Претреси се са сеизмографима!
Ова лекција се фокусира на истраживање како је развој сеизмографа помогао да се спасу животи широм света. Студенти у тимовима раде на дизајнирању сопственог сеизмографа од свакодневних материјала и тестирању његове способности за снимање симулираног земљотреса у учионици.
- Сазнајте више о технологији сеизмографа.
- Сазнајте више о инжењерском дизајну.
- Сазнајте о тимском раду и решавању проблема.
Старосни нивои: 8-18
Материјали за израду (за сваки тим)
Факултативни материјали (трговање / табела могућности)
- низ
- Жица
- Папир
- Оловка / оловка / маркер
- Спајалице
- Картон
- Плакат одбор
- Фолија
- Гумице
- Моделирање глине
Материјали за испитивање
- Сто / Сто
- Пан / плех
- Гумена лопта
- Тениска лоптица
- Мердевине или столице (са којих се испушта лопта за симулацију земљотреса)
- Низ одсечен на делове од 5 метара, 1 метар и 1.5 метра
Materijali
- Сто / Сто
- Пан / плех
- Гумена лопта
- Тениска лоптица
- Мердевине или столице (са којих се испушта лопта за симулацију земљотреса)
- Низ одсечен на делове од 5 метара, 1 метар и 1.5 метра
Proces
Тестирајте сеизмограф сваког тима постављањем дизајна на мали сточић. Симулирајте земљотрес спуштањем мале гумене куглице на сто са три различите висине (.5 метара, 1 метар и 1.5 метара). Препоручујемо да стојите на сигурним мердевинама и мерите дужинама жица тачку са које ће се лопта спустити како бисте осигурали доследан и поштен тест. (Напомена: можда бисте желели да размотрите користећи и лоптице различитих величина - на пример тениску.)
Тимови би требало да забележе следећа запажања за сваку висину пада:
Мерење земљотреса на вашој скали:
- .5 метар
- КСНУМКС метар
- КСНУМКС метар
Физичка посматрања (шта сте приметили у вези са својим дизајном током теста ... шта је успело, а шта није?)
- .5 метар
- КСНУМКС метар
- КСНУМКС метар
Дизајн изазов
Ви сте тим инжењера који су добили изазов да пројектују поуздан сеизмограф за снимање земљотреса у вашој учионици. Ваша машина мора да буде у стању да визуелно снима кретање на скали вашег дизајна. Дизајн треба да забележи интензитет симулираног земљотреса у учионици који ће настати испуштањем лопте са три висине: .5 метара, 1 метар и 1.5 метра.
kriterijumi
- Мора да буде у стању да визуелно снима покрет на скали вашег дизајна
- Потребно је забележити интензитет симулираног земљотреса у учионици који ће настати испуштањем лопте са три висине: .5 метара, 1 метар и 1.5 метра.
Ограничења
- Користите само достављене материјале
- Тимови могу трговати неограниченим материјалом
- Поделите класу на тимове од 2-4.
- Поделите радни лист „Направи свој властити сеизмограф“, као и неке листове папира за скицирање дизајна.
- Разговарајте о темама у одељку Позадински концепти.
- Прегледајте поступак инжењерског дизајна, изазов за дизајн, критеријуме, ограничења и материјале.
- Упутите студенте да почну мозгати и скицирати своје нацрте.
- Обезбедите сваки тим својим материјалима. Тимови могу трговати материјалима.
- Објасните да ученици морају да направе сопствени сеизмограф који ће им омогућити да забележе интензитет симулираног земљотреса у учионици. Најбољи дизајн забележиће најмање сметње.
- Пре него што ученици почну да граде, размислите о томе шта је сеизмограф. Такође размислите о расправи о Рихтеровој скали. (Погледајте одељак Позадински концепти плана лекције.)
- Најавите колико им је времена потребно за дизајн и израду (препоручује се 1 сат).
- Користите тајмер или он-лине штоперицу (функција одбројавања) како бисте били сигурни да држите време. (ввв.онлине-стопватцх.цом/фулл-сцреен-стопватцх). Дајте ученицима редовне „временске провере“ како би остали на задатку. Ако се муче, поставите питања која ће их брже довести до решења.
- Студенти се састају и развијају план за свој сеизмограф. Договарају се о материјалима који ће им требати, напишу / нацртају свој план и презентују свој план предавању. Тимови могу да тргују неограничено са другим тимовима како би развили своју листу идеалних делова.
- Тимови граде своје дизајне.
- Тестирајте сеизмограф сваког тима постављањем дизајна на мали сточић. Симулирајте земљотрес спуштањем мале гумене куглице на сто са три различите висине (.5 метара, 1 метар и 1.5 метара). Препоручујемо да стојите на сигурним мердевинама и мерите дужинама жица тачку са које ће се лопта спустити како бисте осигурали доследан и поштен тест. (Напомена: можда ћете желети да размислите и о употреби лопти различитих величина - на пример, тениске лопте.)
- Тимови би требало да забележе следећа запажања за сваку висину пада:Мерење земљотреса на вашој скали:
- .5 метар
- 1 метар
- 1.5 метар
Физичка посматрања (шта сте приметили у вези са својим дизајном током теста ... шта је успело, а шта није?)
- .5 метар
- 1 метар
- 1.5 метар - Као час, разговарајте о питањима за размишљање ученика.
- За више садржаја о теми, погледајте одељак „Дубље копање“.
Рефлексија ученика (инжењерска свеска)
- Да ли сте успели да креирате сеизмограф који би могао на скали снимити симулацију земљотреса за сва три земљотреса?
- Да ли сте требали да затражите додатни материјал током израде вашег сеизмографа?
- Да ли мислите да инжењери морају да прилагоде своје првобитне планове током процеса производње производа? Зашто би могли?
- Ако бисте прилагодили свој сеизмограф у учионици оном који би заправо забележио прави земљотрес, које бисте модификације морали да направите?
- Ако бисте морали да поновите све изнова, како би се променио ваш планирани дизајн? Зашто?
- Које дизајне или методе сте видели да су други тимови покушали за које сте мислили да добро функционишу?
- Да ли мислите да бисте лакше могли да завршите овај пројекат да радите сами? Објасните…
Модификација времена
Лекција се може изводити за само 1 час за старије ученике. Међутим, да бисте ученицима помогли да се осећају пожуривано и да би им осигурали успех (посебно за млађе ученике), поделите наставу на два периода дајући ученицима више времена за мозгање, тестирање идеја и дораду њиховог дизајна. Спроведите тестирање и извештавање у наредном периоду наставе.
Шта је сеизмограф?
Сеизмографи су инструменти који мере и бележе кретања тла, укључујући и сеизмичке таласе генерисане земљотресима, нуклеарним експлозијама и другим сеизмичким изворима. Записи о сеизмичким таласима омогућавају сеизмолозима да мапирају унутрашњост Земље и пронађу и измеру снагу ових различитих извора. Реч потиче од грчког σεισμος, сеисмос, тресење или земљотрес, од глагола σειω, сеио, трести се; и μετρον, метрон, мера.
Сеизмограф или сеизмометар је инструмент који се користи за откривање и снимање земљотреса. Генерално се састоји од масе причвршћене за фиксну подлогу. Током земљотреса база се помера, а маса не. Кретање базе у односу на масу обично се трансформише у електрични напон. Електрични напон се бележи на папиру, магнетној траци или другом медију за снимање. Овај запис је пропорционалан кретању масе сеизмометра у односу на земљу, али се може математички претворити у запис апсолутног кретања тла. Сеизмограф се обично односи на сеизмометар и његов уређај за снимање као једну јединицу.
Сеизмоскоп Цханг Хенга
Године 132. не, Цханг Хенг из кинеске династије Хан измислио је први сеизмоскоп, који се звао Хоуфенг Дидонг Ии. Била је то велика бронзана посуда, пречника око 2 метра; на осам тачака око врха биле су змајеве главе које су држале бронзане куглице. Када би био земљотрес, једно од уста би се отворило и спустило своју куглу у бронзану крастачу у подножју, издајући звук и показујући смер земљотреса. Најмање једном приликом, вероватно у време великог земљотреса у Гансуу 143. године не, сеизмоскоп је наговестио земљотрес иако се није осетио. Доступни текст каже да се унутар посуде налазио средишњи стуб који се могао кретати дуж осам трагова; сматра се да се ово односи на клатно, мада се не зна тачно како је то повезано са механизмом који би отворио само једно змајево уста. Први земљотрес забележен овим сеизмографом наводно је био негде на истоку. Неколико дана касније, јахач са истока пријавио је овај земљотрес.
Праћење земљотреса
Рихтерова скала
Рихтерову скалу магнитуде развио је 1935. године Цхарлес Ф. Рицхтер са Калифорнијског технолошког института као математички уређај за упоређивање јачине земљотреса. У почетку се Рицхтерова скала могла применити само на записе са инструмената идентичне производње. Сада, инструменти су пажљиво баждарени једни према другима. Тако се величина може израчунати из записа било ког калибрисаног сеизмографа. Скала показује снагу кретања земље на скали од 1.0 до 10.0. Најслабији земљотреси су 1.0 или мање. Сваки ниво Рихтерове скале повећава се за потенцију од 10. Дакле, повећање од 1 поена значи да је јачина земљотреса 10 пута већа од нивоа пре њега. Земљотрес од 2.0 пута је 10 пута јачи од земљотреса од 1.0. Земљотрес јачине 6.0 пута је 10 Кс 10 или 100 пута јачи од земљотреса који је регистровао 4.0.
Највећи земљотрес
Највећи земљотрес који је икада забележен догодио се 22. маја 1960. у Чилеу. Приближно 1,655 људи је убијено, а 3,000 рањено. Преко 2,000,000 је завршило без крова над главом, а штета је настала око 550 милиона долара. Овај земљотрес забележио је 9.5 по Рихтеровој скали!
Сеизмографи са клатном и тренутна технологија
Моћ клатна
Пре него што је електроника дозволила снимање великих земљотреса, научници су изградили велике сеизмометре са опружним клатном, покушавајући да забележе дуготрајно кретање таквих земљотреса. Највећи је био тежак око 15 тона. У Мексико Ситију постоји један средње висок три спрата који још увек ради. Други пример је „сеизмометар“ са обрнутим клатном, који је дизајнирао Јамес Форбес (Форбес, 1844). Састојала се од вертикалне металне шипке која је била ослоњена на вертикалну цилиндричну челичну жицу. Подешавањем крутости жице или висине лопте која је висила о њу, замах клатна се могао променити. Оловка окачена о шипку би „написала“ ред на папиру који је показивао кретање земље.
Тренутна технологија
Напредни национални сеизмички систем (АНСС) је иницијатива Геолошког завода Сједињених Држава за надоградњу и проширење могућности сеизмичког надзора у Сједињеним Државама. Главни елементи АНСС-а укључују националне, регионалне, урбане и структурне системе праћења. АНСС ће на крају битинационална мрежа од најмање 7000 система за мерење подрхтавања, како на земљи, тако и у зградама, што ће омогућити особљу за реаговање у ванредним ситуацијама информације о земљотресу у стварном времену, инжењерима информације о одговору зграда и локација, а научницима висококвалитетне подаци о квалитету да би се разумели земљотресни процеси и чврста структура и динамика земље. УСГС Глобална сеизмографска мрежа (хттпс://еартхкуаке.усгс.гов/мониторинг/) стална је дигитална мрежа најсавременијих сеизмолошких и геофизичких сензора повезаних телекомуникационом мрежом, која служи као вишенаменска научна установа и друштвени ресурси за праћење, истраживање и образовање. ГСН пружа готово униформисано надгледање Земље широм света, са преко 150 модерних сеизмичких станица дистрибуираних широм света. Поред тога, користе се и 2-Д и 3-Д обрада копнених и морских сеизмичких података који приказују кретање и у дубини и у времену. Норвешки Спецтрум АСА фокусира се на ову 2-Д и 3-Д обраду података и одржава библиотеку података о више клијената и извештаји који покривају све главне регије у којима се производи нафта.
- Критеријуми: Услови које дизајн мора да задовољи као његова укупна величина итд.
- Земљотрес: изненадно и снажно подрхтавање тла, као резултат кретања унутар земљине коре или вулканског дејства
- Инжењери: проналазачи и решавачи проблема света. У инжењерству је признато двадесет пет главних специјалности (види инфографику).
- Процес инжењерског пројектовања: Процесни инжењери користе за решавање проблема.
- Инжењерске навике ума (ЕХМ): Шест јединствених начина на које инжењери размишљају.
- Интензитет: Јачина кретања земљотреса.
- Итерација: Тестирање и редизајн су једна итерација. Поновите (више понављања).
- Прототип: Радни модел решења за тестирање.
- Рихтерова скала: Скалу магнитуде је 1935. развио Цхарлес Ф. Рицхтер са Калифорнијског технолошког института као математички уређај за упоређивање јачине земљотреса.
- Сеизмички таласи: Дозволите сеизмолозима да мапирају унутрашњост Земље и лоцирају и измере снагу ових земљотреса.
- Сеизмограф: Инструменти који мере и бележе кретања тла, укључујући она сеизмичких таласа изазваних земљотресима, нуклеарним експлозијама и другим сеизмичким изворима.
Интернет Цоннецтионс
Рецоммендед Реадинг
- Увод у сеизмологију, земљотресе и структуру Земље, Сетх Стеин и Мицхаел Висессион (ИСБН: 0865420785)
- Земљотреси Бруцеа Болта (ИСБН: 0716775484)
- Увод у сеизмологију Петер М. Схеарер (ИСБН: 0521708427)
Писање активности
- Напишите есеј или одломак који истражују зашто би грађевинским инжењерима можда требало да процене сеизмичку активност одређеног градилишта?
- Напишите есеј или одломак о томе како је постојећа сеизмолошка технологија могла смањити стопе смртности од земљотреса 1960. у Чилеу.
Усклађивање са оквирним програмима
Белешка: Планови лекција у овој серији усклађени су са једним или више следећих скупова стандарда:
- Амерички стандарди за научно образовање (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Амерички научни стандарди следеће генерације (http://www.nextgenscience.org/)
- Стандарди за технолошку писменост Међународног удружења за технолошко образовање (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Амерички национални савет наставника математике „Принципи и стандарди за школску математику“ (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Заједнички основни амерички државни стандарди за математику (http://www.corestandards.org/Math)
- Удружење наставника информатике К-12 Стандарди рачунарске науке (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Национални стандарди научног образовања Разреди К-4 (узраст 4-9 година)
САДРЖАЈ СТАНДАРД А: Наука као упит
Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају
- Способности неопходне за научно испитивање
- Разумевање научног испитивања
САДРЖАЈ СТАНДАРД Б: Физичке науке
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Положај и кретање предмета
САДРЖАЈ СТАНДАРД Д: Наука о Земљи и свемиру
Као резултат својих активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Промене на земљи и небу
САДРЖАЈ СТАНДАРД Е: Наука и технологија
Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају
- Способности технолошког дизајна
- Разумевање науке и технологије
САДРЖАЈ СТАНДАРД Ф: Наука у личној и социјалној перспективи
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Промене у окружењу
- Наука и технологија у локалним изазовима
САДРЖАЈ СТАНДАРД Г: Историја и природа науке
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Наука као људски подухват
Национални стандарди научног образовања Разреди 5-8 (узраст 10-14 година)
САДРЖАЈ СТАНДАРД Б: Физичке науке
Као резултат својих активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Покрети и силе
- Пренос енергије
САДРЖАЈ СТАНДАРД Е: Наука и технологија
Као резултат активности у 5-8 разредима, сви ученици би требало да се развијају
- Способности технолошког дизајна
САДРЖАЈ СТАНДАРД Ф: Наука у личној и социјалној перспективи
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Становништво, ресурси и окружење
- Природне опасности
- Наука и технологија у друштву
Национални стандарди научног образовања Разреди 5-8 (узраст 10-14 година)
САДРЖАЈ СТАНДАРД Г: Историја и природа науке
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Историја науке
Национални стандарди научног образовања Разреди 9-12 (узраст 14-18 година)
САДРЖАЈ СТАНДАРД А: Наука као упит
Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају
- Способности неопходне за научно испитивање
- Разумевање научног испитивања
САДРЖАЈ СТАНДАРД Б: Физичке науке
Као резултат својих активности, сви ученици би требало да развију разумевање
- Покрети и силе
- Интеракције енергије и материје
САДРЖАЈ СТАНДАРД Д: Наука о Земљи и свемиру
Као резултат својих активности, сви ученици би требало да развију разумевање
- Енергија у земаљском систему
САДРЖАЈ СТАНДАРД Е: Наука и технологија
Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају
- Способности технолошког дизајна
- Разумевање науке и технологије
САДРЖАЈ СТАНДАРД Ф: Наука у личној и социјалној перспективи
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Природне и од човека изазване опасности
- Наука и технологија у локалним, националним и глобалним изазовима
САДРЖАЈ СТАНДАРД Г: Историја и природа науке
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Историјске перспективе
Научни стандарди следеће генерације - (8-11. Године)
Земља и људска активност
Студенти који покажу разумевање могу:
- 4-ЕСС3-2. Генеришите и упоредите више решења за смањење утицаја природних земаљских процеса на људе.
Инжењеринг дизајн
Студенти који покажу разумевање могу:
- 3-5-ЕТС1-1.Дефинишите једноставан дизајн проблем који одражава потребу или потребу која укључује одређене критеријуме за успех и ограничења на материјале, време или трошкове.
- 3-5-ЕТС1-2. Генеришите и упоредите више могућих решења проблема на основу тога колико је вероватно да ће свако од њих испунити критеријуме и ограничења проблема.
- 3-5-ЕТС1-3.План и извршити фер испитивања у којима се контролишу променљиве и узимају у обзир тачке отказа како би се идентификовали аспекти модела или прототипа који се могу побољшати.
Научни стандарди следеће генерације (узраст 11-14)
Инжењеринг дизајн
Студенти који покажу разумевање могу:
- МС-ЕТС1-1 Дефинишите критеријуме и ограничења проблема дизајна са довољно прецизношћу да обезбедите успешно решење, узимајући у обзир релевантне научне принципе и потенцијалне утицаје на људе и природну средину који могу ограничити могућа решења.
- МС-ЕТС1-2 Процените конкурентска решења дизајна користећи систематски поступак да бисте утврдили колико добро испуњавају критеријуме и ограничења проблема.
Научни стандарди следеће генерације (узраст 14-18)
Инжењеринг дизајн
Студенти који покажу разумевање могу:
- ХС-ЕТС1-2.Дизајнирајте решење сложеног стварног света тако што ћете га разбити на мање проблеме којима се лакше може управљати и који се могу решити инжењерингом.
Стандарди за технолошку писменост - сва доба
Природа технологије
- Стандард 3: Студенти ће развити разумевање односа између технологија и веза између технологије и других поља студија.
Технологија и друштво
- Стандард 5: Студенти ће развити разумевање ефеката технологије на животну средину.
- Стандард 6: Студенти ће развити разумевање улоге друштва у развоју и употреби технологије.
- Стандард 7: Студенти ће развити разумевање утицаја технологије на историју.
Дизајн
- Стандард 8: Студенти ће развити разумевање својстава дизајна.
- Стандард 9: Студенти ће развити разумевање инжењерског дизајна.
- Стандард 10: Студенти ће развити разумевање улоге решавања проблема, истраживања и развоја, проналаска и иновација и експериментисања у решавању проблема.
Способности за технолошки свет
- Стандард 11: Студенти ће развити способности за примену процеса дизајнирања.
Дизајнирани свет
- Стандард 17: Студенти ће развити разумевање и моћи ће да бирају и користе информационе и комуникационе технологије.
Индустријско инжењерство
Рачунарско инжењерствоВи сте тим инжењера који су добили изазов да пројектују поуздан сеизмограф за снимање земљотреса у вашој учионици. Ваша машина мора да буде у стању да визуелно снима кретање на скали вашег дизајна. Машина која је у стању да забележи најмање сметње сматраће се најбољим дизајном.
Фаза истраживања / припреме
1) Прегледајте различите референтне листове за студенте.
Планирање као тим
2) Ваш наставник је вашем тиму пружио неке „грађевинске материјале“. Можете затражити додатне материјале.
3) Упознајте се као тим и осмислите списак дизајна и материјала који ће вам требати за израду вашег сеизмографа. Запамтите да ваш сеизмограф треба да забележи интензитет симулираног земљотреса у учионици који ће настати испуштањем лопте са три висине: .5, 1 и 1.5 метара.
4) Нацртајте свој план за сеизмограф у пољу испод или на другом листу. Укључите списак материјала које планирате да користите за израду вашег инструмента. Представите свој дизајн предавању. Можете изабрати да ревидирате план својих тимова након што добијете повратну информацију од предавања.
|
|
| Потребни материјали:
|
| Опишите своју скалу:
|
Фаза изградње
5) Направите свој сеизмограф и пратите да ли су вам били потребни додатни материјали у фази изградње.
Тестирање
6) Сеизмограф вашег тима биће постављен на врх стабилног, малог стола. Ваш учитељ ће створити три симулирана земљотреса спуштањем гумене лопте на сто са три висине: .5 метара, 1 метар и 1.5 метра. Ваша машина ће морати да забележи сваки од ових земљотреса. Најосетљивије машине ће се сматрати најбољима. Они ће моћи да забележе најмањи земљотрес. Забележите своја запажања у поље испод:
| Потрес | .5 метар | КСНУМКС метар | КСНУМКС метар |
| Мерење земљотрес у вашој скали |
|||
| Физичка посматрања (шта сте приметили на својој машини током теста ... шта је функционисало, а шта није?) |
Презентација
7) Представите предавањима своје налазе и резултате теста сеизмографа. Обратите пажњу на разлике у дизајну и резултатима различитих сеизмографа створених у вашој учионици.
Фаза евалуације
8) Упоредите и процените резултате и методе мерења својих тимова са резултатима осталих тимова.
9) Попуните радни лист за евалуацију.
Рефлексија
Користите овај радни лист за процену свог искуства са „Протресите се сеизмографима!“ лекција:
1) Да ли сте успели да креирате сеизмограф који би могао на скали снимити симулацију земљотреса за сва три земљотреса?
2) Да ли сте требали да затражите додатни материјал током израде вашег сеизмографа?
3) Да ли мислите да инжењери морају да прилагоде своје првобитне планове током процеса производње производа? Зашто би могли?
4) Ако бисте свој сеизмограф у учионици прилагодили оном који би заправо забележио прави земљотрес, које бисте модификације морали да направите?
5) Ако бисте морали да поновите све изнова, како би се променио ваш планирани дизајн? Зашто?
6) Које дизајне или методе сте видели да су други тимови покушали за које сте мислили да добро раде?
7) Да ли мислите да бисте лакше могли да завршите овај пројекат да радите сами? Објасните…
