LPI | Oktatás

A bolygók vonzása

Áttekintés

A bolygók vonzása egy 30 perces tevékenység, amelyben gyermekcsapatok modellezik a bolygók gravitációs terét egy rugalmas felületen. A gyerekek különböző méretű és sűrűségű golyókat helyeznek el és mozgatnak egy műanyag lapon, hogy kialakítsanak egy mentális képet arról, hogy egy tárgy tömege hogyan befolyásolja, hogy mekkora hatást gyakorol a környező térre.

Ezt a tevékenységet a Nehézsúlyú bajnok után kell elvégezni: Jupiter! után, amelynek segítségével a gyerekek felfedezhetik a gravitációs erőt a Naprendszerben. Ezek a fogalmak a Jupiter családi titkai korábbi tevékenységeinél fejlettebb természettudományos ismereteket tartalmaznak, és mélyebben vizsgálják a Juno küldetés tudományát és a bőséges információkat, amelyeket a küldetés visszaad nekünk. Azoknak a moderátoroknak, akik ezt a tevékenységet választják, szilárdan ismerniük kell a tudományos alapokat, hogy a gyerekek ne ismerjék meg a tévhiteket.

Ez a sorozat 10 és 13 év közötti gyerekek számára alkalmas.

Mire megy ki a játék?

• A gravitáció az az erő, amely a bolygókat a Nap körüli pályán tartja. Egyedül a gravitáció tart minket a Föld felszínén.
• A bolygóknak mérhető tulajdonságaik vannak, például méretük, tömegük, sűrűségük és összetételük. Egy bolygó mérete és tömege határozza meg a gravitációs vonzását.
• A bolygó tömege és mérete határozza meg, hogy milyen erős a gravitációs vonzása.
• A modellek segítségével kísérletezhetünk a térben lévő objektumok mozgásával, amelyet a köztük lévő gravitációs vonzás határoz meg.

Műanyagok

Minden legfeljebb 30 fős csoport számára:

• Computer és projektor a Jupiter körül keringő Juno animációjának vagy a Juno keringő pályájáról készült, lehetőleg színesben kinyomtatott művészi ábrázolásnak a bemutatásához, például a https://www.missionjuno.swri.edu/media-gallery/spacecraft weboldalról.

Minden négyfős gyermekcsoport számára:

• 1 (20″ x 12″ vagy nagyobb) hímzőkarika
• Valami, ami megtámasztja a hímzőkarika széleit, például habtéglák vagy könyvek
• 1 vékony nyújtható műanyag lap, például műanyag szemeteszsák vagy műanyag fólia
• 2-4 (1/2″-os) kis golyó
• 1 (2″-os) hungarocell™ labda
• Fél doboz Play-Doh©

Minden gyermek számára:

• Az Én utazásom a Jupiterhez naplója vagy csak a vonatkozó “A bolygók vonzása” oldal
• 1 ceruza vagy toll

A segítő számára:

• Háttérinformációk:
  • A Naprendszer családjának titkai
  • A többi távoli óriás rokon bolygók, egyéni furcsaságokkal
  • Belső, Sziklás szomszédaink a Föld testvérei
  • Számtalan kis objektum tagja Naprendszerünk nagy családjának
• Facilitator’s Guide to Gravity
• Vásárlási lista

Felkészülés

• Nézze át a teljes háttéranyagot és a Facilitator’s Guide to Gravity-t.
• Készítsétek elő a gravitációs mezőket: feszítsétek a műanyag lapokat (műanyag fóliát vagy szemeteszsákot) a hímzőkarikák belseje köré, majd tegyétek rá a külső karikát, a műanyagot szorosan kifeszítve.
• Tegyétek ki a többi anyagot.

Tevékenység

1. Kérd meg a gyerekeket, hogy kapcsolják össze a gravitációról tanultakat a Naprendszerben lévő objektumok mozgásával.

• Kérd meg a gyerekeket, hogy idézzék fel a Nehézsúlyú bajnok című könyvből: Jupiter! Milyen tulajdonságok miatt van egy bolygónak több vagy kevesebb gravitációja? A legnagyobb tömegű és legnagyobb átmérőjű bolygóknak van a legnagyobb gravitációjuk. Mely tulajdonságok nem befolyásolják a gravitációt? A légkör jelenléte, a hőmérséklet és a Naptól való távolság nem befolyásolja egy bolygó gravitációját.
• A Naprendszerben lévő objektumok mozdulatlanok vagy mozgásban vannak? A Nap gravitációja vonzza a körülötte keringő bolygókat, és néhány bolygó vonzza a körülötte keringő holdakat. Még az űrhajók is mozgásban vannak a Naprendszerben, akár a Föld vagy a Hold körül keringenek, akár további világok felé utaznak a gravitációs erők miatt. A Juno küldetést a Jupiter intenzív gravitációja fogja a Jupiter körüli pályára húzni.
• Hogyan befolyásolja a gravitáció az objektumok – például a bolygók – mozgását a Naprendszerben? Látott már valaki “gravitációs kutat” vagy játszott vele? Hogyan modellezi egy “gravitációs kút” a gravitációt a Naprendszerben – milyen része ennek a modellnek a Nap? A bolygók? A gravitációs kút középpontja a Nap, az érmék vagy golyók pedig a bolygók modellje. Minél közelebb van a bolygó a Naphoz, annál nagyobb a Nap gravitációs vonzása, és annál gyorsabban kering a bolygó. Ez a modell annyiban hibás, hogy a stabil pályán keringő objektumok nem esnek bele a Napba. (Az üstökösök olyan objektumok, amelyek pályája könnyen instabillá válhat, és beleeshet a Napba).

2. Mondd el a gyerekeknek, hogy modellt fognak készíteni arról, hogyan hatnak egymásra a tárgyak – például a bolygók – a térben.

• Játszott már valamelyik gyerek trambulinon? Mi történik a trambulin felületével, amikor ráülsz? Mi történne, ha egy barátod megpróbálna egy labdát gurítani a felületén, miközben te rajta ülsz?

Magyarázd el, hogy a tér hasonlóan viselkedhet, mint a trambulin felülete. A felszínen keletkezett bemélyedések a térben lévő masszív objektumok által létrehozott “gravitációs kutakat” jelképezik.

3. Kérjük meg a gyerekeket, hogy kísérletezzenek ugyanezekkel a hatásokkal kisebb méretű modelleken. Osszuk a gyerekeket csoportokra, és adjunk minden csoportnak egy-egy előkészített hímzőkarikát, amelyet téglákra vagy könyvekre függesztünk a levegőben. Magyarázzák el, hogy golyókkal és Play-Doh golyókkal fogják modellezni a gravitáció hatását a térben lévő tárgyakra.

• Mi fog történni a műanyag lapokkal (tér), ha egy golyót tesznek bele? Megnyúlik, és a golyó gurulni fog.
• Mi fog történni, ha két golyó kerül a lapra? Az üveggolyók egymás felé fognak gurulni.

4. Kérd meg a gyerekeket, hogy kísérletezzenek az űrmodelljükkel úgy, hogy a golyókat (együtt és külön-külön) a lapra helyezik, illetve leejtik.

5. A gyerekek a golyókat (együtt és külön-külön) a lapra helyezik és leejtik. Kérd meg a csoportokat, hogy egy-egy nagy, 2″ kerek Play-Doh golyót tegyenek hozzá, hogy egyedül ábrázoljanak egy nagy “bolygót” a lapon. Kérd meg a gyerekeket, hogy tegyenek fel hipotéziseket, mi fog történni, ha a golyókat a lapra dobják, és kérd meg őket, hogy a tesztelés előtt rögzítsék gondolataikat a naplójukban. Miután ráejtették az üveggolyókat a lapra, osszuk meg velük, hogy ez a “bolygók” felé irányuló “vonzás” a gravitáció modellje.

• Hogyan modellezi ez a gravitációt? Az üveggolyókat a bolygó felé húzza, vagyis “esik”.
• Ez a nagy Play-Doh bolygó erős vagy gyenge gravitációt képvisel? Ez a bolygó erős gravitációt képvisel – a golyók egyenesen felé esnek.

6. Kérjük meg a csoportokat, hogy egy nagyon kicsi kerek Play-Doh golyót (körülbelül egy üveggolyó méretének felét), amely egy kis aszteroidát ábrázol, egyedül helyezzenek a lapra. Kérd meg őket, hogy jegyezzék fel előrejelzéseiket a naplójukba, majd teszteljék, mi történik, ha golyókat adnak a laphoz.

• Mi fog történni, ha most golyókat adunk a laphoz? Miért? Lehet, hogy a golyóknak hosszabb időbe telik, mire elérik a Play-Doh aszteroidát, vagy egyáltalán nem mozognak felé.
• Milyen gravitációja lesz egy kis aszteroidának egy nagy bolygóhoz képest? Nem nagyon van “gravitációja”.

7. Kérjétek meg a csoportokat, hogy a hungarocell golyót egyedül helyezzék a lapra, és a naplójukban feljegyzéseket vezetve kísérletezzenek a gravitációs vonzásával.

• Milyen típusú tárgyat modellezhet a hungarocell golyó? Jelképezhet egy olyan bolygót, amely nem túl sűrű, mint például a Szaturnusz.
• Hogyan viszonyul a mérete, tömege és sűrűsége a nagy Play-Doh “bolygóhoz”? Körülbelül ugyanolyan méretű, de kevésbé sűrű, ezért kisebb tömegű.
• Mi fog történni, ha a golyókat hozzáadjuk? Inkább úgy fognak viselkedni, mint a nagy vagy a kis Play-Doh bolygók? Ismétlem, a golyóknak tovább tarthat, amíg elérik a kis sűrűségű óriásbolygót; nem fogják olyan erősen érezni a gravitáció vonzását, mint a nagyon nagy Play-Doh bolygónál.
• A Szaturnusznak ugyanolyan nagy a gravitációja, mint a Jupiternek? A Szaturnusz gravitációja nem túl erős a Jupiteréhez képest.

Emlékeztessük a gyerekeket, hogy egy bolygó gravitációs vonzása a tömegétől és a méretétől függ. A Szaturnusz nagy méretű, de közel sincs akkora tömege a térfogatába zsúfolva, mint a Jupiternek.

8. Kérd meg a csoportokat, hogy kísérletezzenek azzal, hogy különböző helyeken, különböző mennyiségű Play-Doh-val vagy hungarocell golyóval dobják le a golyókat a gravitációs mezőjük különböző pontjain.

• A golyók valaha is rövid időre megkerülik a bolygót?
• Kerülik-e valaha a bolygót?
• Érzik-e a kis aszteroidák a gravitációt? Az aszteroidákat és más kis égitesteket, például az üstökösöket is a Nap nagy gravitációs vonzása tartja a Nap körüli pályán – még akkor is, ha nagy távolságban vannak a Naptól. Az is előfordulhat, hogy egy bolygó körüli pályára húzódnak – mint például a Mars két holdja -, vagy becsapódnak egy holdba vagy bolygóba.

9. Miután a gyerekek befejezték a kísérletezést, beszéljétek meg az eredményeiket.

• Hogyan viselkedtek a golyók a legnagyobb Play-Doh bolygó felé? Egyenesen felé gurultak. Mennyiben hasonlított ez a gravitációhoz? A nagy bolygónak nagy tömege volt, és a mi modellünkben nagy gravitációja.
• Hogyan viselkedtek a golyók a hungarocell bolygóval szemben? Lehet, hogy teljesen figyelmen kívül hagyták. Miért? A golyónak nem volt nagy tömege, ezért ebben a modellben nagyon kicsi volt a gravitációja.
• Egy nagy tárgynak mindig nagy tömege van? Nem!
• Ha meg tudjuk mérni egy bolygó gravitációját, és a méretét, mit mondhat ez nekünk a bolygóról? A bolygó gravitációs vonzása többet elárulhat nekünk a bolygó tömegéről, ami segít meghatározni a sűrűségét és azt, hogy milyen a belseje.

Kérd meg a gyerekeket, hogy a modelljeik alapján rajzolják le a naplójukba, hogy a Hold, a Föld és a Jupiter milyen mély gravitációs kutat hoz létre az űrben. Kérd meg őket, hogy írják le, hogyan függnek össze a gravitációs különbségek az egyes objektumok méretével és tömegével.

10. Kérd meg a gyerekeket, hogy írják le, miben hasonlít ez a gravitációs modell a valódi gravitációhoz, és hogyan nem működik.

• A Naprendszerben lévő objektumok a valódi gravitációval is úgy mozognak egymás felé, mint a modellben? Igen.
• Az objektumok a gravitáció miatt gurulnak egymás felé az űrben? Nem, húzódnak, de nem gurulnak.
• A bolygók a Naprendszerünkben általában egymásnak ütköznek? Nem, nagyon messze vannak egymástól, és a Nap körül keringenek. Néha azonban üstökösök és aszteroidák ütköznek bolygókkal.”

Következtetés

Magyarázzuk el, hogy a Juno küldetés a Jupiterhez hasonlóan fogja megtapasztalni a Jupiter gravitációját, mint egy nagyon-nagyon kicsi golyó a mi modellünkben. Mutasson egy képet vagy videoanimációt a Juno Jupiter körüli pályájáról. (A Juno azonban a Jupiter körül fog keringeni, nem pedig beleesik.) A Juno műszerei gondosan nyomon követik, hogyan változik a Jupiter vonzása az űrszondára, ahogy az űrszonda áthalad a bolygó felszíne felett. Így a Juno képes lesz mérni, hogy a Jupiter gravitációja helyenként mennyire eltérő. A Juno pályájának enyhe változásainak mérésével a tudósok megtudhatják, hogy a Jupiter pontosan hol tartja a tömegének nagy részét a mélyben, a belsejében. A tudósok így következtetni tudnak a Jupiter láthatatlan alsó rétegeinek és magjának összetételére vonatkozó részletekre.

• Milyen erős lesz a Juno vonzása a Jupiter körül keringve? Nagyon erős vonzást!

Ha lehetséges, építsünk a gyerekek tudására egy jövőbeli Jupiter családi titkai tevékenységgel. Hívd meg a gyerekeket, hogy térjenek vissza, és zárják le a Jupiterrel kapcsolatos kutatásaikat a záró tevékenységgel, az Én utam a Jupiterhez cíművel, ahol albumot készítenek, hogy dokumentálják saját utazásukat a Jupiter legmélyebb titkaiba!