Κατασκευή σεισμογράφου Επιβλέπων Εκπαιδευτικός: Γυμνάσιο – Λυκειακές Τάξεις Αλοννήσου Κατασκευή σεισμογράφου Συμμετοχή στον εκπαιδευτικό διαγωνισμό «Φτιάξε το δικό σου σεισμογράφο» Ομάδα Μαθητών της Β΄ Τάξης Λυκείου: Αθανασίου Δήμητρα Μαμούρα Αικατερίνη Σινάνι Ντικέα Επιβλέπων Εκπαιδευτικός: Μαμούρας Δημήτριος Φυσικός

Εισαγωγή Σεισμός ονομάζεται μια αισθητή ανατάραξη της επιφάνειας του φλοιού της Γης.   Ο σεισμός προκαλείται από ξαφνική απελευθέρωση ενέργειας στο φλοιό και μπορεί να οφείλεται σε φυσική διεργασία όπως η μετακίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών ή σε μια ανθρώπινη δραστηριότητα όπως μια πυρηνική έκρηξη. Ένας σεισμός συνοδεύεται από σεισμικά κύματα που μεταφέρουν την ενέργεια που ελευθερώνεται και επιτρέπουν την καταγραφή του.

Εισαγωγή Σε κάθε σεισμό προσδιορίζονται: Η εστία, το ακριβές σημείο που έγινε ο σεισμός. Το επίκεντρο, το σημείο στην επιφάνεια της Γης που βρίσκεται στην ίδια κατακόρυφη με την εστία του σεισμού. Το εστιακό βάθος, η απόσταση της εστίας από το επίπεδο της επιφάνειας της θάλασσας. Το μέγεθος, που σχετίζεται με την ενέργεια που απελευθερώνεται σε έναν σεισμό. Η ποσότητα αυτή είναι μοναδική για κάθε σεισμό. Το μέγεθος μετράται με την κλίμακα Richter. Η ένταση, που σχετίζονται με τις συνέπειες σε μια περιοχή. Είναι μια ποσότητα που διαφορετική για κάθε περιοχή και μετράται με την κλίμακα Mercalli.

Ο σεισμογράφος Σεισμογράφος είναι το όργανο με το οποίο γίνεται η παρατήρηση και η καταγραφή των σεισμών. Κύρια μέρη ενός σεισμογράφου είναι: Το σεισμόμετρο, το τμήμα που ανταποκρίνεται στη σεισμική κίνηση. Το σύστημα καταγραφής των δεδομένων που δημιουργεί το σεισμόγραμμα.

Η χρησιμότητα του σεισμογράφου Ένας σεισμογράφος δεν προβλέπει σεισμούς αλλά τους καταγράφει. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία ενός ιστορικού σεισμών για κάθε περιοχή που καθορίζει τον αντισεισμικό κανονισμό κατασκευής κτηρίων. Η γνώση του μεγέθους ενός σεισμού καθορίζει το μέγεθος της κινητοποίησης της κρατικής μηχανής για την αντιμετώπιση των συνεπειών του. Επίσης, σε κάποιες περιοχές επιβάλλεται προειδοποίηση για την πιθανότητα δημιουργίας τσουνάμι.  Η ακολουθία μικροσεισμών σε μια περιοχή μερικές φορές προδίδει τον ερχομό ενός μεγάλου σεισμού. Αυτό επιβάλει την ύπαρξη ετοιμότητας από την πολιτεία για άμεση επέμβαση αμέσως μετά τον πιθανό σεισμό και την ενημέρωση των πολιτών για το πώς πρέπει να συμπεριφερθούν σε έναν πιθανό σεισμό.  Η ανάλυση στατιστικών σεισμικών δεδομένων μπορεί να προβλέψει την αυξημένη πιθανότητα εκδήλωσης ενός μεγάλου σεισμού σε μια περιοχή χωρίς να προσδιορίζονται βέβαια ακριβώς το μέγεθος, ο χρόνος εκδήλωσης και το επίκεντρο του σεισμού. Είναι μια πληροφορία χρήσιμη για την προετοιμασία έναντι του σεισμού.

Κατασκευή σεισμογράφου Στο διάγραμμα απεικονίζεται η διάταξη του σεισμογράφου που θα κατασκευάσουμε:

Περιγραφή του σεισμογράφου Το σεισμόμετρο Τις σεισμικές δονήσεις αντιλαμβάνεται ένα εκκρεμές που αποτελείται από ελαφριά ράβδο με ένα μαγνήτη στερεωμένο στο κάτω άκρο της. Στο άνω άκρο της η ράβδος στερεώνεται σε μια μεταλλική σφαίρα η οποία της επιτρέπει να ταλαντώνεται προς όλες τις διευθύνσεις. Το σύστημα απόσβεσης του σεισμόμετρου  Ένα απλό εκκρεμές με νήμα, μπορεί να τεθεί σε ταλάντωση από μία σεισμική δόνηση, δεν σταματά όμως αμέσως μετά το πέρας του, άρα, δεν καταγράφει σωστά το φαινόμενο. Απαιτείται ένα σύστημα απόσβεσης ώστε το εκκρεμές να σταματά αμέσως μετά το τέλος του σεισμού. Γι’ αυτό, αντί για νήμα επιλέχθηκε η ελαφριά ράβδος η οποία στηρίζεται στη μεταλλική σφαίρα. Ένα ελατήριο πιέζει τη σφαίρα και λόγω τριβής προκαλεί απόσβεση (που είναι δυνατόν να ρυθμιστεί) των ταλαντώσεων όταν σταματήσει το αίτιο που τις προκαλεί. Το ελατήριο επιτρέπει και την κατακόρυφη μετατόπιση της διάταξης, γεγονός που επιτρέπει την καταγραφή κατακόρυφων δονήσεων.

Περιγραφή του σεισμογράφου Το σύστημα καταγραφής των δονήσεων Επιλέχθηκε να στηριχθεί η καταγραφή στο φαινόμενο της επαγωγής: Η μεταβολή της μαγνητικής ροής σε ένα πηνίο έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση επαγωγικής τάσης στα άκρα του. Επομένως, η κίνηση ενός ταλαντούμενου μαγνήτη μπροστά από ένα πηνίο παράγει επαγωγική τάση στα άκρα του. Η τάση αυτή είναι συγκρίσιμη με την τάση που παράγει ένα μικρόφωνο. Άρα, μπορεί να καταγραφεί με ένα σύστημα καταγραφής ήχου. Επιλέγουμε να την εισάγουμε στην είσοδο του μικροφώνου ενός υπολογιστή και να γίνει χρήση ενός λογισμικού καταγραφής και επεξεργασίας ήχου όπως το ελεύθερο λογισμικό Audacity.

Περιγραφή του σεισμογράφου Το λογισμικό Audacity επιτρέπει: συνεχή καταγραφή του σήματος από το σεισμόμετρο. δυνατότητα αποθήκευσης. δυνατότητα αποστολής. δυνατότητα ηχητικής αναπαραγωγής. εξ αποστάσεως παρακολούθηση μέσω ενός λογισμικού όπως το Τeamviewer. άμεσο υπολογισμό του χρόνου εκδήλωσης του σεισμού, της διάρκειας του και της σχετικής έντασης των σεισμικών κινήσεων.

Στάδια κατασκευής του σεισμογράφου Κατανόηση του φαινομένου της επαγωγής Η κίνηση ενός μαγνήτη μπροστά από ένα πηνίο προκαλεί την δημιουργία επαγωγικής τάσης που μπορεί να καταγραφεί από ένα ευαίσθητο όργανο όπως το γαλβανόμετρο.

Δοκιμή της συμπεριφοράς του εκκρεμούς με ελαφριά ράβδο αντί για νήμα. Στάδια κατασκευής του σεισμογράφου Κατασκευή του σεισμόμετρου Δοκιμή της συμπεριφοράς του εκκρεμούς με ελαφριά ράβδο αντί για νήμα.

Στάδια κατασκευής του σεισμογράφου Το σύστημα απόσβεσης του σεισμόμετρου Για την απόσβεση των ταλαντώσεων του εκκρεμούς χρησιμοποιήθηκε το εξάρτημα της φωτογραφίας που επιτρέπει ρύθμιση της τριβής που αναπτύσσεται.

Στάδια κατασκευής του σεισμογράφου Το σύστημα καταγραφής των ταλαντώσεων Η καταγραφή της επαγωγικής τάσης που παράγεται λόγω των ταλαντώσεων του μαγνήτη γίνεται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή με χρήση του λογισμικού Audacity.

Στάδια κατασκευής του σεισμογράφου Δοκιμή της πειραματικής διάταξης Η δοκιμή της διάταξης επιβεβαιώνει την ικανότητα καταγραφής δονήσεων και την απόσβεση των ταλαντώσεων.

Στάδια κατασκευής του σεισμογράφου Οριστικοποίηση της μορφής της διάταξης

Στάδια κατασκευής του σεισμογράφου Οριστικοποίηση της μορφής της διάταξης

Στάδια κατασκευής του σεισμογράφου Οριστικοποίηση της μορφής της διάταξης

Η τελική μορφή του σεισμογράφου

Δοκιμή του σεισμογράφου Μεταφέρουμε τη διάταξη στο προαύλιο του σχολείου. Σε μικρή απόσταση από το σεισμογράφο αφήνουμε να πέσει μια σφαίρα 6 kg για να διαπιστώσουμε αν καταγράφεται η δόνηση που θα προκληθεί. Διαπιστώνουμε ότι ο σεισμογράφος καταγράφει τη δόνηση.

Δοκιμή του σεισμογράφου Ρίχνουμε διαδοχικά τρεις ίδιες σφαίρες των 6 kg. Την πρώτη σε απόσταση 2 m από το σεισμογράφο από ύψος 1 m. Τη δεύτερη σε απόσταση 1 m από το σεισμογράφο από ύψος 1 m. Την τρίτη σε απόσταση 1 m από το σεισμογράφο από ύψος 2 m. Αναμένουμε η δόνηση στο σεισμογράφο να αυξάνεται προς την τρίτη ρίψη. Παρατηρούμε στο διάγραμμα ότι επαληθεύεται η πρόβλεψή μας. Εδώ φαίνονται και τα υπολογιστικά όρια της διάταξής μας: Επιτρέπει συγκριτική καταγραφή δονήσεων.

Δοκιμή του σεισμογράφου Σύγκριση της ευαισθησίας του σεισμογράφου με το επιταχυνσιόμετρο ενός κινητού Τοποθετούμε το σεισμογράφο και το κινητό σε ένα θρανίο. Προκαλούμε συνεχείς δονήσεις στο θρανίο. Συγκρίνουμε τις καταγραφές κινητού – σεισμογράφου. Η ομοιότητα των καταγραφών είναι προφανής.

Στη διεύθυνση https://drive. google. com/open Στη διεύθυνση https://drive.google.com/open?id=0B_joDt6vjCinam91c1ViZnByRjg υπάρχει ένα βίντεο διάρκειας 6 λεπτών που λόγω μεγέθους δεν το ανεβάσαμε στο site του διαγωνισμού. Παρουσιάζει τα στάδια κατασκευής του σεισμογράφου και των δοκιμών που πραγματοποιήσαμε. Η ομάδα εργασίας