211service.com
Weer in een tank
Het bestuderen van het gedrag van roterende vloeistoffen is van cruciaal belang om te begrijpen hoe weer en klimaat werken, maar de fysica van deze systemen kan moeilijk te bevatten zijn. Een deel van het probleem is dat instructeurs deze abstracte concepten meestal alleen met behulp van vergelijkingen of computersimulaties aanleren.
kleurrijke stromingen : Kleurstof in een draaiende tank helpt leerlingen te leren hoe atmosfeer en oceanen het klimaat beïnvloeden.
Maar twee docenten van de afdeling Aard-, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen hebben een manier gevonden om het abstracte concreet te maken. Al bijna tien jaar hebben Lodovica Illari, een EAPS-hoofddocent, en John Marshall, een professor in atmosferische en oceanische wetenschappen, een undergraduate weer- en klimaatcurriculum ontwikkeld dat nu door tientallen scholen wordt aangenomen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2010
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Illari en Marshall ontwierpen het op experimenten gebaseerde curriculum, bekend als Weather in a Tank, in 2001 nadat ze begonnen met het aanbieden van een inleidende weer- en klimaatles die zou voldoen aan de laboratoriumvereisten van hun studenten. Sinds 2006 testen MIT en vijf andere universiteiten het curriculum in een door de National Science Foundation gefinancierd project. Het brengt weersystemen tot leven met behulp van low-tech laboratoriumapparatuur: een acryltank bovenop een roterende draaitafel op een draagbare kar. Experimenten in de tank laten zien hoe de beweging van water en lucht het klimaat op aarde beïnvloedt.
Een experiment, dat laat zien hoe de rotatie van de aarde weersystemen creëert die het temperatuurverschil tussen de warme tropen en de koele polen beïnvloeden, omvat het plaatsen van een emmer ijs in het midden van de roterende watertank. Het ijs creëert een reeks temperaturen in de cilindrische tank, waardoor het centrum koeler is dan de relatief warme periferie. Terwijl de draaitafel draait, veroorzaakt zijn beweging wervelingen, of kleine stromingen, in de tank. Een paar druppels kleurstof kunnen studenten helpen ze te zien.
De wervelingen simuleren atmosferische weersystemen door warme vloeistof van de evenaar (de randen van de tank) naar de polen (de emmer met ijs) te transporteren. Tegelijkertijd dragen ze koude vloeistof van de emmer naar de periferie. Hoewel de vloeistof aanzienlijk afkoelt tegen de tijd dat deze de polen bereikt, helpen de wervelingen de polen een beetje warmer te maken (en de evenaar een beetje koeler) dan ze anders zouden zijn. Studenten kunnen dan parameters wijzigen, zoals de rotatiesnelheid, en het effect zien op de circulatie van de eddies op verschillende breedtegraden.
De EAPS Weer in een tank leerplan is niet ontworpen om leerlingen moeilijke vergelijkingen of computersimulaties te laten vermijden. In plaats daarvan, zegt Illari, is het bedoeld om hen te helpen de processen te begrijpen die de vergelijkingen en simulaties beschrijven. We denken dat het een vergissing is om studenten de fenomenen te geven zonder de tools om ze te begrijpen, zegt ze.