Πάρε μαζί σου τον καιρό

Κατανοώντας την επίδρασή μας στο περιβάλλον είναι όλο και πιο σημαντικό, τώρα που οι επιστημονικές και κοινωνικές επιπτώσεις καλύπτονται σε διάφορα τμήματα της διδακτικής ύλης του σχολείου. Με τόση συζήτηση περί κλιματικών αλλαγών είναι χρήσιμο να μάθουμε για μερικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα που πράγματι επηρεάζουν το κλίμα.

Οι παρακάτω επιδείξεις βοηθούν στη διευκρίνιση μερικών χαρακτηριστικών αυτών των φαινομένων και ζωντανεύουν έννοιες με έναν διασκεδαστικό και αξέχαστο τρόπο. Αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της εκστρατείας του Βρετανικού Συμβουλίου ZeroCarbonCity^w1 για να βοηθήσουν διδάσκοντες και επιστήμονες σε όλο τον κόσμο στην εξήγηση βασικών εννοιών της περιβαλλοντολογικής επιστήμης. Οι επιδείξεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν με διάφορους τρόπους: ατομικά για να δοθεί έμφαση σε συγκεκριμένες έννοιες κατά τη διάρκεια ενός μαθήματος, ως μια ομάδα σαν εργαστήρι ή διάλεξη επιδείξεων, ή ως ασκήσεις για τους μαθητές για να λύσουν μόνοι τους. Περαιτέρω προτάσεις για ασκήσεις σχετιζόμενες με την περιβαλλοντολογική επιστήμη μπορούν να βρεθούν στο διαδίκτυο^w2.

Σύννεφο στο μπουκάλι

Δημιουργήστε το δικό σας μικρό σύννεφο.

Υλικά

• Ένα 500 ml άχρωμο πλαστικό μπουκάλι με καπάκι
• Νερό
• Ένα κουταλάκι του τσαγιού
• Ένα σπίρτο

Οδηγίες

1. Βάλτε περίπου μια κουταλιά του τσαγιού νερό στο πλαστικό μπουκάλι και ανακατέψτε το με κυκλικές κινήσεις.
2. Ανάψτε το σπίρτο και όταν αρχίσει να καίγεται καλά, ρίξτε το μέσα στο μπουκάλι.
3. Γρήγορα βάλτε το καπάκι καλά στο μπουκάλι και συμπιέστε το μπουκάλι 5-6 φορές με το χέρι σας. Θα πρέπει να βλέπετε ένα σύννεφο να σχηματίζεται στο μπουκάλι και να εξαφανίζεται καθώς το συμπιέζετε.
4. Να δοθεί το μπουκάλι σε όλη την τάξη και κάθε μαθητής να συμπιέσει και να αφήσει το μπουκάλι μέχρι να δει το σύννεφο.

Μπορείτε να δείτε και ένα βίντεο της άσκησης στο διαδίκτυο^w3.

Πώς λειτουργεί;

Τα σύννεφα σχηματίζονται όταν οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα κρυώσουν λόγω διαστολής ανερχόμενης αέριας μάζας και έπειτα συμπυκνωθούν σε σταγονίδια πάνω σε πυρήνες συμπύκνωσης, όπως σωματίδια σκόνης, πάγος ή αλάτι. Σε αυτή την επίδειξη, οι πυρήνες συμπύκνωσης προέρχονται από τον καπνό του σπίρτου, ο οποίος περιέχει σωματίδια άκαυστων υδρογονανθράκων. Η θερμοκρασία αλλάζει με τη συμπίεση στο μπουκάλι: η ποσότητα του αέρα μέσα στο μπουκάλι είναι σταθερή, αλλά συμπιέζοντάς το, μειώνεται ο όγκος του αερίου και αυξάνεται ελαφρώς η θερμοκρασία. Όταν σταματάς τη συμπίεση στο μπουκάλι, ο όγκος αυξάνεται και έτσι μειώνεται ελαφρώς η θερμοκρασία. Αν ο αέρας μέσα στο μπουκάλι έχει σχετικά υψηλή υγρασία (το οποίο εξασφαλίζεται βάζοντας μία κουταλιά του τσαγιού νερό στην αρχή), τότε η πτώση θερμοκρασίας είναι αρκετή για να υπάρξει συμπύκνωση του νερού πάνω στα σωματίδια σκόνης, σχηματίζοντας ένα σύννεφο

Παραδείγματα σχετιζόμενα με ατμοσφαιρικά φαινόμενα

Την επόμενη φορά που θα δείτε ένα εντυπωσιακό ηλιοβασίλεμα σε μια αστική περιοχή, να κάτσετε μία στιγμή να σκεφτείτε τι είναι αυτό που δημιουργεί τα πανέμορφα χρώματα. Πράγματι, προέρχονται από μικροσκοπικά σωματίδια καπνού και άλλων ρυπαντικών ουσιών που έχουν βρεθεί στην ατμόσφαιρα. Όπως και στο πλαστικό μπουκάλι, αυτά τα σωματίδια καπνού βοηθούν στην συμπύκνωση υδροσταγονιδίων, σχηματίζοντας σύννεφα. Οι ακτίνες του ηλίου που πέφτουν στα σύννεφα είναι ο λόγος του πανέμορφου ηλιοβασιλέματος. Υπάρχουν κάποιες ανησυχίες ότι η ατμοσφαιρική ρύπανση θα έχει αρνητικές συνέπειες για τις καιρικές συνθήκες, επειδή περισσότερη ατμοσφαιρική ρύπανση οδηγεί σε αυξανόμενο σχηματισμό σύννεφων, το οποίο μπορεί να αυξήσει τις βροχές σε κάποιες περιοχές και να υπάρξει σημαντική αλλαγή σε ευρύτερα πρότυπα καιρικών συνθηκών (πλημμύρες σε κάποιες περιοχές, ξηρασία σε άλλες).

Περιστρεφόμενη σφαίρα

Αυτή είναι μια όμορφη και συναρπαστική επίδειξη των επιπτώσεων θυελλωδών καιρικών συνθηκών.

Υλικά

• Ένα μικρό διάφανο πλαστικό μπουκάλι (όσο πιο στρόγγυλο, καλύτερα), μαζί με το καπάκι
• Υγρό πλύσης χεριών (σαπούνι) που περιέχει στεατική γλυκερίνη
• Χρωστική τροφής
• Νερό (από βρύση)

Οδηγίες

1. Γεμίστε το μπουκάλι περίπου ένα τέταρτο με το υγρό σαπουνιού και έπειτα προσθέστε μερικές σταγόνες χρωστικής.
2. Η επίδειξη δεν θα λειτουργήσει εάν το μείγμα αφρίσει: ανοίξτε τη βρύση ώστε να τρέχει πάρα πολύ λίγο και προσεκτικά γεμίστε το μπουκάλι με νερό μέχρι πάνω.
3. Βάλτε και σφίξτε καλά το καπάκι στο μπουκάλι και ανακατέψτε το με κυκλικές κινήσεις (μην αναποδογυρίστε το μπουκάλι). Αν σχηματιστεί αφρός, βγάλτε το καπάκι και βάλτε λίγο ακόμη νερό μέχρι να βγει ο αφρός. Βάλτε πάλι το καπάκι (σφιχτά).
4. Στριφογυρίστε το μπουκάλι: θα μπορέστε να δείτε πρότυπα καιρικών αναταράξεων (ραβδώσεις και στροβιλισμούς) στο υγρό.

Πώς λειτουργεί;

Στριφογυρίζοντας το μπουκάλι, το μείγμα σαπουνιού και νερού κουνιέται. Η στεατική γλυκερίνη κάνει ορατά τα πρότυπα ροής, ώστε να μπορείτε να δείτε την κατεύθυνση προς την οποία κινούνται διάφορα τμήματα του μείγματος. Οι λείες γραμμές που σχηματίζονται στο υγρό υποδεικνύουν στρωτή ροή, η οποία προκύπτει όταν το υγρό κινείται αργά. Αν κάνετε το υγρό να κινηθεί πιο γρήγορα (ή αν αλλάξετε την κατεύθυνση απότομα), τότε οι παρατηρούμενες γραμμές του ρευστού γίνονται πιο περίπλοκες: αυτή είναι η τυρβώδης ροή.

Παραδείγματα σχετιζόμενα με ατμοσφαιρικά φαινόμενα

Η ατμόσφαιρα της γης είναι είδος ρευστού που κινείται σαν το υγρό μέσα στη περιστρεφόμενη σφαίρα. Οι άνεμοι αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα και δημιουργούν σύνθετα πρότυπα κυκλοφορίας. Η κατανόηση της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας είναι θεμελιώδης για τη δουλειά πολλών διαφορετικών τομέων της επιστήμης της κλιματικής αλλαγής. Για παράδειγμα, στην κατανόηση και τη μείωση των επιπτώσεων τόσο των τυφώνων όσο και της ρύπανσης.

Πύραυλος από φακελάκι τσαγιού

Αυτή είναι μια καλή οπτική επίδειξη θερμικών – ανοδικά ρεύματα θερμού αέρα.

Υλικά

• Ένα κλασσικό σακουλάκι τσαγιού
• Σπίρτα
• Ένα πιάτο

Οδηγίες

1. Λύστε το φακελάκι τσαγιού, βγάζοντας το σύρμα συρραφής και την κλωστή και πετώντας το περιεχόμενο (το τσάι). Ανοίξτε καλά το φακελάκι τσαγιού ώσπου να γίνει ένας μακρύς κύλινδρος από χαρτί.
2. Βάλτε το ανοιχτό φακελάκι τσαγιού όρθιο, πάνω στο πιάτο.
3. Χρησιμοποιείστε το σπίρτο για να ανάψτε το πάνω μέρος από το φακελάκι.
4. Παρακολουθήστε καθώς η φλόγα καίει το φακελάκι τσαγιού: λίγο πριν φτάσει το πιάτο, το φακελάκι θα απογειωθεί. Η φλόγα θα σβήσει, αλλά το φακελάκι τσαγιού θα συνεχίσει να ανυψώνεται.

Συμβουλές για επιτυχία

• Αυτή η επίδειξη έχει καλύτερο αποτέλεσμα σε ένα δωμάτιο όπου δεν υπάρχουν ρεύματα αέρα, μακριά από παράθυρα και κλιματιστικά.
• Προσέξτε να χρησιμοποιείστε το κατάλληλο φακελάκι τσαγιού. Όταν ξεδιπλωθεί πρέπει να σχηματίζει έναν μακρύ κύλινδρο από χαρτί. Συνήθως δεν λειτουργούν τα φακελάκια τσαγιού που δεν έχουν κλωστή.

Πώςλειτουργεί;

Το φακελάκι τσαγιού που καίγεται ζεσταίνει τον αέρα ακριβώς από πάνω του. Ο θερμός αέρας ανεβαίνει, γι’αυτό ο πιο ζεστός αέρας θα ανέβει σταδιακά πιο πάνω από το φακελάκι τσαγιού, δημιουργώντας ένα ανοδικό ρεύμα θερμού αέρα - ένα θερμικό. Όταν το φακελάκι τσαγιού έχει καεί αρκετά, η απόσπαση του θερμικού από το έδαφος θα είναι αρκετή για να ξεπεράσει τη δύναμη της βαρύτητας, διατηρώντας το φακελάκι τσαγιού στο πιάτο, και έτσι θα απογειωθεί.

Παραδείγματα σχετιζόμενα με ατμοσφαιρικά φαινόμενα

Τα θερμικά αποτελούν τη βάση για διάφορα πρότυπα καιρικών συνθηκών. Ο ήλιος ζεσταίνει τη γη, προκαλώντας τα θερμικά να μετακινούνται ανοδικά σαν έλικας. Οι καταιγίδες είναι τεράστια θερμικά συστήματα, και ο σχηματισμός δίνης ανεμοστρόβιλων και τυφώνων βασίζεται επίσης στα θερμικά. Ως επίπτωση της υπερθέρμανσης του πλανήτη, αναμένονται πιο πολλές καταιγίδες.

Εξημερωμένος ανεμοστρόβιλος

Αυτή είναι μια καλή οπτική επίδειξη που δείχνει πώς σχηματίζονται οι ανεμοστρόβιλοι.

Υλικά

• Δύο μεγάλα (~2 l) άδεια μπουκάλια αναψυκτικών (πρέπει να έχουν στρογγυλούς λαιμούς)
• Έναν προσαρμογέα «σωλήνα ανεμοστρόβιλου» (διαθέσιμος σε πολλά μουσεία επιστήμης ή στο διαδίκτυο^w4). Αν δεν μπορείτε να βρείτε έναν προσαρμογέα ανεμοστρόβιλου, τότε δοκιμάστε να τοποθετήστε μια μεγάλη ροδέλα (από μέταλλο ή σκληρό ελαστικό δακτύλιο) μεταξύ των δύο μπουκαλιών και κολλώντας ταινία. Η ιδέα είναι να ενώσετε τα δύο μπουκάλια, ώστε να υπάρξει ροή νερού και στα δύο και να παραμείνουν δύσκαμπτα (δείτε τις εικόνες αριστερά και κάτω).
• Νερό

Οδηγίες

1. Γεμίστε ένα από τα μπουκάλια με νερό μέχρι τη μέση.
2. Βιδώστε τον προσαρμογέα «σωλήνα ανεμοστρόβιλου» στο άδειο μπουκάλι.
3. Αναποδογυρίστε το άδειο μπουκάλι και βιδώστε τον προσαρμογέα και στο μπουκάλι με νερό.
4. Γυρίστε ολόκληρο το αντικείμενο ανάποδα.
5. Πιάστε την κορυφή και τη μέση του αντικειμένου και κουνήστε το με κυκλικές κινήσεις – είτε δεξιόστροφα, είτε αριστερόστροφα.
6. Μόλις σχηματιστεί μία δίνη (υδροστρόβιλος) στο πάνω μπουκάλι, σταματήστε να κουνάτε. Θα πρέπει να βλέπετε τη δίνη να σχηματίζετε σε ολόκληρο το υγρό και να φαίνεται όσο υπάρχει υγρό στο πάνω μπουκάλι.

Μπορείτε να δείτε και ένα βίντεο της άσκησης στο διαδίκτυο^w5.

Συμβουλές για επιτυχία

• Αν η δίνη δεν λειτουργήσει αμέσως, προσπαθήστε να μειώσετε το μέγεθος και να αυξήσετε την ταχύτητα των κύκλων. Βεβαιωθείτε ότι τα μπουκάλια τα κρατάτε κάθετα και το κέντρο των κύκλων σας είναι πάνω στον επιμήκη άξονα του αντικειμένου (συνηθίζεται το λάθος να κουνάτε το αντικείμενο γύρω από το σημείο όπου τα μπουκάλια συνδέονται μεταξύ τους).
• Βεβαιωθείτε ότι αντικαθιστάτε τα πλαστικά μπουκάλια όταν χάσουν τη μορφή τους ή χαλάσουν. Πρέπει να είναι κυκλικά για να υπάρξει μια σωστή δίνη.
• Τα προβλήματα διαρροής είναι συνηθισμένα. Δοκιμάστε να βάλετε μεμβράνη ή υδραυλική ταινία (PTFE, πολυτετραφθοροαιθυλένιο) γύρω από τον προσαρμογέα για να σφραγιστεί καλύτερα.

Πώς λειτουργεί;

Η επίδειξη αυτή παράγει μια δίνη παρόμοια με αυτές που έχουν παρατηρηθεί σε κυκλώνες, ανεμοστρόβιλους και υδροστρόβιλους. Καθώς το νερό γυρίζει στο μπουκάλι, σχηματίζεται μία έλξη προς τα κάτω λόγω του νερού που περνάει μέσα από το άνοιγμα, κάτω στο άδειο μπουκάλι. Η αρχική μικρή περιστροφή που προκαλείται γυρίζοντας τα μπουκάλια, κερδίζει ταχύτητα καθώς το νερό απορροφάται από το άνοιγμα. Καθώς η περιστροφή επιταχύνεται, έτσι σχηματίζεται η δίνη.

Παραδείγματα σχετιζόμενα με ατμοσφαιρικά φαινόμενα

Μία από τις προβλέψιμες επιπτώσεις της αλλαγής του κλίματος είναι η υπερθέρμανση του πλανήτη: υψηλότερες θερμοκρασίες του αέρα σημαίνει ότι είναι πιο πιθανό να σχηματιστούν καταιγίδες, και οι ανεμοστρόβιλοι σχηματίζονται σε καταιγίδες, όπου ο αέρας αρχίζει να κινείται κυκλικά. Ανοδικά και καθοδικά ρεύματα στην καταιγίδα αναγκάζουν την περιστρεφόμενη στήλη του αέρα να γίνει κάθετη, δημιουργώντας τον ανεμοστρόβιλο. Ένας αυξημένος αριθμός καταιγίδων είναι πιθανόν να προκαλέσει περισσότερους τυφώνες και ανεμοστρόβιλους σε όλο τον κόσμο.