Столкновения в космосе

Несколько сферических предметов разного размера и состава (например, стальные шарики, деревянные шарики, пенопластовые шарики) на группу или один набор для демонстрации в классе. Гладкая твердая поверхность для катания сфер.

Управление

• Это упражнение можно проводить как демонстрацию для всего класса с обсуждением или в небольших группах, в зависимости от способностей учащихся, наличия материалов и поддержки помощников в классе.
• Настольные или гладкие полы лучше всего подходят для катания. Ковровое покрытие может повлиять на то, как шары катятся и сталкиваются. Убедитесь, что поверхность достаточно велика, чтобы объекты могли катиться и отклоняться друг от друга.
• Рассмотрите возможность использования урока «Поднимите луноподобный кратер» до или после этого занятия, чтобы развить уже существующие знания о столкновениях с астероидами и кометами, или расширить знания после этого урока.

Фон

В 1686 году сэр Исаак Ньютон опубликовал свои три закона движения. Вместе они описывают отношения между объектами и силами, действующими на них.

Законы движения Ньютона:

1. Объект в состоянии покоя остается в покое, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой линии, если на него не действует неуравновешенная сила.
2. Ускорение объекта зависит от массы объекта и величины приложенной силы.
3. Всякий раз, когда один объект воздействует на другой объект, второй объект оказывает равную и противоположную силу на первый.

Законы Ньютона используются при запуске ракет, выходе в открытый космос и посадке космических кораблей в таких местах, как Луна и Марс. Они также играют важную роль в планетарной оборонной стратегии НАСА.

Хотя в настоящее время нет известных объектов, представляющих угрозу для Земли, НАСА активно исследует и планирует способы предотвращения или уменьшения последствий потенциального столкновения с астероидом или кометой. Миссия DART — первая проверка такого плана — в данном случае, возможно ли отклонить астероид от его предсказанного курса, врезавшись в него космическим кораблем.Удар не обязательно должен разрушить или даже сильно изменить траекторию астероида, поскольку даже небольшие изменения орбиты астероида на больших расстояниях помогут защитить Землю от потенциально опасных объектов.

Эта анимация концептуально показывает, как, по прогнозам, воздействие DART изменит орбиту астероида Диморфос вокруг более крупного астероида под названием Дидимос. Предоставлено: NASA/Johns Hopkins APL/Jon Emmerich | Смотреть на YouTube

Миссия DART будет использовать принципы, изложенные в законах Ньютона, чтобы слегка изменить скорость небольшого астероида, который будет находиться на расстоянии 6,8 миллионов миль (11 миллионов километров) от Земли в момент удара. Астероид, известный как Диморфос, и предсказанное изменение его орбиты нет угрозы на Землю. Вы можете узнать больше о миссии DART в этой статье Teachable Moments.

Обучаемые моменты

Наука, стоящая за первой попыткой НАСА перенаправить астероид

Узнайте больше об историческом первом испытании, которое может быть использовано для защиты нашей планеты в случае обнаружения опасного астероида. Кроме того, исследуйте уроки, чтобы привнести науку и технику миссии в класс.

Помимо освоения космоса и планетарной защиты, законы Ньютона также присутствуют в нашей повседневной жизни. Например, ученые и инженеры используют их для создания более безопасных автомобилей и велосипедных шлемов, а студенты могут использовать их для описания, прогнозирования и понимания движения объектов в окружающем их мире.

Процедуры

1. Попросите студентов подумать и привести примеры вещей, которые могут столкнуться друг с другом. Введите глагол «столкновение» и существительные «столкновение» и «воздействие» и предложите учащимся использовать эти термины, приводя свои примеры. Попросите учащихся описать, что происходит, когда описанные ими объекты сталкиваются друг с другом. Если ответы не включают в себя такие вещи, как падение, движение или отталкивание в сторону, предложите учащимся подумать об этих реакциях.
2. Объясните учащимся, что объекты в космосе могут столкнуться.Например, кометы и астероиды могут сталкиваться с другими астероидами, лунами или планетами, а космические аппараты могут сталкиваться с астероидами, кометами и лунами.
3. Выберите две сферы и попросите учащихся спрогнозировать, а затем понаблюдайте, что произойдет в следующем сценарии: Одна сфера покоится, а в нее катится другая сфера. В своем прогнозе учащиеся должны учитывать такие вещи, как направление и скорость каждого объекта до и после столкновения. После столкновения спросите учащихся, были ли они правы в своем прогнозе, и определите, не отличалось ли что-либо от того, что они предсказывали. Подумайте о том, чтобы записать столкновение на мобильное устройство, чтобы учащиеся могли просмотреть его в обычном и замедленном темпе.

Сфера сталкивается с другой сферой, которая стоит на месте. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech | + Развернуть изображение

Две движущиеся сферы сталкиваются друг с другом. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech | + Развернуть изображение

• Скорость столкновения (вращение сфер быстрее или медленнее)
• Направление столкновения (лобовое столкновение по сравнению со скользящим или боковым столкновением)
• Размер объектов (два больших объекта, два маленьких объекта или один маленький и один большой объект)

Столкнулись два шара разного размера. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech | + Развернуть изображение
Столкнулись два шара разной массы. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech | + Развернуть изображение
Столкнулись два шара из разных материалов. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech | + Развернуть изображение

Обсуждение

• Попросите учащихся объяснить, как заставить шарик ускоряться или замедляться в заданном направлении или как заставить его менять направление.
  • Ответы должны включать подробную информацию о направлении и скорости объектов при столкновении, а также о составе объектов, если это необходимо.
  • Покажите изображение кометы 67P/Чурюмова–Герасименко в качестве примера столкновения такого типа.

  Оценка

  • Учащиеся должны выучить и правильно использовать термины «столкновение», «столкновение» и «удар».
  • Прогнозы учащихся должны включать существующие знания о столкновениях и новые знания по мере наблюдения большего количества тестовых столкновений.
  • Наблюдения учащихся должны точно отражать то, что произошло.

  Расширения

  • Создайте игровой сценарий, в котором катящаяся сфера движется к цели, представляющей Землю. Предложите учащимся подкатить другую сферу к встречной сфере и отклонить ее от пути к цели.
  • Используя кучу песка или аквариумного гравия, чтобы изобразить астероид из неплотно связанного материала, попросите учеников вкатить в эту кучу небольшой металлический шарик. Попросите учащихся предсказать, что произойдет, а затем описать и объяснить то, что они наблюдают.

  Узнайте больше

  Руководство для преподавателей

  Поднимите луноподобный кратер

  Соберите луноподобный кратер с ингредиентами для выпечки в качестве демонстрации для студентов. Предметные науки 1-6 классы Время 30-60 минут

  Руководство для преподавателей

  Создайте комету из сухого льда

  Собери ледяную модель кометы из сухого льда — в комплекте со стреляющими струями! — как демонстрация для студентов. Предметная наука 2-5 классы Время < 30 минут

  Руководство для преподавателей

  Комета на палке

  Учащиеся строят свои собственные модели комет, используя материалы для рукоделия. Предметная наука 2-8 классы Время 30-60 минут

  Руководство для преподавателей

  Планетарная поэзия

  На этом межпредметном уроке STEM и словесности учащиеся узнают о планетах, звездах и космических миссиях и пишут стихи, вдохновленные STEM, чтобы поделиться своими знаниями или вдохновением по этим темам. Предметные науки 2-12 классы Время 1-2 часа

  Руководство для преподавателей

  Съедобные камни

  Учащиеся учатся описывать метеориты и камни, используя в качестве знакомых моделей шоколадные батончики. Предметная наука 4-8 классы Время 30-60 минут

  Обучаемые моменты

  Наука, стоящая за первой попыткой НАСА перенаправить астероид

  Узнайте больше об историческом первом испытании, которое может быть использовано для защиты нашей планеты в случае обнаружения опасного астероида. Кроме того, исследуйте уроки, чтобы привнести науку и технику миссии в класс.

  • Факты и цифры: миссия DART
  • Факты и цифры: Наблюдение за астероидами
  • Галерея: следующие пять сближений с астероидами
  • Глаза на астероидах
  • Взгляд на Солнечную систему — DART Impact
  • Тест: являетесь ли вы планетарным защитником?
  • Центр изучения объектов, сближающихся с Землей

  Детали деятельности

  Спланируйте и проведите исследование, чтобы сравнить влияние разной силы или разных направлений толчков и притяжений на движение объекта.

  Анализ данных, чтобы определить, работает ли дизайнерское решение так, как предполагалось, для изменения скорости или направления объекта с помощью толчка или тяги.

  Анализировать данные, полученные при тестировании различных материалов, чтобы определить, какие материалы обладают свойствами, которые лучше всего подходят для предполагаемой цели.

  Спланируйте и проведите исследование, чтобы описать и классифицировать различные виды материалов по их наблюдаемым свойствам.

  Спланируйте и проведите исследование, чтобы получить доказательства влияния уравновешенных и неуравновешенных сил на движение объекта.

  Используйте доказательства, чтобы построить объяснение, связывающее скорость объекта с энергией этого объекта.

  голоса

  Рейтинг статьи