Väder i en tank

Att studera beteendet hos roterande vätskor är avgörande för att förstå hur väder och klimat fungerar, men fysiken i dessa system kan vara svår att förstå. En del av problemet är att instruktörer vanligtvis lär ut dessa abstrakta begrepp med hjälp av enbart ekvationer eller datorsimuleringar.

färgglada strömmar : Färgämne i en roterande tank hjälper eleverna att lära sig hur atmosfären och haven påverkar klimatet.

Men två utbildare från Institutionen för jord-, atmosfärs- och planetvetenskap har hittat ett sätt att göra det abstrakta konkret. I nästan ett decennium har Lodovica Illari, en EAPS lektor, och John Marshall, en professor i atmosfäriska och oceaniska vetenskaper, utvecklat en grundutbildning för väder och klimat som nu antas av dussintals skolor.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2010

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Illari och Marshall designade den experimentbaserade läroplanen, känd som Weather in a Tank, 2001 efter att de började erbjuda en inledande väder- och klimatklass som skulle uppfylla elevernas krav på labb. Sedan 2006 har MIT och fem andra universitet testat läroplanen i ett projekt finansierat av National Science Foundation. Den väcker vädersystem till liv med hjälp av lågteknologisk labbutrustning: en akryltank ovanpå en roterande skivspelare på en bärbar vagn. Experiment utförda i tanken visar hur rörelsen av vatten och luft påverkar jordens klimat.

Ett experiment, som visar hur jordens rotation skapar vädersystem som påverkar temperaturskillnaden mellan de varma tropikerna och de kalla polerna, involverar att placera en hink med is i mitten av den roterande vattentanken. Isen skapar en rad temperaturer inuti den cylindriska tanken, vilket gör mitten svalare än den relativt varma periferin. När skivspelaren roterar, orsakar dess rörelse virvlar, eller små strömmar, inuti tanken. Några droppar matfärgning kan hjälpa eleverna att se dem.

Virvlarna simulerar atmosfäriska vädersystem genom att transportera varm vätska från ekvatorn (kanterna på tanken) till polerna (hinken med is). Samtidigt bär de kall vätska från hinken mot periferin. Även om vätskan svalnar avsevärt när den når polerna, hjälper virvlarna till att göra polerna lite varmare (och ekvatorn en smula kallare) än de annars skulle kunna vara. Eleverna kan sedan ändra parametrar, såsom rotationshastigheten, och se effekten på virvlarnas cirkulation på olika breddgrader.

De EAPS väder i en tank läroplan är inte utformad för att låta eleverna undvika svåra ekvationer eller datorsimuleringar. Istället, säger Illari, är det tänkt att hjälpa dem att förstå de processer som ekvationerna och simuleringarna beskriver. Vi tycker att det är ett misstag att ge eleverna fenomenen utan verktyg för att förstå, säger hon.

Dölj