di Alfonso D’Ambrosio (alfonsodambrosio@yahoo.it)

 

Cos’è un terremoto? Come si genera? Quali sono  le grandezze in gioco durante un terremoto? Come rilevarlo? Come realizzare case antisismiche?

L’attività è la seconda di una prima serie di 6 lezioni (la prima qui) dove interfacciamo Micro:bit e Scratch, via bluetooth. Micro:bit ha il ruolo di rilevatore, grazie ad una serie di sensori integrati in esso, Scratch ci permetterà di visualizzare i dati , tramite semplice programmazione di blocchi.

In questa attività realizzeremo un primordiale sismografo (ho utilizzato materiali di risulta in casa), lasciando al lettore il compito di sviluppare apparati più stabili ed efficienti.

Un sismografo è uno strumento che rileva e registra il movimento del terreno. Il movimento del terreno può avere cause artificiali (il passaggio di un’automobile, l’esplosione di un ordigno) o naturali (frane, attività vulcaniche o spesso terremoti).

Come fa un terremoto a causare un movimento a terra? L’intero guscio esterno della Terra, noto come litosfera, è costituito da lastre tettoniche che si muovono in continuazione. Ci sono sette od otto grandi lastre tettoniche e molte altre più piccole. Dove le lastre tettoniche si incontrano e si incontrano, è facile trovare montagne, attività vulcaniche, creste oceaniche e terremoti (questo dipende da come le lastre tettoniche si muovono l’una contro l’altra). Il movimento delle lastre tettoniche provoca anche dei guasti che sono fessure nella superficie terrestre dove una lastra o parti di una piastra si muovono in direzioni diverse. Le anomalie sono generalmente vicino al bordo di una piastra. Quando due piastre tettoniche (o parti della stessa piastra) uutano o strisciano, si verificano solitamente i terremoti. In particolare, quando le lastre scivolano con attrito tra loro si ha un aumento della pressione perché le rocce tendono a muoversi ma non possono (poca elasticità). Alla fine alcune rocce si rompono e la pressione viene liberata quando le piastre si muovono improvvisamente. Ciò provoca onde di energia, conosciute come onde sismiche, che si muovono attraverso la Terra, facendo scuotere il terreno.

Scheda 1

E’ la fase esplorativa.

Gli studenti sono invitati a cercare video o foto di terremoti storici di grande energia (sia in italia sia all’estero).

Si indaga il concetto di magnitudo e di onde di tipo S e P.  Intervengono concetti quali epicentro ed ipocentro e anche velocità dell’onda

Chuetsu_earthquake-earthquake_liquefaction1

Come misurare le onde sismiche? Immaginate di tentare di disegnare una linea retta su un pezzo di carta mentre qualcuno sta muovendovi il gomito  avanti e indietro. Sarebbe difficile ottenere una linea dritta. Un semplice sismografo è come il braccio che tiene una penna. Un fascio orizzontale (come il braccio) tiene la penna. L’estremità del “gomito” dell’asta è connessa saldamente ad un robusto albero verticale. La penna scrive su carta montata su un rotolo, che viene ruotato a velocità costante (a mano o a motore). La scossa del terreno fa sì che il supporto verticale si sposti verso l’alto e verso il basso. Questo, a sua volta, fa scorrere il fascio orizzontale avanti e indietro. Quindi, invece di una linea retta sulla carta, la penna fa movimenti avanti e indietro per disegnare linee ondulate. Maggiore è la vibrazione, maggiore è l’altezza delle linee e maggiore è l’intensità del fenomeno sismico.

Le domande

Che cosa provoca un terremoto?
Come sono le onde sismiche causate da un terremoto?
Come funziona un sismografo che registra onde sismiche?
Pensi che il tuo sismografo sarà in grado di rilevare vibrazioni da qualcuno che salta e scende nelle vicinanze?

 

Passiamo ora a Micro:bit, esso ha un accelerometro triassiale integrato. In pratica posto su un terreno orizzontale esso sarà in grado di rilevare l’accelerazione (quindi la variazione di movimento) sia sulla verticale (accelerazione z) che sul piano orizzontale (accelerazione x ed y).

Interessante vero?

Una variazione dell’accelerazione lungo l’asse z corrisponderà ad un movimento verticale, di tipo “sussultorio”, una variazione dell’accelerazione lungo x ed y, ad un movimento di tipo “ondulatorio”.

Colleghiamo Micro:bit a Scratch e facciamo in modo che il nostro personaggio si muova lungo x, con posizioni che corrispondono al tempo trascorso e la sua y sia il valore dell’accelerazione z (è opportuno utilizzare un fattore moltiplicativo per amplificare la scala , ad esempio 3 volte l’accelerazione, ed un fattore additivo per posizionare lo zero. Nel nostro caso il valore a risposo dell’accelerazione z è -63 pertanto occorrerà aggiungere +63 per fissare in y=0 e fare delle prove facendo oscillare Microbit per capire il “fattore” di scala).

Una prima rilevazione l’ho ottenuta ponendo Micro:bit sul mio divano e registrando le variazioni dell’accelerazione lungo z, battendo con una mano sul divano stesso.

Ecco il video:

 

 

 

Ho programmato lo sprite in maniera tale che quando l’accelerazione superi un certo valore (il mio valore di soglia per un evento sismico di grande intensità) il mio sprite dica terremoto sussultorio.

scratchmicro2

Creando un nuovo sprite che registri i valori dell’accelerazione x ed y è facile  studiare anche i terremoti ondulatori!

Esistono materiali che trasmettono l’onda sismica con una velocità maggiore? Ovvero la propagazione del terremoto è istantanea: se sono a distanza 10 km dal punto in cui si è generato il terremoto, dopo quanto sentirò il fenomeno sismico? Ed ancora: quali materiali assorbono meglio l’onda sismica? Quindi con quale materiale conviene costruire case antisisimiche?

 Per studiare la propagazione del terremoto ho creato due sprite diversi: uno assume su x il valore del cronometro e su y il volume del microfono del mio pc (in sostanza “sente” il colpo sussultorio), l’altro sprite assume su x il valore del cronometro e su y il valore dell’accelerometro (opportunamente dimensionato)

Ecco i blocchi:

terremotosprite2 terremotosprite1

 

Ho fatto cadere un libro su un tavolo di legno; Micro:bit ha registrato praticamente contemporaneamente al suono dell’urto un movimento sussultorio (ma il tavolo era anche troppo corto!).

Ho deciso allora di porre Micro:bit su un materiale quale un divano ed a distanza di 2 metri dall’epicentro.

Ecco il risultato:

terr

 Si vede chiaramente un ritardo nella risposta del gattino (che sentiva l’accelerazione su z) da Abby che sentiva il “suono” dell’evento sismico” (il pc era vicino all’epicentro).

 

Scheda 2

Quali sono i fattori che influiscono su evento sismico?

Come varia l’intensità dell’evento sismico con la distanza dall’epicentro?

Come varia l’intensità con i diversi materiali? 

Meglio costruire case con materiali quali legno o cemento in zone sismiche?

Ho provato poi a mettere Micro:bit su materiali diversi … polistirolo, legno, cuscino, plastica….

cusc1 cusc2

Spero di aver dato degli spunti interessanti, con questa attività, per utilizzare il coding come strumento per le STEM, cercando di non essere troppo tecnico.

Sono certo che utilizzando materiale quale legno o pongo o stampato in 3d, è possibile realizzare un vero sismografo con un cuore di Micro:bit

Alla prossima puntata!!

 

Le attività con Scratch e Micro:bit vengono man mano caricate qui:

Ps se fate cadere un libro sempre dalla stessa altezza allora avete realizzato un evento che riproduce un evento sismico che libera sempre la stessa energia, questo permette la riproducibilità del fenomeno (pensiero scientifico). Se il libro cade da altezza doppia avete raddoppiato anche l’energia liberata.

La magnitudo dell’evento sismico può essere “visualizzata” dal valore su y dell’accelerometro (z per sussultorio, x o y per ondulatorio)

 

Pps per proposte suggerimenti, modifiche, scrivetemi!

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