Riassunto / Abstract

La realizzazione di questa esperienza permette, attraverso la sua realizzazione, di capire come funziona un sismometro. Inoltre, una volta allestito il sismometro, sarà possibile visualizzare come si registrano le onde sismiche. 

Scheda sintetica delle attività

 In questa esperienza viene realizzato un sismometro verticale e se ne osserva il funzionamento.

L’esperienza viene realizzata con una strumentazione che fa parte del kit didattico Sismo-box, presentato nell’ambito del progetto LS-OSA durante i laboratori itineranti in diverse scuole italiane e la cui guida è disponibile sulla piattaforma LS-OSA nella sezione ‘Laboratori Itineranti’. Per realizzare l’esperienza non è necessario possedere il kit. Si devono realizzare solo i componenti del sismometro acquistando il materiale necessario in negozi di bricolage/cartoleria (tutto descritto e dettagliato nella guida). Attraverso procedure molto semplici  si ottengono i singoli componenti del sismometro. Una volta che il sismometro è allestito, è possibile vederlo ‘in funzione’ attraverso la registrazione di un segnale ‘sismico’ visualizzabile in forma di sismogramma.

Risorse necessarie

Per la realizzazione del sismometro si può fare riferimento alla descrizione riportata nella guida del Kit didattico ‘Sismo-box’ (pagine 7-12), disponibile nella parte della piattaforma LS-OSA dedicata ai Laboratori Itineranti oppure cliccando qui.
Il Kit contiene tutte le parti necessarie per la realizzazione di un sismometro (figura 1) ma non è necessario avere l’intero Kit. I singoli componenti possono essere realizzati separatamente seguendo le istruzioni riportare nella guida alle pagine 42-49. 
Per questo esperimento si utilizza il seguente materiale (i numeri sono riferiti alla figura 1):

• supporti del sismometro da fissare con le viti in dotazione (1 e 2) ;
• supporto per la bobina /3);
• contenitore per acqua che serve come sistema di smorzamento del moto (nel Kit in dotazione è il barattolo che contiene i componenti del sismometro), (4)
• tubo di plastica forato all’estremità da fissare nel supporto 1 (5);
• scheda audio esterna (non serve nel caso si usi un computer fisso e non un portatile) (6);
• asticella da fissare nel tubo di plastica (7);
• massa da unire con il magnete (8);
• elastici di supporto (9);
• magneti (10);
• bobina (11);
• vite da applicare ai magneti (12);
• rondella di plastica da applicare a 12) (13);
• elastico ‘molla’ al quale è appesa la massa (magnete) (14).

Prerequisiti necessari

• Saper descrivere un fenomeno sismico;
• saper relazionare lo sforzo alla deformazione delle rocce;
• saper distinguere le caratteristiche fisiche delle onde sismiche e la loro propagazione;
• saper interpretare un sismogramma;

Obiettivi di apprendimento

• Comprendere il funzionamento di un sismometro;
• comprendere come si registrano le onde sismiche.

Dotazioni di sicurezza

Nessuna

Svolgimento

Si prepara l’attrezzatura come illustrato in figura 2.  
Durante l’allestimento si ricorda di:

• fissare il supporto del sismometro sul tavolo con nastro adesivo in modo tale da renderlo solidale con esso;
• centrare i magneti rispetto alla bobina in modo tale che si trovino a metà della bobina. Per fare questo arrotolare o srotolare l’elastico (14) attorno all’asticella di legno (figura 2e) in modo tale da ottenere l’altezza corretta;
• centrare i magneti rispetto al suo diametro interno, in modo tale che si possa muovere verticalmente senza ostacoli;
• collegare la bobina alla scheda audio esterna (la prima volta che si usa la scheda audio esterna va installata sul computer) e quest’ultima al computer (figura 2i).

• Aprire dal menu a tendina SISMO LOGIC il programma ‘Audacity for speed wave’ (figura 3a) scaricabile qui.

L’esperimento consiste nell’avviare la registrazione (figura 3b), nel colpire il tavolo con un pugno (figura 4) e nell’osservare la traccia di registrazione che si produce (figura 5). Quando si batte sul tavolo (si simula un terremoto), il sistema massa-magnete rimane immobile (per il Principio di Inerzia) mentre l’intelaiatura del sismometro si muove solidalmente con il terreno che è stato sollecitato (figura 5). E’ proprio questa variazione di movimento relativa tra magnete e bobina che genera una corrente registrata dal computer. Provate a effettuare l’esperimento con acqua e senza acqua nel contenitore alla base del sismometro e provate a descrivere cosa succede. Per vedere il video clicca qui.

Note e storia

Il terremoto è uno scuotimento della superficie libera della Terra, generato da una discontinuità del campo elastico localizzata in un volume della crosta terrestre in un determinato momento. Tale discontinuità è associata alla formazione di una nuova superficie “faglia”; l’energia che genera tale faglia si propaga in tutto il mezzo (crosta terrestre) sotto forma di onde elastiche. Le onde elastiche si osservano sulla superficie fisica della Terra come uno scuotimento dei punti che la costituiscono.

Gli strumenti che rivelano il terremoto sono chiamati sismometri. Un sismometro è un sistema elettro-meccanico atto a misurare nel dominio del tempo lo spostamento, la velocità o l’accelerazione di un punto del terreno. Il sistema è costituito da un sistema massa magnetica-molla, oscillante in una bobina costituita da n spire.

Se il movimento del terreno dove poggia lo strumento è sufficientemente veloce, la massa rimarrà ferma, fornendo un punto di riferimento fisso nello spazio rispetto al quale si possono misurare gli spostamenti generati dal moto del terreno. Il moto della massa magnetica (moto relativo) nella bobina, genera una corrente nelle sue spire (corrente indotta); tale corrente può essere rilevata ai capi della bobina. Tale fenomeno è noto come induzione elettromagnetica. I sismometri sono di due tipi, a seconda del moto relativo della massa magnetica: se il moto è verticale il sismometro si definisce verticale ed il segnale fornito descrive l’andamento temporale della componente verticale del moto del terreno. Se il moto della massa è orizzontale, il sismometro si definisce orizzontale e il segnale fornito descrive l’andamento temporale della componente orizzontale del moto del terreno. L’andamento temporale del moto del terreno descrive il sismogramma.

Autori

Cifelli Francesca

Specifiche esperimento Materia Scienze della Terra Classi a cui è rivolto 5° anno Tipologia di laboratorio Povero Reperibilità del materiale Uso quotidiano, negozi specializzati, siti web Materiale specifico Telaio solidale con il terreno, massa inerziale sospesa, sistema di smorzamento, meccanismo di registrazione del moto del terreno relativo alla massa Durata esperimento in classe 1 h Capacità di bricolage/assemblaggio Sì Necessità lavorazioni meccaniche/elettroniche Sì Necessità PC per acqusizione/analisi dati Sì Necessità di uno smartphone No Parole chiave Scienze della Terra Tettonica delle placche Terremoti Sismometro