Κουνήματα και τραντάγματα: η φυσική στους ωκεανούς Teach article

Μετάφραση από την Ιωάννα Αρκά. Αντίθετα με την κοινή αντίληψη, τα βαθιά νερά συχνά δεν είναι ακίνητα, κάτι το οποίο ισχύει και για την υδρόβια ζωή. Δραστηριότητες…

Η εικόνα είναι ευγενική
προσφορά του Isolino. Πηγή
εικόνας: Flickr

Όταν αναλογιζόμαστε την κλιματική αλλαγή, μια από τις μεγαλύτερες ανησυχίες είναι ότι μεγάλα ωκεάνια ρεύματα όπως εκείνο του Κόλπου του Μεξικού θα βγουν εκός πορείας, θέτοντας σε κίνδυνο τα καιρικά συστήματα που εξαρτώνται από αυτά. Αλλά τι είναι αυτό που αρχικά οδηγεί στην εδραίωση των ρευμάτων αυτών;

Το ρεύμα του Κόλπου του
Μεξικού είναι ένα από τα
ισχυρότερα ωκεάνια
ρεύματα στον κόσμο.
Ξεκινάει από το άκρο της
χερσονήσου της Φλόριντα
στις ΗΠΑ, και ακολουθεί τις
ανατολικές ακτές των ΗΠΑ
και της Νέας Γης στον
Καναδά, πριν διασχίσει τον
Ατλαντικό Ωκεανό προς τα
Βρετανικά Νησιά.. Το ρεύμα
του Κόλπου του Μεξικού
ωθείται από ανέμους και
διαφορές στην πυκνότητα
του νερού. Το επιφανειακό
νερό στον Βόρειο Ατλαντικό
ψύχεται από ανέμους από
την Αρκτική, και με αυτόν
τον τρόπο η πυκνότητά του
αυξάνεται, κάτι που το κάνει
να βουλιάζει στο βυθό του
ωκεανού. Το κρύο αυτό νερό
τότε επιστρέφει στον
Ισημερινό, όπου στη
συνέχεια θερμαίνεται
σταδιακά. Για να
αντικαταστήσει το ψυχρό
νερό που κινείται προς τον
Ισημερινό, θερμό νερό
κινείται από τον Κόλπο του
Μεξικού προς τον Ατλαντικό.
Κάντε κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνση.

Η εικόνα είναι ευγενική
προσφορά της Nicola
Graf

Ένα μέρος της απάντησης είναι η βαρύτητα. Η βαρύτητα δρα σε υδάτινες μάζες διαφορετικής πυκνότητας και αυτό, σε συνδυασμό με τον άνεμο και την περιστροφή της γης, δημιουργεί δυνάμεις και ρεύματα μέσα στους ωκεανούς. Τέτοιες διαδικασίες δεν έχουν μόνο μια εν δυνάμει επίδραση πάνω στο κλίμα, αλλά ασκούν και μεγάλη επίδραση στο περιβάλλον στο οποίο ζουν θαλάσσιοι οργανισμοί.

Κατά συνέπεια, οποιοσδήποτε φοιτητής ωκεανογραφίας θα χρειαστεί να έχει κατανοήσει βαθιά αυτές τις διαδικασίες. Αλλά μία ομάδα πανεπιστημιακών ωκεανογράφων στο Μέιν, ΗΠΑ, παρατήρησαν πριν από μερικά χρόνια ότι οι φοιτητές των θαλάσσιων επιστημών φαίνονταν ότι δεν γνώριζαν σχετικά με τη φυσική τη σχετική με το αντικείμενό τους, και επικεντρώνονταν κυρίως στη βιολογία. Ως συνέπεια αυτού αποφάσισαν να συνθέσουν μία πηγή υλικού διδασκαλίας για να πείσουν τους φοιτητές ότι οι ωκεανοί είναι ένα ασυνήθιστα ενδιαφέρον μέρος για να μελετήσει κανείς φυσική. Το άρθρο αυτό βασίζεται σε εκείνο το υλικό (Karp-Boss et al., 2009), το οποίο επικεντρώνεται σε έννοιες-κλειδιά της φυσικής οι οποίες είναι βασικές και στην ωκεανογραφία, και παρέχει ένα ελκυστικό περιβαλλοντικό πλαίσιο για ιδέες προερχόμενες από τη φυσική.

Βέβαια, οι φοιτητές μαθαίνουν καλύτερα όταν  συμμετέχουν ενεργά, κι έτσι ουσιώδης για το υλικό διδασκαλίας είναι μια σειρά δραστηριοτήτων, οι οποίες είναι έτσι σχεδιασμένες ώστε να προσελκύσουν την προσοχή των φοιτητών και να τους κάνουν να αμφισβητήσουν τα συμπεράσματά τους. Δύο δραστηριότητες που χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς από τους ωκεανογράφους περιγράφονται εδώ: μία που επικεντρώνεται στην πυκνότητα και μια άλλη που επικεντρώνεται στα κύματα. Και οι δύο θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν από μαθητές δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης όλων των ηλικιών (11-19).

Η πρώτη δραστηριότητα δείχνει πώς η στρωματοποίηση δημιουργείται ως αποτέλεσμα διαφορών πυκνότητας εξαιτίας της θερμοκρασίας ή της αρμύρας. Η δεύτερη δραστηριότητα εξετάζει τα εσωτερικά κύματα. Επίσης επιδεικνύεται ο συντονισμός και η φυσική συχνότητα. Και για τις δύο αυτές δραστηριότητες, η πειραματική διάταξη συναρμολογείται πριν από το μάθημα, και οι μαθητές εκτελούν τις δραστηριότητες έως και 30 λεπτά ανά δραστηριότητα (χρησιμοποιώντας φύλλα εργασίας, κάτω και διαθέσιμα για κατέβασμα στην ιστοσελίδα του Science in Schoolw1). Το τελευταίο μέρος του μαθήματος χρησιμοποιείται για τη σύνοψη των ευρημάτων και για τη συζήτησή τους.

Πυκνότητα και στρωματοποίηση

Η πυκνότητα είναι μια βασική ιδιότητα της ύλης. Είναι η μάζα ανά μονάδα όγκου του υλικού – δηλαδή πόση μάζα συγκεντρώνεται σε συγκεκριμένο όγκο. Στην ωκεανογραφία η πυκνότητα χρησιμοποιείται για το χαρακτηρισμό των υδάτινων μαζών και για τη μελέτη της κυκλοφορίας του νερού στους ωκεανούς. Πολλές ωκεάνιες διαδικασίες προκαλούνται από διαφορές πυκνότητας: η μεγάλης κλίματας ωκεάνια κυκλοφορία και η μεταφορά του άνθρακα από σωματίδια που βουλιάζουν από την επιφάνεια στο βάθος του ωκεανού είναι μόνο δύο παραδείγματα.

Ενώ η πυκνότητα του νερού κυμαίνεται από 998 κιλά ανά κυβικό μέτρο για γλυκό νερό σε θερμοκρασία δωματίου έως και 1250 κιλά ανά κυβικό μέτρο σε αρμυρές λίμνες, τα ωκεάνια νερά έχουν πολύ μικρότερο εύρος πυκνοτήτων (περίπου 1020-1030 κιλά ανά κυβικό μέτρο). Το μεγαλύτερο μέρος της μεταβλητότητας στην ωκεάνια πυκνότητα είναι εξαιτίας της αρμυρότητας και της θερμοκρασίας. Όσο αυξάνεται η συγκέντρωση των αλάτων, εξαιτίας εξάτμισης ή δημιουργίας πάγου, τόσο η πυκνότητα αυξάνει. Η αύξηση της θερμοκρασίας μειώνει την πυκνότητα, ενώ η ψύξη την αυξάνει.

Η πυκνότητα του ωκεάνιου νερού αυξάνεται με το βάθος, αλλά όχι με ομοιόμορφο τρόπο: το νερό διαφορετικών πυκνοτήτων δημιουργεί μία σειρά στρωμάτων (Σχήμα 1).

Σχήμα 1: Σε ανοιχτές ωκεάνιες περιοχές, υπάρχουν τουλάχιστον τρία ξεχωριστά στρώματα νερού: ένα ανώτερο μεικτό στρώμα ζεστού νερού, το θερμοκλινές, στο οποίο η θερμοκρασία μειώνεται ραγδαία όσο αυξάνεται το βάθος και μία βαθιά ζώνη ψυχρού, πυκνού νερού στην οποία η πυκνότητα αυξάνεται αργά με το βάθος.
Τα τρία στρώματα παρουσιάζονται σε αυτό το διάγραμμα της διατομής του Ατλαντικού Ωκεανού. Παρατηρείστε ότι το πάχος των στρωμάτων μεταβάλλεται με το γεωγραφικό πλάτος. Σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη υπάρχει μόνο το στρώμα ψυχρού νερού.
Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
.
Η εικόνα προέρχεται από το πρότζεκτ DataStreme Ocean. ©American Meteorological Society. Έχει δοθεί άδεια χρήσης
Πλαγκτόν.
Η εικόνα είναι ευγενική
προσφορά των Biopics. Πηγή
εικόνας: Wikimedia Commons

Αυτή η στρωματοποίηση λειτουργεί ως φράγμα για την ανταλλαγή θρεπτικών ουσιών και διαλυμένων αερίων μεταξύ του επιφανειακού στρώματος που θερμαίνεται από τον ήλιο και των βαθιών στρωμάτων, τα οποία είναι πλούσια σε θρεπτικές ουσίες. Η ανάμειξη των στρωμάτων δεν είναι εύκολη δουλειά: σκεφτείτε πόσο δυνατά πρέπει να κουνήσετε ένα μπουκάλι με σως για σαλάτα προκειμένου να αναμειχθεί το λάδι με το ξύδι. Έτσι, χωρίς αρκετή δυνατή μίξη εξαιτίας ανέμων ή κυμάτων, το φυτοπλαγκτόν στην επιφάνεια των ωκεανών δεν λαμβάνει αρκετά θρεπτικά συστατικά.
 

Στρώματα πυκνότητας. Η επάνω εικόνα δείχνει το νερό της βρύσης και το διάλυμα άλατος πριν την αφαίρεση του διαχωρίσματος. Μετά (κάτω εικόνα), το διάλυμα άλατος δημιουργεί ένα ευσταθές στρώμα στον πυθμένα της δεξαμενής με το νερό της βρύσης από πάνω του.
Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά της Lee Karp-Boss
Η πυκνότητα είναι ουσιώδης για τον τρόπο που παγώνουν οι λίμνες. Καθώς πλησιάζει ο χειμώνας σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, τα νερά των λιμνών παγώνουν από πάνω. Όταν τα ανώτερα στρώματα ψυχθούν και γίνουν πυκνότερα από τα χαμηλότερα στρώματα, τότε βουλιάζουν. Τα θερμότερα, αραιότερα στρώματα από κάτω ανεβαίνουν και παίρνουν τη θέση του νερού που βουλιάζει. Αν οι χαμηλές θερμοκρασίες παραμείνουν, αυτή η διαδικασία στο τέλος θα ψύξει ολόκληρη τη λίμνη στους 4 βαθμούς Κελσίου – την θερμοκρασία μέγιστης πυκνότητας του γλυκού νερού. Με ακόμα περαιτέρω επιφανειακή ψύξη, η πυκνότητα των επιφανειακών νερών θα μειωθεί, και η λίμνη στρωματοποιείται ευσταθώς με ψυχρότερο αλλά λιγότερο πυκνό νερό στην επιφάνεια. Καθώς το επιφανειακό νερό ψύχεται στους 0 βαθμούς Κελσίου, αρχίζει και παγώνει. Αν το ψύχος συνεχιστεί, το παγωμένο στρώμα παχαίνει.
1) Το επιφανειακό στρώμα νερού ψύχεται και βουλιάζει.
2) Θερμότερο νερό (που δεν έχει ακόμα ψυχθεί) ανεβαίνει για να το αντικαταστήσει.
3) Η διαδικασία επαναλαμβάνεται, ψύχοντας όλη τη λίμνη στη θερμοκρασία μέγιστης πυκνότητας (4 βαθμοί Κελσίου).
4) Το επιφανειακό στρώμα ψύχεται περαιτέρω και στην επιφάνεια αρχίζει να δημιουργείται πάγος. Ο πάγος είναι ευσταθής, καθώς είναι λιγότερο πυκνός από το νερό από κάτω του.
5) Με περαιτέρω ψύχος, ολόκληρη η λίμνη παγώνει.

Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση.
Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Nicola Graf
Acqua alta (“ψηλά νερά” στα
Ιταλικά) είναι το όνομα που
δόθηκε στην υψηλή στάθμη
νερού που εμφανίζεται
περιοδικά στη
λιμνοθάλασσα της Βενετίας.
Το φαινόμενο εμφανίζεται
εν μέρει εξαιτίας της
Αδριατικής
κυματανάπαλσης. Εδώ
βλέπουμε την διάσημη
πλατεία Σαν Μάρκο της
Βενετίας, εν μέρει καλυμμένη
από νερό κατά τη διάρκεια
ενός “aqua alta” το 2004.

Η εικόνα είναι ευγενική
προσφορά του Moroder. Πηγή
εικόνας: Wikimedia Commons

Τύποι κυμάτων

Παρόλο που η πυκνότητα δεν είναι το πρώτο πράγμα που μας έρχεται στο μυαλό όταν σκεφτόμαστε τη θάλασσα, τα κύματα είναι άλλη υπόθεση. Τα κύματα υπάρχουν παντού στον ωκεανό, στις λίμνες, και φυσικά στις παραλίες – και προκαλούν δέος και φόβο στην καταστροφική μορφή τους ως τσουνάμι.

Τα περισσότερα από αυτά τα κύματα είναι εκείνα που οι φυσικοί ονομάζουν επιφανειακά κύματα. Αλλά υπάρχουν και εσωτερικά κύματα, που εμφανίζονται στην επιφάνεια επαφής μεταξύ στρωμάτων νερού διαφορετικής πυκνότητας. Στον ωκεανό, εσωτερικά κύματα αναμειγνύουν τα στρώματα νερού και ωθούν τα θρεπτικά συστατικά που αυτά περιέχουν προς την επιφάνεια.

Η γεωμετρία μιας δεξαμενής νερού (όπως μία λίμνη ή ένας κόλπος) καθορίζει ποια κύματα διεγείρονται όταν μία δύναμη εφαρμόζεται και μετά εκλείπει (όπως π.χ. εξαιτίας μιας περαστικής καταιγίδας). Αυτά τα κύματα είναι οι “φυσικές καταστάσεις” της δεξαμενής – με τρόπο παρόμοιο με αυτόν των ηχητικών κυμάτων σε ένα μουσικό όργανο, στο οποίο μια συγκεκριμένη συχνότητα παράγεται από μια χορδή ή στήλη αέρα συγκεκριμένου μήκους. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται συντονισμός.

Στην ωκεανογραφία, υπάρχει ένα επιπλέον φαινόμενο που ονομάζεται κυματανάπαλση (ή “σέις”, από μια παλιά γαλλική λέξη που σημαίνει “ταλαντεύομαι”). Αυτό είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ένα στάσιμο κύμα δημιουργείται σε μία ημίκλειστη κοιλότητα που περιέχει ένα σώμα νερού, το οποίο κινείται από την μία πλευρά στην άλλη ως μία μάζα, κάπως σαν παλίρροια. Για παράδειγμα η Αδριατική κυματανάπαλση, που έχει περίοδο 21,5 ωρών, έχει συνδεθεί με ισχυρές πλημμύρες στην Βενετία της Ιταλίας. Άλλα φαινόμενα κυματανάπαλσης που εμφανίζονται στη φύση έχουν παρατηρηθεί στη λίμνη της Γενεύης και στη Βαλτική θάλασσα.

 

Δραστηριότητα 1: Διερευνώντας την πυκνότητα και τη στρωματοποίηση του νερού

Υλικά

  • Παραλληλεπίπεδη δεξαμενή με διαχώρισμα.
  • Μπουκάλι που περιέχει διάλυμα άλατος (περίπου 75 γραμμάρια άλατος διαλυμένα σε 1 λίτρο νερού).
  • Δύο δοχεία με νερό της βρύσης σε θερμοκρασία δωματίου.
  • Χρώματα ζαχαροπλαστικής (δύο διαφορετικά χρώματα).
  • Πάγος.

Διαδικασία

  1. Υπολογίστε την πυκνότητα του νερού της βρύσης και του διαλύματος άλατος. Για να το επιτύχετε αυτό, μετρήστε το βάρος ενός γνωστού όγκου νερού, αφαιρώντας το βάρος του δοχείου από την ολική μάζα του δοχείου μαζί με το υγρό. Η πυκνότητα μπορεί τότε να υπολογιστεί καθώς η πυκνότητα ρ είναι η μάζα (m) διά τον όγκο (v) (ρ = m/v).
  2. Αδειάστε το νερό βρύσης στο ένα διαμέρισμα της δεξαμενής και το διάλυμα άλατος στο άλλο.
  3. Προσθέστε μερικές σταγόνες χρώματος ζαχαροπλαστικής σε κάθε διαμέρισμα της δεξαμενής, έτσι ώστε κάθε διαμέρισμα να αποκτήσει διαφορετικό χρώμα.
  4. Τι περιμένετε να συμβεί όταν αφαιρέσετε το διαχώρισμα μεταξύ των μερών της δεξαμενής; Εξηγήστε τη λογική σας.
  5. Αφαιρέστε το διαχώρισμα. Τι συμβαίνει; Συμβαδίζουν οι παρατηρήσεις σας με τις πυκνότητες που μετρήσατε;
  6. Αδειάστε τη δεξαμενή και τα δοχεία. Τώρα γεμίστε το ένα δοχείο με καυτό νερό βρύσης και το άλλο με παγωμένο νερό.
  7. Προσθέστε μερικές σταγόνες χρώματος ζαχαροπλαστικής σε κάθε δοχείο (διαφορετικό χρώμα σε κάθε δοχείο).
  8. Τοποθετήστε το καυτό νερό στο ένα διαμέρισμα της δεξαμενής και το παγωμένο νερό στο άλλο. Τι προβλέπετε να συμβεί όταν αφαιρέσετε το διαχώρισμα; Εξηγήστε τη λογική σας.
  9. Αφαιρέστε το διαχώρισμα. Τι συμβαίνει; Είναι αυτό που προβλέψατε;
  10. Αφού παρατηρήσετε τη νέα ισορροπία στη δεξαμενή, τοποθετήστε τις άκρες των δακτύλων σας στην επιφάνεια του υγρού και μετακινήστε το χέρι σας αργά προς τον πυθμένα της δεξαμενής. Αισθάνεστε μεταβολή στη θερμοκρασία;
  11. Πώς θα μπορούσαν οι συνέπειες της κλιματικής αλλαγής, όπως η θέρμανση και το λιώσιμο του θαλάσσιου πάγου, να επηρεάσουν την κατακόρυφη δομή του ωκεάνιου νερού; Συζητήστε πιθανά σενάρια.

Δραστηριότητα 2: Διερευνώντας τα εσωτερικά κύματα

Υλικά

  • Παραλληλεπίπεδη δεξαμενή με διαχώρισμα.
  • Χρονόμετρο.
  • Χρώμα ζαχαροπλαστικής ή άλλη κατάλληλη βαφή.
  • Δύο δεξαμενές: μία με γλυκό νερό και μία με χρωματισμένο αλατόνερο (περίπου 75 γραμμάρια αλατιού διαλυμένα σε 1 λίτρο νερού βρύσης).
  • Ένα κουπί κυμάτων (ένα πλατύ κομμάτι πλαστικού με ύψος περίπου 2 εκατοστών και πλάτος παρόμοιο αυτού της δεξαμενής).
  • Προαιρετικά: ένα κομμάτι πλαστικού με πλάτος όμοιο αυτού της δεξαμενής, αλλά μήκος όσο περίπου το ένα τρίτο αυτής.

Διαδικασία

  1. Τοποθετήστε το νερό βρύσης σε ένα διαχώρισμα της δεξαμενής και το χρωματισμένο διάλυμα άλατος στο άλλο.
  2. Αφαιρέστε το διαχώρισμα μεταξύ των δύο διαμερισμάτων και παρατηρείστε τι συμβαίνει. Σημειώστε όποια κύματα παρατηρήσετε και περιγράψτε τις κινήσεις τους.
  3. Αναγνωρίστε το εσωτερικό κύμα – αυτό ταξιδεύει μπρος και πίσω κατά μήκος της επιφάνειας επαφής των δύο διαφορετικά χρωματισμένων υγρών. Μετρήστε την ταχύτητα αυτού του κύματος, χρονομετρώντας πόση ώρα του παίρνει να διασχίσει το μήκος της δεξαμενής. (Βεβαιώστε ότι μετράτε μια μέση τιμή, μετρώντας περισσότερα από ένα περάσματα κατά μήκος του δοχείου.) Υπολογίστε την ταχύτητα του κύματος χρησιμοποιώντας τον τύπο:

    Μήκος δεξαμενής (m) / απαιτούμενος χρόνος (s) = ταχύτητα κύματος (m/s)
     

  4. Προσπαθήστε να παράγετε επιφανειακά και εσωτερικά κύματα χρησιμοποιώντας το κουπί κυμάτων. Για επιφανειακά κύματα, εισάγετε το κουπί μέσα στο νερό και σηκώστε το πάλι έξω από αυτό, επαναλαμβάνοντας τον κύκλο αυτόν με μεγάλη συχνότητα (τουλάχιστον μία φορά ανά δευτερόλεπτο). Για εσωτερικά κύματα, επαναλάβετε τη διαδικασία πιο αργά (περίπου μία φορά ανά 10 δευτερόλεπτα).
  5. Συζητήστε τα αποτελέσματά σας
  6. Προαιρετικά: αν έχετε χρόνο, μπορείτε να επαναλάβετε τα πειράματα εισάγοντας το κομμάτι πλαστικό σε κάποια γωνία σχετικά με το βυθό της δεξαμενής, για να αναπαραστήσετε την επίδραση ενός ρηχού θαλάσσιου βυθού. Τοποθετήστε το πλαστικό όπως φαίνεται παρακάτω.
Ένα εσωτερικό κύμα στην επιφάνεια επαφής μεταξύ του πυκνότερου (μπλε) αλατόνερου και του αραιότερου (διάφανου) νερού. Ένα κουπί κυμάτων φαίνεται στο δεξί μέρος της δεξαμενής και ένα κομμάτι πλαστικό το οποίο αναπαριστά την τοπογραφία της ρηχής θάλασσας στα αριστερά.
Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά της Lee Karp-Boss

Συζήτηση

Η ενέργεια των εσωτερικών κυμάτων είναι γενικά μικρότερη από αυτή των επιφανειακών κυμάτων. Αυτό συμβαίνει επειδή η βαρυτική δύναμη επαναφοράς είναι μικρότερη στην περίπτωση των εσωτερικών κυμάτων, εξαιτίας της σχετικά μικρής διαφοράς στην πυκνότητα μεταξύ στρωμάτων νερού (συγκρινόμενη με τη διαφορά μεταξύ νερού και αέρα στην περίπτωση των επιφανειακών κυμάτων). Αυτή η μικρότερη ενέργεια σημαίνει ότι, για μία δεξαμενή (ή μία φυσική λεκάνη νερού) συγκεκριμένου μεγέθους, η φυσική συχνότητα των εσωτερικών κυμάτων θα είναι επίσης χαμηλότερη από εκείνη των επιφανειακών κυμάτων.

Εκτός από τα επιφανειακά κύματα, τα στρωματοποιημένα υγρά έχουν και εσωτερικά κύματα. Σε υγρά δύο στρωμάτων, αυτά τα κύματα αναπτύσσονται πάνω στην επιφάνεια επαφής μεταξύ των δύο υγρών. Οι περίοδοί τους είναι σημαντικά μεγαλύτερες από αυτές των επιφανειακών κυμάτων και τα πλάτη τους μπορούν να γίνουν σημαντικά μεγαλύτερα. Όταν αναταράσσουμε ένα σύστημα δύο στρωμάτων, δημιουργούνται αρχικά πολλά κύματα, αλλά μόνο αυτά που ταιριάζουν (δηλαδή συντονίζονται) με τη γεωμετρία της δεξαμενής παραμένουν. Τοποθετώντας το κομμάτι πλαστικού στο ένα άκρο της δεξαμενής, προσομοιώνοντας ένα σταδιακά ρηχότερο θαλάσσιο βυθό, μπορούμε να προκαλέσουμε τα εσωτερικά κύματα να “σκάσουν”, όπως τα επιφανειακά κύματα σκάνε στην ακτή, αλλά κάτω από την επιφάνεια του νερού.

Ευχαριστίες

Το παρόν άρθρο βασίζεται στην εκπαιδευτική πηγή η οποία αναπτύχθηκε μέσω της οργάνωσης Κέντρο Αρίστευσης στην Εκπαίδευση των Ωκεάνιων Επιστημών COSEE (Center for Ocean Sciences Education Excellence) από τους ωκεανογράφους Lee Karp-Boss, Emmanuel Boss, Herman Weller, James Loftin και Jennifer Albright (Karp-Boss et al., 2009).

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

  • w1 – Οι οδηγίες προς τους φοιτητές μπορούν να κατεβαστούν από την ιστοσελίδα του Science in School ως αρχείο Word ή PDF.

Resources

Author(s)

Η Susan Watt είναι ανεξάρτητη επιστημονική συγγραφέας και συντάκτρια με ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην εκπαίδευση. Σπούδασε φυσικές επιστήμες στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, στο Ηνωμένο Βασίλειο, και μετά ολοκλήρωσε σπουδές Μάστερ στην φιλοσοφία της επιστήμης και στην ψυχολογία. Έχει εργαστεί ως έφορος στο Μουσείο Επιστημών (Λονδίνο), έχει παράγει διεθνείς εκθέσεις για το Βρετανικό Συμβούλιο, και είναι σχολική σύμβουλος και διοργανώτρια εκδηλώσεων για τη Βρετανικό Επιστημονικό Σύλλογο.  


Review

Η φυσική συχνά παρουσιάζεται ως άσχετη με την καθημερινή ζωή, κάτι που κάνει πολλούς μαθητές να είναι αδιάφοροι ως προς το αντικείμενο αυτό. Αυτό το άρθρο χρησιμοποιεί την ωκεανογραφία για να παρέχει ένα πλαίσιο φυσικών εννοιών, βοηθώντας να αφυπνιστεί το ενδιαφέρον των μαθητών. Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε μαθήματα βιολογίας ή φυσικής, ιδιαίτερα κατά τη μελέτη θαλάσσιων θεμάτων.

Οι δύο δραστηριότητες που περιεγράφησαν μπορούν να χρησιμοποιηθούν από δασκάλους ως επιδείξεις ή να πραγματοποιηθούν από μαθητές. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν πριν από την εξήγηση φυσικών εννοιών οι οποίες παρουσιάζονται σε αυτές (για να ωθήσουν τους μαθητές να σκεφτούν σχετικά με αυτές) ή μετά την εξήγησή τους. Επιπλέον ασκήσεις σχετικά με τη φυσική ωκεανογραφία, οι οποίες θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες στη διδασκαλία φυσικής σε μαθητές ηλικίας 12-18 ετών αναγράφονται στο τέλος του άρθρου.

Τέλος, το κείμενο θα μπορούσε να βοηθήσει μαθητές να κατανοήσουν ότι φαινομενικά διαφορετικά επιστημονικά θέματα μπορούν να συνδέονται. Για παράδειγμα, για να κατανοήσει κανείς πώς το περιβάλλον επηρεάζει τη θαλάσσια ζωή, χρειάζεται έννοιες από τη φυσική (επίσης από τη χημεία και τη γεωλογία). 


Μιρέλλα Γκούελ Σέρρα (Mireia Güell Serra), Ισπανία




License

CC-BY-NC-SA