Zer material da egokiena espazio-ontzi bat eraikitzeko?
ESAko ingeniariei lagunduz
Materialen propietateak aztertzea funtsezko zeregina da espazio-ontziak diseinatzeko. Haren osagaiek eta egiturek gai izan behar dute espaziora bidaiatzean jasaten dituzten muturreko baldintzei aurre egiteko, hala nola azelerazio eta balaztatze gogorrak, eguzki-haizearen eta erradiazio elektromagnetikoen eragina, partikulen inpaktuak eta espazioko zaborra.
Orion espazio-ontzia eraikitzen ari dira, gizakia espazioan inoiz baino urrunago eramateko. Europako Espazio Agentzia (ESA, European Space Agency) Orion ontziaren Europako Zerbitzu Modulua garatzen ari da: tripulazioari airea eta ibilgailuari elektrizitatea zein propultsioa emateaz arduratzen den nabearen eremua da, espaziora irtetea ahalbidetuko diona.
Lagun diezaiekegu ESAko ingeniariei (European Space Agency) Orion ibilgailu espazialaren zati bakoitzeko materialek eduki behar dituzten propietate egokienak aukeratzen?
Zeregina: Espazio-ontzi bat diseinatuko dugu
Iraupena
4 saio /4 ordu
Taldeak:
3 edo 4 pertsonak osatutako taldeak
Ba al dakizu zenbaiten lana espazio-ontzi batean joatea dela? Noizbait egin duzu amets espazio-ontzi bat gidatzearekin? Ez da hain erraza, baina agian espazio-ontzien eraikitzaile izan gaitezke, asko ikasten badugu... Ingeniari espazialen mailara iritsi nahi dugu, eta espazio-ontzi bat eraikitzeko materialik onena zein den ikertuko dugu horretarako. Taldeka jarri, eta has gaitezen, urratsez urrats. Zirraragarria!
1. Materialak
Zein dira Orion ontziaren ezkutu babesgarrirako erabiltzen diren materialen ezaugarriak?
Materialak: Neurri bereko kuboak, material hauetakoak:
Kobrea
Aluminioa
Letoia
Altzairua
Egurra
Harria
Plastikoa
Poliestirenoa
Aluminio-aleazioak
Zenbait material ditugu hemen, tamaina bereko kubo forman. Taldean eztabaidatuko dugu zergatik material batzuk gauza batzuetarako erabiltzen diren eta beste batzuetarako ez. Ezaugarri horien zerrenda egingo dugu, eta duten garrantziaz eztabaidatuko dugu.
Materialak behatu eta ukituko ditugu, arreta jarriz zer diren esaten saiatzeko.
Materialak behatu dugunaren arabera multzokatuko ditugu, hala nola astuna edo arina; zimurtsua edo leuna; beroa edo hotza den ukitzean; distiratsua edo matea.
Taula honetan jasoko ditugu gure behaketak:
Materiala
Oharrak
Kobrea
Aluminioa
Letoia
Altzairua
Egurra
Harria
Plastikoa
Poliestirenoa
Aluminio-aleazioak
Zergatik bildu ditugu materialak horrela eta ez beste modu batera?
Zer proba egin genitzake materialak konparatzeko?
Materialen aniztasunari buruz ateratako lehen ondorioak idatziko ditugu.
2. Masa
Ontzi bat espaziora jaurtitzeko, suziri erregai asko behar da, eta oso garestia da gainera. Material erresistenteak eta masa gutxikoak behar ditugu ontzia eraikitzeko.
Kuboei eutsiko diegu, banaka, esku batekin, eta sailkapena egingo dugu: arinena dela uste dugunetik (1) astunena iruditzen zaigunera (9).
Orain, balantza digitala erabiliko dugu kubo bakoitza pisatzeko, eta benetako pisua idatziko dugu (gramotan, hamartar batekin)
Berriz sailkatuko ditugu, benetako pisuan oinarrituta.
Datuak taulan idatziko ditugu.
Materiala
Nire sailkapena 1etik 9ra
Benetako masa g-tan
Benetako sailkapena 1etik 9ra
Kobrea
Aluminioa
Letoia
Altzairua
Egurra
Harria
Plastikoa
Poliestirenoa
Aluminiozko aleazioa
Hasieran gutxi gorabehera egindako sailkapena eta benetako sailkapena alderatuko ditugu, eta azalduko dugu zergatik duten elkarren antza edo zergatik diren desberdinak.
Taldean eztabaidatuko dugu, masan oinarrituta soilik, ea zein material izango litzatekeen espazio-ontzi bat egiteko egokiena eta zergatik.
3. Dentsitatea
Materialen propietate garrantzitsuetako bat da dentsitatea, kontuan hartu beharrekoa. Gure materialaren zerrendatik, zein uste dugu izango direla dentsitate txikienekoak? Nola jokatu beharko genuke hori aurkitzeko eta zein material behar dira horretarako?
Materialak;
2X2x2 cm-ko ontziak, material desberdinetakoak
1 baskula digital
1 erregela
Probeta bat urarekin (aukerakoa)
Prozedura:
1. Esperimentu hau egiteko, kuboen bolumena aurki dezakegu, kubo bakoitza ura duen probeta batean sartzean zenbat ur mugitzen den kalkulatuz edo, bestela, kubo bakoitzaren aldeak neurtuz eta bolumena zenbakizko eragiketen bidez kalkulatuz. Lana taldean banatuko dugu, eta bi metodoak erabiliko ditugu lortutako emaitzak erkatzeko; emaitzek baliokideak izan beharko lukete.
2. Emaitzak taulan jasoko ditugu:
Materiala
Masa (g)
Dentsitatea(g/cc)
Kobrea
Aluminioa
Letoia
Altzairua
Egurra
Harria
Plastikoa
Poliestirenoa
Aluminiozko aleazioa
3.- Betetzen dira gure hipotesiak?
4. Eroankortasun termikoa
Espazio-ontzi bateko taldeak eta tripulazioa –Orion ontzikoa, esaterako–, espazioko muturreko tenperaturetatik babestu behar dira, eroso lan egiteko. Horretarako, tenperatura oso altuak eta oso baxuak jasateko gai diren materialak behar dira. Normalean, material horiek eroale termiko onak izaten dira. Gure materialen artetik, zein izango dira eroale termiko onak, gure ustez?
Gure hipotesiak aurreratuko ditugu: .........................
Materialak
2X2x2 cm-ko ontziak, material desberdinetakoak
Paper termokromatikoa
2 Petri plaka
Ur beroa 100ºC-tara (kontuz, ez ukitu)
Prozedura:
1. Paper termokromatikozko lauki txiki bat jarriko dugu material-kubo bakoitzaren gainean. Horiek guztiak giro-tenperaturan egon behar dira.
2. Petriren bi plakatan ur beroa isuri, eta gero dagokien estalkiekin estaliko ditugu.
3. Kuboak Petriren plaken estalkien gainean jarriko ditugu.
4. Arretaz eta pazientziaz begiratzen diogu paper termokromatikoari, eta kolorea aldatzen lehenak zein diren idatziko dugu.
5. Materialak beren eroankortasun termikoaren arabera antolatuko ditugu: beroa azkarrago eroaten dutenetatik (1) mantsoago eroaten dutenetara (9), eta erantzunak taula batean idatziko ditugu.
Materiala
Nire sailkapena 1etik 9ra
Kobrea
Aluminioa
Letoia
Altzairua
Egurra
Harria
Plastikoa
Poliestirenoa
Aluminiozko aleazioa
6. Lortutako emaitzak aztertuta, gure ondorioak idatziko ditugu. Azalduko dugu material horietatik zein den eroankortasun termikoa ondoen ahalbidetzen duena..
5. Propietate elektrikoak
Espazio-ontziaren osagai elektrikoak inguratzen dituen materialak eroale elektriko ona izan behar du, elektrizitatea eroateko eta bestela osagaiak kaltetu ditzaketen karga elektrikoak kentzeko. Gure materialetako zein izango da eroale elektrikorik onena?
1. Gure hipotesiak idatziko ditugu: ..................................................
2. Materialen propietate elektrikoak egiaztatzeko, zirkuitu elektriko bat muntatu behar dugu, eta proba egin behar dugu materialekin banan-banan.
3. Emaitzak taula batean jasoko ditugu
4. Lortutako emaitzak aztertuta, gure ondorioak idatziko ditugu. Azalduko dugu material horietatik zein diren eroale elektrikoak eta zein ez.
6. Magnetismoa
Espazioan zehar bidaiatzeko, garrantzitsua da espazio-ontzia material magnetikoz egina ez izatea. Material magnetikoak saihestu egin behar dira espazio-ontzietan, hondatu egin ditzaketelako ontzian dauden tresnak, orientazio-sistema adibidez. Sistema horrek Lurraren eremu magnetikoa erabiltzen du ontzia norabide egokian orientatzeko. Gure materialetatik, zein izango dira magnetikoak zure ustez?
Gure hipotesiak idatziko ditugu: ..........................................................
Egiaztatuko dugu material horietatik zeinek interakzionatzen duten iman batekin eta zeinek ez.
Emaitzak taula batean jasoko ditugu
Zer material ez dira magnetikoak? Azaldu ondo zergatik ez diren magnetikoak.
7. Inpaktuak
Bai espazio-ontziek bai satelite artifizialek abiadura bizian bidaiatzen duten espazio-zaborraren zatiak jo ditzakete; horregatik, inpaktu horiei aurre egiteko gai diren materialak erabili behar dira. Zein ote da inpaktuekin kalterik ez jasateko dugun materialik onena?
Gure hipotesiak idatziko ditugu: ...................................................
Metodo eraginkorra izango litzateke arrapala bat erabiltzea, kanika batek proba hau egiteko erabiltzen ari garen material bakoitzarekin talka egin ondoren izaten duen errebotea neurtzeko. Zenbat eta errebote handiagoa, orduan eta gutxiago sufrituko du materialak.
Arrapala eraiki, eta egiaztatuko dugu material horietatik zeinek egiten duen errebote handiagoa. Jaurtiketa hiru aldiz errepikatuko dugu kubo bakoitzarekin, eta hiru erreboteen batez besteko (batez besteko aritmetikoa) kalkulatuko dugu.
Emaitzak taula batean jasoko ditugu.
Zein materialek dirudite espazio-ontzi bat eraikitzeko egokienak?
8. Ondorioak
Kuboak proba horiek guztiak egin ondoren, orain taula bat osatuko dugu haien ezaugarri nagusiekin.
Materiala
Masa (g)
Den-tsitatea (g/cc)
Eroan-kortasun elektrikoa
(Bai / Ez)
Eroan-kortasun termikoa
(Bai / Ez)
Magnetis-moa
(Bai / Ez)
Inpaktuen errebo-tearen neurketa (mm)
Kobrea
Aluminioa
Letoia
Altzairua
Egurra
Harria
Plastikoa
Poliesti-renoa
Aluminiozko aleazioa
Zein da materialik hoberena Orion ontzirako?
Talde bakoitzak bere erabakia azalduko dio ikasgela osoari, eta datuetan oinarrituko da horretarako.
Ebaluazioa eta hausnarketa
Behin zeregina amaituta, une ona da hausnarketa egiteko gure ikaskuntza-egunerokoan. Hona iradokizun batzuk:
Zer ikasi dut?
Prozesuan zehar zerk harritu nau gehien? Zergatik?