Ten projekt naukowy nauczy uczniów, jak siły przyciągają się lub napierają na siebie, tworząc trzęsienie ziemi. Dzięki temu projektowi każdy uczeń szkoły podstawowej, od przedszkola do szóstej klasy, z przyjemnością dowie się, jak powstają trzęsienia ziemi.
Badanie sił występujących podczas trzęsień ziemi
Trzęsienia ziemi to niszczycielskie zdarzenia naturalne, które niszczą własność za pomocą silnych fal sejsmicznych. Aby zapobiec zawaleniu się budynków, wielu inżynierów buduje ramy konstrukcyjne, aby wytrzymać intensywne fale sejsmiczne.
Materiały
Aby stworzyć swoje „budynki”, zacznij od zebrania następujących materiałów:
- Dwie płyty styropianowe o średnicy 16 cm
- Miniaturowe pianki
- 6 lub więcej 2-centymetrowych patyczków
- 6 lub więcej patyczków rzemieślniczych o średnicy 1 cm
- Władca
- Ołówek
- Cztery książki (mniej więcej tej samej szerokości)
Instrukcje dotyczące solidnej konstrukcji
Zacznij od zbudowania solidnej konstrukcji szkieletowej swojego budynku.
- Odłóż kilka miniaturowych pianek.
- Odwróć płyty styropianowe.
- Wybij ołówkiem cztery otwory na górze każdej płytki.
- Rozpocznij budowanie, używając jednej lub dwóch pianek na spód 2-centymetrowego patyczka.
- Umieść go na otworze, który zrobiłeś w płycie styropianowej.
- Poczekaj, aż pianka delikatnie ostygnie na talerzu i kontynuuj dodawanie pozostałych trzech 2-cm patyczków.
- Upewnij się, że każdy drążek jest ustawiony, ponieważ stanowi on podstawę ramy budynku.
- Powtórz z dodatkowymi patyczkami.
- Użyj dowolnej liczby patyczków i kontynuuj budowanie.
Instrukcje dotyczące niestabilnego środowiska
Użyj miniaturowych pianek, aby zbudować podobną konstrukcję jak stabilna konstrukcja powyżej.
- Odwróć płytę styropianową stroną do dołu.
- Rozpocznij budowanie, używając jednej lub dwóch miniaturowych pianek piankowych jako 1-centymetrowego patyczka.
- Połóż go delikatnie na płycie styropianowej, jak w poprzedniej sekcji.
- Kontynuuj budowanie z dowolną liczbą patyków i pianek.
Symulacja sił podczas trzęsień ziemi
Świat składa się z dynamicznej niezliczonej liczby elementów, niczym układanka. Części układanki nazywane są płytami kontynentalnymi, które przeplatają się na całym świecie. Kiedy ekstremalne siły zderzają się, ślizgają lub ścinają, zaczynają pojawiać się trzęsienia ziemi.
Po ukończeniu solidnej i niestabilnej konstrukcji nadszedł czas na symulację sił trzęsienia ziemi. Ta symulacja uwzględni trzy rodzaje sił występujących podczas trzęsień ziemi: siły ściskające, rozciągające i ścinające.
- Zbierz cztery książki o podobnej szerokości i umieść je na stabilnej powierzchni.
- Skieruj dwie książki obok siebie i połóż na nich kolejny zestaw.
- Umieść jedną z konstrukcji budowlanych pomiędzy książkami (zacznij od budynku z 2-cm patyczkami).
- Przesuń książki obok siebie, używając sił ścinających.
- Następnie zderz książki, delikatnie symulując siły ściskające.
- Na koniec rozłóż książki, aby zobaczyć, co stanie się z konstrukcją budynku pokazującą siły napięcia.
- Powtórz dla budynku z patyczkami o średnicy 1 cm.
- Dla każdego rodzaju siły zapisz swoje obserwacje. W jaki sposób każdy rodzaj siły wpływa inaczej na każdy budynek?
Co się stało?
Czy byłeś w stanie zaobserwować, jaki typ szkieletu budynku był w stanie wytrzymać różne siły? Symulując skutki ściskania, ścinania i rozciągania, można było zauważyć, że szkielet budynku o grubości 1 cm nie utrzymywał się dobrze w żadnej symulacji. Być może zauważyłeś również, że konstrukcja ma tendencję do opadania w różny sposób, w zależności od rodzaju wywieranej siły. Podczas ściskania konstrukcja miała tendencję do opadania na jedną stronę. Przy napięciu budynek prawdopodobnie przewrócił się na środek lub został rozerwany. Pod wpływem naprężenia ścinającego konstrukcja prawdopodobnie skręciła się lub rozerwała przed upadkiem.
Wyzwanie
Teraz, kiedy już wiesz, jak siły występujące podczas trzęsienia ziemi wpływają na różne budynki, przejdź do laboratorium o krok dalej.
- Czy potrafisz zaprojektować konstrukcję, która wytrzyma wszystkie symulowane siły? Zbuduj trzy kolejne konstrukcje, używając tych samych materiałów i przetestuj je.
- Zbadaj prawdziwe trzęsienia ziemi i zobacz, jak architekci projektują budynki tak, aby przetrwały fale sejsmiczne wytwarzane przez trzęsienie ziemi.
- Czy możesz zaprojektować większą symulację lub dokładniej odzwierciedlającą siłę skalowania?
Budynek szkieletowy wystarczająco bezpieczny na wypadek trzęsień ziemi
Oczywiście, w zależności od siły, jaką wywierałeś, możesz zauważyć różnice w wynikach. Jednak niestabilna konstrukcja nie zapewnia bezpieczeństwa podczas trzęsienia ziemi. W rzeczywistości inżynierowie projektują budynki, mieszkania i autostrady odporne na wstrząsy sejsmiczne, aby wytrzymać intensywne powierzchniowe fale sejsmiczne. Pamiętaj też, jakkolwiek niszczycielskie mogą być trzęsienia ziemi, są one również częścią różnych form terenu na całym świecie.
