Dieses wissenschaftliche Projekt wird den Schülern beibringen, wie Kräfte gegeneinander ziehen oder gegeneinander drücken, um ein Erdbeben zu erzeugen. Jeder Grundschüler, vom Kindergarten bis zur sechsten Klasse, wird mit diesem Projekt Freude daran haben, zu erfahren, wie Erdbeben entstehen.
Erforschung der Kräfte bei Erdbeben
Erdbeben sind verheerende Naturereignisse und zerstören Eigentum durch starke seismische Wellen. Um den Einsturz von Gebäuden zu verhindern, bauen viele Ingenieure ein Tragwerk, das den starken seismischen Wellen standhält.
Materialien
Um Ihre „Gebäude“zu erstellen, sammeln Sie zunächst die folgenden Materialien:
- Zwei Styroporplatten mit 16 cm Durchmesser
- Miniatur-Marshmallows
- 6 oder mehr 2-cm-Bastelstäbchen
- 6 oder mehr 1-cm-Bastelstäbchen
- Lineal
- Bleistift
- Vier Bücher (ungefähr gleich breit)
Anleitung für Sturdy Framework
Beginnen Sie mit dem Bau eines stabilen Rahmens für Ihr Gebäude.
- Legen Sie ein paar Miniatur-Marshmallows beiseite.
- Drehen Sie die Styroporplatten um.
- Stanzen Sie mit einem Bleistift vier Löcher in die Oberseite jeder Platte.
- Beginnen Sie mit dem Bauen, indem Sie ein oder zwei Marshmallows für die Unterseite eines 2-cm-Bastelstäbchens verwenden.
- Legen Sie es auf das Loch, das Sie in der Styroporplatte gemacht haben.
- Lassen Sie den Marshmallow sanft auf dem Teller fest werden und fahren Sie mit den anderen drei 2-cm-Bastelstäbchen fort.
- Stellen Sie sicher, dass jeder Bastelstab aushärtet, da dies die Grundlage für den Rahmen des Gebäudes bildet.
- Wiederholen Sie den Vorgang mit weiteren Bastelstäbchen.
- Verwenden Sie so viele Bastelstäbe, wie Sie möchten, und bauen Sie weiter.
Anleitung für instabiles Framework
Verwenden Sie Miniatur-Marshmallows, um ein ähnliches Framework wie das stabile Framework oben zu erstellen.
- Drehen Sie die Styroporplatte mit der Vorderseite nach unten um.
- Beginnen Sie mit dem Bauen, indem Sie ein oder zwei Miniatur-Marshmallows für den 1-cm-Bastelstab verwenden.
- Legen Sie es wie im vorherigen Abschnitt vorsichtig auf die Styroporplatte.
- Bauen Sie weiter mit so vielen Stöcken und Marshmallows, wie Sie möchten.
Simulation von Kräften bei Erdbeben
Die Welt ist wie ein Puzzle aus einer dynamischen Vielzahl von Teilen zusammengesetzt. Teile des Puzzles sind sogenannte Kontinentalplatten, die sich rund um den Globus verflechten. Wenn extreme Kräfte kollidieren, gleiten oder aufeinander scheren, entstehen Erdbeben.
Sobald Sie Ihr stabiles und instabiles Gerüst fertiggestellt haben, ist es Zeit, Erdbebenkräfte zu simulieren. In dieser Simulation werden drei Arten von Kräften bei Erdbeben untersucht: Druck-, Zug- und Scherkräfte.
- Sammeln Sie vier Bücher mit ähnlicher Breite und legen Sie sie auf eine stabile Oberfläche.
- Stellen Sie zwei Bücher nebeneinander und legen Sie einen weiteren Satz Bücher darauf.
- Platzieren Sie eine der Gebäudekonstruktionen zwischen den Büchern (beginnen Sie mit dem Gebäude mit 2-cm-Stöcken).
- Bewegen Sie die Bücher nebeneinander und nutzen Sie Scherkräfte.
- Als nächstes lassen Sie die Bücher sanft kollidieren, um Druckkräfte zu simulieren.
- Ziehen Sie abschließend die Bücher auseinander, um zu sehen, was mit der Entstehung des Gebäudes passiert und Spannungskräfte zeigt.
- Wiederholen Sie den Vorgang für das Gebäude mit 1-cm-Bastelstäben.
- Zeichnen Sie für jede Art von Kraft Ihre Beobachtungen auf. Wie wirkt sich jede Art von Kraft unterschiedlich auf jedes Gebäude aus?
Was ist passiert?
Konnten Sie beobachten, welche Art von Gebäudegerüst den unterschiedlichen Kräften standh alten konnte? Bei der Simulation der Auswirkungen von Druck, Scherung und Spannung ist Ihnen möglicherweise aufgefallen, dass das 1 cm dicke Gebäudegerüst bei keiner Simulation gut an Ort und Stelle hielt. Möglicherweise haben Sie auch bemerkt, dass die Struktur je nach Art der ausgeübten Kraft dazu neigte, anders zu fallen. Bei Kompression neigte die Struktur dazu, zur Seite zu fallen. Unter Spannung stürzte das Gebäude vermutlich in die Mitte um oder wurde auseinandergerissen. Bei Scherbeanspruchung verdrehte oder riss die Struktur wahrscheinlich auseinander, bevor sie fiel.
Herausforderung
Da Sie nun erfahren haben, wie sich Kräfte bei einem Erdbeben auf verschiedene Gebäude auswirken, gehen Sie im Labor noch einen Schritt weiter.
- Können Sie eine Struktur entwerfen, die all diesen simulierten Kräften standhält? Baue drei weitere Strukturen aus den gleichen Materialien und teste sie.
- Erforschen Sie echte Erdbeben und sehen Sie, wie Architekten Gebäude entwerfen, die den seismischen Wellen eines Erdbebens standh alten.
- Können Sie eine Simulation entwerfen, die größer ist oder die skalierbare Kraft genauer darstellt?
Gebäudegerüst sicher genug für Erdbeben
Natürlich kann es je nach der von Ihnen ausgeübten Kraft zu Abweichungen bei Ihren Ergebnissen kommen. Allerdings bietet ein instabiles Gerüst keine Sicherheit bei einem Erdbeben. Tatsächlich entwerfen Ingenieure erdbebensichere Gebäude, Wohnhäuser und Autobahnen, um den intensiven seismischen Oberflächenwellen standzuh alten. Denken Sie auch daran: So zerstörerisch Erdbeben auch sein mögen, sie sind auch Teil dessen, was verschiedene Landformen auf der ganzen Welt ausmacht.
