Depremlerin izinde: sınıfta sismoloji Teach article

Tercüme eden Bora ACUN. Depremleri tahmin edebilen Çin ejderhaları mı? Parlak jöle şekerlemeler üzerinde ilerleyen dalgalar mı? Depreme dayanıklı çubuk makarnalar mı? Fizik öğretmenleri Tobias Kirschbaum ve Ulrich Janzen jeofizik konularını öğrencilerine nasıl öğrettiklerini…

Dalga yayılımı ve enerji transferi konuları, Avrupa genelindeki 16 ila 19 yaş aralığındaki gençlerin görmekte olduğu fizik ders içeriklerinin standart konu başlıklarındandır. Genellikle bu dersin ölçme sınavlarında, öğrencilerden, yaylar, Slinkies®  ya da klasik mekanik araçlar kullanarak edinmiş oldukları bilgileri ortaya koymaları istenir.

Güncel araştırmalar, klasik metodlara karşın, bilimsel teori ve modellerin öğrencilerin kavrayabileceği güncel içerikler ile birleştirilmesinin önemine vurgu yapmaktadır. Örneğin, Amerika Birleşik Devletlerinde meydana gelen Katrina kasırgası ya da İran’da son zamanlarda yaşanan depremlerden neredeyse herkesin haberi olmuş ve bu olayların etkileri gözlemlenmiştir.

Güncel araştırmalar, klasik metodlara karşın, bilimsel teori ve modellerin öğrencilerin kavrayabileceği güncel içerikler ile birleştirilmesinin önemine vurgu yapmaktadır. Örneğin, Amerika Birleşik Devletlerinde meydana gelen Katrina kasırgası ya da İran’da son zamanlarda yaşanan depremlerden neredeyse herkesin haberi olmuş ve bu olayların etkileri gözlemlenmiştir.

Belirli bir konu ya da kavramı basitleştirerek kendilerinden küçük öğrencilere anlatmak, daha üst sınıflardaki öğrencilerin bahsi geçen konuyu iyi bir şekilde öğrenip öğrenmediklerini anlamaya yarayan etkili bir yöntemdir.  Güncel görsel örnekler kullanma ve kendinden küçüklere fiilen öğretme eylemi, teorisyen Howard Gardner tarafından da belirtildiği gibi her öğrenci grubunda doğal olarak bulunan birden fazla çoklu zekayı harekete geçirerek öğrenmeyi teşvik etmektedir.  

Sismolojinin temel konuları, okullarda derslerin olağan içeriklerine entegre edilebilir. Buna ilaveten, bu yazımızda açıkladığımız örnek deneyler okulların tanıtım günleri gibi özel günlerde yapılan sunumlarda kullanılarak daha geniş kitlelere doğa bilimlerinin önemini anlatmak için kullanılmaya uygundurlar. Doğal olarak, bu özel günlerde sunum yapan öğrencilerin gelişen sunum ve anlatım yetenekleri ileriki hayatlarında da yararlı olacaktır.   

Öğretmenler olarak, üst sınıflardaki öğrencilerimiz için fizik dersi içeriği oluşturuken bir noktada yaratıcılık sınırlarımıza geldik. Fakat o noktadan itibaren, öğrencilerin yaratıcılıkları ve şevkleri devreye girerek kontrolu ele aldılar.   

Öğrenciler, sismoloji alanında hangi konuların gerekli ve önemli olduğunu anlamak için internet kaynaklarını, gazete raporlarını ve ders kitaplarını araştırdılar, ve sonrasında kendi özgün fikirlerini üretmeye başladılar. Birleşik sarkaç modelinden başlayıp tusunami modeli oluşturmaya varan yelpazede kendi model deneylerini kurguladılar. Ortaya konan fikirlerden üçü; antik Çin sismografı, basit bir dalga yayılım aracı ve depreme dayanıklı yapıların incelenmesi konusu kayda değer fikirler olarak öne çıktılar.   

Antik Çin sismografının yeniden yapımı

Binlerce yıl önce Çin’de üretilmiş ve zamanın şartlarına göre şaşırtıcı derecede hassas ölçüm alan bir sismografın varlığından bahseden raporlar bulunmaktadır.  Bu raporlarda sismografın sadece dış görünüşüne dair bilgiler bulunurken iç tasarımının nasıl yapıldığına dair kimsenin detaylı bilgisi bulunmamaktadır.  Her ne kadar bazı kitaplar iç tasarıma dair görüşler öne sürse de bugüne kadar bilgimiz dahilinde hiç kimse sismografın çalışan bir benzerini yapmayı başaramıştır.

Orijinal sismograf, çan şeklindeki metal bir kabın dış çevresine eşit aralıklarla yerleştirilmiş ve her birinin ağzında birer inci tanesi bulunan sekiz ejderha şeklinden oluşmaktaydı. Bir deprem olduğunda, depremin merkez üssü doğrultusunda olan ejderha ağzındaki inci tanesini önünde bulunan bir kasenin içerisine düşürmekteydi. Bu şekilde, sadece kaselerin içerisine düşen inciler gözlemlenerek yüzlerce kilometre ötede bir depremin olduğu rivayet edilerek kayda geçirilmekteydi.   

Öğrenciler, internet sayfaları ve eski raporlardaki resimlere bakarak, ejderhaların ağızlarının açılıp incilerin düşmesinde atalet kuvvetinin etkili olduğu sonucuna vardılar ve kendi sismograf modellerini oluşturmaya başladılar. Sismografı inşa ederken, ejderhaları harekete geçirmek için üzerine eksenine dik şekilde çubuklar yerleştirilmiş ve merkeze asılmış bir sarkaç, incilerin yerine mermer bilyeler ve metal çan kap yerine ters çevrilmiş plastik bir bidon kullandılar. Birbirine bant ile tutturulmuş ve uygun şeklinde boyanmış (her ne kadar bu boya foksiyonel olarak gerekli olmasa da) iki tahta parçası öğrencilerin yaptığı sismografın çevresindeki ejderhaları oluşturdular.

İnşa edilen modelin ana amacı antik Çin sismografının gerçekte nasıl çalıştığına dair olasılıkları tartışmaktı. Fakat ortaya çıkan model ve elde edilen sonuçlar beklentilerin de ötesine geçti.  Sismografın yerleştirildiği masanın kenarına hafifçe vurulması durumunda bile sismograf işlev görmekle kalmayıp, uygulanan darbenin yönü de o yöne bakan ejderhanın ağzındaki mermer bilyeyi düşürmesiyle tayin edilebildi.  Daha büyük kütleli bir sarkaç, ejderha başlarının yanal hareketlerinin kısıtlanması ve sarkaç ile ejderha başları arasında daha sağlam bir bağlantı oluşturulması durumunda modelin daha iyi çalışıp daha da hassas ölçümler alabileceği öngörüldü. 

Basit bir dalga yayılım aracı

Mevcut dalga yayılım araçlarının pek çoğu ahşap ve metal çubuklardan üretilmiş olup oldukça kırılgan yapıdadırlar ve genellikle sınıflarda model olarak kullanılamayacak kadar küçük boyutludurlar. Öğrenciler bu araçlara alternatif olarak gayet ucuz ve kolay bulunabilen genişçe bir elbise lastiği kullanarak kendi dalga yayılım araçlarını üretmeyi önerdiler. Yerel bir bisiklet tamirhanesinin bağışladığı dört kullanılmış bisiklet tekerinden çıkarılan teller, dalga yayılım aracının kanatlarını oluşturmak için kullanıldı. Bu teller elbise lastiğinden geçirilip sıcak tutkal ile sabitlendi.  Sonuçta, yaklaşık dört metre uzunluğunda ev yapımı bir dalga yayılım aracı üretilmiş oldu.

Üretilen bu dalga yayılım aracı, sınıfın bir ucundan diğer ucuna gerilerek en önemli dalga çeşitleri  olan düzlem dalgalar (enine ve boyuna), durağan dalgalar, ve dalga yansıması konularının canlandırılmasında kullanıldı. Okul tanıtım günlerinin final sunumunda da kullanılan bu canladırma, yayılım aracına bağlı tellerin ucuna parlak jöle şekerlemeler takılarak tekrarlandı. Bu şekerlemeler siyah ışık altında parlarken dalgaların gizemli şekilde yayılımını en etkileyici şekliyle izleyenlere göstermeye yardımcı oldu. 

Depreme dayanıklı yapıların incelenmesi

Öğrenciler depreme dayanıklı yapılar ile ilgili bilgi taraması yaparken, York Üniversitesi Bilim Eğitim Grubuna ait Salter Horners İleri Fizik (Salter Horners Advanced Physics-SHAP) projesi ile karşılaştılar. SHAP projesinin yazarları, değişik türdeki yapı modellerinin depreme dayanıklılığını test etmek için ahşap, sertleştirilmiş sünger ve bir osiloskop yardımıyla üretilmiş basit bir sarsma tablası kullanımını önermekteydiler. SHARP proje grubundan Liz Swinbank ve onun İngiltere takımından arkadaşları, 2003 yılındaki Sahnede Fizik 3 (Physics on Stage 3) etkinliğinde model bina yapımı için alışılagelmiş plastik veya metal parçalar yerine çubuk makarna kullanmayı denemişlerdi. Öğrenciler de bu fikri kendi bina modellerini üretmekte kullandılar. Çubuk makarna ile model yapma yöntemi sadece etkili olmakla kalmayıp izlemeye değer sonuçlar da ortaya çıkardı. 

Model bina yapımı için pek alışıla gelmemiş ve hatta çılgınca olan çubuk makarna kullanma fikri ile şevkleri üst seviyeye çıkan öğrenciler internetten edindikleri bilgiler yardımı ile değişik tipte depreme dayanıklı bina modellerini üretmeye başladılar. Modellerini inşa ederken durağan dalgaların yapılarında nasıl etkiler yaptığını en iyi şekilde gösterebilecek detaylara özen gösterdiler. Sonuçta, oluşturulan sarsma tablası ve çeşitli bina modellerinin test edilmesi okulumuzun tanıtım günü etkinliklerinde yoğun bir kalabalık tarafında ilgi gördü

Geriye bakış

Her ne kadar modellerin tasarlanması ve inşası zaman almış olsa da bu yöntemin öğrencileri motive edici potansiyeli yadsınamaz. Öğrenciler, ders saatlerinin  bitiminden sonra bile okulda saatlerce kalarak modellerini geliştirmeye ve modellerinin değişik varyasyonlarını denemeye çalıştılar. Derse katılan bütün öğrenciler kendi becerileri ölçüsünde projelerinin başarılı olması için çaba sarfettiler.  Sadece bu yüksek katılım bile, bahsedilen yöntemin çaba harcamaya değer olduğunu kanıtlamaya yetse dahi, öğrencilerin grup çalışması yeteneklerini geliştirip fizik dersinin diğer konularına karşi ilgi ve alaklarının da ileri derecede artmasını sağladı. Ve tabiki, katılımcı öğrencilerin dalga yayılımı kuramı ve bu kuramın temelindeki fiziksel konular ile ilgili bilgi seviyeleri hatırı sayılır şekilde arttı. 

Download

Download this article as a PDF