Αυτό το επιστημονικό έργο θα διδάξει στους μαθητές πώς οι δυνάμεις έλκονται ή σπρώχνονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν σεισμό. Κάθε μαθητής στο δημοτικό σχολείο, από το νηπιαγωγείο έως την έκτη τάξη, θα απολαύσει το πώς συμβαίνουν οι σεισμοί με αυτό το έργο.
Διερεύνηση των Δυνάμεων σε Σεισμούς
Οι σεισμοί είναι καταστροφικά φυσικά γεγονότα και καταστρέφουν περιουσίες με ισχυρά σεισμικά κύματα. Για να αποτρέψουν την κατάρρευση κτιρίων, πολλοί μηχανικοί κατασκευάζουν ένα δομικό πλαίσιο για να αντέχουν τα έντονα σεισμικά κύματα.
Υλικά
Για να δημιουργήσετε τα «κτίριά» σας, ξεκινήστε συγκεντρώνοντας τα ακόλουθα υλικά:
- Δύο πλάκες φελιζόλ διαμέτρου 16 cm
- Μινιατούρα marshmallows
- 6 ή περισσότερα ξυλάκια χειροτεχνίας 2 εκ.
- 6 ή περισσότερα ξυλάκια χειροτεχνίας 1 εκ.
- Χάρακα
- Μολύβι
- Τέσσερα βιβλία (περίπου στο ίδιο πλάτος)
Οδηγίες για ανθεκτικό πλαίσιο
Ξεκινήστε χτίζοντας ένα στιβαρό πλαίσιο για το κτίριό σας.
- Αφήστε στην άκρη μερικές μινιατούρες marshmallow.
- Γυρίστε τις πλάκες από φελιζόλ.
- Κάντε τέσσερις τρύπες πάνω από κάθε πιάτο με ένα μολύβι.
- Ξεκινήστε να χτίζετε χρησιμοποιώντας ένα ή δύο marshmallows για το κάτω μέρος ενός ραβδιού χειροτεχνίας 2 εκατοστών.
- Τοποθετήστε το πάνω από την τρύπα που κάνατε από την πλάκα από φελιζόλ.
- Αφήστε το marshmallow να δέσει απαλά στο πιάτο και συνεχίστε με τα άλλα τρία ξυλάκια χειροτεχνίας 2 εκατοστών.
- Βεβαιωθείτε ότι έχετε αφήσει κάθε ραβδί χειροτεχνίας να σταθεροποιηθεί καθώς αυτό είναι το θεμέλιο του σκελετού για το κτίριο.
- Επαναλάβετε με επιπλέον μπαστούνια χειροτεχνίας.
- Χρησιμοποιήστε όσα ξυλάκια χειροτεχνίας θέλετε και συνεχίστε να χτίζετε.
Οδηγίες για ασταθές πλαίσιο
Χρησιμοποιήστε μινιατούρες marshmallows για να δημιουργήσετε ένα παρόμοιο πλαίσιο με το σταθερό πλαίσιο παραπάνω.
- Γυρίστε την πλάκα από φελιζόλ με την όψη προς τα κάτω.
- Ξεκινήστε την κατασκευή χρησιμοποιώντας ένα ή δύο μινιατούρες marshmallows για το ραβδί χειροτεχνίας 1 cm.
- Τοποθετήστε το απαλά πάνω από την πλάκα από φελιζόλ όπως στην προηγούμενη ενότητα.
- Συνεχίστε να χτίζετε με όσα ξυλάκια και marshmallows θέλετε.
Προομοίωση δυνάμεων σε σεισμούς
Ο κόσμος συνδυάζεται σε μια δυναμική μυριάδα κομματιών σαν ένα παζλ. Μέρη του παζλ ονομάζονται ηπειρωτικές πλάκες που συνυφαίνονται σε όλο τον κόσμο. Όταν ακραίες δυνάμεις συγκρούονται, γλιστρούν ή διατμούνται μεταξύ τους, αρχίζουν να εμφανίζονται σεισμοί.
Μόλις ολοκληρώσετε το στιβαρό και στιβαρό πλαίσιο, ήρθε η ώρα να προσομοιώσετε τις δυνάμεις του σεισμού. Αυτή η προσομοίωση θα εξετάσει τρεις τύπους δυνάμεων στους σεισμούς: δυνάμεις συμπίεσης, τάσης και διάτμησης.
- Συλλέξτε τέσσερα βιβλία με παρόμοια πλάτη και τοποθετήστε τα σε μια στιβαρή επιφάνεια.
- Αντιμετωπίστε δύο βιβλία δίπλα-δίπλα και βάλτε ένα άλλο σετ βιβλίων από πάνω.
- Τοποθετήστε μία από τις κτιριακές κατασκευές ανάμεσα στα βιβλία (ξεκινήστε με το κτίριο με μπαστούνια 2 εκατοστών).
- Μετακινήστε τα βιβλία δίπλα-δίπλα χρησιμοποιώντας δυνάμεις διάτμησης.
- Στη συνέχεια, συγκρούστε τα βιβλία προσομοιώνοντας απαλά δυνάμεις συμπίεσης.
- Τέλος, τραβήξτε τα βιβλία για να δείτε τι συμβαίνει στη δημιουργία του κτιρίου καθώς εμφανίζει δυνάμεις έντασης.
- Επαναλάβετε για το κτίριο με ραβδιά χειροτεχνίας 1 cm.
- Για κάθε τύπο δύναμης, καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας. Πώς επηρεάζει κάθε τύπος δύναμης διαφορετικά κάθε κτίριο;
Τι έγινε;
Μπορούσατε να παρατηρήσετε ποιος τύπος σκελετού κτιρίου ήταν ικανός να αντέξει διαφορετικές δυνάμεις; Κατά την προσομοίωση των επιπτώσεων της συμπίεσης, της διάτμησης και της τάσης, ίσως έχετε παρατηρήσει ότι το δομικό πλαίσιο πάχους 1 cm δεν κρατούσε καλά στη θέση του για οποιαδήποτε προσομοίωση. Μπορεί επίσης να έχετε παρατηρήσει ότι η δομή έτεινε να πέφτει με διαφορετικό τρόπο ανάλογα με τον τύπο της δύναμης που ασκούνταν. Με τη συμπίεση, η δομή έτεινε να πέσει στη μία πλευρά. Με ένταση, το κτίριο πιθανότατα έπεσε στη μέση ή διαλύθηκε. Με διατμητική τάση, η κατασκευή πιθανότατα συστράφηκε ή διαλύθηκε πριν πέσει.
Challenge
Τώρα που έμαθες πώς οι δυνάμεις ενός σεισμού επηρεάζουν διάφορα κτίρια, πήγαινε το εργαστήριο ένα βήμα παραπέρα.
- Μπορείτε να σχεδιάσετε μια δομή που να αντέχει όλες αυτές τις προσομοιωμένες δυνάμεις; Κατασκευάστε τρεις ακόμη κατασκευές χρησιμοποιώντας τα ίδια υλικά και δοκιμάστε τις.
- Ερευνήστε πραγματικούς σεισμούς και δείτε πώς οι αρχιτέκτονες σχεδιάζουν κτίρια για να επιβιώσουν από τα σεισμικά κύματα που παράγει ένας σεισμός.
- Μπορείτε να σχεδιάσετε μια προσομοίωση που να είναι μεγαλύτερη ή να αντιπροσωπεύει με μεγαλύτερη ακρίβεια τη δύναμη σε κλίμακα;
Πλαίσιο κτιρίου αρκετά ασφαλές για σεισμούς
Φυσικά, ανάλογα με την ποσότητα δύναμης που ασκούσατε, ενδέχεται να δείτε διακυμάνσεις στα αποτελέσματά σας. Ωστόσο, ένα ασταθές πλαίσιο δεν προσφέρει ασφάλεια κατά τη διάρκεια ενός σεισμού. Στην πραγματικότητα, οι μηχανικοί σχεδιάζουν σεισμικά ασφαλή κτίρια, κατοικίες και αυτοκινητόδρομους για να αντέχουν στα έντονα, επιφανειακά σεισμικά κύματα. Θυμηθείτε επίσης, όσο καταστροφικοί και να είναι οι σεισμοί, είναι επίσης μέρος αυτού που συνιστά διάφορες μορφές εδάφους σε όλο τον κόσμο.
