Dit wetenschapsproject leert leerlingen hoe krachten tegen elkaar aan trekken of duwen om een aardbeving te veroorzaken. Elke leerling op de basisschool, van de kleuterschool tot het zesde leerjaar, zal met dit project met veel plezier leren hoe aardbevingen gebeuren.
Onderzoek naar de krachten bij aardbevingen
Aardbevingen zijn verwoestende natuurlijke gebeurtenissen en vernietigen eigendommen met sterke seismische golven. Om te voorkomen dat gebouwen instorten, bouwen veel ingenieurs een structureel raamwerk om de intense seismische golven te weerstaan.
Materialen
Om je 'gebouwen' te maken, begin je met het verzamelen van de volgende materialen:
- Twee piepschuimplaten met een diameter van 16 cm
- Miniatuur marshmallows
- 6 of meer knutselstokjes van 2 cm
- 6 of meer knutselstokjes van 1 cm
- liniaal
- Potlood
- Vier boeken (ongeveer dezelfde breedte)
Instructies voor stevig raamwerk
Begin met het bouwen van een stevig raamwerk voor je gebouw.
- Houd een paar miniatuur marshmallows opzij.
- Draai de piepschuimplaten om.
- Pons vier gaten in elk bord met een potlood.
- Begin met bouwen door een of twee marshmallows te gebruiken voor de onderkant van een knutselstokje van 2 cm.
- Plaats hem bovenop het gat dat je hebt gemaakt in de piepschuimplaat.
- Laat de marshmallow zachtjes op het bord rusten en ga verder met de andere drie knutselstokjes van 2 cm.
- Zorg ervoor dat je elke knutselstok laat rusten, want dit is de basis van het frame voor het gebouw.
- Herhaal met extra knutselstokjes.
- Gebruik zoveel knutselstokjes als je wilt en ga door met bouwen.
Instructies voor instabiel raamwerk
Gebruik miniatuur marshmallows om een soortgelijk raamwerk te bouwen als het stabiele raamwerk hierboven.
- Draai de piepschuimplaat met de voorkant naar beneden om.
- Begin met bouwen door een of twee miniatuur marshmallows te gebruiken voor het knutselstokje van 1 cm.
- Plaats het voorzichtig op de piepschuimplaat zoals in het vorige gedeelte.
- Ga door met bouwen met zoveel stokjes en marshmallows als je wilt.
Simulatie van krachten bij aardbevingen
De wereld is samengesteld in een dynamisch groot aantal stukjes, zoals een legpuzzel. Delen van de puzzel worden continentale platen genoemd en zijn met elkaar verweven over de hele wereld. Wanneer extreme krachten op elkaar botsen, glijden of afschuiven, ontstaan er aardbevingen.
Zodra je je stevige en onstabiele raamwerk hebt voltooid, is het tijd om aardbevingskrachten te simuleren. In deze simulatie wordt gekeken naar drie soorten krachten bij aardbevingen: compressie-, trek- en schuifkrachten.
- Verzamel vier boeken met dezelfde breedte en plaats ze op een stevige ondergrond.
- Plaats twee boeken naast elkaar en leg er nog een set boeken bovenop.
- Plaats een van de bouwconstructies tussen de boeken (begin met het gebouw met stokken van 2 cm).
- Verplaats de boeken naast elkaar met behulp van schuifkrachten.
- Laat vervolgens de boeken zachtjes tegen elkaar botsen en simuleer compressiekrachten.
- Trek ten slotte de boeken uit elkaar om te zien wat er met de creatie van het gebouw gebeurt als de spanningskrachten zichtbaar zijn.
- Herhaal dit voor het bouwen met knutselstokjes van 1 cm.
- Noteer voor elk type kracht uw waarnemingen. Hoe beïnvloedt elk type kracht elk gebouw anders?
Wat is er gebeurd?
Heb je kunnen observeren welk type bouwraamwerk verschillende krachten kon weerstaan? Bij het simuleren van de effecten van compressie, schuifkracht en spanning is het je misschien opgevallen dat het 1 cm dikke raamwerk van het gebouw bij geen enkele simulatie goed op zijn plaats bleef. Je hebt misschien ook gemerkt dat de constructie de neiging had om op een andere manier te vallen, afhankelijk van het soort kracht dat werd uitgeoefend. Bij compressie had de structuur de neiging naar één kant te vallen. Door spanning is het gebouw waarschijnlijk in het midden omgevallen of uit elkaar gescheurd. Door schuifspanning is de constructie waarschijnlijk verdraaid of uit elkaar gescheurd voordat deze viel.
Uitdaging
Nu je hebt geleerd hoe krachten bij een aardbeving verschillende gebouwen beïnvloeden, kun je met het laboratorium nog een stap verder gaan.
- Kun jij een constructie ontwerpen die al deze gesimuleerde krachten kan weerstaan? Bouw nog drie structuren met dezelfde materialen en test ze uit.
- Onderzoek echte aardbevingen en zie hoe architecten gebouwen ontwerpen om de seismische golven die een aardbeving veroorzaakt te overleven.
- Kun je een simulatie ontwerpen die groter is of die de kracht op schaal nauwkeuriger weergeeft?
Een raamwerk bouwen dat veilig genoeg is voor aardbevingen
Natuurlijk kun je, afhankelijk van de hoeveelheid kracht die je uitoefende, variaties in je resultaten zien. Een onstabiel raamwerk biedt echter geen veiligheid tijdens een aardbeving. In feite ontwerpen ingenieurs seismisch veilige gebouwen, woningen en snelwegen om de intense seismische golven aan het oppervlak te weerstaan. Bedenk ook dat, hoe verwoestend aardbevingen ook zijn, ze ook deel uitmaken van de verschillende landvormen over de hele wereld.
