Meteo in un carro armato

Studiare il comportamento dei fluidi rotanti è fondamentale per comprendere come funzionano il tempo e il clima, ma la fisica di questi sistemi può essere difficile da comprendere. Parte del problema è che gli istruttori di solito insegnano questi concetti astratti usando solo equazioni o simulazioni al computer.

correnti colorate : La tintura in un serbatoio rotante aiuta gli studenti a imparare come l'atmosfera e gli oceani influenzano il clima.

Ma due educatori del Dipartimento di Scienze della Terra, dell'Atmosfera e Planetarie hanno trovato un modo per rendere concreto l'astratto. Per quasi un decennio, Lodovica Illari, docente senior dell'EAPS, e John Marshall, professore di scienze atmosferiche e oceaniche, hanno sviluppato un curriculum meteorologico e climatico universitario che ora viene adottato da dozzine di scuole.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2010

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Illari e Marshall hanno progettato il curriculum basato su esperimenti, noto come Weather in a Tank, nel 2001 dopo aver iniziato a offrire una lezione introduttiva sul clima e sul clima che avrebbe soddisfatto i requisiti di laboratorio dei loro studenti. Dal 2006, il MIT e altre cinque università stanno testando il curriculum in un progetto finanziato dalla National Science Foundation. Dà vita ai sistemi meteorologici utilizzando attrezzature da laboratorio a bassa tecnologia: un serbatoio in acrilico in cima a un giradischi rotante su un carrello portatile. Gli esperimenti condotti nel serbatoio dimostrano come il movimento dell'acqua e dell'aria influenzi il clima terrestre.

Un esperimento, che dimostra come la rotazione della Terra crea sistemi meteorologici che influenzano la differenza di temperatura tra i tropici caldi e i poli freddi, prevede il posizionamento di un secchio di ghiaccio al centro del serbatoio d'acqua rotante. Il ghiaccio crea una gamma di temperature all'interno del serbatoio cilindrico, rendendo il centro più fresco rispetto alla periferia relativamente calda. Mentre il giradischi ruota, il suo movimento provoca vortici, o piccole correnti, all'interno del serbatoio. Alcune gocce di colorante alimentare possono aiutare gli studenti a vederli.

I vortici simulano i sistemi meteorologici atmosferici trasportando fluido caldo dall'equatore (i bordi del serbatoio) ai poli (il secchio di ghiaccio). Contemporaneamente, trasportano il fluido freddo dal secchio verso la periferia. Sebbene il fluido si raffreddi in modo significativo quando raggiunge i poli, i vortici aiutano a rendere i poli un po' più caldi (e l'equatore un po' più freddo) di quanto potrebbero essere altrimenti. Gli studenti possono quindi modificare i parametri, come la velocità di rotazione, e vedere l'effetto sulla circolazione dei vortici a diverse latitudini.

Il EAPS Meteo in un carro armato curriculum non è progettato per consentire agli studenti di evitare equazioni difficili o simulazioni al computer. Invece, dice Illari, ha lo scopo di aiutarli a comprendere i processi descritti dalle equazioni e dalle simulazioni. Pensiamo che sia un errore dare agli studenti i fenomeni senza gli strumenti per capire, dice.

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