LPI | Vzdělávání

Tah planet

Přehled

Tah planet je 30minutová aktivita, při které týmy dětí modelují gravitační pole planet na pružném povrchu. Děti umísťují a přesouvají kuličky různých velikostí a hustot na plastovou fólii, aby si vytvořily mentální představu o tom, jak hmotnost objektu ovlivňuje, jak velký vliv má na okolní prostor.

Tuto aktivitu je vhodné provádět po Šampionovi těžké váhy: Jupiter!, která dětem umožní objevit gravitační sílu ve sluneční soustavě. Tyto pojmy zahrnují pokročilejší vědecké poznatky než předchozí aktivity v knize Tajemství Jupiterovy rodiny a hlouběji zkoumají vědecké poznatky o misi Juno a bohaté informace, které nám vrátí. Facilitátoři, kteří se rozhodnou pustit se do této aktivity, by měli mít pevné znalosti vědeckého základu, aby dětem nezaváděli mylné představy.

Tato série je vhodná pro děti od 10 do 13 let.

K čemu to je?“

• Gravitace je síla, která udržuje planety na oběžné dráze kolem Slunce. Pouze gravitace nás drží na povrchu Země.
• Planety mají měřitelné vlastnosti, jako je velikost, hmotnost, hustota a složení. Velikost a hmotnost planety určuje její gravitační sílu.
• Hmotnost a velikost planety určuje, jak silná je její gravitační přitažlivost.
• Modely nám mohou pomoci experimentovat s pohyby objektů ve vesmíru, které jsou určovány gravitační přitažlivostí mezi nimi.

Materiál

Pro každou skupinu do 30 osob:

• Počítač a projektor k promítání animace Juno obíhající kolem Jupiteru nebo umělecké ztvárnění Juno na oběžné dráze, vytištěné nejlépe barevně z webových stránek, například https://www.missionjuno.swri.edu/media-gallery/spacecraft.

Pro každou skupinu čtyř dětí:

• 1 vyšívací rámeček (20″ na 12″ nebo větší)
• Něco na podepření okrajů vyšívacího rámečku, například pěnové cihly nebo knihy
• 1 tenká natahovací plastová fólie, jako je igelitový pytel na odpadky nebo fólie
• 2-4 (1/2″ široké) malé kuličky
• 1 (2″) polystyrenová™ koule
• Půl plechovky Play-Doh©

Pro každé dítě:

• Deník Moje cesta k Jupiteru nebo jen příslušnou stránku „Tah planet“
• 1 tužka nebo pero

Pro moderátora:

• Podkladové informace:
  • Tajemství rodiny sluneční soustavy
  • Ostatní vzdálení obři jsou spřízněné planety s individuálními zvláštnostmi
  • Vnitřní, Skalnatí sousedé jsou sourozenci Země
  • Spočet malých objektů je součástí rozšířené rodiny naší sluneční soustavy
• Průvodce facilitátora gravitací
• Nákupní seznam

Příprava

• Přečtěte si kompletní základní informace a Průvodce facilitátora gravitací.
• Připravte si gravitační pole: natáhněte plastové fólie (igelitové obaly nebo pytle na odpadky) kolem vnitřní strany vyšívacích obručí, pak přidejte vnější obruč a udržujte igelit pevně napnutý.
• Připravte si zbývající materiály.

Činnost

1. Vyzkoušejte si, jak se vám líbí gravitační pole. Požádejte děti, aby spojily to, co se naučily o gravitaci, s pohyby objektů ve sluneční soustavě.

• Požádejte děti, aby si vzpomněly na knihu Šampion těžké váhy: Jupiter! Které vlastnosti způsobují, že planeta má větší nebo menší gravitaci? Planety, které jsou hmotné a mají největší průměr, mají největší gravitaci. Které vlastnosti nemají vliv na gravitaci? Přítomnost atmosféry, teplota a vzdálenost od Slunce nemají vliv na gravitaci planety.
• Jsou tělesa ve sluneční soustavě v klidu, nebo jsou v pohybu? Gravitace Slunce přitahuje planety, které obíhají kolem něj, a některé planety přitahují měsíce, které obíhají kolem nich. Dokonce i vesmírné lodě jsou ve sluneční soustavě v pohybu, buď na oběžné dráze kolem Země nebo Měsíce, nebo cestují ke vzdálenějším světům, a to kvůli gravitačním silám. Mise Juno bude přitahována na oběžnou dráhu kolem Jupiteru jeho intenzivní gravitací.
• Jak ovlivňuje gravitace pohyb objektů – například planet – ve sluneční soustavě? Viděl někdo „gravitační studnu“ nebo si s ní hrál? Jak „gravitační studna“ modeluje gravitaci ve sluneční soustavě – jakou součástí tohoto modelu je Slunce? Planety? Středem gravitační studny je Slunce a mince nebo kuličky jsou modelem planet. Čím blíže je planeta ke Slunci, tím větší je přitažlivost Slunce a tím rychleji planeta obíhá. Tento model selhává v tom, že objekty na stabilních oběžných drahách nepadají do Slunce. (Komety jsou objekty s dráhami, které se mohou snadno stát nestabilními a spadnout do Slunce.)

2. Řekněte dětem, že si vyrobí model toho, jak se objekty – například planety – vzájemně ovlivňují v prostoru.

• Hrálo si některé z dětí na trampolíně? Co se děje s povrchem trampolíny, když si na ni sednete? Co by se stalo, kdyby se kamarád pokusil kutálet míč po povrchu, když na něm sedíte?

Vysvětlete, že prostor se může chovat podobně jako povrch trampolíny. Zářezy vytvořené na povrchu představují „gravitační studny“ vytvořené hmotnými objekty v prostoru.

3. Vyzvěte děti, aby experimentovaly se stejnými efekty na modelech v menším měřítku. Rozdělte děti do skupin a každé skupině dejte připravenou vyšívací obruč zavěšenou ve vzduchu na cihlách nebo knihách. Vysvětlete jim, že budou pomocí kuliček a kuliček Play-Doh modelovat účinky gravitace na objekty v prostoru.

• Co se stane s plastovými listy (prostorem), když k nim přidají kuličku? Roztáhne se a kulička se bude kutálet.
• Co se stane, když na fólii budou dvě kuličky? Kuličky se budou kutálet k sobě.

4. Vyzvěte děti, aby se svými modely vesmíru experimentovaly tak, že budou na list pokládat a pouštět kuličky (dohromady i zvlášť).

5. Vyzvěte děti, aby se svými modely vesmíru experimentovaly. Požádejte skupiny, aby každá z nich přidala na arch velkou, 2″ kulatou kuličku Play-Doh, která bude představovat velkou „planetu“ samostatně. Požádejte děti, aby vyslovily hypotézu, co se stane, když kuličky spadnou na list, a nechte je, aby si své myšlenky zaznamenaly do deníků, než je vyzkouší. Poté, co upustí kuličky na arch, se s nimi podělte o to, že toto „přitahování“ k „planetám“ je modelem gravitace.

• Jak to modeluje gravitaci? Kuličky jsou přitahovány neboli „padají“ směrem k planetě.
• Představuje tato velká planeta z Play-Doh silnou nebo slabou gravitaci? Tato planeta má silnou gravitaci – kuličky padají přímo k ní.

6. Požádejte skupiny, aby samy umístily na list velmi malou kulatou kuličku Play-Doh (asi poloviční velikosti kuličky), která představuje malý asteroid. Požádejte je, aby si své předpovědi zaznamenaly do deníků, a poté vyzkoušejte, co se stane, když na arch přidáte kuličky.

• Co se stane, když na arch přidáte kuličky nyní? Proč? Kuličkám může trvat déle, než se dostanou k asteroidu z Play-Doh, nebo se k němu vůbec nepohnou.
• Jakou gravitaci bude mít malý asteroid ve srovnání s velkou planetkou? Nemá příliš velkou „gravitaci“.

7. Požádejte skupiny, aby samy umístily polystyrénovou kouli na list a zapsaly si do deníků pokusy s její gravitací.

• Jaký typ objektu může polystyrénová koule modelovat? Může představovat planetu, která není příliš hustá, například Saturn.
• Jaká je její velikost, hmotnost a hustota ve srovnání s velkou „planetou“ z hmoty Play-Doh? Je přibližně stejně velká, ale méně hustá, a proto méně hmotná.
• Co se stane po přidání kuliček? Budou se chovat spíše jako u velké nebo malé planety Play-Doh? Opět může trvat déle, než kuličky dosáhnou obří planety s malou hustotou; nebudou cítit gravitaci tak silně jako u velmi velké planety Play-Doh.
• Má Saturn stejnou gravitaci jako Jupiter? Gravitace Saturnu není ve srovnání s gravitací Jupiteru příliš silná.

Připomeňte dětem, že gravitační síla planety závisí na její hmotnosti a velikosti. Saturn je velký, ale nemá zdaleka takovou hmotnost nahuštěnou do svého objemu jako Jupiter.

8. Vyzvěte skupiny, aby experimentovaly s pouštěním kuliček na různých místech a s různým množstvím Play-Doh nebo polystyrenové kuličky na různých místech jejich gravitačního pole.

• Obkrouží někdy kuličky krátce planetu?
• Vyhnou se někdy planetě?
• Působí gravitace na malé asteroidy? Planetky a další malá tělesa, jako jsou komety, jsou také udržovány na oběžné dráze kolem Slunce velkou gravitační silou Slunce – i když jsou od Slunce ve velké vzdálenosti. Mohou být také vtaženy na oběžnou dráhu kolem planety – jako dva měsíce Marsu – nebo do měsíce či planety narazit.

9. Poté, co děti ukončí experimentování, prodiskutujte jejich zjištění.

• Jak se kuličky chovaly k největší planetě z Play-Doh? Kutálely se přímo k ní. Jak se to podobalo gravitaci? Velká planeta měla velkou hmotnost a v našem modelu i velkou gravitaci.
• Jak se kuličky chovaly k planetě z polystyrenu? Možná ji zcela ignorovaly. Proč? Kulička neměla velkou hmotnost, a proto měla v tomto modelu velmi malou gravitaci.
• Má velký objekt vždy velkou hmotnost? Ne!
• Jestliže můžeme změřit gravitaci planety a její velikost, co nám to o ní může říci? Gravitace planety nám může říci více o hmotnosti této planety, což nám pomůže určit její hustotu a jaké je její nitro.

Požádejte děti, aby na základě svých modelů nakreslily do deníků, jak hlubokou gravitační studnu vytváří ve vesmíru Měsíc, Země a Jupiter. Nechte je popsat, jak rozdíly v jejich gravitaci souvisejí s velikostí a hmotností jednotlivých objektů.

10. Vyzvěte děti, aby popsaly, jak se tento model gravitace podobá skutečné gravitaci a jak selhává.

• Pohybují se objekty ve sluneční soustavě vůči sobě při skutečné gravitaci stejně jako v modelu? Ano.
• Kutálejí se objekty ve vesmíru k sobě kvůli gravitaci? Ne, jsou přitahovány, ale nekutálejí se.
• Narážejí planety v naší sluneční soustavě obvykle do sebe? Ne, jsou od sebe velmi daleko a obíhají kolem Slunce. Někdy se však s planetami srazí komety a asteroidy.

Závěr

Vysvětlete, že mise Juno k Jupiteru bude pociťovat gravitaci Jupiteru podobně jako velmi, velmi malá kulička v našem modelu. Ukažte obrázek nebo video animaci mise Juno na oběžné dráze Jupiteru. (Juno však bude Jupiter obíhat, nikoli do něj padat.) Přístroje sondy Juno budou pečlivě sledovat, jak se mění přitažlivost Jupiteru na sondu při průletu sondy nad povrchem planety. Tímto způsobem bude Juno schopna měřit, jak se gravitace Jupiteru liší od místa k místu. Měřením nepatrných změn v trajektorii pohybu sondy Juno vědci zjistí, kde přesně Jupiter uchovává většinu své hmoty ve svém hlubokém nitru. Vědci pak mohou odvodit podrobnosti o složení neviditelných spodních vrstev a jádra Jupiteru.

• Jak silnou přitažlivost bude Juno pociťovat při svém oběhu kolem Jupiteru? Velmi silnou přitažlivost!

Pokud je to možné, navažte na znalosti dětí a nabídněte jim budoucí aktivitu Tajemství Jupiterovy rodiny. Vyzvěte děti, aby se vrátily a uzavřely své zkoumání Jupiteru účastí na závěrečné aktivitě Moje cesta k Jupiteru, kde si vytvoří výstřižky a zdokumentují své vlastní cesty za nejhlubšími tajemstvími Jupiteru!

.