سيعلم هذا المشروع العلمي الطلاب كيفية سحب القوى أو دفعها ضد بعضها البعض لإحداث زلزال. أي طالب في المدرسة الابتدائية، من رياض الأطفال إلى الصف السادس، سيستمتع بتعلم كيفية حدوث الزلازل مع هذا المشروع.
تحقيق القوى في الزلازل
الزلازل هي أحداث طبيعية مدمرة، وهي تدمر الممتلكات بموجات زلزالية قوية. ولمنع المباني من الانهيار، يقوم العديد من المهندسين ببناء إطار هيكلي لمقاومة الموجات الزلزالية الشديدة.
المواد
لإنشاء "المباني" الخاصة بك، ابدأ بجمع المواد التالية:
- لوحتين من الستايروفوم قطر 16 سم
- مارشميلو مصغر
- 6 أعواد حرفية أو أكثر بحجم 2 سم
- 6 أعواد حرفية أو أكثر بطول 1 سم
- مسطرة
- قلم رصاص
- أربعة كتب (بنفس العرض تقريبًا)
تعليمات لإطار قوي
ابدأ ببناء إطار قوي للمبنى الخاص بك.
- ضع جانباً بعض قطع المارشميلو المصغرة.
- اقلب ألواح الستايروفوم.
- اصنع أربعة ثقوب أعلى كل طبق بقلم رصاص.
- ابدأ بالبناء باستخدام قطعة أو قطعتين من المارشميلو أسفل عصا حرفية مقاس 2 سم.
- ضعه فوق الفتحة التي قمت بها في طبق الستايروفوم.
- دع المارشميلو يستقر برفق على الطبق واستمر باستخدام الأعواد الثلاثة الأخرى بطول 2 سم.
- تأكد من ترك كل عصا حرفية ثابتة لأن هذا هو أساس إطار المبنى.
- كرر ذلك باستخدام العصي الحرفية الإضافية.
- استخدم أي عدد تريده من العصي الحرفية واستمر في البناء.
تعليمات للإطار غير المستقر
استخدم أعشاب من الفصيلة الخبازية المصغرة لبناء إطار عمل مماثل للإطار المستقر أعلاه.
- اقلب طبق الستايروفوم ووجهه للأسفل.
- ابدأ في البناء باستخدام قطعة أو اثنتين من قطع المارشميلو المصغرة للعصا الحرفية مقاس 1 سم.
- ضعها برفق فوق طبق الستايروفوم كما في القسم السابق.
- استمر في البناء باستخدام أي عدد تريده من العصي وأعشاب من الفصيلة الخبازية.
محاكاة القوى في الزلازل
تم تجميع العالم في عدد لا يحصى من القطع الديناميكية مثل أحجية الصور المقطوعة. تسمى أجزاء اللغز بالصفائح القارية التي تتشابك حول الكرة الأرضية. عندما تتصادم القوى القصوى أو تنزلق أو تنفصل عن بعضها البعض، تبدأ الزلازل في الظهور.
بمجرد الانتهاء من إطار العمل القوي وغير المتين، فقد حان الوقت لمحاكاة قوى الزلازل. ستنظر هذه المحاكاة في ثلاثة أنواع من القوى في الزلازل: قوى الضغط والتوتر والقص.
- اجمع أربعة كتب بنفس العرض، وضعها على سطح متين.
- ضع كتابين جنبًا إلى جنب ثم ضع مجموعة أخرى من الكتب في الأعلى.
- ضع أحد إنشاءات المبنى بين الكتب (ابدأ بالمبنى بأعواد 2 سم).
- حرك الكتب جنبًا إلى جنب باستخدام قوى القص.
- بعد ذلك، قم بتصادم الكتب بلطف لمحاكاة قوى الضغط.
- أخيرًا، قم بتفكيك الكتب لترى ما يحدث لإنشاء المبنى كإظهار قوى التوتر.
- كرر ذلك للمبنى بأعواد حرفية مقاس 1 سم.
- لكل نوع من أنواع القوة، سجل ملاحظاتك. كيف يؤثر كل نوع من القوة على كل مبنى بشكل مختلف؟
ماذا حدث؟
هل تمكنت من ملاحظة نوع إطار البناء الذي كان قادرًا على تحمل القوى المختلفة؟ في محاكاة تأثيرات الضغط والقص والشد، ربما لاحظت أن إطار البناء الذي يبلغ سمكه 1 سم لم يثبت في مكانه جيدًا لأي محاكاة. ربما لاحظت أيضًا أن الهيكل يميل إلى السقوط بطريقة مختلفة بناءً على نوع القوة التي تم بذلها. مع الضغط، يميل الهيكل إلى السقوط على جانب واحد. ومع التوتر، ربما سقط المبنى في المنتصف أو تمزق.مع إجهاد القص، من المحتمل أن يلتوي الهيكل أو يتمزق قبل أن يسقط.
التحدي
الآن بعد أن تعرفت على كيفية تأثير قوى الزلزال على المباني المختلفة، خذ المختبر خطوة إلى الأمام.
- هل يمكنك تصميم هيكل يتحمل كل هذه القوى المحاكاة؟ قم ببناء ثلاثة هياكل أخرى باستخدام نفس المواد واختبرها.
- ابحث عن الزلازل الحقيقية وشاهد كيف يصمم المهندسون المعماريون المباني لتنجو من الموجات الزلزالية التي ينتجها الزلزال.
- هل يمكنك تصميم محاكاة أكبر أو أكثر دقة تمثل قوة القياس؟
بناء إطار عمل آمن بدرجة كافية لمواجهة الزلازل
بالطبع، اعتمادًا على مقدار القوة التي تمارسها، قد ترى اختلافات في نتائجك. ومع ذلك، فإن الإطار غير المستقر لا يوفر السلامة أثناء الزلزال. في الواقع، يقوم المهندسون بتصميم المباني والمساكن والطرق السريعة الآمنة ضد الزلازل لتحمل الموجات الزلزالية السطحية الشديدة.تذكر أيضًا، مهما كانت الزلازل مدمرة، فهي أيضًا جزء مما يشكل أشكالًا مختلفة من التضاريس حول العالم.
