LPI | Education

Planeettojen vetovoima

Yleiskatsaus

Planeettojen vetovoima on 30-minuuttinen aktiviteetti, jossa lapsiryhmät mallintavat planeettojen painovoimakenttiä taipuisalla pinnalla. Lapset sijoittavat ja liikuttavat erikokoisia ja -tiheyksisiä palloja muovilevylle kehittääkseen mielikuvan siitä, miten esineen massa vaikuttaa siihen, kuinka suuri vaikutus sillä on ympäröivään avaruuteen.

Tämä aktiviteetti tulisi suorittaa Raskaan sarjan mestarin jälkeen: Jupiter! jälkeen, jolloin lapset voivat tutustua painovoimaan aurinkokunnassa. Nämä käsitteet sisältävät edistyneempää tiedettä kuin aiemmat Jupiterin perhesalaisuuksien aktiviteetit, ja niissä tutustutaan syvällisemmin Juno-lennon tieteeseen ja sen meille palauttamaan runsaaseen tietoon. Ohjaajilla, jotka päättävät toteuttaa tämän aktiviteetin, tulisi olla vankka käsitys tieteellisestä perustasta, jotta lapsille ei esitetä virheellisiä käsityksiä.

Tämä sarja soveltuu 10-13-vuotiaille lapsille.

Mihin se perustuu?

• Painovoima on voima, joka pitää planeetat Auringon kiertoradalla. Painovoima yksinään pitää meidät Maan pinnalla.
• Planeetoilla on mitattavia ominaisuuksia, kuten koko, massa, tiheys ja koostumus. Planeetan koko ja massa määräävät sen vetovoiman.
• Planeetan massa ja koko määräävät, kuinka voimakas sen vetovoima on.
• Mallien avulla voimme kokeilla avaruudessa olevien kappaleiden liikkeitä, jotka määräytyvät niiden välisen vetovoiman perusteella.

Materiaalit

Kullekin enintään 30 hengen ryhmälle:

• Tietokone ja projektori, jonka avulla voidaan näyttää animaatio Junon kiertoradasta Jupiterin kiertoradalla tai taiteilijan renderöimä piirros Junosta kiertoradalla, joka on tulostettu mieluiten värillisinä verkkosivuilta, kuten esimerkiksi https://www.missionjuno.swri.edu/media-gallery/spacecraft.

Kullekin neljän lapsen ryhmälle:

• 1 (20″ x 12″ tai suurempi) kirjontavanne
• Jotain, joka tukee kirjontavanteen reunoja, kuten vaahtomuovitiiliä tai kirjoja
• 1 ohut venyvä muovikalvo, kuten muovinen jätesäkki tai muovikelmuarkki
• 2-4 (1/2″-leveää) pientä marmorikuulaa
• 1 (2″) Styrofoam™-pallo
• Puolikas tölkki Play-Doh©

Kullekin lapselle:

• Hänen Matkani Jupiteriin -päiväkirjansa tai vain asiaankuuluvan ”Planeettojen vetovoima”-sivun
• 1 lyijykynä tai kynä

Ohjaajalle:

• Taustatiedot:
  • Aurinkokunnan perheen salaisuudet
  • Muut kaukaiset jättiläiset ovat sukulaisplaneettoja, joilla on yksilöllisiä omituisuuksia
  • Sis, Rocky Neighbors Are Siblings to Earth
  • Countless Small Objects Are Part of Our Solar System’s Extended Family
• Facilitator’s Guide to Gravity
• Shopping list

Prepreparation

• Review the complete background information and the Facilitator’s Guide to Gravity.
• Valmista painovoimakentät: venytä muovilevyt (muovikelmu tai jätesäkki) kirjonta-renkaiden sisäpuolen ympärille ja lisää sitten ulompi rengas pitäen muovia tiukasti venytettynä.
• Aseta loput materiaalit esille.

Toiminta

1. Pyydä lapsia yhdistämään se, mitä he ovat oppineet painovoimasta, esineiden liikkeisiin aurinkokunnassa.

• Pyydä lapsia palauttamaan mieleen Raskaan sarjan mestari: Jupiter! Mitkä ominaisuudet aiheuttavat sen, että planeetalla on enemmän tai vähemmän painovoimaa? Planeetoilla, jotka ovat massiivisia ja joilla on suurin halkaisija, on eniten painovoimaa. Mitkä ominaisuudet eivät vaikuta painovoimaan? Ilmakehän olemassaolo, lämpötila ja etäisyys Auringosta eivät vaikuta planeetan painovoimaan.
• Ovatko aurinkokunnan kohteet liikkumattomia vai ovatko ne liikkeessä? Auringon vetovoima vetää planeettoja kiertämään sitä, ja jotkut planeetat vetävät kuita kiertämään niitä. Jopa avaruusalukset ovat gravitaatiovoimien vuoksi liikkeessä läpi aurinkokunnan, joko kiertäen Maata tai Kuuta tai matkustaen muihin maailmoihin. Jupiterin voimakas painovoima vetää Juno-aluksen Jupiterin kiertoradalle.
• Miten painovoima vaikuttaa esineiden – kuten planeettojen – liikkeisiin aurinkokunnassa? Onko kukaan nähnyt tai leikkinyt ”gravitaatiokaivoa”? Miten ”gravitaatiokaivo” mallintaa painovoimaa aurinkokunnassa – mikä osa tätä mallia on Aurinko? Planeetat? Painovoimakaivon keskipiste on Aurinko, ja kolikot tai kuulat ovat planeettojen malli. Mitä lähempänä planeetta on Aurinkoa, sitä suurempi on Auringon painovoiman vetovoima ja sitä nopeammin planeetta kiertää. Tämä malli epäonnistuu siinä, että vakaalla radalla olevat kappaleet eivät putoa Aurinkoon. (Komeetat ovat kohteita, joiden radat voivat helposti muuttua epävakaiksi ja pudota Aurinkoon.)

2. Kerro lapsille, että he tekevät mallin siitä, miten esineet – kuten planeetat – ovat vuorovaikutuksessa avaruudessa.

• Onko kukaan lapsista leikkinyt trampoliinilla? Mitä trampoliinin pinnalle tapahtuu, kun sen päällä istutaan? Mitä tapahtuisi, jos ystävä yrittäisi pyörittää palloa pinnalla, kun sinä istut sen päällä?

Erittäkää, että tila voi toimia aivan kuten trampoliinin pinta. Pinnalle syntyneet painaumat edustavat avaruudessa olevien massiivisten kappaleiden luomia ”painovoimakuoppia”.

3. Kehota lapsia kokeilemaan samoja vaikutuksia pienemmän mittakaavan malleilla. Jaa lapset ryhmiin ja anna kullekin ryhmälle valmis kirjontavanne, joka on ripustettu ilmaan tiilien tai kirjojen varaan. Selitä, että he käyttävät marmorikuulia ja Play-Doh-palloja mallintaakseen painovoiman vaikutuksia avaruudessa oleviin esineisiin.

• Mitä tapahtuu muovilevyille (avaruus), jos siihen lisätään marmori? Se venyy ja kuula rullaa.
• Mitä tapahtuu, jos levyn päällä on kaksi kuulaa? Murmelit vierivät toisiaan kohti.

4. Kehota lapsia kokeilemaan avaruusmallejaan asettelemalla ja pudottamalla marmorikuulia (yhdessä ja erikseen) arkin päälle.

5. Pyydä ryhmiä lisäämään kukin suuri, 2 tuuman pyöreä Play-Doh-pallo, joka edustaa suurta ”planeettaa” yksinään arkille. Pyydä lapsia tekemään hypoteeseja siitä, mitä tapahtuu, jos kuulat pudotetaan arkille, ja pyydä heitä kirjaamaan ajatuksensa päiväkirjaansa ennen kuin he kokeilevat niitä. Kun he ovat pudottaneet kuulat arkille, kerro, että tämä ”veto” kohti ”planeettoja” on painovoiman malli.

• Miten tämä mallintaa painovoimaa? Murmeleita vedetään eli ne ”putoavat” kohti planeettaa.
• Kuvastaako tämä suuri Play-Doh-planeetta vahvaa vai heikkoa painovoimaa? Tällä planeetalla on vahva painovoima – kuulat putoavat suoraan sitä kohti.

6. Pyydä ryhmiä asettamaan hyvin pieni pyöreä Play-Doh-pallo (noin puolet marmorikuulan koosta), joka edustaa pientä asteroidia, yksin arkin päälle. Pyydä ryhmiä merkitsemään ennustuksensa päiväkirjoihinsa ja testaamaan sitten, mitä tapahtuu, jos arkille lisätään marmorikuulia.

• Mitä tapahtuu, jos arkille lisätään nyt marmorikuulia? Miksi? Kuulilla saattaa kestää kauemmin saavuttaa Play-Doh-asteroidi tai ne eivät ehkä liiku sitä kohti ollenkaan.
• Millainen painovoima pienellä asteroidilla on verrattuna suureen planeettaan? Sillä ei ole kovin paljon ”painovoimaa”.

7. Pyydä ryhmiä asettamaan styroksipallo yksinään arkille ja kokeilemaan päiväkirjoihinsa kirjaa pitäen sen vetovoimaa.

• Minkälaista esinettä styroksipallo voisi mallintaa? Se voi edustaa planeettaa, joka ei ole kovin tiheä, kuten Saturnus.
• Miten sen koko, massa ja tiheys vertautuvat suuren Play-Doh ”planeetan” kokoon, massaan ja tiheyteen? Se on suunnilleen samankokoinen, mutta vähemmän tiheä ja siksi vähemmän massiivinen.
• Mitä tapahtuu, kun marmorikuulia lisätään? Käyttäytyvätkö ne enemmän kuin suuri vai pieni Play-Doh-planeetta? Jälleen kerran, marmorikuulilla saattaa kestää kauemmin päästä matalan tiheyden jättiläisplaneetalle; ne eivät tunne painovoiman vetoa yhtä voimakkaasti kuin hyvin suurella Play-Doh-planeetalla.
• Onko Saturnuksella yhtä paljon painovoimaa kuin Jupiterilla? Saturnuksen painovoima ei ole kovin voimakas verrattuna Jupiterin painovoimaan.

Muistuta lapsia siitä, että planeetan vetovoima riippuu sen massasta ja koosta. Saturnus on kooltaan suuri, mutta sen tilavuuteen ei ole pakkautunut läheskään niin paljon massaa kuin Jupiterilla.

8. Kehota ryhmiä kokeilemaan, miten he pudottavat kuulat eri paikoissa ja erilaisilla määrillä Play-Doh-massaa tai styroksipalloa painovoimakenttänsä eri kohtiin.

• Kiertävätkö kuulat koskaan lyhyesti planeettaa?
• Välttävätkö ne koskaan planeettaa?
• Kokeilevatko pienet asteroidit painovoimaa? Asteroidit ja muut pienet kappaleet, kuten komeetat, pysyvät Auringon kiertoradalla myös Auringon suuren vetovoiman ansiosta – silloinkin, kun ne ovat hyvin kaukana Auringosta. Ne voivat myös vetäytyä planeetan kiertoradalle – kuten Marsin kaksi kuuta – tai törmätä kuuhun tai planeettaan.

9. Kun lapset ovat lopettaneet kokeilun, keskustelkaa heidän tuloksistaan.

• Miten kuulat käyttäytyivät suurinta Play-Doh-planeettaa kohtaan? Ne vierivät suoraan sitä kohti. Miten tämä muistutti painovoimaa? Suurella planeetalla oli paljon massaa, ja mallimme mukaan paljon painovoimaa.
• Miten kuulat käyttäytyivät styrox-planeetan kanssa? Ne saattoivat jättää sen kokonaan huomiotta. Miksi? Pallolla ei ollut paljon massaa, joten sillä oli hyvin vähän painovoimaa tässä mallissa.
• Onko suurella esineellä aina paljon massaa? Ei!
• Jos voimme mitata planeetan painovoiman ja sen koon, mitä se voi kertoa meille kyseisestä planeetasta? Planeetan vetovoima voi kertoa meille enemmän tuon planeetan massasta, mikä auttaa meitä määrittämään sen tiheyden ja sen, millainen sen sisus on.

Pyydä lapsia piirtämään päiväkirjoihinsa malliensa perusteella, kuinka syvän painovoimakaivon Kuu, Maa ja Jupiter kukin luovat avaruuteen. Pyydä heitä kuvaamaan, miten painovoiman erot liittyvät kunkin kohteen kokoon ja massaan.

10. Kehota lapsia kuvaamaan, miten tämä painovoimamalli muistuttaa todellista painovoimaa ja miten se epäonnistuu.

• Liikkuvatko aurinkokunnan esineet toisiaan kohti todellisen painovoiman avulla, kuten mallissa? Kyllä.
• Rullaavatko kappaleet avaruudessa toisiaan kohti painovoiman takia? Ei, niitä vedetään, mutta ne eivät rullaa.
• Seuraavatko aurinkokuntamme planeetat yleensä toisiaan vastaan? Ei, ne ovat hyvin kaukana toisistaan ja kiertävät Aurinkoa. Joskus komeetat ja asteroidit kuitenkin törmäävät planeettoihin.

Johtopäätös

Vertaile, että Juno-lentolento Jupiteriin kokee Jupiterin painovoiman pitkälti samalla tavalla kuin hyvin, hyvin pieni marmorikuula saattaisi kokea mallissamme. Näytä kuva tai videoanimaatio Junosta kiertämässä Jupiteria. (Juno kuitenkin kiertää Jupiteria sen sijaan, että se putoaisi siihen.) Junon mittalaitteet seuraavat tarkasti, miten Jupiterin vetovoima avaruusalukseen muuttuu avaruusaluksen kulkiessa planeetan pinnan yli. Näin Juno pystyy mittaamaan, miten Jupiterin painovoima vaihtelee paikasta toiseen. Mittaamalla Junon radan pieniä muutoksia tutkijat saavat selville, missä Jupiter pitää suurimman osan massastaan syvällä sisässään. Tutkijat voivat sitten päätellä yksityiskohtia Jupiterin näkymättömien alempien kerrosten ja ytimen koostumuksesta.

• Minkä voimakkaan vetovoiman Juno tuntee kiertäessään Jupiteria? Erittäin voimakkaan vetovoiman!

Jos mahdollista, rakenna lasten tietämyksen varaan tarjoamalla heille tulevaa Jupiterin perhesalaisuudet -tehtävää. Kutsu lapset palaamaan ja päättämään Jupiteria koskevat tutkimuksensa osallistumalla päätösaktiviteettiin Minun matkani Jupiteriin, jossa he luovat leikekirjoja dokumentoidakseen omat matkansa Jupiterin syvimpiin salaisuuksiin!