LIVE INTERACTIVE LEARNING @ YOUR DESKTOP

May 7, 2012

NES: Engineering Design:Forces and Motion—

Balloon Aerodynamics Challenge

Presented by: Kristy Hill

Engineering Design:Forces & Motion‐

Balloon Aerodynamics Challenge

Engineering Design:Forces & Motion‐

Balloon Aerodynamics Challenge

Balloon Aerodynamics Challenge

Balloon Aerodynamics Challenge

• Have you had a chance to look at this lesson? 

✔ Yes✖ No

SyllabusSyllabus• Lesson overview• NASA connection• Lesson in detail• Extensions

National StandardsNational Standards

• Grade Level: 6‐10• Changes of properties in matter• Motion & forces• Technological design

ObjectivesObjectives• Work through the engineering design process

• Observe the concepts of lift, drag, weight & thrust with a helium balloon

• Demonstrate the concepts of buoyancy & density

• 2 ‐ 4 hours–Read the guide–Gather materials–Test your own design–Set up the classroom

PreparationsPreparations

Do your students know?Do your students know?

Density

During which lessons are you covering density in 

the classroom? 

During which lessons are you covering density in 

the classroom? 

Type your answers in the chat box. 

Let’s pause forquestions 

from the audience.

Let’s pause forquestions 

from the audience.

NASA ConnectionBalloon Aerodynamics

NASA ConnectionBalloon Aerodynamics

When might NASA use the concepts of density & neutral buoyancy? 

When might NASA use the concepts of density & neutral buoyancy? 

Enter any ideas into the chat box. 

NASA ConnectionNASA Connection

Neutral BuoyancyNeutral BuoyancyPick the correct answer. a. A condition in which an object’s 

mass is equal to the mass it displaces in a given medium 

b. An object that neither floats or sinksc. Both a & bd. Neither a or b

Neutral BuoyancyNeutral BuoyancyPick the correct answer. a. A condition in which an object’s 

mass is equal to the mass it displaces in a given medium 

b. An object that neither floats or sinksc. Both a & bd. Neither a or b

NASA ConnectionNASA Connection

DragDragWhich statement is correct? a. Drag does not influence the space 

station. b. Each day the space station loses 

90 meters of altitude. c. Orbital decay is constant over 

time. 

DragDragWhich statement is correct? a. Drag does not influence the space 

station. b. Each day the space station loses 

90 meters of altitude. c. Orbital decay is not constant over 

time. 

NASA BalloonsNASA Balloons• Inflated, it can stand up to 900’ tall• Flies up  to 25 miles in altitude• Helium‐filled• Carries instruments to study things such as cosmic rays without the distortion of the atmosphere

• Scientists track data from the payload 

Let’s pause forquestions 

from the audience.

Let’s pause forquestions 

from the audience.

Lesson in DetailBalloon AerodynamicsLesson in DetailBalloon Aerodynamics

Basic Aerodynamic ForcesBasic Aerodynamic Forces

Basic Aerodynamic ForcesBasic Aerodynamic Forces

The LessonThe LessonThe Design Packet can be used to provide additional support to students. 

DESIGN PROCESSDESIGN PROCESS

Sample PagesSample Pages

Team RolesTeam Roles• Give each team member a role. 

–Project Engineer–Developmental Engineer–Facilities Engineer–Test Engineer Engineer

The ChallengeThe Challenge

• Design a system to establish helium balloons floating at different altitudes in the classroom (or field if outdoors).

Identify the ProblemIdentify the Problem

MaterialsMaterialsPer group of 4• 1 Mylar helium‐filled balloon• 1 watch, clock, or stopwatch• Paperclips, uncooked rice, seeds, beads, or other small objects

• 1 paper cup• 3 yards of ribbon or string• Thermometer or other sensors (optional)• NOTE: Students may only use these materials for the design.

Criteria & ConstraintsCriteria & Constraints• Create a list of questions related to the problem.

• Criteria – a rule or principle for testing something

• Constraints – limitations

RulesRules• Have students, as a class, establish rules for the experiment. –How long should it stay in place? –How high should it float? 

Brainstorm Possible Solutions

Brainstorm Possible Solutions

• In the groups, brainstorm and come up with several ideas. 

Select a DesignSelect a Design• Select one design. Pick the one you think will work best.

Build a ModelBuild a Model

• Build the model.• Test the model and evaluate.

• Make changes to make the design work better.

Test the ModelTest the Model

Refine the DesignRefine the Design

Share the SolutionShare the Solution• Share your design with the class.• What made your design work? • Did you change anything to make it work better?

Video SegmentsVideo Segments

Real World: Keeping the International Space Station in Orbit

Launchpad: Fluid Dynamics ‐What a 

Drag!

EvaluateEvaluate• Rubric given in Design Packet guide

–Brainstorm –Generate ideas –Build the model –Test the model & evaluate–Refine the design–Share the design

Let’s pause forquestions 

from the audience.

Let’s pause forquestions 

from the audience.

Extensions and Resources

Balloon Aerodynamics

Extensions and Resources

Balloon Aerodynamics

ExtensionsExtensions• Attach a data sensor to the balloon and make adjustments to make the system float. 

Culminating ActivityCulminating Activity• Create a “storyboard” poster that documents the evolution of the designs from initial to intermediate to final stage. 

Any other extension ideas?

Any other extension ideas?

• Type responses into the chat box. 

Let’s pause forquestions 

from the audience.

Let’s pause forquestions 

from the audience.

NASA Explorer SchoolsNASA Explorer Schools• Are you part of the NASA Explorer Schools program? 

✔ Yes✖ No

NASA Explorer Schools WebsiteNASA Explorer Schools Website

Sign in or sign up

Video Tutorials

explorerschools.nasa.gov

Video Tutorials

Lesson Library

Finding the GuideFinding the Guide

Search

Finding the GuideFinding the Guide

Browse all lessons

Balloon Aerodynamics Challenge

Balloon Aerodynamics Challenge

NASA Guide

Live Seminars

Video Collection

Video CollectionsVideo Collections

CollaborationMaking Teaching EasyCollaborationMaking Teaching Easy

Search for:NASA Explorer Schoolson facebook.

Follow us on Twitter:@NASAExplorerSch

CollaborationCollaboration

Get Your CreditGet Your Credit

Thanks for participating today.

kristy.hill@nasa.gov

Thank you to the sponsor of tonight's Web Seminar:

This web seminar contains information about programs, products, and services offered by third parties, as well as links to third-party websites. The presence of a listing or such information does not constitute an endorsement by NSTA of a

particular company or organization, or its programs, products, or services.

http://learningcenter.nsta.org

National Science Teachers AssociationDr. Gerry Wheeler, Interim Executive DirectorZipporah Miller, Associate Executive Director

Conferences and ProgramsAl Byers, Assistant Executive Director e-Learning

LIVE INTERACTIVE LEARNING @ YOUR DESKTOP

NSTA Web SeminarsPaul Tingler, Director

Jeff Layman, Technical CoordinatorBrynn Slate, Program Coordinator