Κατασκευάζοντας ένα σεισμογράφο από άχρηστα υλικά Teach article

Μετάφραση από τον Παντελεήμονα Μπαζάνο (Panteleimon Bazanos). Γνωρίζετε ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα ηχεία από ένα παλιό στερεοφωνικό για να ανιχνεύσετε σεισμούς;…

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Jeffreyw / iStockphoto

Όλο τον καιρό σε ολόκληρο τον κόσμο γίνονται σεισμοί. Το 2011, οι σεισμοί που προκάλεσαν την καταστροφή της Fukushima στην Ιαπωνία, σκότωσαν χιλιάδες στην Τουρκία και κατέστρεψαν το Christchurch της Νέας Ζηλανδίας, έγιναν πρωτοσέλιδα εφημερίδων. Αλλά γνωρίζετε ότι το 2011 έγιναν επίσης σεισμοί στη Φιλανδία, στο Βέλγιο και στη Δημοκρατία της Τσεχίας;

Μερικοί σεισμοί μπορεί να είναι τόσο ασθενείς που να είναι πρακτικά ανεπαίσθητοι, παρόλα αυτά όμως μπορούν να καταγραφούν. Κάθε τρέμουλο της Γης παράγει διαφορετικούς τύπους δονήσεων ή σεισμικά κύματα, που ταξιδεύουν με διαφορετική ταχύτητα στο εσωτερικό της Γης. Αυτά τα κύματα μπορούν να ανιχνευτούν και να καταγραφούν από όργανα που λέγονται σεισμογράφοι, που συχνά βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις από το σεισμό. Μετρώντας το χρόνο που χρειάζονται τα σεισμικά κύματα για να φτάσουν στους σεισμογράφους, καθώς και το πλάτος και τη διάρκεια των κυμάτων, μπορούμε να υπολογίσουμε το μέγεθος του σεισμού και να καθορίσουμε το επίκεντρό του.

Καταγράφοντας τοπικούς σεισμούς

Σεισμοί γίνονται κάθε μέρα στην Ελλάδα (εικόνα 1), καθώς βρίσκεται στα όρια δύο τεκτονικών πλατών. Η περιοχή της Μεσσηνίας, που βρίσκεται το σχολείο μας, έχει ιστορία από μεγάλους σεισμούς. Το 1886, ένας ισχυρός σεισμός μεγέθους 7.5 Richter χτύπησε τα Φιλιατράw1 (εικόνα 2). Ένα αιώνα αργότερα, η Καλαμάτα πλήγηκε από ένα άλλο δυνατό σεισμόw2, μεγέθους 6.0 Richter αυτή τη φορά. Προβλέπεται ότι μέσα στα επόμενα 100 χρόνια, η Σπάρτη θα πληγεί από σεισμόw3 εγέθους 7.0 Richter.

Εικόνα 1: Οι σεισμοί στην Ελλάδα κατά την πρώτη εβδομάδα του Νοεμβρίου 2011. Λόγω της θέσης της στα όρια της Αφρικανικής τεκτονικής πλάκας και Ευρασιατικής τεκτονικής πλάκας, κάθε μέρα γίνονται αρκετοί σεισμοί
Η εικόνα προσφέρθηκε από Panteleimon Bazanos; Πηγή εικόνας: Το αυτοματοποιημένο σύστημα ανακοινώσεων σεισμών του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου (Institute of Geodynamics) του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (the National Observatory of Athens)

Εικόνα 2: Το 1886 ισχυρός σεισμός κατάστρεψε τα Φιλιατρά, ενώ το 1986 άλλος σεισμός προκάλεσε μεγάλες ζημιές στην Καλαμάτα. Η Σπάρτη είναι πιθανό να είναι ένα άλλο θύμα μέσα στα επόμενα 100 χρόνια
Η εικόνα προσφέρθηκε από Panteleimon Bazanos; Το αυτοματοποιημένο σύστημα ανακοινώσεων σεισμών του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου (Institute of Geodynamics) του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (the National Observatory of Athens)
Κάντε κλικ στην εικόνα
για μεγέθυνση

Η εικόνα προσφέρθηκε
από Nicola Graf

 

Για να ενθαρρύνω τους μαθητές μου να μάθουν για τους σεισμούς, εγκατέστησα στο σχολείο μας – το Γενικό Λύκειο Φιλιατρών , ένα εμπορικό, εκπαιδευτικό σεισμογράφο. Ο σεισμογράφος βασίζεται σε μια διάταξη τριών γεωφώνων – όργανα που αποκρίνονται στα σεισμικά κύματα και τα μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα. Κάθε ένα από τα τρία γεώφωνα καταγράφει κύματα στην κατακόρυφη, ανατολική – δυτική και βόρεια – νότια διεύθυνση. Ύστερα τα τρία σήματα επεξεργάζονται από υπολογιστή, επιτρέποντας τον υπολογισμό του μεγέθους και της απόστασης από το επίκεντρο του σεισμού. (εικόνα 3).

 

Εικόνα 3: Σεισμόγραμμα τριών καναλιών από τον εμπορικό μας σεισμογράφο, που δείχνει τους χρόνους άφιξης των πρωτευόντων (P) και δευτερευόντων (S) κυμάτων καθώς και τον χρόνο που σταματούν οι δονήσεις (C).
Τα πρωτεύοντα κύματα είναι διαμήκη κύματαw4 και φτάνουν πρώτα στο σεισμογράφο. Μπορούν να ταξιδεύουν μέσα από στερεά ή ρευστά – στον αέρα παίρνουν τη μορφή των ηχητικών κυμάτων, ταξιδεύοντας συνεπώς με την ταχύτητα του ήχου (340 m/s). Στο νερό ταξιδεύουν με περίπου 1450 m/s και στο γρανίτη με περίπου 5000 m/s. Τα δευτερεύοντα κύματα είναι εγκάρσια κύματα, που φτάνουν στο σεισμογράφο μετά τα πρωτεύοντα και μετατοπίζουν το έδαφος σε διεύθυνση κάθετη στην κατεύθυνση διάδοσης. Δεν διαδίδονται σε υγρά ή αέρια, και ταξιδεύουν μέσα στα στερεά με το 60% περίπου της ταχύτητας των πρωτευόντων κυμάτων.
Η απόσταση από το επίκεντρο (σε Km) και το μέγεθος του σεισμού (μετρημένο στην κλίμακα Richter) υπολογίζονται σύμφωνα με τους τύπους
    απόσταση = p1·(ts – tp)
και
    μέγεθος = p2·log10 (tc – tp) + p3·distance – p4
όπου p1, p2, p3, p4 είναι σταθερές που εξαρτώνται από τον τύπο των πετρωμάτων διαμέσου των οποίων περνάει ο σεισμός. Εξ’ ορισμού τιμές είναι p1 = 7.6, p2 = 2.31, p3 = 0.0012, p4 = 1.0. Τρεις τιμές χρόνου (σε δευτερόλεπτα) χρειάζονται: ο χρόνος άφιξης των κυμάτων P (tp), ο χρόνος άφιξης των κυμάτων S (ts) και ο χρόνος λήξης των δονήσεων (tc)

Η εικόνα προσφέρθηκε από Panteleimon Bazanos; Πηγή εικόνας: Seismic Logger, Helicorder and Dataviewer software, Εργαστήριο Σεισμολογίας Πανεπιστημίου Πατρών (Seismology Laboratory of the University of Patras)
Εικόνα 4: Πως δουλεύει ένα
γεώφωνο. Όταν το έδαφος
δονείται, η μάζα με το
προσαρτημένο πηνίο
κινείται ως προς το
μαγνήτη. Η τάση που
παράγεται στους
ακροδέκτες εξαρτάται από
τον τρόπο που δονείται το
έδαφος. Κάντε κλικ στην
εικόνα για μεγέθυνση.

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Panteleimon Bazanos

 

Κατασκευάζοντας ένα σεισμογράφο

Θέλησα επίσης να ενθαρρύνω του μαθητές μου να σκεφτούν σχετικά με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται στην ανίχνευση και μέτρηση των σεισμών και να καταλάβουν τι κάνει κάθε στοιχείο, παρά να βλέπουν το σεισμογράφο σαν «μαύρο κουτί». Στο τέλος κατασκευάσαμε το δικό μας σεισμογράφο, με τον οποίο μπορούμε να ανιχνεύουμε τοπικούς σεισμούς, μέχρι 100 – 200 Km μακριά, ανάλογα με το μέγεθός τους.

Στην καρδιά κάθε σεισμογράφου είναι τα γεώφωνα. Αυτά μετατρέπουν τις δονήσεις του εδάφους σε ηλεκτρικά σήματα με τη βοήθεια ενός πηνίου που κινείται σχετικά με ένα μαγνήτη, παράγοντας ηλεκτρική τάση στις άκρες του πηνίου (νόμος Faraday; εικόνα 4). Για να κατασκευάσουμε το σεισμογράφο μας, χρησιμοποιήσαμε καθημερινή τεχνολογία για το γεώφωνο: Ένα ηχείο. Κανονικά, τα ηχεία λειτουργούν μετατρέποντας ηλεκτρικά σήματα σε σχετική κίνηση ενός πηνίου ως προς ένα μαγνήτη, πράγμα που κάνει τον κώνο να κινείται μέσα – έξω, δημιουργώντας δονήσεις: τα ηχητικά κύματα (εικόνα 5). Κάνοντάς τα να λειτουργούν αντίστροφα – μετατρέποντας τις δονήσεις σε ηλεκτρικά σήματα – μπορούν να λειτουργήσουν και σαν γεώφωνα.

 

Εικόνα 5: Πως λειτουργεί ένα ηχείο. Αφού η λειτουργία των ηχείων βασίζεται στην σχετική κίνηση πηνίου και μαγνήτη, μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε για να ανιχνεύσουμε δονήσεις εδάφους. Αυτές οι δονήσεις κινούν το πηνίο σχετικά με το μαγνήτη, παράγοντας τάση στα άκρα του πηνίου. Αυτά τα ηλεκτρικά σήματα καταγράφονται από τον υπολογιστή μέσω της κάρτας ήχου, με τον ίδιο τρόπο που γίνεται και η είσοδος από το μικρόφωνοw5
Η εικόνα προσφέρθηκε από Iain Fergusson; Πηγή εικόνας: Wikimedia Commons

Για να κατασκευάσουμε το γεώφωνό μας, χρησιμοποιήσαμε ένα «γούφερ» – ηχείο για χαμηλούς ήχους – επειδή τα γούφερ έχουν σχεδιαστεί να δουλεύουν καλά σε χαμηλές συχνότητες, και τα σεισμικά κύματα είναι δονήσεις χαμηλών συχνοτήτων. Για να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση των ηχητικών δονήσεων, αφαιρέσαμε τον κώνο του ηχείου.

Εικόνα 6: Το αυτοσχέδιο
γεώφωνό μας

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Panteleimon Bazanos

Για να ολοκληρώσουμε το γεώφωνό μας (εικόνα 6), χρησιμοποιήσαμε επίσης μια μάζα, ένα ελατήριο και το καπάκι από ένα σπρέι. Η μάζα εξυπηρετεί στην αύξηση της αδράνειας, καθώς το πηνίο του ηχείου είναι πολύ ελαφρύ. Τοποθετώντας μια μάζα απ’ ευθείας επάνω στο πηνίο μπορεί να το καταστρέψει, έτσι χρησιμοποιήσαμε το ελατήριο για να την συγκρατήσουμε επιτρέποντας την ταλάντωση. Το καπάκι είναι για προστασία του πηνίου. Μετά συνδέσαμε το γεώφωνο γούφερ στην κάρτα ήχου του υπολογιστή και καταγράψαμε σήματα με το λογισμικό επεξεργασίας ήχου, δημιουργώντας ένα λειτουργικό σεισμογράφο.

Λεπτομερείς οδηγίες για την κατασκευή του σεισμογράφου μας μπορούν να μεταφορτωθούν από τον ιστοχώρο του Science in Schoolw6.

Τώρα είναι η σειρά σας

Αν σας ενδιαφέρει η καταγραφή και η έρευνα της σεισμικής δραστηριότητας στην τάξη, μπορείτε:

  1. Να καταγράψετε και να αναλύσετε δεδομένα από υπάρχοντες σεισμογραφικούς σταθμούςw7,w8.
  2. Να χρησιμοποιήσετε ένα εμπορικό, εκπαιδευτικό σεισμογράφο.
  3. Να κατασκευάσετε το δικό σας σεισμογράφο, χρησιμοποιώντας τις οδηγίες που μπορείτε να μεταφορτώσετε από εδώw6.
  4. Να εκτελέσετε μερικά απλά πειράματα για να προσομοιώσετε και να διερευνήσετε τη φυσική των σεισμών.

Για να καταγράψετε σεισμούς είτε με εμπορικό είτε με αυτοσχέδιο σεισμογράφο, πρέπει να είστε σχετικά κοντά στα επίκεντρά τους. Ο αυτοσχέδιος σεισμογράφος μας ανιχνεύει σεισμούς μέχρι 100 – 200 Km μακριάw9, ανάλογα με το μέγεθός τους. Με τον εμπορικό μας σεισμογράφοw10, έχουμε ανιχνεύσει σεισμούς 4 Richter από 500 Km μακριά.

Οι επιλογές 1 και 4 έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι εφικτές ακόμα και σε περιοχές με πολύ μικρή σεισμική δραστηριότητα.

Αναζητώντας σεισμούς

Βλάβες από σεισμό σε
πεζοδρόμιο

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Tubbi; Πηγή εικόνας:
Wikimedia Commons

Το πηνίο του αυτοσχέδιου σεισμογράφου είναι πολύ ευαίσθητο, έτσι το γεώφωνο πρέπει να μεταχειρίζεται με πολύ μεγάλη προσοχή. Για καλύτερες μετρήσεις, εγκαταστήστε το σεισμογράφο κάπου ήσυχα και χωρίς δονήσεις, ίσως στο υπόγειο του σχολείου. Ωστόσο, για να κεντρίσω το ενδιαφέρον των μαθητών μου για συμμετοχή, εγκατέστησα το δικό μου στην τάξη.

Αφού εγκαταστήσετε το σεισμογράφο σας, κάνετε συνεχή καταγραφή για μια – δυο μέρες και αποθηκεύτε τα δεδομένα σε ένα αρχείο. Πριν όμως ψάξετε για σεισμούς στα δεδομένα, πρέπει να τα επεξεργαστείτε λίγο. Οι ακριβείς λεπτομέρειες της επεξεργασίας εξαρτώνται από το λογιστικό που χρησιμοποιείτε, παρόλα αυτά όμως είναι απλές.

  1. Απομακρύνετε την μετατόπιση συνεχούς (DC offset), για να απαλειφθεί η συνεισφορά του συνεχούς ρεύματος στο σήμα.
  2. Ενισχύστε τις χαμηλές συχνότητες (κάτω από τα 100 Hz). Αυτή είναι και η περιοχή στην οποία θα ανιχνεύσετε τους σεισμούς.
  3. Απομακρύνετε το θόρυβο υποβάθρου (θερμικός θόρυβος, ηλεκτρονικός θόρυβος, κλπ.) για να καθαρίσει το σήμα.
  4. Τέλος, μπορείτε να αναζητήσετε στα δεδομένα χαρακτηριστικά σήματα που υποδηλώνουν σεισμούς.

Δεν είναι σεισμοί όλα τα σήματα που καταγράφονται από τους σεισμογράφους. Άλλες περισσότερο τοπικές πηγές θορύβου, όπως κυκλοφορία οχημάτων, άνεμος, εκρήξεις, άνοιγμα και κλείσιμο πορτών, μπορούν να προκαλέσουν σύγχυση. Οι σεισμοί έχουν συχνά ένα χαρακτηριστικό σήμα. Μια μικρή κυματομορφή που την ακολουθεί μια μεγάλη κυματομορφή (εικόνα 3). Επειδή όμως αυτό δεν ισχύει πάντα, ίσως εσείς και οι μαθητές σας να είστε μερικές φορές αβέβαιοι αν έχετε πραγματικά ανιχνεύσει σεισμό. Ο μόνος τρόπος για να βεβαιωθείτε, είναι να κάνετε ότι κάνουν και οι επαγγελματίες σεισμολόγοι, δηλαδή να συγκρίνετε τα δεδομένα σας με τις καταγραφές που έχουν κάνει άλλοι σεισμογραφικοί σταθμοίw7,w8.

Αφού σιγουρευτήτε ότι ανιχνεύσατε σεισμό, μπορείτε να υπολογίσετε το μέγεθός του (στην κλίμακα Richter) και την απόστασή σας από το επίκεντρο (εικόνα 7). Για να τα κάνετε, χρειάζεστε μόνο τρεις μετρήσεις: Τον χρόνο άφιξης (σε δευτερόλεπτα) των κυμάτων P και S και τον χρόνο λήξης των δονήσεων (εικόνα 3). Για περισσότερες πληροφορίες μεταφορτώστε τις οδηγίες από τον ιστοχώρο του Science in School websitew6.
 

Εικόνα 7: Σήματα σεισμών που έχουν καταγραφεί με τον αυτοσχέδιο σεισμογράφο μας. Οι τιμές στα κίτρινα πλαίσια υπολογίστηκαν από δεδομένα του αυτοσχέδιου σεισμογράφου, ενώ οι τιμές κάτω από τα σήματα είναι από τις αναφορές του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών.
Το ML συμβολίζει το τοπικό μέγεθος (ML) στην κλίμακα Richter

Η εικόνα προσφέρθηκε από Panteleimon Bazanos

Πειράματα δονήσεων με ηχεία υπολογιστών

Εικόνα 8: Ένα ζευγάρι
ηχείων υπολογιστή και το
τροποποιημένο καλώδιο
για χρήση στα πειράματα.
Το βύσμα του καλωδίου
έχει αντικατασταθεί από
κροκοδειλάκια και οι κώνοι
των ηχείων έχουν
αφαιρεθεί επίσης για να
ελαχιστοποιηθεί η
επίδραση των ήχων που
διαδίδονται μέσω του
αέρα

Η εικόνα προσφέρθηκε από
Panteleimon Bazanos

Επίσης επινόησα μερικά πειράματα για να προσομοιάσω μερικά ζητήματα σχετικά με τους σεισμούς και τα σήματα που παράγουν – για παράδειγμα, τη μείωση της ενέργειας που μεταφέρουν οι σεισμοί καθώς περνούν μέσα από διάφορα υλικά.

Για να το κάνουμε, χρησιμοποιήσαμε ηχεία και υπολογιστή με κάρτα ήχου και λογισμικό επεξεργασίας ήχου, όπως και πριν. Αλλά στη θέση των γεωφώνων μπορείτε να χρησιμοποιήσετε παλιά ηχεία υπολογιστών (χωρίς τον κώνο), τα οποία μπορούν να μετακινούνται όπως χρειάζεται για την εκτέλεση των πειραμάτων (εικόνα 8). Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε γούφερ των 100W / 8Ω, όπως και στην κατασκευή του σεισμογράφου ή ηχεία υπολογιστών των 3W / 8Ω και επιπλέον το πρόγραμμα επεξεργασίας ήχου Audacityw11. Για λεπτομέρειες, δείτε τα βήματα 1, 8 και 9 στις οδηγίες που είναι διαθέσιμες για μεταφόρτωσηw6.

Τα πειράματα αναφέρονται σε πτώση σφαιριδίων από διαφορετικό ύψος (που παριστάνουν διαφορετική ενέργεια) σε διαφορετική απόσταση από τους ανιχνευτές (τα ηχεία), πάνω σε επιφάνειες σκληρών υλικών.

Όταν το σφαιρίδιο χτυπά σε σκληρή επιφάνεια, παράγονται δονήσεις που διαδίδονται διαμέσου του υλικού – όπως ένας σεισμός παράγει σεισμικά κύματα που διαδίδονται διαμέσου της Γης.

Πείραμα 1: Η ισχύς του σεισμού

Η δραστηριότητα αυτή δείχνει τη σχέση μεταξύ ισχύος σεισμού και κίνησης εδάφους. Προκαλέσαμε δονήσεις σε ένα κομμάτι μάρμαρο (ή ξύλο, πλαστικό ή ακόμα και στο έδαφος) αφήνοντας να πέσει μια μπίλια από ποντίκι υπολογιστή από διαφορετικό ύψος κάθε φορά, παράγοντας κούνημα με διαφορετική ισχύ. Το εύρος του σήματος εξαρτάται από την ισχύ του τραντάγματος.

Εικόνα 9: Δύο διατάξεις για τα πειράματα, χρησιμοποιώντας ένα (Α) ή δύο (Β) ηχεία
Η εικόνα προσφέρθηκε από Panteleimon Bazanos
  1. Στήστε τη διάταξη όπως φαίνεται στην εικόνα 9Α.
  2. Ρίξτε τη μπίλια από διαφορετικό ύψος και καταγράψτε το εύρος του σήματος (εικόνα 10) στον πίνακα 1. Δεν έχει σημασία η απόσταση από το ηχείο που πέφτει η μπίλια, αλλά σιγουρευτείτε ότι πέφτει από το ίδιο ύψος κάθε φορά.
Εικόνα 10: Σήματα που καταγράφτηκαν στο πείραμα 1. Τα σήματα είναι ενισχυμένα 10 φορές περίπου
Η εικόνα προσφέρθηκε από Panteleimon Bazanos
Πίνακας 1: Εισάγετε τα αποτελέσματά σας για το πείραμα 1
Ύψος (cm) 10 15 20 25 30
Εύρος σήματος          
  1. Κάνετε τη γραφική παράσταση του εύρους σε συνάρτηση του ύψους.
  2. Συζητήστε τη γραφική παράσταση. Οι μαθητές σας θα πρέπει να συμπεράνουν ότι όσο περισσότερη ενέργεια ελευθερώνεται, τόσο περισσότερο δονείται το έδαφος.

Πείραμα 2: Η εξασθένηση της ενέργειας

Αυτή η δραστηριότητα δείχνει την εξασθένηση (μείωση) της ενέργειας, καθώς τα σεισμικά κύματα διαδίδονται μέσα από το φλοιό της Γης. Δημιουργήσαμε δονήσεις αφήνοντας μια μπάλα σφαιροβολίας 4 Kg, να πέσει στο έδαφος από το ίδιο ύψος, αλλά σε διαφορετική απόσταση από το γεώφωνο γούφερ ή το ηχείο κάθε φορά. Καθώς τα κύματα ταξιδεύουν, χάνουν ενέργεια και το έδαφος δονείται λιγότερο. Αυτό ανακλάται στο εύρος των σημάτων.

  1. Στήστε τη διάταξη όπως φαίνεται στην εικόνα 9A.
  2. Σημειώστε 5 σημεία στο έδαφος που απέχουν κατά 1 m μακρύτερα κάθε φορά από το γεώφωνο γούφερ ή το ηχείο.
  3. Αφήστε τη σφαίρα να πέσει από το ίδιο ύψος (π.χ 1 m) στο έδαφος σε κάθε σημειωμένο σημείο και καταγράψτε τα αποτελέσματα (εικόνα 11) στον πίνακα 2.
Εικόνα 11: Σήματα που καταγράφηκαν στο πείραμα 2. Τα σήματα είναι ενισχυμένα περίπου 4 φορές
Η εικόνα προσφέρθηκε από Panteleimon Bazanos

Πίνακας 2: Εισάγετε τα αποτελέσματά σας για το πείραμα 2

Απόσταση από το γεώφωνο (m)

1

2

3

4

5

Εύρος σήματος

         
  1. Κάνετε ξανά τη γραφική παράσταση του εύρους σε συνάρτηση της απόστασης.
  2. Συζητήστε τη γραφική παράσταση. Οι μαθητές σας θα πρέπει να συμπεράνουν ότι όσο μακρύτερα γίνεται ο «σεισμός», τόσο λιγότερο δονείται το έδαφος.

Πείραμα 3: Η ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων σε διαφορετικά υλικά

Σε αυτή τη δραστηριότητα, εξερευνούμε την ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων σε διαφορετικά υλικά. Καθώς τα σεισμικά κύματα διαδίδονται διαμέσου της Γης, η ταχύτητά τους μεταβάλλεται ανάλογα με τη σύσταση των πετρωμάτων που συναντούν. Αυτό το γεγονός παρέχει στους σεισμολόγους και στους γεωλόγους σπουδαίες πληροφορίες για το εσωτερικό της Γης. Εδώ, εξερευνούμε το πόσο γρήγορα οι δονήσεις διαδίδονται μέσα σε διαφορετικά στερεά υλικά.

Χρησιμοποιήσαμε ξύλο, σίδερο και μάρμαρο, αλλά οποιοδήποτε σκληρό στερεό υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Απλά βεβαιωθείτε ότι τα υλικά που έχετε διαθέσιμα είναι κατάλληλα ως προς το μέγεθός τους για τη δραστηριότητα.

  1. Στήστε τη διάταξη όπως φαίνεται στην εικόνα 9Β.
  2. Ρίξτε μια μπίλια από ποντίκι υπολογιστή (ή κάποιο άλλο κατάλληλο αντικείμενο) πάνω στο πρώτο στερεό υλικό κοντά στο ένα ηχείο, αλλά όχι μεταξύ των ηχείων. Καταγράψτε τους χρόνους που χρειάζεται το σήμα να φτάσει σε κάθε ένα ηχείο (t1, t2).
  3. Επαναλάβατε το ίδιο με τα άλλα υλικά και εισάγετε τα αποτελέσματα στον πίνακα 3. Υπολογίστε την ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων χρησιμοποιώντας τον τύπο: v = x / (t2-t1).

Πίνακας 3: Εισάγετε τα αποτελέσματά σας για το πείραμα 3

Υλικό

t1

t2

t2-t1

x

 v = x / (t2-t1)

Ξύλο

         

Σίδερο

         

Μάρμαρο

         
  1. Συζητήστε τα αποτελέσματα. Σε ποιο υλικό τα κύματα διαδίδονται γρηγορότερα;

Download

Download this article as a PDF

Web References

Resources

Author(s)

Ο Παντελεήμων Μπαζάνος είναι χημικός και διδάσκει φυσικές επιστήμες στην δευτεροβάθμια εκπαίδευση στην Ελλάδα για 25 περίπου χρόνια. Τα τελευταία πέντε χρόνια διδάσκει χημεία και φυσική στο Γενικό Λύκειο Φιλιατρών. Έχει επίσης εμπλακεί σε πολλά σχολικά προγράμματα περιβαλλοντικής εκπαίδευσης.


Review

Το 2011, ένας σεισμός προκάλεσε περιβαλλοντική καταστροφή προκαλώντας ζημιές στα πυρηνικά εργοστάσια της Φουκουσίμα στην Ιαπωνία. Αυτό το άρθρο περιγράφει σύντομα τον μηχανισμό των σεισμών και ειδικότερα τη διάδοση των σεισμικών κυμάτων διαμέσου της Γης. Αυτά τα κύματα μπορούν να μετρηθούν με τους σεισμογράφους.

Ο συγγραφέας περιγράφει πώς εσείς και οι μαθητές σας μπορείτε να κατασκευάσετε τον δικό σας σεισμογράφο χρησιμοποιώντας ένα τροποποιημένο ηχείο και λογισμικό ήχου. Αυτό μπορεί να γίνει ένα ενδιαφέρον έργο στη φυσική (ακουστική, μετατροπή ήχου, επαγωγή, ελατήρια), στις γεωεπιστήμες (σεισμοί και ταξινόμηση τους), στη βιολογία ή ακόμα και σε μαθήματα ηλεκτρικών κατασκευών (πρακτική εργασία). Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε μαθήματα πληροφορικής τεχνολογίας (ανάλυση ήχου και λειτουργία λογισμικού ήχου; δημιουργία βάσεων δεδομένων για σεισμούς).

Αν έχετε πολύ μικρή σεισμική δραστηριότητα στην περιοχή σας, ώστε να μην αξίζει να κατασκευάσετε ένα δικό σας σεισμογράφο, μπορείτε να επισκεφθείτε τους προτεινόμενους ιστοχώρους και να μεταφορτώσετε σεισμικά δεδομένα για να τα αναλύσετε με τους μαθητές σας. Και φυσικά μπορείτε να εκτελέσετε τα πειράματα σχετικά με σεισμούς που προτείνει ο συγγραφέας.

Το άρθρο εγείρει ερωτήματα όπως:

  • Τι είναι ο σεισμός; Τι πληροφορίες μπορείτε να βρείτε σχετικά με ισχυρούς σεισμούς στην περιοχή σας;
  • Πως διαδίδονται τα σεισμικά κύματα διαμέσου της Γης;
  • Τι είναι οι σεισμογράφοι και πώς λειτουργούν;
  • Πως λειτουργούν τα ηχεία και γιατί και πώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ανίχνευση σεισμών;
  • Ποιοι είναι οι βασικοί νόμοι του ηλεκτρισμού που λαμβάνονται υπόψη, όταν ένα ηχείο χρησιμοποιείται σαν μικρόφωνο ή γεώφωνο; Πως μπορείτε να λάβετε ηλεκτρική τάση από αυτά;

Gerd Vogt, Ανώτερη Δευτεροβάθμια Σχολή για το Περιβάλλον και τα Οικονομικά, Yspertal, Αυστρία




License

CC-BY-NC-SA