MIĘDZYNARODOWA STACJA KOSMICZNA

Transkrypt

1 Copyright by Ewa Strugała MIĘDZYNARODOWA STACJA KOSMICZNA NOWA GWIAZDA ZIEMSKIEGO NIEBA Praca metodą projektu Poznań 2007 Strona 1 Dokument został pobrany z serwisu.

2 Copyright by Praca metodą projektu Podstawa programowa: Projekt uwzględnia elementy następujących celów edukacyjnych podstawy programowej kształcenia ogólnego dla gimnazjów: Poznanie podstawowych praw opisujących przebieg zjawisk fi zycznych i astronomicznych w przyrodzie fizyka i astronomia. Pogłębianie rozumienia rzeczywistości ścieżki edukacyjne, edukacja filozoficzna. Cele edukacyjne podstawy programowej kształcenia ogólnego dla liceów ogólnokształcących, liceów profi lowanych i techników: Rozumienie znaczenia fi zyki dla techniki, medycyny, ekologii, jej związków z różnymi dziedzinami działalności ludzkiej oraz implikacji społecznych i możliwości kariery zawodowej oraz zainteresowanie fi zyką i astronomią fizyka i astronomia kształcenie w zakresie podstawowym. Przygotowanie się do samokształcenia przez umiejętne pozyskiwanie i opracowywanie informacji pochodzących z różnych źródeł oraz zachowanie postawy dystansu i krytycyzmu wobec informacji przekazywanych przez media ścieżki edukacyjne, edukacja czytelnicza i medialna. Uświadomienie różnorodności sposobów negatywnego i pozytywnego oddziaływania ludzi na środowisko i kształtowanie umiejętności praktycznego ich poznawania, przyjmowanie postawy odpowiedzialności za obecny i przyszły stan środowiska oraz gotowości do działań na rzecz zrównoważonego rozwoju ścieżki edukacyjne, edukacja ekologiczna. Kształcenie umiejętności krytycznego myślenia, uczestnictwa w dialogu, w tym prezentacji własnego stanowiska i jego obrony ścieżki edukacyjne, edukacja filozoficzna. Temat: MIĘDZYNARODOWA STACJA KOSMICZNA NOWA GWIAZDA ZIEMSKIEGO NIEBA Cel główny: Traktowanie wiadomości przedmiotowych, stanowiących wartość poznawczą samą w sobie, w sposób integralny, prowadzący do lepszego rozumienia świata, ludzi i siebie. Cele operacyjne: Uczeń zna: Historię powstania i rozbudowy ISS. Misję ISS. Życie załogi na pokładzie ISS. Możliwości kosmicznej turystyki. Zagrożenia dla ISS. Problemy związane z eksploatacją ISS. Uczeń potrafi : Wyrazić swoją opinię dotyczącą eksploracji kosmosu. Ocenić wpływ badań prowadzonych w kosmosie na warunki życia na Ziemi. Ocenić kontrowersje związane z eksploatacją ISS. Strona 2 Dokument został pobrany z serwisu.

3 Copyright by Zajęcia edukacyjne, podczas których może być realizowany temat: Szkoły podstawowe lekcja przyrody. Szkoły ponadpodstawowe lekcja fi zyki i astronomii oraz lekcje geografi i i biologii w ramach realizacji ścieżek edukacyjnych: ekologicznej, fi lozofi cznej, czytelniczej i medialnej, lub zajęcia pozalekcyjne w ramach kół zainteresowań. Realizację projektu koordynuje nauczyciel fi zyki i astronomii wraz z wychowawcami klas. Czas zajęć: Wycieczka do kina (wykład, fi lm Stacja Kosmiczna 1, warsztaty 130 minut). Realizacja scenariusza zajęć pt. Międzynarodowa stacja kosmiczna nowa gwiazda ziemskiego nieba jedna jednostka lekcyjna (45 minut). Konsultacje na lekcjach fi zyki i astronomii, geografi i, biologii lub w ramach zajęć pozalekcyjnych, realizacja jeden miesiąc. Materiały, środki dydaktyczne: Prezentacja multimedialna Inernational Space Station. Propozycje zadań dla uczniów. Bibliografia i literatura pomocna przy realizowaniu projektu: Kosmos znany i nieznany, Świat Nauki 2/2003, wydanie specjalne, Prószyński i S-ka, Warszawa. Zubrin R., 2003, Narodziny cywilizacji kosmicznej, Prószyński i S-ka, Warszawa. ight.nasa.gov/station Osoby i instytucje współpracujące: Cinema City Kino Orange Imax Poznań Plaza Obserwatorium Astronomiczne w Poznaniu Wprowadzenie: Przebieg pracy projektowej Międzynarodowa Stacja Kosmiczna jest największym przedsięwzięciem globalnym podjętym przez szesnaście państw. Być może przybliży dzień, w którym człowiek dotrze na Marsa. Budowa stacji rozpoczęła się 20 listopada 1998 roku. Stany Zjednoczone, Europejska Agencja Kosmiczna, Rosja oraz Japonia, a także Kanada i Brazylia, które po długich rozmowach i zatwierdzeniu projektu stacji doszły do porozumienia, rozpoczęły największe przedsięwzięcie w historii eksploracji i poznawania tajemnic kosmosu. Początek budowy stacji był na tyle ważnym wydarzeniem, że zdecydowano się na zarejestrowanie całej misji 1 Cinema City ( zatrudnia specjalistów ds. rezerwacji grupowych. Np. w Krakowie jest to Anna Machacz. Film Stacja Kosmiczna można zamówić, wysyłając na adres: rezerwacja.krakow@cinema-city.pl. Strona 3 Dokument został pobrany z serwisu.

4 Copyright by w formacie IMAX 3D. Zarówno start z różnych ujęć, przebieg misji, jak i samo lądowanie nagrano na szeroką taśmę. Film można oglądać w kinie na ekranie 20x20 m. Gdy budowa Międzynarodowej Stacji Kosmicznej zostanie ukończona, będzie ona trzecim po Księżycu i Wenus najjaśniejszym obiektem na nocnym niebie. Jednak już teraz w pogodną noc można zobaczyć jasny punkt szybko poruszający się na tle gwiazd. Projekt, który pragniemy realizować, z powodzeniem może przyjąć się w wielu szkołach na poziomie gimnazjum. W szkołach ponadgimnazjalnych projekt może być z powodzeniem realizowany również w klasach, w których nauczanie fi zyki odbywa się w zakresie podstawowym. Pojęcia: Objaśnienia pojęć pochodzą ze stron encyklopedii Wikipedia: http: //pl.wikipedia.org. Grawitacja nazywana czasami ciążeniem powszechnym to jedno z oddziaływań podstawowych wyróżnianych przez fi zykę. Oddziaływanie grawitacyjne jest zależne od masy posiadanej przez poszczególne ciała i od odległości między nimi. Oddziaływanie grawitacyjne jest dużo słabsze niż oddziaływanie elektromagnetyczne czy słabe albo silne w skalach odległości, z którymi mamy do czynienia na co dzień. Jednak ciążenie jako jedyne może wpływać na ciała bardzo od siebie oddalone. Grawitacja jest oddziaływaniem, które sprawia, że obiekty astronomiczne tworzą się z rozrzedzonych obłoków gazu wypełniających Wszechświat. Ciążenie powoduje zapadanie się tych struktur i powstawanie galaktyk, gwiazd i planet. W codziennym życiu ciążenie objawia się nam w postaci przyspieszenia ziemskiego. Jabłka oraz inne przedmioty spadają, bo działa na nie grawitacja. W skali astronomicznej ciążenie wyjaśnia, dlaczego planety krążą wokół Słońca, a Księżyc dookoła Ziemi. Grawitacja zawsze powoduje przyciąganie, a nigdy odpychanie. Grawitacja może utrzymać w równowadze tak burzliwe procesy, jak reakcje termojądrowe w jądrze Słońca. W szczególnym przypadku ciążenie może spowodować zapadanie się gwiazd i powstawanie czarnych dziur. Najnowsze pomiary kosmologiczne wskazują, że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. W tej skali stawia się hipotezy na temat istnienia rzekomego odpychania, które mogłoby być silniejsze od przyciągania grawitacyjnego obiektów astronomicznych; jednak nie wiadomo, jakie mogłyby być źródła takiego oddziaływania ani jaki ma ono charakter. Grawitacja w skali Wszechświata działa inaczej niż w naszym otoczeniu, dlatego współcześnie budowane modele kosmologiczne usiłują sprostać opisowi tych zagadnień. Fizycy podejmują próby stworzenia kwantowej teorii grawitacji, która będzie mogła wyjaśnić współczesne obserwacje kosmologiczne. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS ang. International Space Station, MKS ros. Mieżdunarodnaja Kosmiczieskaja Stancija) pierwsza stacja kosmiczna wybudowana przy współudziale wielu krajów. Składa się obecnie z 6 głównych modułów (docelowo ma ich liczyć 16) i umożliwia jednoczesne przebywanie trzech członków stałej załogi (od roku 2008 na stacji stale ma przebywać 6 osób). Pierwsze moduły stacji zostały wyniesione na orbitę i połączone w 1998 roku. Pierwsza stała załoga zamieszkała na niej w roku Źródłem zasilania ISS są baterie słoneczne, transportem ludzi i materiałów zajmują się amerykańskie wahadłowce programu STS (od lutego 2003 do 26 lipca 2005 wstrzymane z powodu katastrofy Columbii) oraz rosyjskie rakiety Sojuz i Proton. Mikrograwitacja stan przestrzeni, w której panuje znikomo mała grawitacja pochodząca ze źródeł zewnętrznych niewchodzących w skład danego układu w przestrzeni. Nieważkość jest stanem, w którym na ciało działa tylko siła grawitacji. Poza siłą grawitacji na ciało nie może działać żadna inna siła. Powoduje to, że odnosimy wrażenie, iż ciało traci swój ciężar, choć jego masa nie ulega żadnym zmianom. Orbita tor ciała niebieskiego krążącego wokół innego ciała niebieskiego. Strona 4 Dokument został pobrany z serwisu.

5 Copyright by Prędkość kosmiczna prędkość, jaką musi osiągnąć dowolne ciało (np. rakieta, statek kosmiczny), by jego energia kinetyczna pokonała grawitację Ziemi i oddaliła się na odległość umożliwiającą pozostawanie w przestrzeni kosmicznej bez dodatkowego napędu. Rakieta to pojazd latający, pocisk lub statek powietrzny, poruszający się dzięki pozbywaniu się części własnej masy, napędzany silnikiem rakietowym. Obiekt ten nabywa siłę ciągu dzięki reakcji szybko wyrzucanych gazów spalinowych lub innych mediów (np. sprężone gazy, przegrzana para) z dysz silnika rakietowego, zgodnie z trzecią zasadą dynamiki Newtona. Często pojęcie rakiety jest używane w znaczeniu silnika rakietowego lub pocisku rakietowego. Rakiety służą do przenoszenia ładunku np. statku kosmicznego, głowic bojowych, satelitów, w warunkach przestrzeni kosmicznej, gdzie nie ma żadnej zewnętrznej substancji, której pojazd mógłby użyć jako elementu napędzającego. Satelita to każde ciało o względnie małej masie obiegające ciało o wielkiej masie. Tor ruchu tego ciała nosi nazwę orbity. Siła dośrodkowa w fi zyce siła działająca na ciało poruszające się po zakrzywionym torze, skierowana prostopadle do toru (ku środkowi jego krzywizny). Na przykład, gdy ciężarek umocowany na końcu nici porusza się po okręgu, siłą dośrodkową jest napięcie nici. Dla ciała o masie m, poruszającego się z prędkością υ po okręgu m o promieniu r, siła dośrodkowa ma wartość F = υ2 i jest skierowana do środka okręgu. r Skafandrem kosmicznym nazywamy specjalny strój wraz z dodatkowym oprzyrządowaniem umożliwiającym bezpieczne wyjście i pracę człowieka w przestrzeni kosmicznej. Spacer kosmiczny, Extra-vehicular activity (EVA, aktywność pozapojazdowa) to działania wykonywane przez astronautów na zewnątrz statku kosmicznego w specjalnym skafandrze dysponującym własnym zasilaniem. Terminem EVA najczęściej określa się wyjścia poza statek obiegający Ziemię (spacer kosmiczny ang. spacewalk), choć odnosi się on również do pobytów na powierzchni Księżyca (ang. moonwalk). Statek kosmiczny to pojazd poruszający się poza atmosferą Ziemi. Musi być wyposażony w potężne silniki napędowe, które pozwolą mu na wznoszenie się na ogromne wysokości. Współczesne statki kosmiczne wynoszone są w górę dzięki napędowi rakietowemu, który wytwarza siłę odrzutu. Wyróżnia się kilka rodzajów statków kosmicznych: naturalne księżyce, rakieta, samolot kosmiczny, sonda kosmiczna, sztuczne, takie jak np. satelity komunikacyjne (telewizja satelitarna), sztuczny satelita, wahadłowiec, Układ Słoneczny to układ planetarny Słońca. Wahadłowiec kosmiczny, prom kosmiczny to rodzaj załogowego statku kosmicznego, który może być wykorzystywany wielokrotnie i zwykle przystosowany jest do wynoszenia na orbitę i ściągania z orbity satelitów i innych ładunków. W założeniach prom, dzięki możliwości wielokrotnego wykorzystania, ma umożliwić znaczną redukcję kosztów związanych z wynoszeniem na orbitę ładunków i pasażerów. W praktyce dotychczasowe programy budowy promów kosmicznych okazały się niezwykle kosztowne, a same pojazdy bardzo złożone. Formy pracy: Praca grupowa i indywidualna. Strona 5 Dokument został pobrany z serwisu.

6 Copyright by Planowanie i przygotowanie: Szkolny koordynator projektu przedstawia opis przedsięwzięcia dyrektorowi szkoły. Koordynator nawiązuje współpracę z nauczycielami fi zyki i astronomii, geografi i oraz z wychowawcami klas w celu sprawnej realizacji zadań. Nauczyciel organizuje wyjście uczniów do kina na fi lm Stacja Kosmiczna 3D. Bezpośrednim wprowadzeniem do fi lmu może być prelekcja przed seansem fi lmowym lub krótkie wprowadzenie, które zrobi nauczyciel na lekcji fi zyki poprzedzającej wyjście do kina. Po fi lmie uczniowie mogą skorzystać z oferty kina i wziąć udział w prowadzonych przez psychologa warsztatach Odkryj swój trójwymiarowy Kosmos. Nauczyciele fi zyki przeprowadzają w klasach lekcję według zamieszczonego poniżej scenariusza MIĘDZY- NARODOWA STACJA KOSMICZNA NOWA GWIAZDA ZIEMSKIEGO NIEBA. Na lekcji po fi lmie nauczyciel zapoznaje uczniów z listą proponowanych zadań. Określa termin wykonania prac, sposób korzystania z konsultacji, kryteria oceny prac oraz sposób ich prezentacji. Nauczyciel nadzoruje i koordynuje przygotowanie prac przez uczniów. Nauczyciel dokonuje oceny prac i kwalifi kuje je do końcowej prezentacji. Nauczyciel opracowuje scenariusz prezentacji prac i nadzoruje jego realizację. Przebieg zajęć, polecenia dla nauczyciela: Lekcja fizyki i astronomii II etap projektu Temat lekcji: MIĘDZYNARODOWA STACJA KOSMICZNA NOWA GWIAZDA ZIEMSKIEGO NIEBA 1. Krótkie wprowadzenie i zapisanie tematu na tablicy. 2. Uczniowie wymieniają pojęcia, które wiążą się z tematem lekcji, i zapisują je na tablicy, następnie wspólnie z nauczycielem wyjaśniają ich znaczenie. 3. Nauczyciel przedstawia prezentację multimedialną dotyczącą ISS. 4. Nauczyciel zapoznaje uczniów z projektem i zawiera z nimi kontrakt. Strona 6 Dokument został pobrany z serwisu.

7 Copyright by MIĘDZYNARODOWA STACJA KOSMICZNA NOWA GWIAZDA ZIEMSKIEGO NIEBA Zadania dla uczniów I. Podaj rozwiązania następujących zadań: Zadanie1 Międzynarodowa Stacja Kosmiczna krąży wokół Ziemi po orbicie eliptycznej. Aby narysować elipsę, wbij w karton dwie szpilki, do ich obu końców przywiąż nitkę (dłuższą od odległości między szpilkami), zaczep ją ołówkiem tak, jak na rysunku, i rysuj, uważając, by nitka była stale napięta. Im bardziej rozsuniesz szpilki, tym bardziej elipsa się spłaszczy. Jeśli wbijesz szpilki w tym samym miejscu, otrzymasz okrąg. o³ówek Zadanie 2 Rakiety transportujące członków Międzynarodowej Stacji Kosmicznej startują z Centrum Kosmicznego na Florydzie oraz z rosyjskiego Kosmodromu Bajkonur w Kazachstanie. Poszukaj informacji o tym, jak długo trwa podróż z Ziemi rosyjskich statków kosmicznych Sojuz oraz amerykańskich wahadłowców. Zadanie 3 Znajdź informację o tym, ile kilometrów dzieli Warszawę i Rzym. Jak długo pokonuje tę odległość samochód jadący ze średnią prędkością 70 km/h? Ile czasu potrzebuje Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, by przebyć taką samą odległość? Zadanie 4 Zaproponuj doświadczenie, które przeprowadzisz, aby wyjaśnić, który z kierunków nazywamy pionowym w dół? Zadanie 5 Na Stacji Kosmicznej mamy do czynienia ze stanem nieważkości. Wbrew rozpowszechnionym opiniom nieważkość nie jest stanem, w którym na astronautę nie działa siła grawitacji. Wyjaśnij, dlaczego astronauci mogą znajdować się w stanie nieważkości. Podrzuć w górę pęk kluczy i zaobserwuj, jak zachowuje się każdy z kluczy w czasie ruchu. Czy klucze znajdowały się w stanie nieważkości? Zadanie 6 Siła, jaką Ziemia przyciąga astronautę o masie ciała 70 kg, gdy znajduje się on na jej powierzchni, ma wartość ok. 700 N. Jak zmieni się wartość tej siły, gdy ten sam astronauta znajdzie się na pokładzie Stacji Kosmicznej? Zadanie 7 Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, gdy zostanie ukończona jej budowa, będzie trzecim po Księżycu i Wenus najjaśniejszym obiektem na nocnym niebie. W pogodną noc możesz zobaczyć jasny punkt szybko poruszający się na tle gwiazd. Aby dowiedzieć się, kiedy i gdzie na niebie przelatuje Stacja, możesz skorzystać z internetowego programu do śledzenia satelitów. Strona 7 Dokument został pobrany z serwisu.

8 Copyright by Zadanie 8 Na podstawie dostępnych źródeł sporządź notki biografi czne szczególnie zasłużonych badaczy kosmosu. Uwzględnij takich badaczy, jak: Mikołaj Kopernik, Konstanty E. Ciołkowski, Jan Heweliusz, Aleksander Wolszczan. Opisz ich najważniejsze osiągnięcia dotyczące badań kosmosu. Zadanie 9 27 czerwca 1978 w ramach międzynarodowego programu badań kosmicznych Interkosmos wyniesiono na orbitę statek kosmiczny Sojuz 30 pilotowany przez rosyjsko-polską załogę dowódcę Piotra Klimka oraz inżyniera, badacza z Polski Mirosława Hermaszewskiego. Lot trwał 7 dni 22 godziny 2 minuty i 59 sekund. Ile wschodów i zachodów Słońca mogli oglądać kosmonauci na orbicie tego statku kosmicznego? Zadanie 10 Przyjmij, że Międzynarodowa Stacja Kosmiczna porusza się po orbicie kołowej na wysokości około 400 km nad powierzchnią Ziemi, która ma kształt kuli o promieniu w przybliżeniu równym 6300 km. Oblicz długość obwodu orbity Stacji Kosmicznej. Udowodnij, że poruszając się z szybkością km/h, Stacja Kosmiczna okrąża Ziemię jeden raz w czasie ok. 1,5 godziny. Oblicz, ile razy Stacja Kosmiczna okrąży Ziemię w czasie 24 godzin? Oszacuj, ile wschodów i zachodów Słońca mogą w tym czasie obejrzeć astronauci z pokładu Stacji? II. Tematy do dyskusji lub pracy pisemnej: Czy zgadzasz się z poglądem, że współzawodnictwo między Rosją i USA stanowiło/stanowi znaczący czynnik w rozwoju badań kosmosu? Przeprowadź analizę czynników, które odgrywają istotną rolę w badaniach kosmosu. Wyraź swoją opinię dotyczącą badań kosmosu. Czy eksploracja kosmosu jest szansą czy zagrożeniem dla ziemskiej cywilizacji? III. W wybranej przez siebie formie zaprezentuj następującą tematykę: 1. Gdzie znajduje się Międzynarodowa Stacja Kosmiczna? Jak wygląda Stacja z powierzchni Ziemi, a jak Ziemia z pokładu Stacji? 2. Przedstaw historię budowy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (moduły Zaria, Unity, Zwiezda, Destiny, sposób dotarcia do Stacji oraz wydostania się z niej, spacery w przestrzeni kosmicznej). 3. Opisz życie na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (w jaki sposób astronauci spędzają dzień, jak dbają o higienę osobistą, jakie posiłki spożywają, jaką rolę na pokładzie odgrywa recykling). 4. Na czym polega praca na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (co to jest mikrograwitacja, jakie badania prowadzone są na pokładzie stacji)? Strona 8 Dokument został pobrany z serwisu.

9 Copyright by IV. Wykonaj model Stacji Kosmicznej lub poszczególnych jej modułów Uczestnicy projektu: Uczniowie gimnazjów i szkół ponadgimnazjalnych. Uczestnikami projektu mogą być również uczniowie najstarszych klas szkoły podstawowej. Etapy realizacji projektu: Zadania do wykonania przez uczniów: 1. Chętni uczniowie dobierają się w zespoły 4-5 osobowe. 2. Uczniowie wybierają tematykę prac, zapoznają się ze źródłami i przystępują do pracy. 3. W oznaczonym terminie uczniowie przedkładają prace opiekunowi koordynatorowi. 4. Uczniowie prezentują prace i zapoznają się z ich oceną. Kryteria oceny prac powinny być przedstawione uczniom przed przystąpieniem do projektu. Materiały dla ucznia: Wyszczególniona na stronie 3 literatura pomocna przy realizowaniu projektu. Kryteria oceny pracy grup uczestniczących w projekcie: Kryteria Liczba punktów Aktywność i terminowość 5 Zakres i poprawność dokumentacji grafi cznej (zdjęcia, wykresy, schematy) 10 Umiejętność korzystania z różnych źródeł informacji 5 Estetyka 5 Propozycje rozwiązań istniejących problemów 10 Forma prezentacji, poprawność językowa i ortografi czna 10 Zestawienie wykorzystanej literatury 5 Łączna liczba punktów możliwa do zdobycia 50 Strona 9 Dokument został pobrany z serwisu.