TORNADO IN A FLASCHE
Sommerinstitut der Knight Foundation
Lisa Nelson, Wagner Middle School
Emily Dorean, Haverford College
Einführung:
Anfang des Sommers wurden Teile von Texas und mehreren anderen südlichen Bundesstaaten schwer von Tornados heimgesucht. Diese riesigen Katastrophen haben mehrere Städte verwüstet, wie wir in den Nachrichten sahen. Diese Berichterstattung und der Aufruf, zu reagieren und diesen Gemeinden zu helfen, sich zu erholen, boten eine sehr zeitnahe Gelegenheit und Referenz für die Untersuchung von Tornados in einem Klassenzimmer.
Ein Tornado ist eine natürliche Sturmkatastrophe, die entsteht, wenn eine Front aus heißer, feuchter Luft und eine Front aus kalter, trockener Luft in der Atmosphäre kollidieren. Die warme Luft wird nach oben gedrückt, was dazu führt, dass Winde, die Wassertröpfchen tragen, sich zu einem Wirbel drehen und in der Mitte eine Geschwindigkeit von bis zu 300 Meilen pro Stunde erreichen. Diese sich drehende Säule aus Luft- und Wassertröpfchen beginnt sich dann zwischen der Erde und einer Konvektionswolke (bestehend aus Wassertröpfchen) auszudehnen, um einen Tornado zu erzeugen. Die Wassertröpfchen entstehen durch die Kondensation von Wasserdampf im Bereich innerhalb des Trichters, wo niedrige Temperatur und Druck herrschen. Dadurch wird der Trichter für unsere Augen sichtbar, denn die vielen Wassertröpfchen blockieren das Sonnenlicht wie eine Gewitterwolke.
In diesem Lab können Sie sehen, wie ein Tornado in sehr kleinem Maßstab aussieht. Dieses Experiment zeigt, wie sich Wasser durch ein kleines Loch in einer Weise bewegt, die das spiralförmige Verhalten des Schwanzes des Tornados simuliert. Der Kondensationstrichter oder Schweif verursacht große Zerstörung für alles, was sich in seinem Weg befindet, wenn er die Erde berührt und Gegenstände und Trümmer in seinen Wirbel (das sich drehende Zentrum) fegt. Mit diesem Modell können Sie dieses Phänomen analysieren und einige seiner Eigenschaften beschreiben.
Ziele:
1. Zu lernen, wie Wissenschaftler ein Tornadomodell verwenden können, um die Prozesse der Natur besser zu verstehen.
2. Kritisch den besten Aufbau für dieses Experiment unter Verwendung der verfügbaren Materialien zu entwerfen.
3. Einen breiteren Blick darauf zu haben, wie Tornados einen Ort beeinflussen, nicht nur physisch, sondern auch kulturell.
Vokabular:
Kondensations-
Konvektionsstrom-
Tornado-
Wirbel
(Referenz und Definitionen zum Wettervokabular finden Sie auf der Website
www.weather.com und
www.nssl.uoknor.edu . Beide Ressourcen haben klare Definitionen.)
Materialien:
* 2 bereinigt 2 -Liter-Plastikflaschen pro kooperativer Gruppe (andere Flaschentypen funktionieren auch, insbesondere zum Testen, um die effektivste Einrichtung zu erstellen).
* 1 Rolle Klebeband
* 1 Stift pro Schüler
* Wasser
* Schere
* Papierhandtücher
Vorgehensweise:
Teilen Sie die Schüler in kooperative Gruppen auf und geben Sie jeder Gruppe zwei Flaschen. Sie können dann:
1. Etiketten von den Plastikflaschen entfernen.
2. Schneiden Sie ein 3 "x 3" großes Stück Klebeband ab und machen Sie mit dem Stift ein Loch in der Mitte. (Die Größe des Lochs sollte vom Schüler bestimmt werden, nachdem er seine eigene Hypothese in sein Laborheft geschrieben hat, was seiner Meinung nach am besten funktioniert, um einen Tornado-Effekt in der Flasche zu erzeugen. Ich fand, dass es ohne Klebeband gut funktioniert. obwohl die Demonstration eher kurz ist. Je kleiner das Loch, desto enger wird der Spiralschwanz.)
3. Positionieren Sie das Klebeband mit dem Loch über der Flaschenöffnung und befestigen Sie es fest an den Seiten. (Siehe beigefügtes Diagramm.)
4. Füllen Sie die andere Flasche zu drei Viertel (3/4) mit Wasser (ich habe auch versucht, kleine Trümmer hinzuzufügen, um sie einer realen Simulation näher zu bringen, und das hat funktioniert in Ordnung, obwohl die Stücke extrem klein sein müssen).
5. Legen Sie die beiden Flaschenöffnungen zusammen (die leere kopfüber auf die mit Wasser gefüllte) und kleben Sie sie vorsichtig mit dem Klebeband zusammen. Achten Sie darauf, keine Löcher zu hinterlassen. Durch vorsichtiges Drehen der Flaschen auf Undichtigkeit prüfen.
6. Um den Tornado-Effekt zu erzeugen, drehen Sie die Flaschen auf den Kopf, sodass das Wasser durch das Loch in die untere leere Flasche fließen sollte. Schwenken Sie langsam, um den Trichter zu bilden.
7. Wiederholen Sie diesen Vorgang mit verschiedenen Materialien und Techniken, wie z. B. verschiedenen Flaschen, Flüssigkeiten und Verwirbelungstechniken, und vergleichen Sie die unterschiedlichen Effekte zwischen den Setups. Schauen Sie sich die Größe des Lochs in der Flasche und den Unterschied im Wirbel an. Ändert sich die Geschwindigkeit des wirbelnden Wassers, abhängig von der Größe dieses Lochs? Ist der Wirbeltrichter bei verschiedenen Aufstellungen stabiler?
Bewertungen:
Besprechen Sie die verschiedenen Tornados, die von der Klasse erzeugt wurden, und sprechen Sie darüber, was einen Tornado verbessern oder verschlechtern könnte. Wie entsteht ein Tornado? Warum hört es auf? Was bestimmt seine Richtung?
Lassen Sie jede kooperative Gruppe einen Mini-Labor-Bericht schreiben, in dem sie ihre einzelnen Tornado-Flaschen vergleichen und ihre endgültige Einrichtung mit ihren anfänglichen Einrichtungsplänen in Beziehung setzen (siehe Verfahren #2).
Lassen Sie als Abschlussprojekt jeden Schüler (oder ein Schülerpaar, wenn es unwahrscheinlich ist, dass jeder Schüler seinen eigenen kleinen Aufsatz schreiben kann) einen Tornado recherchieren, der in den letzten 5 Jahren aufgetreten ist. Sie sollten kurz beschreiben, wo es passiert ist und welche Auswirkungen es auf die Strukturen, Menschen und Gemeinschaften hatte, in denen es gelandet ist. Diese Informationen finden Sie in den überregionalen Zeitungen der letzten 5 Jahre (abrufbar auf Mikrofilm oder Mikrofiche in den meisten öffentlichen Bibliotheken und Hochschulbibliotheken oder über das World Wide Web), in einigen der letzten Ausgaben von Scholastic News und anderen Studentenzeitschriften oder im Internet unter:
www.weatherlabs.com oder
my.excite.com
Erweiterungen:
Dies funktioniert gut in einem interdisziplinären Rahmen, der Wetter und Literatur integriert. (Es gibt ein tolles Buch, das den Unterricht in Naturwissenschaften durch Kinderliteratur integriert. Dieses ist unter
www.books.mcgraw-hill.com zu finden.
) Ein anderer Vorschlag ist, die Schüler ihre eigenen fiktiven Geschichten über ein Tornado-Erlebnis schreiben zu lassen, die die Wortschatz und das Konzept der Tornado-Struktur. Filmausschnitte aus Twister und The Wizard of Oz wären auch lustig und passend!
Es gibt mehrere Luftdruckexperimente, die in direktem Zusammenhang mit Tornados stehen (siehe das Labor "The Magic Balloon", in diesem Paket) durch die Änderung des Luftdrucks, die mit dieser Art von Sturm verbunden ist. Es mag interessant sein zu bemerken, dass Häuser in der Nähe eines Tornados explodiert sind, weil der Luftdruck um das Haus herum stark abnimmt. Die Luft mit höherem Druck im Inneren des Hauses drückt dann mit großer Kraft gegen die Wände. Experimente, die weitere Untersuchungen zu diesem Thema ermöglichen, finden Sie in mehreren der in dieser Broschüre aufgeführten Ressourcen sowie auf der Website:
www.miami.sci.org
Philadelphia Science Content Standards:
SCIENCE CONTENT STANDARD 1: NATURE OF SCIENCE
Dieses Experiment erfüllt Benchmark 1 für die Klassen 5 bis 8: „Entwerfen, modifizieren und durchführen und untersuchen durch Testen, Überarbeiten und gelegentliches Verwerfen von Ideen, die alle zu einem besseren Verständnis der Funktionsweise der Dinge führen.“
Dieses Experiment erfüllt auch Benchmark 3 für die Klassen 5-8: „Sammle und fasse Daten aus einem Experiment zusammen und interpretiere die Ergebnisse in Bezug auf die Daten.“
WISSENSCHAFTLICHE INHALTE STANDARD 2: PHYSIKALISCHE EINSTELLUNG
Dieses Experiment unterstützt die Konzepte, die in Benchmark 2 für die Klassen 5-8 gefunden wurden: „ verstehen , daß die Erde ein ständig wechselndes und Bewegungssystem mit \ Krustenplatten angegeben, Wetter, etc.“
SCIENCE CONTENT Standard 7: Geschichtliches
Dieses Experiment berührt Benchmark 3 für die Klassen 5-8: „zeigen Sie, dass Technologie bei der Verbreitung von Ideen und Entdeckungen innerhalb und zwischen verschiedenen Kulturen immer wichtiger wird“, weil die Schüler lernen und sich bewusst sein müssen, wie Technologie die Warnungen vor Tornados verändert hat, und wie dies die Auswirkungen dieser Naturkatastrophen auf verschiedene Kulturen und Orte verändert hat.
Querverweise:
Dieses Labor hat viele Querverweise, vor allem aber zu Geschichte und Schrift. Wie ich oben vorgeschlagen habe, können Aktivitäten zur Bewertung sowie interdisziplinäres Arbeiten das Schreiben einer kurzen Abenteuergeschichte, das Lesen und Berichterstattung über fiktionale Bücher und Sachartikel über Tornados sowie die Arbeit an Projekten zur historischen Bedeutung von Tornados in unserem Land umfassen. Sehen Sie sich den Laborvulkan an! In diesem Paket für weitere Ideen.
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