Ponesite vrijeme sa sobom

Razumijevanje našeg utjecaja na okoliš vrlo je važno, uključujući znanstvene i društvene posljedice; što je sada integrirano u različite dijelove većine školskih kurikuluma. Kako se toliko govori o klimatskim promjenama, korisno je naučiti nešto o atmosferskim promjenama koji zapravo čine našu klimu.

Sljedeće demonstracije pomažu razjasniti neke aspekte ovih promjena i rasvjetljuju nam te pojmove na zanimljiv i nezaboravan način. Osmišljene su od strane kampanje britanskog vijeća ZeroCarbonCity^w1 koji pruža podršku učiteljima i znanstvenicima u svijetu objašnjavajući temeljne koncepte znanosti o okolišu. Demonstracije se mogu iskoristiti na različite načine: zasebno, da bi se naglasili određeni pojmovi tijekom nastave; kao zbirka, primjerice za radionicu ili demonstracijsko predavanje; ili kao set zadataka za učenike koje moraju samostalno dovršiti. Daljnji prijedlozi za aktivnosti vezane uz znanost o okolišu mogu se pronaći online^w2.

Oblak u boci

Izradite svoj vlastiti mini-oblak.

Materijali

• Prozirna plastična boca s čepom od 500 ml
• Voda
• Čajna žličica
• Šibice

Upute

1. Stavite približno jednu čajnu žličicu vode u plastičnu bocu i kovitlajte ju po unutrašnjosti boce.
2. Upalite šibicu i kad se uvjerite da dobro gori, ispustite ju u bocu.
3. Brzo, čvrsto zavrnite čep, potom stisnite bocu s rukom pet do šest puta, nakon čega biste trebali vidjeti oblik oblaka u boci koji nestaje kad ju stisnete.
4. Pošaljite bocu po razredu, upućujući učenike da samostalno stisnu i otpuste bocu kako bi vidjeli oblak.

Također, možete pogledati video ove aktivnosti online^w3.

Što se događa?

Oblaci se formiraju kada se vodena para u zraku ohladi zbog širenja rastuće mase zraka, te se potom kondenzira u kapljice sažimanjem jezgre čestica prašine, leda ili soli. U ovoj demonstraciji, dim od šibica omogućuje kondenzaciju jezgre, koja sadrži čestice neizgorenog ugljikovodika. Temperatura se mijenja tako što se boca stišće: količina zraka u njoj je stalna, ali stiskanje plastične boce smanjuje volumen plina podižući pomalo temperaturu. Kada prestanete stiskati bocu, volumen se poveća, što uzrokuje blago snižavanje temperature unutar boce. Ako je zrak u boci relativno visoke vlažnosti (što je osigurano stavljanjem žličice vode na samom početku) onda je pad temperature dovoljan da bi uzrokovao kondenzaciju vode na česticama prašine, te se tako formira oblak.

Poveznica s atmosferskim promjenama

Sljedeći put kada vidite zadivljujući zalazak sunca nad urbanim područjem, zastanite na trenutak i razmislite što uzrokuje te prekrasne boje: izvor toga zapravo leži u sitnim česticama dima i ostalih zagađivača koji se ispuštaju u atmosferu. Baš kao u plastičnoj boci, te čestice dima potiču kapljice vode koje se kondenziraju oko njih, formirajući tako oblake. Raspršenje sunčevih zraka među oblacima stvara prekrasan zalazak sunca. Međutim, to povećava zabrinutost da bi zagađenje zraka moglo imati štetan utjecaj na vrijeme, budući da povećanje zagađenosti zraka dovodi do povećanja nastanka oblaka, što dovodi do više kiše u nekim područjima te značajnih promjena zbog vremenskih obrazaca (poplava u nekim područjima; suše u drugim).

Vrtložna sfera

Ovo je lijepa i fascinantna demonstracija turbulentnih vremenskih utjecaja.

Materijali

• Mala bistra plastična boca (što je boca zaobljenija, to bolje), uključujući čvrsti,odgovarajući poklopac
• Tekućina za pranje ruku (sapun) koja sadrži glikol stearat
• Boja za hranu
• Voda (iz slavine)

Upute

1. Napunite otprilike jednu četvrtinu boce tekućinom za pranje ruku, te potom dodajte nekoliko kapi boje za hranu.
2. Demonstracija neće uspjeti ukoliko se smjesa zapjeni: otvorite slavinu tako da voda lagano curi iz nje, te potom oprezno napunite bocu do samoga vrha.
3. Pričvrstite poklopac na bocu, i okrenite bocu nekoliko puta (s poklopcem okrenutim prema gore). Ukoliko se počne pjeniti, skinite poklopac i kapnite još malo vode u bocu, puštajući da pjena prelazi preko ruba. Potom vratite poklopac (čvrsto).
4. Pomičite bocu; moći ćete vidjeti turbulencije u tekućini (tragove i vrtloge).

Što se događa?

Pomičući bocu uzrokujete to da se mješavina sapuna i vode unutar boce miče. Glicerol stearat omogućuje vidljivost protoka, stoga možete vidjeti u kojem se smjeru različiti dijelovi mješavine miču. Zaobljene linije koje se formiraju u tekućini ukazuju na laminarno strujanje, koje nastaje kada se tekućina polagano miče. Ako bi se tekućina brže micala (ili se naglo promijeni smjer strujanja) tada promatrane linije u tekućini postaju sve složenije: to je turbulencija.

Poveznice s atmosferskim promjenama

Zemljina atmosfera je vrsta fluida koji se miče poput tekućine u vrtložnoj sferi. Vjetrovi u interakciji s rotirajućom atmosferom stvaraju složene vrtložne obrasce. Razumijevanje općeg strujanja atmosfere je temeljno za proučavanje klimatskih promjena u različitim područjima znanosti – za primjer, za razumijevanje i smanjivanje posljedica i uragana i zagađenja.

Čajna raketa

Ovo je dobra vizualna demonstracija termi – porast strujanja toploga zraka.

Materijali

• Obična vrećica za čaj
• Šibice
• Tanjurić ili posuda

Upute

1. Odvežite vrećicu za čaj, tako da uklonite spajalicu i končić i odložite sadržaj (čaj). Rastvorite vrećicu za čaj tako da dobijete dugački papirni cilindar.
2. Na tanjurić ili posudu uspravno postavite rastvorenu vrećicu za čaj.
3. Šibicom zapalite vrh vrećice za čaj.
4. Promatrajte kako plamen izgara vrećicu za čaj: trenutak prije nego stigne do tanjurića, vrećica za čaj će se uzdignuti. Plamen će nestati, ali će vrećica za čaj ostati uzdignuta.

Savjeti za uspjeh

• Ova demonstracija će biti uspješnija ukoliko se izvodi u zatvorenoj prostoriji gdje nema strujanja zraka, što dalje od prozora ili klimatizacije.
• Vodite računa o tome da koristite odgovaraćuju vrstu vrećica za čaj – mora biti preklopljena da biste dobili dugačak papirni cilindar. Vrećice za čaj bez pričvršćenog končića uglavnom nisu dobri za ovu izvedbu.​

Što se događa?

Goruća vrećica za čaj zagrijava zrak neposredno iznad nje. Topao zrak se diže, stoga će se topliji zrak postepeno dizati iznad vrećice za čaj, stvarajući tako strujanje toploga zraka – terme. Kada vrećica za čaj već dovoljno izgori, termalni potisak će biti dovoljan da nadvlada gravitaciju, koja drži vrećicu za čaj na tanjuru, i ona će se podignuti.

Poveznice s atmosferskim promjenama

Termici su u osnovi raznih vremenskih uzoraka. Sunce zagrijava zemlju, uzrokujući termalno spiralno uzdizanje. Grmljavinske oluje su golemi termalni sustavi, i vrtložno formiranje povezano s tornadima i uraganima također se temelji na temicima. Kao posljedica globalnog zagrijavanja, prijeti nam nastanak mnogih grmljavinskih oluja.

Pitomi tornado

Ovo je dobra vizualna demonstracija formiranja tornada.

Materijali

• Dvije velike (~2 l) prazne boce bezalkoholnog pića (moraju imati zaobljene vratove)
• Adapter ‘tornado cijevi’ (dostupan u mnogim znanstvenim centrima i muzejima ili online^w4). Ukoliko ne možete pronaći tornado adapter, pokušajte tako da postavite gumicu za pipu (ili metalnu ili brtveni prsten od tvrde gume) između dvije boce i zajedno ih pričvrstite ljepljivom trakom – zamisao je da spojite dvije boce tako da voda može teći između njih, a one i dalje ostanu krute (vidi slike lijevo i ispod).
• Voda

Upute

1. Napunite jednu bocu bezalkoholnog pića vodom do otprilike polovice.
2. Pričvrstite tornado adapter za praznu bocu.
3. Preokrenite praznu bocu i pričvrstite suprotan navoj tornado adaptera na bocu napunjenu vodom.
4. Okrenite cijeli izum naopako.
5. Uhvatite vrh i sredinu izuma i zavrtite ga kružnim pokretima - bilo u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru od kazaljke na satu.
6. Nakon što se vrtlog (vir) formira u gornjoj boci, prestanite okretati – trebali biste vidjeti vrtložni oblik kroz tekućinu, koji se nastavlja dokle god je tekućine u gornjoj boci.

Također, možete pogledati video ove aktivnosti online^w5.

Savjeti za uspjeh

• Ukoliko se vrtlog ne pojavi odmah, pokušajte smanjiti veličinu te povećajte brzinu okreta koje činite. Pazite da boce držite vertikalno te da su vaši okreti u središtu osi izuma (često se pogriješi kod uvijanja izuma oko mjesta gdje su boce spojene).

• Pobrinite se da zamijenite plastične boce ukoliko se previše saviju i izgube oblik – one trebaju biti okruglog oblika da bi se stvorio pravilan vrtlog.
• Česti su problemi propuštanja vode. Upotrijebite prijanjajuću foliju ili vodoinstalatersku (PTFE, polytetrafluoroethylene) traku kako bi bolje pričvrstili adapter oko boca.

Što se događa?

Ova demonstracija stvara vrtlog sličan onima koje vidimo u ciklonima, tornadima i vijavicama. Kako se voda rotira oko boce, stvara se silazno povlačenje formirano zbog toga što voda prolazi kroz otvor u donju praznu bocu. Početna mala rotacija uzrokovana okretanjem boca dostiže brzinu dok je voda usisavana kroz otvor. Kako se rotacija povećava, stvara se vrtlog.

Poveznice s atmosferskim promjenama

Jedan od predviđenih utjecaja promijene klime je globalno zatopljenje: veće temperature zraka povećavaju vjerojatnost formiranja oluja, a u njima i samih tornada, gdje se zrak kružno giba. Snaga uzdizanja i spuštanja zraka unutar grmljavinske oluje dovodi do nastanka vertikalnog stupa rotirajućeg zraka, čime se stvara tornado. Velika je vjerojatnost da će povećan broj oluja uzrokovati stvaranje uragana i tornada u cijelom svijetu.