rozměry.
  2. Vytvoříme válec s požadovanými rozměry.
  3. Zkopírujeme válec pomocí ctrl+c a ctrl+v.
  4. Upravíme rozměry druhého válce.
  5. Pomocí pohledu shora si válce umístíme na konec kvádru tak, aby nám to vyhovovalo.
  6. Použitím nástroje Zarovnání si všechny tři objekty zarovnáme na střed.
  7. Použijeme nástroj Seskupit, abychom z nich vytvořili jeden objekt.

Ukázka ve videu.

Teď stačí přidat díry tak jako do planet. Na straně s větším válcem díru skrz a na druhé straně jen do části.

Doplníme zbylé části stojanu podle rozměrů, které jsme si zadali, a domodelujeme podstavu jako válec s dírou skrz.

IV. 3D tisk

Modely máme hotové, je čas je vyexportovat a použitím Sliceru převést na kód vhodný pro 3D tisk.

Vytvořené soubory exportujeme tlačítkem Export a uložíme jako “.stl”.

Otevřeme si PrusaSlicer a nahrajeme soubor s planetami.

 

Dále nastavíme parametry tisku. Protože model nebude nijak mechanicky ani teplotně namáhaný, bude nám stačit materiál PLA. Kvalita bude stačit standardní. Pro tisk doporučujeme následující nastavení:

  • Výška vrstvy: 0,20 mm – standardní výška vrstvy.
  • Podpory: žádné – vyplývá ze zadání.
  • Výplň: 20% – stačí minimální výplň, neboť jde spíš o pohledový model, který nebude nijak funkčně namáhaný.
  • Perimetry: 2
  • Počet plných vrchních a spodních vrstev: 3
  • Dejte pozor, abyste si omylem nezměnili rozměry modelu. Nastavení přizpůsobte tiskárně, kterou používáte, a svému modelu.

 

Po kliknutí na “Slice now” se nám vytvoří “.gcode”, který vyexportujeme na SD kartu a vložíme do tiskárny.

TIP!

Pokud chceme změnit barvu podle procentuálního složení prvků, lze to udělat v Sliceru. Stačí nám po vyslicovaní přidat další barvu, která začne v určité vrstvě, pomocí tlačítka + na bočním panelu. To způsobí pozastavení tisku a možnost vyměnit filament.

Takto vypadá výsledek:

Stejný proces zopakujeme pro stojan a vytiskneme.

Po dotisknutí obou částí je složíme dohromady a vytvoříme pohyblivý model sluneční soustavy. Pro reálnější vzhled může mít každá planeta jinou barvu, což ale poměrně prodlouží tiskový čas. Případně se dá využít třeba hodina výtvarné výchovy a planety nabarvit ručně.

IV. Shrnutí a vyhodnocení

 Na závěr můžeme nechat studenty svoje výtvory odprezentovat – prezentace by měla zahrnovat, co se naučili, jak postupovali, co můžou zlepšit a vědomosti o sluneční soustavě, které nabyli. Také je to dobrá praxe jak získat prezentační dovednosti.

A co by se při vytváření tohoto modelu měli naučit? V prvé řadě pracovat a komunikovat v týmu. Vyzkoušet si prezentování nečeho vlastního a naučit se obhájit si svůj výtvor. A samozřejmě učivo o sluneční soustavě – vše, co je pro ně důležité, a zároveň proč je dobré to znát.

 

 

0 KOMENTÁŘŮ

0 komentáøù

Přidat komentář

Pin It on Pinterest