Tämä tiedeprojekti opettaa opiskelijoille, kuinka voimat vetävät tai työntävät toisiaan vasten aiheuttaen maanjäristyksen. Jokainen alakoulun oppilas päiväkodista kuudenteen luokalle nauttii maanjäristysten tapahtumisesta tämän projektin avulla.
Voimien tutkiminen maanjäristyksissä
Maanjäristykset ovat tuhoisia luonnonilmiöitä, ja ne tuhoavat omaisuutta voimakkailla seismisellä aallolla. Estääkseen rakennusten romahtamisen monet insinöörit rakentavat rakenteellisen rungon kestämään voimakkaita seismiset aallot.
Materiaalit
Luo "rakennuksesi" keräämällä ensin seuraavat materiaalit:
- Kaksi 16 cm halkaisij altaan styroksilevyä
- Pienoisvaahtokarkkeja
- 6 tai enemmän 2 cm:n askartelutikkua
- 6 tai enemmän 1 cm:n askartelutikkua
- Vivain
- Kynä
- Neljä kirjaa (suunnilleen samanleveä)
Ohjeet tukevaan kehykseen
Aloita rakentamalla tukeva runko rakennuksellesi.
- Varoita muutama miniatyyri vaahtokarkkeja.
- Käännä styroksilevyt ympäri.
- Tee lyijykynällä neljä reikää jokaisen lautasen päälle.
- Aloita rakentaminen käyttämällä yhtä tai kahta vaahtokarkkeja 2 cm:n askartelutikun pohjaksi.
- Aseta se styroksilevystä tekemäsi reiän päälle.
- Anna vaahtokarkin asettua varovasti lautaselle ja jatka kolmella muulla 2 cm:n askartelutikulla.
- Varmista, että jokainen askartelupuku asetetaan, sillä tämä on rakennuksen rungon perusta.
- Toista muilla askartelutikuilla.
- Käytä niin monta askartelutikkua kuin haluat ja jatka rakentamista.
Ohjeet epävakaalle kehykselle
Käytä pienoisvaahtokarkkeja rakentaaksesi samanlainen kehys kuin yllä oleva vakaa kehys.
- Käännä styroksilevy ympäri alaspäin.
- Aloita rakentaminen käyttämällä yhtä tai kahta pienoisvaahtokarkkia 1 cm:n askartelutikulle.
- Aseta se varovasti styroksilevyn päälle kuten edellisessä osiossa.
- Jatka rakentamista niin monella kepillä ja vaahtokarkkeilla kuin haluat.
Voimien simulointi maanjäristyksissä
Maailma on koottu dynaamisiin lukemattomiin palasiin kuin palapeli. Palapelin osia kutsutaan mannerlevyiksi, jotka kietoutuvat ympäri maailmaa. Kun äärimmäiset voimat törmäävät, liukuvat tai leikkaavat toisiaan, maanjäristyksiä alkaa ilmaantua.
Kun olet saanut valmiiksi tukevan ja epätukevan kehyksen, on aika simuloida maanjäristysvoimia. Tässä simulaatiossa tarkastellaan kolmen tyyppisiä voimia maanjäristyksessä: puristus-, veto- ja leikkausvoimat.
- Kerää neljä samanleveää kirjaa ja aseta ne tukevalle alustalle.
- Aseta kaksi kirjaa vierekkäin ja aseta toinen joukko kirjoja päälle.
- Aseta yksi rakennusrakenteista kirjojen väliin (aloita rakennuksesta 2 cm:n tikkuilla).
- Siirrä kirjoja vierekkäin käyttämällä leikkausvoimia.
- Seuraavaksi törmää kirjoja varovasti simuloimalla puristusvoimia.
- Vedä lopuksi kirjat erilleen nähdäksesi, mitä tapahtuu rakennuksen luomiselle jännitysvoimien näyttämisenä.
- Toista sama rakennukselle 1 cm:n askartelutikuilla.
- Tallenna havaintosi kunkin voimatyypin kohdalla. Miten kukin voimatyyppi vaikuttaa kuhunkin rakennukseen eri tavalla?
Mitä tapahtui?
Pystytkö havaitsemaan, minkä tyyppinen rakennusrunko kesti erilaisia voimia? Simuloimalla puristuksen, leikkauksen ja jännityksen vaikutuksia olet ehkä huomannut, että 1 cm:n paksuinen rakennusrunko ei pysynyt hyvin paikoillaan missään simulaatiossa. Olet ehkä myös huomannut, että rakenteella oli taipumus pudota eri tavalla käytetyn voiman tyypin mukaan. Puristuksen myötä rakenteella oli taipumus pudota sivuun. Jännityksellä rakennus luultavasti kaatui keskelle tai repeytyi. Leikkausjännityksen seurauksena rakenne todennäköisesti vääntyi tai repeytyi ennen putoamista.
Haaste
Nyt kun olet oppinut kuinka maanjäristyksen voimat vaikuttavat eri rakennuksiin, vie laboratorio askeleen pidemmälle.
- Voitko suunnitella rakenteen, joka kestää kaikki nämä simuloidut voimat? Rakenna kolme muuta rakennetta samoista materiaaleista ja testaa niitä.
- Tutki oikeita maanjäristyksiä ja katso, kuinka arkkitehdit suunnittelevat rakennuksia selviytymään maanjäristyksen aiheuttamista seismisistä aalloista.
- Voitko suunnitella simulaation, joka on suurempi tai kuvaa tarkemmin skaalausvoimaa?
Riittävän turvallinen maanjäristyksiä varten rakennuskehys
Tietenkin, riippuen käyttämäsi voimasta, saatat nähdä vaihteluita tuloksissasi. Epävakaa runko ei kuitenkaan tarjoa turvallisuutta maanjäristyksen aikana. Itse asiassa insinöörit suunnittelevat seismiselle turvallisia rakennuksia, asuntoja ja moottoriteitä kestämään voimakkaita pinta-aallot. Muista myös, olivatpa maanjäristykset kuinka tuhoisia tahansa, ne ovat myös osa sitä, mikä muodostaa erilaisia maaperämuotoja ympäri maailmaa.