TORNADE DANS UNE BOUTEILLE
Institut d'été de la Knight Foundation
Lisa Nelson, Wagner Middle School
Emily Dorean, Haverford College
Introduction :
Au début de cet été, certaines parties du Texas et plusieurs autres États du sud ont été durement touchés par des tornades. Ces énormes catastrophes ont fait des ravages dans plusieurs villes, comme nous l'avons vu aux actualités. Cette couverture et cet appel à répondre et à aider ces communautés à se rétablir ont fourni une opportunité et une référence très opportunes pour enquêter sur les tornades dans une salle de classe.
Une tornade est une catastrophe naturelle due à une tempête créée lorsqu'un front d'air chaud et humide et un front d'air frais et sec entrent en collision dans l'atmosphère. L'air chaud est poussé vers le haut, ce qui provoque la rotation des vents transportant des gouttelettes d'eau dans un vortex, accélérant jusqu'à 300 mph au centre. Cette colonne tournante de gouttelettes d'air et d'eau commence alors à s'étirer entre la terre et un nuage de convection (constitué de gouttelettes d'eau) pour créer une tornade. Les gouttelettes d'eau se forment à partir de la condensation de la vapeur d'eau dans la zone de l'entonnoir où la température et la pression sont basses. Cela rend l'entonnoir visible à nos yeux, car le grand nombre de gouttelettes d'eau bloque la lumière du soleil, tout comme un nuage d'orage.
Dans cet atelier, vous pourrez voir à quoi ressemble une tornade à très petite échelle. Cette expérience montre que l'eau se déplace à travers un petit trou d'une manière qui simule le comportement en spirale de la queue de la tornade. L'entonnoir de condensation, ou queue, provoque une grande destruction pour tout ce qui se trouve sur son passage, car il touche la terre et entraîne les objets et les débris dans son vortex (le centre de rotation). Vous pourrez analyser ce phénomène et décrire certaines de ses caractéristiques à l'aide de ce modèle.
Objectifs :
1. Apprendre comment les scientifiques peuvent utiliser un modèle de tornade pour mieux comprendre les processus de la nature.
2. Concevoir de manière critique la meilleure configuration pour cette expérience en utilisant les matériaux disponibles.
3. Avoir une vision plus large de la façon dont les tornades affectent un lieu, non seulement physiquement, mais aussi culturellement.
Vocabulaire :
Condensation
Convection
Tornado
Vortex
(Pour référence et définitions du vocabulaire météorologique, consultez le site Web
www.weather.com et
www.nssl.uoknor.edu . Les deux ressources ont des définitions claires.)
Matériaux :
* 2 nettoyés 2 -Bouteilles en plastique d'un litre par groupe coopératif (d'autres types de bouteilles fonctionneront également, en particulier pour les tests afin de créer la configuration la plus efficace).
* 1 rouleau de ruban adhésif
* 1 stylo par élève
* eau
* ciseaux
* serviettes en papier
Procédure :
Divisez les élèves en groupes coopératifs et donnez à chaque groupe deux bouteilles. Ils peuvent alors :
1. Retirer les étiquettes des bouteilles en plastique.
2. Coupez un morceau de ruban adhésif de 3" x 3" et faites un trou au milieu avec le stylo. (La taille du trou doit être déterminée par l'étudiant, après avoir écrit dans son cahier de laboratoire sa propre hypothèse sur ce qui, selon lui, fonctionnera le mieux pour créer un effet de tornade dans la bouteille. J'ai trouvé que cela fonctionnait bien sans ruban adhésif, bien que la démonstration soit assez courte. Plus le trou est petit, plus la queue en spirale sera serrée.)
3. Positionnez le ruban avec le trou sur le goulot de la bouteille et fixez-le fermement sur les côtés. (Voir le diagramme ci-joint.)
4. Remplissez l'autre bouteille aux trois quarts (3/4) avec de l'eau (j'ai également essayé d'ajouter de petits morceaux de débris pour que cela ressemble plus à une simulation réelle, et cela a fonctionné d'accord, bien que les morceaux doivent être extrêmement petits).
5. Placez les deux goulots des bouteilles ensemble (le vide à l'envers sur celui qui est rempli d'eau), et collez-les soigneusement ensemble avec du ruban adhésif, en veillant à ne pas laisser de trous. Testez les fuites en tournant soigneusement les bouteilles.
6. Pour créer l'effet de tornade, retournez les bouteilles de sorte que l'eau s'écoule par le trou dans la bouteille vide du bas. Agitez lentement pour aider à créer l'entonnoir.
7. Répétez cette procédure en utilisant différents matériaux et techniques, tels que différentes bouteilles, liquides et techniques de tourbillonnement, et comparez les différents effets entre les configurations. Regardez la taille du trou dans la bouteille et la différence dans le vortex. Y a-t-il un changement de vitesse dans l'eau tourbillonnante, en fonction de la taille de ce trou ? L'entonnoir tourbillonnant est-il plus stable avec différentes configurations ?
Évaluations :
Discutez des différentes tornades créées par la classe et de ce qui pourrait améliorer ou aggraver une tornade. Comment se crée une tornade ? Pourquoi ça s'arrête ? Qu'est-ce qui détermine sa direction ?
Demandez à chaque groupe coopératif de rédiger un mini-rapport de laboratoire, dans lequel ils comparent leurs bouteilles de tornade individuelles et associent leur installation finale à leurs plans d'installation initiaux (voir la procédure n ° 2).
En guise de projet de synthèse, demandez à chaque élève (ou à une paire d'élèves, s'il est peu probable que chaque élève puisse rédiger son propre petit essai) de rechercher une tornade qui s'est produite au cours des 5 dernières années. Ils doivent rédiger une brève description de l'endroit où cela s'est produit et des effets que cela a eu sur les structures, les personnes et les communautés dans lesquelles cela s'est posé. Ces informations peuvent être trouvées dans les journaux nationaux des 5 dernières années (accessibles sur microfilm ou microfiche dans la plupart des bibliothèques publiques et universitaires, ou sur le World Wide Web), dans certains des anciens numéros de Scholastic News et d'autres magazines étudiants, ou sur le Web à l'
adresse :
www.weatherlabs.com , ou
my.excite.com
Extensions :
Cela fonctionne bien dans un cadre interdisciplinaire intégrant la météo avec la littérature. (Il existe un super livre disponible qui intègre l'enseignement des sciences physiques à travers la littérature pour enfants. Vous pouvez le trouver sur
www.books.mcgraw-hill.com ) Une autre suggestion est de demander aux élèves d'écrire leurs propres histoires fictives sur une expérience de tornade, incorporant le vocabulaire et le concept de la structure de la tornade. Des extraits de films de Twister et du Magicien d'Oz seraient également amusants et appropriés !
Il existe plusieurs expériences sur la pression atmosphérique qui sont directement liées aux tornades (voir le laboratoire "Le ballon magique", dans ce paquet) à travers le changement de pression atmosphérique qui est associé à ce type de tempête. Il peut être intéressant de noter que les maisons trouvées près d'une tornade ont explosé, en raison de l'énorme diminution de la pression atmosphérique entourant la maison. L'air à plus haute pression à l'intérieur de la maison pousse alors sur les murs avec une force énorme. Des expériences qui s'engagent dans une enquête plus approfondie sur ce sujet peuvent être trouvées dans plusieurs des ressources répertoriées dans ce livret, ainsi que sur le site Web :
www.miami.sci.org
Philadelphia Science Content Standards :
SCIENCE CONTENT STANDARD 1 : NATURE OF SCIENCE
Cette expérience satisfait au Benchmark 1 pour les grades 5-8 : « concevoir, modifier, mener et enquêter en testant, en révisant et parfois en rejetant des idées, ce qui permet de mieux comprendre comment les choses fonctionnent. »
Cette expérience satisfait également Benchmark 3 pour les niveaux 5-8 : « collecter et résumer les données d'une expérience et interpréter les résultats en termes de données. »
NORME DE CONTENU SCIENTIFIQUE 2 : CADRE PHYSIQUE
Cette expérience confirme les concepts trouvés dans le Benchmark 2 pour les niveaux 5-8 : comprendre que la terre est un système en constante évolution et le déplacement comme indiqué par \ plaques crustales, météo, etc. »
CONTENU dE lA SCIENCE STANDARD 7: Perspectives historiques
Cette expérience touche au niveau de référence 3 pour les années 5-8 : « démontrer que la technologie est de plus en plus importante pour diffuser des idées et des découvertes au sein et parmi les diverses cultures », parce que les élèves doivent apprendre et être conscients de la façon dont la technologie a modifié les avertissements de tornade, et comment cela a changé les effets de ces catastrophes naturelles sur différentes cultures et lieux.
Références croisées:
Ce laboratoire a de nombreuses références croisées, mais plus particulièrement à l'histoire et à l'écriture. Comme je l'ai suggéré ci-dessus, les activités d'évaluation, ainsi que le travail interdisciplinaire, peuvent inclure l'écriture d'une courte histoire d'aventure, la lecture et le reportage de livres de fiction et d'articles factuels sur les tornades, et le travail sur des projets sur l'importance historique des tornades dans notre pays. Voir le labo Volcan ! Dans ce paquet pour plus d'idées.
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