Σεισμογράφος Arduino από Δημοτικά Σχολεία Βόλου (4ο Ν. Ιωνίας, 19ο Βόλου, 3ο Βόλου, 16ο Βόλου, 10ο Βόλου)

Hosted by OSOS , contributed by giproias on 17 May 2021

Ο σεισμός είναι φαινόμενο το οποίο εκδηλώνεται συνήθως χωρίς σαφή προειδοποίηση, δεν μπορεί να αποτραπεί και παρά τη μικρή χρονική διάρκεια του, μπορεί να προκαλέσει μεγάλες υλικές ζημιές στις ανθρώπινες υποδομές με επακόλουθα σοβαρούς τραυματισμούς και απώλειες ανθρώπινων ζωών.

Η Ελλάδα κατέχει την πρώτη θέση στην Ευρώπη από πλευράς σεισµικότητας και την έκτη παγκοσµίως.
Η γεωγραφική της θέση συμπίπτει με περιοχή του πλανήτη μας όπου λαμβάνουν χώρα μεγάλα γεωτεκτονικά φαινόμενα όπως η σύγκλιση της Αφρικανικής με την Ευρω-ασιατική λιθοσφαιρική πλάκα με αποτέλεσμα τη μεγάλη σεισμικότητα που παρατηρείται στη περιοχή αυτή.

Η ομάδα των παιδιών προσομοίασε με το arduino και έναν αισθητήρα απόστασης (ultrasonic) σε περιβάλλον πειράματος την γραφική απεικόνιση ενός σεισμού, εν συνεχεία το κατέβασμα του αρχείου μετρήσεων σε αρχείο που διαβάζεται με το πρόγραμμα Ms Excel και τα κατάλληλα γραφήματα. Με το νομογράφημα και έχοντας πειραματικές μετρήσεις δύο μεταβλητών μπορούμε να υπολογίσουμε τις υπόλοιπες και να έχουμε τη διάρκεια, το μέγεθος, το πλάτος αλλά και την απόσταση από το επίκεντρο. Βέβαια, είναι ένας απλός τρόπος μέτρησης και καταγραφής ενός σεισμού αλλά και μία πρώτη προσπάθεια των παιδιών να κατανοήσουν και να καταγράψουν την σεισμική δραστηριότητα

 

Learning Objectives
Να περιγράφουν το φυσικό φαινόμενο του σεισμού, να περιγράφουν τη λειτουργία ενός σεισμογράφου, να κατανοούν τη χρησιμότητα του σεισμογράφου, να κατασκευάσουν έναν ψηφιακό σεισμογράφο, να πειραματιστούν με τον σεισμογράφο, να εργαστούν σε ομάδες
Teacher: giproias
Age group
9-12
Students participating
5

Αισθάνομαι

Ο σεισμός είναι φαινόμενο το οποίο εκδηλώνεται συνήθως χωρίς σαφή προειδοποίηση, δεν μπορεί να αποτραπεί και παρά τη μικρή χρονική διάρκεια του, μπορεί να προκαλέσει μεγάλες υλικές ζημιές στις ανθρώπινες υποδομές με επακόλουθα σοβαρούς τραυματισμούς και απώλειες ανθρώπινων ζωών

Η Ελλάδα κατέχει την πρώτη θέση στην Ευρώπη από πλευράς σεισµικότητας και την έκτη παγκοσµίως.
Η γεωγραφική της θέση συμπίπτει με περιοχή του πλανήτη μας όπου λαμβάνουν χώρα μεγάλα γεωτεκτονικά φαινόμενα όπως η σύγκλιση της Αφρικανικής με την Ευρω-ασιατική λιθοσφαιρική πλάκα με αποτέλεσμα τη μεγάλη σεισμικότητα που παρατηρείται στη περιοχή αυτή.

Ο σεισμός εκτός από τις άμεσες επιπτώσεις έχει ως επακόλουθα την ενεργοποίηση άλλων γεωλογικών φαινομένων όπως η ρευστοποίηση εδαφών, οι καταπτώσεις βράχων, οι κατολισθήσεις και τα θαλάσσια κύματα βαρύτητας (τσουνάμι) με εξίσου σοβαρές επιπτώσεις.

Η αναγκαιότητα σύγκρισης ενός σεισμού με κάποιο άλλο σεισμικό συμβάν σε άλλο τόπο και χρόνο, όσον αφορά στα χαρακτηριστικά του σαν φυσικό φαινόμενο και τα αποτελέσματά του στη λειτουργία μιας οργανωμένης κοινωνίας, επέβαλλε την υιοθέτηση δύο διαφορετικών φυσικών ποσοτήτων, του μεγέθους και της έντασης αντίστοιχα.
Το μέγεθος ενός σεισμού εκφράζεται σε βαθμούς της κλίμακας Richter και είναι η φυσική ποσότητα που χρησιμοποιείται από τους σεισμολόγους για τη μέτρηση της σεισμικής ενέργειας που απελευθερώνεται στο σημείο που εκδηλώνεται ο σεισμός.

Η ένταση ενός σεισμού εκφράζεται με εμπειρικό τρόπο είτε σε βαθμούς της αναθεωρημένης κλίμακας Mercalli (MM) ή σε βαθμούς της κλίμακας Mercalli-Sieberg (MKS) και είναι η φυσική ποσότητα που δίνει το μέτρο των αποτελεσμάτων ενός σεισμού στους ανθρώπους και στις ανθρώπινες κατασκευές.
Το αναμενόμενο τελικό αποτέλεσμα της σεισμικής κίνησης σε μια περιοχή (θάνατοι, υλικές ζημιές κλπ) και η αναγκαιότητα σύγκρισής του με εκείνο σε μια άλλη περιοχή οδήγησε τους επιστήμονες στην υιοθέτηση μιας ποσότητας που ονομάζεται σεισμικός κίνδυνος.

Ο σεισμικός κίνδυνος εξαρτάται από τη σεισμική επικινδυνότητα της περιοχής και από τη τρωτότητα των τεχνικών κατασκευών που βρίσκονται στη περιοχή. Η σεισμική επικινδυνότητα μιας περιοχής εκφράζεται με μία ποσότητα το μέτρο της οποίας είναι η αναμενόμενη ένταση της σεισμικής κίνησης στη περιοχή αυτή, ενώ η τρωτότητα των τεχνικών κατασκευών εκφράζεται με το μέτρο των ιδιοτήτων των κατασκευών (π.χ ποιότητα κατασκευής, ιδιοπερίοδο, τοπικές γεωτεχνικές συνθήκες κλπ).
Κάθε σεισμός έχει τη δική του ταυτότητα που τη προσδιορίζουν φυσικά χαρακτηριστικά, επαγόμενα φαινόμενα και επιπτώσεις.
Τα φυσικά χαρακτηριστικά ενός σεισμού είναι το μέγεθος, το σημείο (επίκεντρο) και ο χρόνος εκδήλωσης του, καθώς ο βαθμός που έγινε αισθητός σε τοπικό επίπεδο.
Το Γεωδυναμικό Ινστιτούτο του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών διαθέτει δίκτυο σεισμογράφων το οποίο καλύπτει όλο τον Ελλαδικό χώρο και μπορεί να δώσει αξιόπιστη πληροφόρηση σχετικά με το μέγεθος, το επίκεντρο και το χρόνο εκδήλωσης ενός σεισμού.

 

Φαντάζομαι

ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ 

Α) Γνώσεις 

● να περιγράφουν με απλά λόγια το φαινόμενο του σεισμού 

● να κατανοούν και να περιγράφουν τη λειτουργία των βασικών μερών ενός σεισμογράφου 

● να κατανοούν τη χρησιμότητα ενός σεισμογράφου 

Β) Ικανότητες 

● να εμπλακούν σε διαδικασίες επίλυσης προβλημάτων 

● να κατασκευάσουν έναν ψηφιακό σεισμογράφο με arduino, αισθητήρα απόστασης, φωτεινές ενδείξεις, ηχείο που να προσομοιώνει τη λειτουργία ενός πραγματικού σεισμογράφου 

● να εφαρμόσουν τις βασικές προγραμματιστικές αρχές για τη λειτουργία του ρομποτικού σεισμογράφου ● να πειραματιστούν με τη λειτουργία ενός σεισμογράφου σε διαφορετικές κάθε φορά, συνθήκες

Γ) Στάσεις 

● Να εργάζονται ομαδοσυνεργατικά για την ολοκλήρωση των δραστηριοτήτων 

● Να ενδυναμώσουν το αίσθημα συλλογικής ευθύνης , ως μέλη μιας ομάδας, μέσα από τις δραστηριότητες που καλούνται να περατώσουν. 

● Να αποκτήσουν θετική στάση απέναντι στην επιστήμη

Δημιουργώ

Η ομάδα των παιδιών προσομοίασε με το arduino και έναν αισθητήρα απόστασης (ultrasonic) σε περιβάλλον πειράματος την γραφική απεικόνιση ενός σεισμού, εν συνεχεία το κατέβασμα του αρχείου μετρήσεων σε αρχείο που διαβάζεται με το πρόγραμμα Ms Excel και τα κατάλληλα γραφήματα. Με το νομογράφημα και έχοντας πειραματικές μετρήσεις δύο μεταβλητών μπορούμε να υπολογίσουμε τις υπόλοιπες και να έχουμε τη διάρκεια, το μέγεθος, το πλάτος αλλά και την απόσταση από το επίκεντρο. Βέβαια, είναι ένας απλός τρόπος μέτρησης και καταγραφής ενός σεισμού αλλά και μία πρώτη προσπάθεια των παιδιών να κατανοήσουν και να καταγράψουν την σεισμική δραστηριότητα

Πείραμα

Το πείραμα αποτελείται από τα παρακάτω μέρη:

  1. παίρνουμε δεδομένα σεισμικής δραστηριότητας, χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα ultrasonic για μέτρηση σε cm/s

  2. ο αισθητήρας απόστασης λεχει εύρος μέτρησης μέχρι 300cm περίπου, οπότε χωρίζουμε σε τρία μέρη αυτό το εύρος μέτρησης. Επομένως, για μετρήσεις από 0 έως 100, απεικονίζεται στην οθόνη η τιμή και η γραφική της απεικόνιση. Ανάβει μπλε λαμπάκι και η ένδειξη ασθενής σεισμός. Στην συνέχεια, για μετρήσεις από 101 έως 200, απεικονίζεται στην οθόνη η τιμή και η γραφική απεικόνιση. Ανάβει πολτοκαλί λαμπάκι και η ένδειξη ισχυρός σεισμός. Τέλος, για μετρήσεις από 201 έως 300, απεικονίζεται στην οθόνη η τιμή και η γραφική απεικόνιση. Ανάβει κόκκινο λαμπάκι και επιπλέον υπάρχει και ηχητική ένδειξη για αυξημένη προσοχή.

  3. Περνάμε τα δεδομένα σε ένα φύλλο excel και στην συνέχεια περώντας τις τιμές σε νομογράφημα μπορούμε να έχουμε την ένταση της σεισμικής δραστηριότητας αλλά και την απόσταση από το σημείο που βρισκόμαστε. Δεν μπορούμε να έχουμε την ακριβή γεωγραφική θέση του επίκεντρου παρά μόνο χιλιομετρικά. Για να έχουμε την ακριβή θέση θα χρειαστούμε και άλλους δύο τουλάχιστον σταθμούς ώστε χαράζοντας τους απολλώνειους κύκλους στο σημείο που τέμνονται θ έχουμε και την ακριβή θέση του σεισμού.

  4. Ο κατακόρυφος άξονας περιέχει δεδομένα απόστασης από τον αισθητήρα που στο πείραμά μας έχουμε ορίσει ενώ στον οριζόντιο άξονα είναι ο χρόνος σε sec. Παρακολουθούμε λοιπόν την ταλάντωση του σεισμού όταν παίρνει τις μέγιστες τιμές του και στην συνέχεια πως «σβήνει» σύμφωνα με το γράφημα

ΝΟΜΟΓΡΑΜΜΑ.PNG

Μοιράζομαι

Οι μαθητές συνέλεξαν πληροφορίες και ενημερώθηκαν για το πώς δημιουργούνται οι σεισμοί, πως μετριέται η ένταση τους , τον τρόπο με τον οποίο καταγράφονται και τα μέτρα προστασίας που θα πρέπει κάθε φορά να τηρούνται από τους πολίτες. 

Αναζήτησαν πληροφορίες για τεχνικά θέματα που αφορούσαν την κατασκευή και τη λειτουργία του σεισμογράφου.

Τα παιδιά προσπάθησαν να βρουν ένα τρόπο για να μετρήσουν τους σεισμούς. Η ιδέα τους βασίζεται στην αλλαγή της απόστασης ενός αισθητήρα σε σταθερό σημείο και της μετατόπισης επιφάνειας όταν γίνεται σεισμός. Η αλλαγή αυτή μετατρέπεται σε κυματομορφή με κατάλληλο λογισμικό και εν συνεχεία γίνεται επεξεργασία μέσω νομογραφήματος. Επίσης τα παιδιά ενημερώθηκαν για τα μέτρα προφύλαξης και δημιουργήσαμε μία ομάδα που πάει σε σχολεία σε συνεργασία με την Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση για ενημέρωση των παιδιών και επίδειξη του σεισμογράφου που κατασκεύασαν.