تاثیر انرژی درونی زمین بر معماری کویری 6
اهداف جلسه شامل اهداف رفتاری و آموزشی: بررسی مقاومت مدل های ساخته شده در مقابل لرزش
زمان عملیاتی: 2 ساعت
وسایل لازم:
روند کار:
در جلسات قبل با هم مدل های ساختمانی متفاوتی را ساختیم و دیدیم که مدل سازی یکی از بهترین و مهم ترین روش ها برای تحلیل و بررسی پدیده های طبیعی است. در همین راستا برای بررسی مقاومت مدل های ساخته شده اول باید جایگزینی برای زلزله ی واقعی در آزمایش هایمان پیدا کنیم. اما به نظر شما در آزمایشاتی که مهندسین عمران انجام می دهند تا قبل از یک زلزله ی واقعی بفهمند که مقاومت سازه ها چه قدر است، از چه چیزی به عنوان جایگزین زلزله استفاده می کنند؟
در اینجا اجازه دهید تا دانش آموزان نظراتشان را مطرح کنند. می توانید نظر ها را روی تخته یادداشت کنید، این کار باعث می شود بچه ها احساس بهتری نسبت به نظر دادن و شرکت در بحث کلاس پیدا کنند. (15 تا 20 دقیقه)
بعد از اینکه دانش آموزان نظراتشان را مطرح کردند می توانید بحث را این طور ادامه دهید:
مهندسین عمران برای بررسی مقاومت سازه های خود نیازمند مدل سازی زلزله هستند- درست مثل ما - و برای این کار وسیله ای به نام میز لرزه یا shaker را طراحی کردند.این وسیله همان طور که از نامش مشخص می شود میزی است که توانایی تولید اکثر لرزه هایی که هنگام وقوع زلزله های واقعی روی می دهد را دارد.
در اینجا عکس های مربوط به میز های لرزه را به آن ها نشان دهید و بحث را ادامه دهید:
در کار ما هم نیاز به چیزی شبیه همین میزهای لرزه است تا بتوانیم مقاومت مدل ها را بررسی کنیم.
اما پیشنهاد شما چیست؟ یعنی به نظر شما وسیله ای در خانه های ما وجود دارد که بتواند جایگزین نسبتا مناسبی برای این میزها در آزمایش های ما شود؟(حدود 10 دقیقه در این باره بحث را با بچه ها ادامه دهید)
خب در همه ی خانه ها وسایلی وجود دارند که معمولا بر خلاف میل ما هنگامی که کار می کنند لرزش ایجاد می کنند، مثل اکثر ماشین لباسشویی ها و شاید هم آب میوه گیری ها و ...
با این حساب شاید آب میوه گیری یکی از وسایلی باشد که بتوانیم از آن برای تولید لرزه استفاده کنیم.
یادمان باشد که ما در زلزله ی واقعی هم موج طولی داریم و هم موج عرضی ( شکل امواج و طولی و عرضی را به دانش آموز نشان بده، یا از همان اصطلاحات افقی و عمودی استفاده کن) و به همین دلیل مدلی که برای شبیه سازی زلزله از آن استفاده می کنیم باید همزمان هم طولی و هم حرکت عرضی داشته باشد تا نتایج آزمایش با واقعیت قابل مقایسه باشد. به همین دلیل آب میوه گیری مناسب است و مثلا نمی شود از تخته ای که روی چند فنر بالا و پایین می رود استفاده کرد، چون این حرکت فقط در جهت بالا و پایین و است و با حرکت در جهت چپ و راست ادغام نشده.
تعریف موج عرضی و موج طولی :
اگر رابطه بین حرکات ذرات ماده با راستای انتشار موج را در نظر بگیریم دونوع رابطه داریم:
اگر حرکتذرات ماده حامل موج، بر راستای انتشار موج عمود باشد. در این صورت موج حاصل را موج عرضی می‌گویند. به عنوان مثال، هرگاه انتهای یک ریسمان قایم تحت کشش را به عقب و جلو به نوسان در آوریم، یک موج عرضی در آن به راه می‌افتند. این آشفتگی در طول ریسمان پیش می‌رود ولی ارتعاش ذره‌های ریسمان بر راستای انتشار آشفتگی عمود است.
از طرف دیگر هرگاه جابجایی ذرات حامل موج در راستای انتشار انجام بگیرد یک موج طولی خواهیم داشت. به عنوان مثال هرگاه انتهای یک فنر قایم کشیده شده را به بالا و پایین به نوسان در آوریم، یک موج طولی در فنر به راه می‌افتد و حلقه‌های فنر در راستایی که این آشفتگی در طول فنر طی می‌کند، به بالا و پایین ارتعاش خواهند کرد. امواج صوتی از جمله امواج طولی هستند.
البته امواج دیگری نیز وجود دارند که نه به طور کامل طولی و نه به طور کامل عرضی هستند. به عنوان مثال امواج روی سطح آب از این گونه‌اند. در پویا نمایی مقابل می توانیم گوی قرمز را ببینیم، که ملکول سطح آب را شبیه سازی کرده و در مسیری دایره ای حرکت می کند. بنابراین، موج روی سطح آب ناشی از انطباق حرکت های طولی وعرضی مولکول ها می باشد.
در اینجا تصاویر 1 و 2 را در کلاس نمایش دهید تا مفهوم موج طولی و موج عرضی برای دانش آموزان جا بیفتد.
پیشنهاد: در اینجا می توانید ساخت یک میز لرزه ی خیلی دقیق را به عنوان یک پروژه ی جدید به دانش آموزان علاقمند پیشنهاد کنید (ترجیحا دانش آموزان دوم و سوم دبیرستان). میزی که نوع لرزشی که تولید می کند هر چه شبیه تر به لرزه زلزله های واقعی باشد و این که چه طور چنین میزی را باید به کامپیوتر وصل کرد و نتایج را در آن ثبت و تحلیل کرد.
پس با همه ی این توضیحات قرار شد که ازآب میوه گیری به عنوان میز لرزه و در واقع مدلی برای زلزله استفاده کنیم. اما روش آزمایش:
روش آزمایش و بررسی مقاومت مدل ها:
یونولیت را در ابعادی برش بزنید که وقتی مدل ها روی آن قرار می دهید درون آن قرار بگیرد و با اندک جا به جایی از آن خارج نشود. برای مدل هایی که دستورالعمل ساخت آنها ارایه شده قطعه یونولیت 25 *25 سانتی متر مناسب است.
در مرحله ی بعد یونولیت را روی آب میوه گیری ثابت کنید. برای این کار می توانید از چسب نواری پهن کمک بگیرید.
مدل ها را یکی یکی روی یونولیت قرار دهید و همزمان آب میوه گیری و کرونومتر را با هم روشن کنید و زمانی را که طول می کشد تا مدل مورد نظر تغییر شکل دهد و فرو بریزد را ثبت کنید.
دقت کنید که برای همه ی مدل ها تعریف تقریبا یکسانی از تخریب داشته باشید، مثلا زمان را هنگامی که تقریبا 20 % مدل خراب شد ثبت کنید.
نتایج به دست آمده را در جدول داده شده ثبت کنید.
مقایسه ی زمان ها می تواند مدل مقاوم تر را به شما نشان دهد. برای آنکه آزمایش نتایج دقیق تری را نشان دهد می توانید هر مدل را سه بار مورد آزمایش قرار دهید و برای مقایسه ی زمان مقاومت مدل ها با هم، میانگین زمان سه آزمایش را برای مدل ها در نظر بگیرید.
تکلیف جلسه ی بعد:
تکمیل جدول آزمایش برای همه ی مدل ها (مدل های من در آوردی را فراموش نکنید!)
با توجه به جدولی که در مورد عوامل موثر بر مقاومت مدل ها پر کردیم و نتایجی که از آزمایش های امروز به دست آمدند، فکر کنید که چه طور مدل ها را بهینه کنیم؟ (یعنی در هر مدل چه تغییری ایجاد کنیم که زمان مقاومت آن بیشتر شود. )
منابع بیشتر:
برای اطلاعات بیشتر در مورد موج و انواع آن میتوانید به سایت زیر مراجعه کنید.
daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php
بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان
تنظیم: یگانه داودی
بررسی مقاومت ساختمان ها در برابر زلزله - جلسه اول
بررسی مقاومت ساختمان ها در برابر زلزله - جلسه دوم
بررسی مقاومت ساختمان ها در برابر زلزله - جلسه سوم
بررسی مقاومت ساختمان ها در برابر زلزله - جلسه چهارم
بررسی مقاومت ساختمان ها در برابر زلزله - جلسه پنجم
