Hosted by OSOS , contributed by KaterinaSt on 4 March 2020
Greece is a seismic country and our country's students hear and experience very often earthquakes. This work will help students learn about earthquakes and how to measure them. Students will have the opportunity to learn through the basic principles of natural sciences how a seismic vibration is created and transmitted. They will learn the principles of seismograph operation and will attempt to construct an experimental seismograph. Through the process of construction, they will come to contacting seismologists and seeing functional seismographs. The process will bring them into contact with the Arduino microcontroller and learn basic programming principles.
Οι μαθητές θα μοιραστούν τις γνώσεις τους με τους συμμαθητές τους στο σχολείο επίσης θα παρουσιάσουν τη εργασία τους σε μαθητές από άλλες ευρωπαικές χώρες που θα επισκεφθούν το σχολείο μας στα πλαίσια του προγράμματος Erasmus+ με τίτλο Empowering students through Peer Learning που συμμετέχει το σχολείο μας.
Tundke
Available Partnership Opportunities
Σεισμογράφοι –Σεισμόμετρα
Οι σεισμογράφοι είναι μηχανικοί –ηλεκτρομαγνητικοί-ηλεκτρονικοί ανάλογα με το πως καταγράφουν την κίνηση της γης
Οι μηχανικοί στηρίζονται στην κίνηση ενός εκκρεμούς , πιο σύγχρονοι είναι οι ηλεκτρομαγνητικοί όπου ένας μαγνήτης κινείται μέσα σε ένα πηνίο οπότε παράγεται μια διαφορά δυναμικού που καταγράφουμε σε όργανα μέτρησης ή και σε ηλεκτρονικό υπολογιστή και τέλος είναι οι ηλεκτρονικοί σεισμογράφοι που η λειτουργία τους στηρίζεται σε αισθητήρες που μετατρέπουν τη κίνηση σε ηλεκτρικό σήμα που καταγράφεται από υπολογιστή Οι παρακάτω φωτογραφίες είναι απο την επίσκεψη μας στο Αστεροσκοπείο Αθηνώνίχτερ ,εστία ,σεισμικό κύμα,σεισμός και σεισμογράφος έννοιες και λέξεις που ακούμε πολύ συχνά στον Ελλαδικό χώρο θα πρέπεινα προσδιορίσουμε αρχικά τι σημαίνουν αυτές οι λέξεις
Η διευθυντρια του σχολείου Κα Σταμάτη οργάνωσε για μας μια επίσκεψη στο Αστεροσκοπείο Αθηνών και εκεί ο κος Καλογεράς ανέλαβε να μας βοηθήσει . Μας εξήγησε τι ειναι ενας σεισμός και πως μεταδιαδίδεται ενα σεισμικό κύμα , τις βασικές αρχές λειτουργίας του σεισμογράφου και μας παρουσίασε διάφορα είδη σεισμογράφων
Ποια είναι τα στρώματα της γης;
Η Γη αποτελείται από τρία διαφορετικά στρώματα το φλοιό, το μανδύα και τον πυρήνα, συνολικού πάχους 6.370km περίπου.
Ο φλοιός είναι το στερεό, εξωτερικό περίβλημα της Γης. Υπάρχουν δύο είδη φλοιού, ο ηπειρωτικός και ο ωκεάνιος. Ο μανδύας είναι το αμέσως επόμενο στρώμα και φτάνει μέχρι το βάθος των 2.900km. Η επιφάνεια που χωρίζει το φλοιό από τον μανδύα, είναι γνωστή με το όνομα ασυνέχεια Mohorovicic.
Ως λιθόσφαιρα χαρακτηρίζεται ένα δύσκαμπτο στρώμα, μέσου πάχους 80km περίπου, που αποτελείται από το στερεό φλοιό και μέρος του στερεού ανώτερου μανδύα. Το τμήμα του μανδύα που βρίσκεται κάτω από τη λιθόσφαιρα είναι γνωστό ως ασθενόσφαιρα.
Κάτω από το μανδύα υπάρχει ο πυρήνας που φτάνει έως το κέντρο της γης. Ο πυρήνας διακρίνεται σε εξωτερικό (υγρή/ρευστή κατάσταση) και σε εσωτερικό (στερεή κατάσταση).
Πηγη: http://www.oasp.gr/
Πως δημιουργείται ένας σεισμός;
Οι λιθοσφαιρικές πλάκες αλλού αποκλίνουν, αλλού συγκλίνουν και αλλού η μία κινείται παράλληλα - εφαπτομενικά σε σχέση με τη διπλανή της. Στις περιοχές που αποκλίνουν οι λιθοσφαιρικές πλάκες -μεσοωκεάνιες ράχεις- θερμό ασθενοσφαιρικό υλικό βγαίνει στην επιφάνεια, ψύχεται, στερεοποιείται και οδηγεί έτσι στη δημιουργία νέας λιθόσφαιρας κατά μήκος των δύο πλευρών των ράχεων (π.χ. μεσοωκεάνια ράχη Ατλαντικού ωκεανού, απομάκρυνση Αμερικανικής - Αφρικανικής πλάκας).
Στις περιοχές που ολισθαίνουν οριζόντια η μία πλάκα σε σχέση με την άλλη, η κίνηση γίνεται κατά μήκος κατακόρυφων ρηγμάτων μετασχηματισμού.
Στην περίπτωση της σύγκλισης των πλακών η πυκνότερη από τις δύο βυθίζεται κάτω από την άλλη μέχρις ότου λιώσει η πρώτη μέσα στο θερμό μανδυακό υλικό κι έτσι καταστρέφεται λιθοσφαιρικό υλικό.
.Αποτέλεσμα της σχετικής κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών είναι η αργή παραμόρφωση των πετρωμάτων στις παρυφές τους. Για το λόγο αυτό, στα πετρώματα που βρίσκονται κοντά στις περιοχές αυτές συσσωρεύονται τεράστια ποσά δυναμικής ενέργειας (ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης πετρωμάτων), και αναπτύσσονται μεγάλες δυνάμεις που συνεχώς αυξάνουν. Όταν οι δυνάμεις ξεπεράσουν το όριο αντοχής του λιθοσφαιρικού υλικού το σημείο αυτό ‘σπάει’. Ταυτόχρονα πραγματοποιείται απότομη κίνηση των δύο κομματιών που έχουν προκύψει έως ότου ισορροπήσουν σε νέες θέσεις. Η επιφάνεια αυτή είναι το σεισμικό ρήγμα. Τη χρονική αυτή στιγμή γεννιέται ένας σεισμός. Πηγη: http://www.oasp.gr/
Πως μεταδίδονται οι σεισμοί
Η ενέργεια που δημιουργείται από τη γέννηση ενός σεισμού μεταφέρεται με κύματα
Υπάρχουν τρεις τύποι κυμάτων. Τα P–κύματα, (primate-waves), τα S-κύματα (secondary-waves), και τα L-κύματα (level-waves), ή αλλιώς Πρωτεύοντα, Δευτερεύοντα κύματα και Επιφανειακά κύματα.
Το καθένα κινείται με διαφορετικές ταχύτητες και προκαλεί διαφορετικό τρόπο ταλάντωσης του εδάφους.
Τα κύματα P και S ταξιδεύουν στο εσωτερικό της γης, ενώ το L-κύμα κινείται μόνο μέσα στην ασθενόσφαιρα.
Η κίνηση των σωματιδίων στο P-κύμα είναι διαμήκης, όπως αυτή του ηχητικού κύματος, παράλληλα προς την κατεύθυνση της διάδοσης. Χαρακτηριστικά οι ταχύτητες τέτοιων κυμάτων μέσα σε γρανίτη είναι περίπου 6 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.
Η κίνηση των σωματιδίων στο S-κύμα είναι εγκάρσια, κάθετη προς την κατεύθυνση διάδοσης. Η ταχύτητα κίνησης στο γρανίτη είναι περίπου 3.6 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.
Τα κύματα επιφανείας προκαλούν μια κάθετη αλλά και οριζόντια περιοδική κίνηση σε τρεις διαστάσεις, που συνήθως προκαλεί και τις μεγαλύτερες καταστροφές, σε συνδυασμό με το μεγαλύτερο πλάτος τους και επομένως τη μεγαλύτερη ενέργεια που μεταφέρουν.
Συνήθως μια σεισμική δόνηση είναι συνδυασμός όλων των παραπάνω
Σεισμογράφοι –Σεισμόμετρα
Οι σεισμογράφοι είναι μηχανικοί –ηλεκτρομαγνητικοί-ηλεκτρονικοί ανάλογα με το πως καταγράφουν την κίνηση της γης
Οι μηχανικοί στηρίζονται στην κίνηση ενός εκκρεμούς , πιο σύγχρονοι είναι οι ηλεκτρομαγνητικοί όπου ένας μαγνήτης κινείται μέσα σε ένα πηνίο οπότε παράγεται μια διαφορά δυναμικού που καταγράφουμε σε όργανα μέτρησης ή και σε ηλεκτρονικό υπολογιστή και τέλος είναι οι ηλεκτρονικοί σεισμογράφοι που η λειτουργία τους στηρίζεται σε αισθητήρες που μετατρέπουν τη κίνηση σε ηλεκτρικό σήμα που καταγράφεται από υπολογιστή Οι παρακάτω φωτογραφίες είναι απο την επίσκεψη μας στο Αστεροσκοπείο Αθηνών
Στη διπλανη φωτογραφία φαίνεται το επιταχυνσιομετρο ενός ηλεκτομαγνητικού σεισμογράφου
Ηλεκτρονικός σεισμογράφος
Kujutage ette
ι θα φτιάξουμε;;
Τι ειδους σεισμογράφο θα μπορούσαμε να κατσκευάσουμε; Μετά από ώριμη σκέψη αρκετό ψάξιμο στο διαδίκτυο και αφού συνυπολογίσαμε το χρόνο που έχουμε καταλήξαμε ότι θα προσπαθήσουμε να κατασκευάσουμε ένα ηλεκτρονικό σεισμογράφο με τη βοήθεια του μικροελεγκτή Arduino.Το Arduino είναι ένας Open-source μικροελεγκτής με πολλά παραδείγματα λειτουργίας στο δίκτυο και αυτό τον κάνει κατάλληλο και για μας που οι γνώσεις μας στον προγραμματισμό είναι βασικές.
Το επόμενο βήμα ήταν να επιλέξουμε κατάλληλο αισθητήριο δηλ κάτι που θα μετατρέπει μια δόνηση σε ηλεκτρικό σήμα για το Arduino
Πρώτη σκέψη ένας πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας που η σύνδεση του μοιάζει απλή και ο προγραμματισμός του πολύ κατανοητός!
H επόμενη επιλογή ενα επιταχυνσιομετρο που μετράει μεταβολές και στους τρείς άξονες
Loo
Η Κασκευή
Η πρώτη μας δοκιμή ειναι με τον πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα ΜΕΑS η σύνδεση του αισθητήρα γίνεται στην αναλογική είσοδο Α0 Παράλληλα με τον αισθητήρα συνδέσαμε αντίσταση 1 ΜΩ η τάση εξόδου του αισθητήρα διαβάζεται στη σειριακή θύρα το πρόγραμμα που χρησιμοποιήσαμε ήταν αρκετά απλό
const int PIEZO_PIN = A0; //
void setup()
{ Serial.begin(9600); }
void loop()
{ int piezoADC = analogRead(PIEZO_PIN); //
float piezoV = piezoADC / 1023.0 * 5.0;
Serial.println(piezoV); // Print the voltage.
delay(250);
Δυστυχώς τα αποτελέσματα δεν μας ικανοποιήσαν αφού οι μεταβολές τάσης που καταγράφονταν ήταν πολύ μικρές και έπρεπε να διμιουργύμε αρκετά ισχυρες δονήσεις στον πάγκο εργασίας!!!
Η προσπάθεια συνεχίστηκε με ένα επιταχυνσιόμετρο
Το επιταχυνσιόμετρο που αγοράσαμε είναι το Kitronic και αρχικά ο κώδικας που χρησιμοποιήσαμε ήταν ο απλός κώδικας που καταγράφει τις δονήσεις σε τρεις άξονες τις τιμές τις παρατηρούμε στη σειριακή θύρα του Arduino
const int xval = A0; //Define the analog pins.
const int yval = A1;
const int zval = A2;
void setup()
{ Serial.begin(9600); //begin serial communication and set the baud rate for the serial monitor. }
void loop()
{ Serial.print("x=");
Serial.print(analogRead(xval));
Serial.print(" y=");
Serial.print(analogRead(yval));
Serial.print(" z=");
Serial.print(analogRead(zval));
Serial.println();
delay(500); }
Οι μετρήσεις που πήραμε για σταθερή οριζόντια θέση της πλακέτας φαίνονται παρακάτω
Όπου φαίνεται ότι ο άξονας z έχει μεγαλύτερη τιμή λόγω της επιτάχυνσης βαρύτητας οι τιμές αλλάζουν αν γυρίσουμε ανάποδα το kitronic
Η τιμή 404mV αντιστοιχεί σύμφωνα με το αρχείο του Kitronic σε επιτάχυνση 1g=9,81m/sec2
Θα θέλαμε οι τιμές να φανουν σε γραφική παράσταση ο κώδικας που ειχαμε χρησιμοποιήσει δεν συνεργαζόταν με γραφικό περιβάλλον Μετα απο αρκετή αναζήτηση καταληξαμε στο διαδίκτυο στη διευθυνση http://www.glacialwanderer.com/hobbyrobotics/?p=261 οπου βρήκαμε οτι εναν νέο κώδικα Arduino που συνεργάζεται με το σχεδιαστικό περιβάλλον Processing
τα αποτελέσματα ηταν πολύ εντυπωσιακά οι μικρές δονήσεις της επιφάνειας εργασίας καταγράφονται με μεγάλη ακρίβεια Παρακάτω φαίνονται δυο διαγράμματα ενα ηρεμίας και ενα δεύτερο με δόνηση
Σε συνέχεια θα θέλαμε να κατγράψουμε ενα πραγματικό σεισμό που ελπίζουμε ομως οτι δεν θα γίνει!!!!
Ισως να προσπαθήσουμε να συνδεθούμε με κάποια απο τις βάσεις δεδομένων που έχουν καγεγραμμένους σεισμούς και να τους μελετήσουμε με τον δικό μας σεισμογράφο
Αυτό ισως θα είναι το επόμενο βήμα