Η φυσική του συνωστισμού Teach article

Μεταφράστηκε από το Γιώργο Κουντουριώτη (George Kountouriotis). Ο συνωστισμός μας επηρεάζει όλους σχεδόν κάθε μέρα, από τις ουρές στα σουπερμάρκετ μέχρι τα μποτιλιαρίσματα.…

Ένα πλήθος στο
προσκύνημα στη Μέκκα

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Fraz Ismat; πηγή εικόνας:
Flickr

Η φυσική των μεγάλων πληθυσμών είναι μια ενεργός περιοχή έρευνας σε πολλά πεδία, από την δημόσια ασφάλεια μέχρι τις αλληλεπιδράσεις των πρωτεϊνών. Τα πλήθη συναντώνται σε πολλά μέρη: άνθρωποι που μπαίνουν σε στάδια, μποτιλιαρίσματα, μεταναστεύσεις των ζώων (π.χ. το γκνου, είδος αντιλόπης ή ο σολομός), και συνωστισμός μορίων μέσα σε κύτταρα.

Γκνου ρισκάρουν ισχυρά
ρεύματα και κροκοδείλους
για να διασχίσουν τον
ποταμό Μάρα, στην Κένυα

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Rainbirder; πηγή εικόνας:
Flickr

Οι λόγοι για το συνωστισμό είναι τόσο πολλοί όσο και τα συμβάντα του, και περιλαμβάνουν την πυκνότητα των ανθρώπων, των ζώων ή των μορίων, τις στενές οδούς, τα έργα στους δρόμους, τα ατυχήματα, την έλλειψη ορατότητας, την κοινωνική πίεση (όταν οι άνθρωποι αμφιταλαντεύονται, τείνουν να ακολουθούν άλλους), την αποφυγή κινδύνων (κοπάδια ζώων που αποφεύγουν τους κυνηγούς τους), περιορισμένα σημεία εξόδου (γκνου που διασχίζουν ποτάμια σε αβαθή κατά την μετανάστευση), πανικός (δραπετεύοντας από μια φωτιά), και ξαφνικές αλλαγές ταχύτητας (δημιουργία μποτιλιαρίσματος).

Ο συνωστισμός είναι ένα πραγματικό πρόβλημα για το οποίο η εφαρμογή της φυσικής μπορεί να βοηθήσει. Ο συνωστισμός έχει παράξενη δυναμική: η συμπεριφορά των ατόμων του πλήθους και του πλήθους ως συνόλου πρέπει να ληφθούν υπόψη – και μπορεί να αλλάξει πολύ γρήγορα ή να γίνει ασταθές. Η συμπεριφορά του πλήθους μπορεί να είναι ακόμη και αντιδιαισθητική. Σε ένα μποτιλιάρισμα για παράδειγμα, η θέση του αυτοκινήτου μπροστά συχνά μετακινείται περισσότερο πίσω με το χρόνο ενάντια στην κυκλοφοριακή ροή, καθώς το μποτιλιάρισμα διαδίδεται μέσω ενός ρεύματος οχημάτωνw1.

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Timo Newton-Syms; πηγή
εικόνας: Flickr

Για περισσότερες λεπτομέρειες για τα φυσικά φαινόμενα στο συνωστισμό, δείτε τις επιπλέον online πληροφορίεςw2.

Διδάσκοντας το σχηματισμό του συνωστισμού

Το προτεινόμενο μάθημα εισάγει τους μαθητές ηλικίας 14 ετών και άνω σε κάποιες από τις βαθύτερες αιτίες του συνωστισμού. Ειδικότερα, τονίζει την ανάγκη για τη χρήση πολλαπλών περιοχών της φυσικής για το χειρισμό τέτοιων σύνθετων φαινομένων. Το μάθημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διδάξει τις φυσικές καταστάσεις της ύλης (γιατί οι πληθυσμοί μπορεί να είναι και στερεά και ρευστά), τις ιδιότητες των ρευστών, τις δυνάμεις και τις αλληλεπιδράσεις, και τη δυναμική. Ένα σχέδιο μαθήματος είναι διαθέσιμο onlinew2.

Εισαγωγή

Ένα πλήθος στο
προσκύνημα στη Μέκκα.
Κάντε κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνση

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Hani Nabulsi
  1. Εισάγετε το θέμαw2 και θυμίστε στην τάξη ότι τα πλήθη δεν περιλαμβάνουν υποχρεωτικά ανθρώπους.
  2. Σε ομάδες των 2-5, οι μαθητές θα πρέπει να συλλέξουν παραδείγματα συνωστισμού και τους λόγους για το σχηματισμό του.
  3. Οργανώστε μια συζήτηση με την τάξη για να συλλέξετε τα αποτελέσματα και να μειώσετε τους λόγους για το σχηματισμό συνωστισμού σε περισσότερο γενικές έννοιες όπως αυτές που αναφέρθηκαν παραπάνω (π.χ. στενοί χώροι και πανικός).
  4. Εισάγετε τα φυσικά φαινόμενα που παρατηρούνται στα πλήθηw2. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε βίντεοw3, w4 για να σας βοηθήσουν να επιδείξετε αυτά τα σημεία ξεκάθαρα και να αναφερθείτε στη λίστα με τα παραδείγματα που μάζεψε η τάξη ώστε να προκαλέσετε τη συζήτηση. Η τάξη θα πρέπει να βρει αναλογίες μεταξύ των αλληλεπιδράσεων στα πλήθη και άλλες έννοιες της φυσικής (όπως η άπωση ηλεκτρονίου-ηλεκτρονίου, τα κρουστικά / οδεύοντα κύματα και η ροή των ρευστών).
Πλήθος στην είσοδο
σταθμού του μετρό του
Λονδίνου. Κάντε κλικ στην
εικόνα για μεγέθυνση

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Luke Robinson; πηγή εικόνας:
Flickr

Τα παρακάτω πειράματα χτίζουν μια διαισθητική κατανόηση του πως διαφορετικοί παράγοντες επηρεάζουν το συνωστισμό. Απαιτούν από τους μαθητές να φερθούν λογικά και να αποφύγουν τον κίνδυνο. Τονίστε ότι οι μαθητές θα πρέπει να αποφύγουν τη φυσική επαφή κατά τη διάρκεια των πειραμάτων και ότι τα πειράματα θα πρέπει πάντα να γίνονται σε βηματισμό περπατήματος.

Πείραμα 1: Εκκένωση δωματίου

Αυτό το πείραμα διερευνά πως η περιορισμένη πρόσβαση μπορεί να προκαλέσει το συνωστισμό (αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν σχεδιάζουμε εξόδους κινδύνου) και δείχνει ότι ο συνωστισμός μπορεί να εκτονωθεί υποχρεώνοντας τα πλήθη να κινηθούν σε ρεύματα.

  1. Για μια τάξη των 20-25 μαθητών, καθαρίστε από αντικείμενα μια περιοχή μπροστά από μια πόρτα: 3-4 m από την πόρτα και περίπου 3 m φαρδιά (Σχήμα 1Α). Ρυθμίστε το μέγεθος ανάλογα με το χώρο και τον αριθμό των μαθητών (υπολογίστε περίπου 0.5 m2 για κάθε μαθητή).
Σχήμα 1: Πείραμα 1. (A) Το κόκκινο κυκλάκι αντιπροσωπεύει τον μαθητή χρονομέτρη, τα μαύρα κυκλάκια αντιπροσωπεύουν τους υπόλοιπους μαθητές. (B) Οι μαθητές εγκαταλείπουν το δωμάτιο μαζί, ο χρονομέτρης καταγράφει πόσο χρόνο παίρνει αυτό. (C) Επαναλάβετε το (B), αλλά με ένα σκαμνί 1 m από την πόρτα. (D) Το σκαμνί προκαλεί το σχηματισμό δύο ρευμάτων μειώνοντας το χρόνο εξόδου. (E) Επαναλάβετε το (B) με διαφορετική αρχική διαμόρφωση. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από Timothy Saunders

 

Σχήμα 2: Παράδειγμα
κατανομής των
καταγεγραμμένων χρόνων.
Κάντε κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνση

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Timothy Saunders
  1. Ένας μαθητής στέκεται έξω από την πόρτα με ένα χρονόμετρο. Οι υπόλοιποι παρατάσσονται μέσα, γύρω από τον ελεύθερο χώρο.
  2. Όταν είναι έτοιμοι, οι μαθητές αρχίζουν να περπατούν ταυτόχρονα και βγαίνουν από το δωμάτιο.
  3. Ο μαθητής που βρίσκεται έξω ξεκινά το χρονόμετρο όταν ο πρώτος μαθητής βγαίνει από το δωμάτιο και το σταματά αφού βγει και ο τελευταίος (Σχήμα 1Β).
  4. Επαναλάβετε το πείραμα άλλες δυο φορές και καταγράψτε το μέσο χρόνο εξόδου των τριών επαναλήψεων.
  5. Έπειτα, τοποθετήστε ένα σκαμνί 1 m από την πόρτα, μέσα στον ελεύθερο χώρο (Σχήμα 1C). Οι μαθητές εκκενώνουν ξανά το δωμάτιο, χωρίς να αγγίζουν το σκαμνί (Σχήμα 1D). Καταγράψτε το μέσο χρόνο εξόδου τριών επαναλήψεων.
  6. Η αρχική διαμόρφωση των μαθητών παίζει ένα ρόλο στον προσδιορισμό του χρόνου εξόδου. Ζητήστε από τους μαθητές να εξετάσουν διαφορετικές αρχικές συνθήκες και πως μπορεί αυτές να αντανακλούν περισσότερο ρεαλιστικές καταστάσεις (όπως ανθρώπους που δραπετεύουν από φωτιά). Η τάξη θα πρέπει να διαλέξει μια νέα αρχική συνθήκη (όπως στο Σχήμα 1E) και να επαναλάβει το παραπάνω πείραμα.
  7. Παραστήστε γραφικά τους καταγεγραμμένους μέσους χρόνους εξόδου (Σχήμα 2) και συζητήστε τους λόγους για τις διαφορές στους χρόνους αυτούς με την τάξη.
Σχήμα 3: Ποιοτική σύγκριση
χρόνων εξόδου για
περπάτημα και τρέξιμο. Οι
μέσοι χρόνοι εξόδου είναι
παρόμοιοι, αλλά το εύρος
των χρόνων εξόδου είναι
πολύ μεγαλύτερο για
τρέξιμο, ένα σενάριο που
πρέπει να αποφευχθεί κατά
το σχεδιασμό εξόδων
κινδύνου. Κάντε κλικ στην
εικόνα για μεγέθυνση

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Timothy Saunders

Ο χρόνος εξόδου θα πρέπει να είναι μικρότερος όταν υπάρχει το σκαμνί. Αυτό σπάζει τη ροή των ανθρώπων σε δύο ξεχωριστά ρεύματα, μειώνοντας την πιθανότητα δύο ανθρώπων να έρθουν πολύ κοντά ο ένας με τον άλλο και η δημιουργία μπλοκαρίσματος γίνεται λιγότερο πιθανή. Αυτό είναι ένα παράδειγμα αντιδιαισθητικής φυσικής – ένα εμπόδιο στο δρόμο επιταχύνει το ρυθμό εξόδου. Προσομοιώσεις των παραπάνω σεναρίων και συζήτηση της φυσικής πίσω από αυτά είναι διαθέσιμα onlinew3, w5.

Τι σημαίνουν αυτά τα αποτελέσματα για το σχεδιασμό των εξόδων κινδύνου και των κανόνων ασφάλειας σε περίπτωση πυρκαγιάς; Μήπως θα πρέπει να τοποθετηθούν εμπόδια μπροστά από τις εξόδους κινδύνου; Αυτό μπορεί να μην είναι πάντα πρακτικό. Τι θα συνέβαινε αν επιτρεπόταν το τρέξιμο; Αν και αυτό θα μπορούσε να μειώσει το χρόνο εξόδου, επίσης αυξάνει τις πιθανότητες ατυχήματος – και ένα τραυματισμένο άτομο σε μια πόρτα μπορεί να μπλοκάρει την έξοδο άλλων ατόμων (Σχήμα 3).

Πείραμα 2: Περπατώντας σε στενά μέρη

Η εικόνα προσφέρθηκε από
maureenlafleche; πηγή
εικόνας: Flickr

Αυτό το πείραμα αποκαλύπτει πως οι περιορισμοί χώρου μπορούν να αλλάξουν την ροή των ανθρώπων ή να οδηγήσουν σε μποτιλιαρίσματα. Αυτό είναι ιδιαίτερα σχετικό με καταστάσεις όπου τα πλήθη είναι πολύ πυκνά, όπως σε οι προσκυνητές στη Μέκκα (στο Ηαζ)w2 ή στο μοριακό συνωστισμό (μεγάλες πρωτεΐνες στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων έχουν περισσότερες αναδιπλώσεις όταν είναι πιο πυκνά τοποθετημένες, για να εξοικονομήσουν όσο περισσότερο χώρο είναι δυνατό, δείτε McGuffee & Elcock, 2010). Αν και το πείραμα είναι μια σημαντική απλοποίηση τέτοιων συστημάτων, τονίζει πως ο συνωστισμός μπορεί να αλλάξει τη συλλογική συμπεριφορά.

  1. Για μια τάξη περίπου 25 μαθητών, οριοθετήστε ένα διάδρομο χωρίς εμπόδια διαστάσεων 5 x 3 m, π.χ. χρησιμοποιώντας ταινίες ενός μέτρου στο πάτωμα (Σχήμα 4A). Υπολογίστε περίπου 0,5 m2 για κάθε περιπατητή (δείτε το βήμα 2).
  2. Πέντε μαθητές είναι χρονομέτρες (κόκκινα σημάδια, Σχήμα 4A), ο καθένας τοποθετημένος κατά μήκος ενός τμήματος του διαδρόμου διαστάσεων 1 x 3 m (κιμωλία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διαχωρίσετε τον διάδρομο σε αυτές τις περιοχές ευκρινώς) με ένα μηδενισμένο χρονόμετρο. Οι υπόλοιποι μαθητές είναι περιπατητές (σύμβολα του Άρη ή της Αφροδίτης), από τους οποίους ένας είναι ο στόχος (το γεμισμένο πράσινο κυκλάκι). Οι περιπατητές αρχικά τοποθετούν τους εαυτούς τους τυχαία μέσα στην περιοχή που ορίζουν οι ταινίες, απέναντι από το ένα άκρο του διαδρόμου (που έχει επιλεγεί τυχαία).
  3. Κάθε περιπατητής κινείται προς την άκρη του διαδρόμου. Όταν φθάσει εκεί, γυρίζει και περπατά προς το απέναντι άκρο του διαδρόμου αποφεύγοντας τους άλλους περιπατητές.
Σχήμα 4: Πείραμα 2. (Α) Τα κόκκινα σημάδια είναι οι χρονομέτρες, το πράσινο είναι ο στόχος και οι μαύροι κύκλοι αντιπροσωπεύουν τους περιπατητές. (Β) Μετά από 30 s ανάμιξης, ο χρονομέτρης του οποίου η περιοχή περιέχει το στόχο ξεκινά το χρονόμετρό του (κίτρινη περιοχή). Όταν ο στόχος αφήνει την κίτρινη περιοχή (κατευθύνεται στην μπλε περιοχή), ο κίτρινος χρονομέτρης σταματά το χρονόμετρό του ενώ ο μπλε ξεκινά το δικό του. (C) Επαναλάβετε με στενότερο διάδρομο μέχρι ο διάδρομος να γίνει μόνο 1 m φαρδύς
Η εικόνα προσφέρθηκε από Timothy Saunders

 

  1. Μετά από 30 s (για να σιγουρέψουμε την καλή ανάμιξη), ο χρονομέτρης του οποίου η περιοχή περιέχει το στόχο ξεκινά το χρονόμετρό του/της. Όταν ο στόχος φύγει από την περιοχή του/της, ο χρονομέτρης σταματά το χρονόμετρό του/της (αλλά δεν το μηδενίζει!) και ο γειτονικός χρονομέτρης, στου οποίου την περιοχή ο στόχος μόλις έχει εισέλθει, ξεκινά το δικό του/της χρονόμετρο (Σχήμα 4B). Συνεχίστε για 2 λεπτά και μετά καταγράψτε τον αθροιστικό χρόνο σε κάθε χρονόμετρο.
  2. Στη συνέχεια, μειώστε το πλάτος του διαδρόμου κατά 1 m και επαναλάβετε το πείραμα. Συνεχίστε μέχρι ο διάδρομος να γίνει μόλις 1 m φαρδύς (Σχήμα 4C).
  3. Παραστήστε γραφικά τους καταγεγραμμένους χρόνους όπως μετρήθηκαν από κάθε χρονομέτρη για διαφορετικά φάρδη διαδρόμου (Σχήμα 5).
Σχήμα 5: Παράδειγμα από
κατανομές χρόνου που
μετρήθηκαν από τους
χρονομέτρες. Κάντε κλικ
στην εικόνα για μεγέθυνση

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Timothy Saunders

Αυτό είναι ένα παράδειγμα του πως η συμπεριφορά αλλάζει από ένα ελεύθερο σε ένα περιορισμένο σύστημα. Αυτό είναι παρόμοιο κατ’ αρχήν με το σχηματισμό μποτιλιαρίσματος όταν ο αριθμός των λωρίδων κυκλοφορίας περιορίζεται (αν και προφανώς τα αυτοκίνητα δεν πηγαίνουν σε αντίθετες κατευθύνσεις στην ίδια λωρίδα!) Οι μαθητές μπορεί επίσης να παρατηρήσουν ότι σχηματίζονται ρεύματα, αντίστοιχα με τα ρεύματα των πεζών σε μια κεντρική οδόw5. Αυτό συμβαίνει γιατί γίνεται πιο αποτελεσματικό για κάποιον να ακολουθεί το μονοπάτι ενός άλλου ατόμου παρά να ανοίγει νέο μονοπάτι μέσα στο πλήθος.

This is an example of how behaviour changes from a free to a restricted system. This is similar in principle to traffic jam formation when the number of lanes is restricted (though obviously the cars are not going in opposite directions in the same lane!). Students may also notice that streams form, akin to streams of pedestrians on the high streetw5. This happens because it becomes more efficient for someone to follow another person’s path rather than forming a new route through the crowd.

Συμπεράσματα

Ανακεφαλαιώστε τα βασικά αποτελέσματα:

  • Τα πλήθη είναι δυναμικές οντότητες, που περιγράφονται καλά από έννοιες της φυσικής.
  • Η δημιουργία ρευμάτων μπορεί να μειώσει την πίεση του συνωστισμού. Ειδικότερα, αν τεχνητά προκαλέσουμε τη δημιουργία ρευμάτων (χρησιμοποιώντας εμπόδια) μπορεί να μειωθεί ο χρόνος εξόδου από περιοχές συνωστισμού.
  • Οι μεγάλες αρχικές ταχύτητες μπορούν να προκαλέσουν συνωστισμό – δεν είναι πάντα το καλύτερο να είσαι γρήγορος. Αυτό βρίσκει εφαρμογή σε χωρικά περιορισμένες περιοχές, όπως περιοχές με δημόσια έργα ή το κυτταρόπλασμα ενός κυττάρου.
  • Χρησιμοποιώντας τις παραπάνω ιδέες, οι φυσικοί έχουν καταφέρει να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση ενός αριθμού προβλημάτων του πραγματικού κόσμου. Για παράδειγμα, το ετήσιο προσκύνημα στη Μέκκα έχει καινούρια συστήματα για να ανακουφίζει την πίεση από τον κόσμο σε μια προσπάθεια να αποφύγει προβλήματα συνωστισμούw2.
  • Τέτοιες λύσεις απαιτούν το συνδυασμό διαφορετικών περιοχών της φυσικής (όπως η μηχανική των ρευστών, οι αλληλεπιδράσεις σωματιδίων, οι διακυμάνσεις και ο ρόλος των συνόρων) και αντιδιαισθητική σκέψη.

Προαιρετική προέκταση

Θα μπορούσατε να ζητήσετε από τους μαθητές σας να γράψουν μια έκθεση σχετικά με μια ειδική μορφή συνωστισμού, πως η φυσική μπορεί να εξηγήσει τον παρατηρούμενο συνωστισμό, και (αν είναι κατάλληλο) τι μπορεί να γίνει για να μειωθεί ο συνωστισμός. Πιθανά παραδείγματα περιλαμβάνουν το προσκύνημα στη Μέκκα, τη σχεδίαση των εξόδων κινδύνου, το χτίσιμο των αυτοκινητόδρομων, το σχεδιασμό πόλεων, τη μετανάστευση των ζώων, τη διάχυση μορίων στα κύτταρα, ή το μακρομοριακό συνωστισμό στα διαλύματα.

Για προχωρημένους στα μαθηματικά μαθητές, το μοντέλο του έξυπνου οδηγού είναι ένα καλό παράδειγμα του πως μπορούν τα πλήθη να μοντελοποιηθούνw6.

Download

Download this article as a PDF

References

  • McGuffee SR, Elcock AH (2010) Diffusion, crowding & protein stability in a dynamic molecular model of the bacterial cytoplasm. PLoS Computational Biology 6(3): e1000694. doi: 10.1371/journal.pcbi.1000694

Web References

  • w1 – Μια ομάδα από αμερικανούς επιστήμονες, έχει φτιάξει ένα ενημερωτικό ιστοχώρο για να παρουσιάσουν τα δεδομένα τους από προσομοιώσεις πάνω στο σχηματισμό των μποτιλιαρισμάτων. Περιλαμβάνει μια καλή εξήγηση της έρευνάς τους και των αποτελεσμάτων, καθώς επίσης και ένα αριθμό από βίντεο που δείχνουν πως σχηματίζονται τα μποτιλιαρίσματα φαντάσματα δηλαδή αυτά που δεν έχουν κάποια φανερή αιτία. Δείτε: http://math.mit.edu/projects/traffic
  • w2 – Κατεβάστε υποστηρικτικό υλικό σχετικό με τη φυσική του συνωστισμού, συμπεριλαμβανομένων και συνδέσμων σε εργαλεία διαθέσιμα online, ως αρχείο Word ή PDF.
    • Το σχέδιο μαθήματος για αυτή τη δραστηριότητα είναι επίσης διαθέσιμο ως αρχείο Word ή PDF.

  • w3 – Ακολουθώντας αρκετές διαφυγές πανικού με σοβαρά αποτελέσματα, επιστήμονες από τη Γερμανία και τη Σαουδική Αραβία ερεύνησαν το συνωστισμό κατά τη διάρκεια του προσκυνήματος στη Μέκκα, το οποίο οδήγησε σε αλλαγές στον τρόπο που τώρα οργανώνεται το πλήθος. Ο ιστοχώρος τους περιέχει υποστηρικτικό υλικό και σύντομα βίντεο των αναλύσεών τους, καθώς επίσης και λίστα με συνδέσμους για άλλες αναλύσεις συνωστισμού και μελέτες προσομοίωσης. Δείτε: www.trafficforum.ethz.ch/crowdturbulence
    • Ένας από τους επιστήμονες, ο Dirk Helbing, έχει από τότε μετακομίσει στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας, στη Ζυρίχη της Ελβετίας. Η ιστοσελίδα του παρέχει μια καλή συλλογή από βίντεο, συνδέσμους και προσομοιώσεις συνωστισμού και άλλων μαζικών κοινωνικών συμπεριφορών όπως το συγχρονισμένο χειροκρότημα. Δείτε: www.soms.ethz.ch/research/Videos

  • w4 – Μια ομάδα Γερμανών και Ούγγρων επιστημόνων έχουν προσομοιώσει τον πανικό διαφυγής σε ένα μοντέλο σε υπολογιστή. Ο ιστοχώρος τους που είναι ελεύθερα προσπελάσιμος, προσφέρει το άρθρο τους που δημοσιεύθηκε στο Nature στα αγγλικά και ουγγρικά, βίντεο που προσομοιώνουν διάφορα σενάρια διαφυγής με ή χωρίς πανικό ή επίδραση αγέλης, μια λίστα των κύριων καταστροφών συνωστισμού και υποστηρικτικό υλικό. Δείτε: www.panics.org
  • w5 – Για μια προσομοίωση του πως σχηματίζονται λωρίδες ομοιόμορφης κατεύθυνσης βηματισμού σε ένα δρόμο, δείτε: www.trafficforum.org/somsstuff/pedapplets/Corridor.html
  • w6 – Για μια εξήγηση του μοντέλου του έξυπνου οδηγού, δείτε: www.vwi.tu-dresden.de/~treiber/MicroApplet/IDM.html

 

Author(s)

Ο Timothy Saunders είναι ένας μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας στη Χαϊδελβέργη της Γερμανίας. Η δουλειά του περιλαμβάνει την εφαρμογή εννοιών της φυσικής σε βιολογικά προβλήματα. Κατά τη διάρκεια των περασμένων 6 ετών έχει διδάξει μαθηματικά, φυσική και βιολογία σε μαθητές διαφόρων ηλικιών και ικανοτήτων. Αυτό το άρθρο γεννήθηκε μέσα από μια σειρά μαθημάτων που δόθηκε σε ενήλικες εκπαιδευόμενους που ξαναέδιναν τις σχολικές εξετάσεις τους στη βιολογία.


Review

Μελέτες της κίνησης των ρευστών και της μοριακής κίνησης μέσα στα κύτταρα παρουσιάζονται με ένα εντελώς πρωτοποριακό τρόπο. Η έννοια του συνωστισμού επεκτείνεται σε διαφορετικές καταστάσεις, και στο μακροσκοπικό επίπεδο, όπως είναι ο συνωστισμός ανθρώπων, και στο μικροσκοπικό επίπεδο, όπως όταν συζητάμε για μόρια.

Οι δραστηριότητες που μπορεί να εκτελεστούν με χρήση μόνο στοιχειώδους εξοπλισμού, υποστηρίζονται από εικονογράφηση και ιστοχώρους που δίνουν ιστορικές πληροφορίες για το συνωστιμό, εικόνες και προσομοιώσεις που κάνουν εύκολη την αναπαραγωγή. Η ανάπτυξη του μαθήματος ακολουθεί μια προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω, λαμβάνοντας υπόψη αρχικά τις εμπειρίες των μαθητών και μετά χτίζοντας πάνω σ’ αυτές για να εξελιχθεί με μια περισσότερο λεπτομερή ανάλυση του συνωστισμού. Αν ο θόρυβος μπορεί να ενοχλήσει τις άλλες τάξεις, οι δραστηριότητες μπορεί να εκτελεστούν στην αυλή ή το γυμναστήριο.

Οι δραστηριότητες με τα πλήθη σε συνωστισμό έχουν σχέση με τη βιολογία όταν συζητάμε τη μοριακή ροή και τις αλληλεπιδράσεις των πρωτεϊνών. Στη φυσική, είναι εφαρμόσιμες στην κίνηση των ρευστών, στις αλλαγές ταχυτήτων της κυκλοφοριακής ροής και στη δημόσια ασφάλεια όταν σχεδιάζουμε ανοιχτούς χώρους όπως τα στάδια και τα εμπορικά κέντρα. Αν και είναι κυρίως μια επιστημονική έννοια, ο συνωστισμός μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στη γεωγραφία και στις περιβαλλοντικές σπουδές, για να υπολογίσετε την πυκνότητα των ανθρώπων, την κοινωνική πίεση και τη μετανάστευση των ζώων.

Το άρθρο και οι δραστηριότητές του μπορεί να υιοθετηθούν σε ατομική ή ομαδική ανάθεση εργασίας. Μπορεί να ζητηθεί από τους μαθητές να σχεδιάσουν ένα δημόσιο στάδιο, μια δημοτική περιοχή ή ακόμη και μια περιοχή αναψυχής για το σχολείο τους, αιτιολογώντας τις διευθετήσεις τους για τη δημόσια ασφάλεια.

Δοσμένες με διαφορετικούς τρόπους, αυτές οι δραστηριότητες θα μπορούσαν να είναι κατάλληλες για μαθητές ηλικίας 13 ετών ή και μεγαλύτερους. Προχωρημένοι στα μαθηματικά μαθητές θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτή τη δραστηριότητα για να ξεκινήσουν να μοντελοποιούν φυσικές διαδικασίες.


Catherine Cutajar, Μάλτα




License

CC-BY-NC-SA