Tartu füüsikud põrgatavad ilmapalli ehk Õhupallid koolifüüsikas

22. apr. 2016 Piia Post, TÜ FI meteoroloogia ja klimatoloogia dotsent; Kristel Uiboupin, TÜ FI füüsika didaktika assistent, Kanepi gümnaasiumi füüsikaõpetaja - Kommenteeri artiklit
Eelmisel aastal lennutati Tartu ülikooli füüsikahoone katuselt kõrgustesse ilmapall, mis koosnes suurest õhupallist, langevarjust, reflektorist, lastist ning nöörijupist, mis kõike koos hoidis. Foto: Erakogu

Eelmisel aastal lennutati Tartu ülikooli füüsikahoone katuselt kõrgustesse ilmapall, mis koosnes suurest õhupallist, langevarjust, reflektorist, lastist ning nöörijupist, mis kõike koos hoidis. Foto: Erakogu

 

Möödunud aastal tähistati 150 aasta möödumist professionaalse ilmavaatluse algusest Eestis. Selle olulise verstapostini jõudmise tähistamiseks avati uus ilmajaam Tartu ülikooli füüsikahoone ehk Physicumi katusel. Üritusel lennutati kõrgustesse ilmapall.

Selle heeliumiga täidetud õhupalliga, mida võib nimetada ka täiustatud ilmasondiks, võeti osa rahvusvahelisest õhupallide lennutamise võistlusest „Global Space Balloon Challenge”. Ülemaailmse ürituse käigus saab võtta mõõtu teiste pallilennutajatega. Võistlus toimub mitmes kategoorias, näiteks õhupalli lennukõrgus, parim disain, parim foto, parim teaduseksperiment jne.

Maandus järve

Meie ilmapall koosnes ühest suurest õhupallist, mis täideti heeliumiga, langevarjust, reflektorist, lastist ning nöörijupist, mis kõike koos hoidis. Meie jaoks kõige olulisem osa sellest oli last, mille sisuks olid kaamera, mis edastas pilti õhupallilt, ja Arduino-plaat, mille külge olid ühendatud andurid, mis mõõtsid lennu ajal õhurõhku, -niiskust, -temperatuuri ja UV-kiirgust. GPS-i kaudu sai ülevaate õhupalli horisontaalsest ja vertikaalsest asukohast ning raadiosaatjaga määrata lasti asukoha pärast maandumist.

Ilmapalli tõus kestis ligikaudu kaks tundi ning lennukõrguseks kujunes peaaegu 30 km. Õhupalli tõusmisel kõrguse kasvades õhurõhk pidevalt väheneb ning seetõttu hakkab õhupall paisuma, saavutades maksimaalseks läbimõõduks 7−8 m. Maksimaalse läbimõõdu saavutamisel pall lõhkeb ning last langevarjuga hakkab langema.

Lasti allatuleku aeg jäi umbes poole tunni jagu lühemaks kui tõusmine. Õhupalli lennutamisel on vägagi oluline pidada silmas ilmastikuolusid, eriti kui on soov palliga ülessaadetud last tagasi saada. Seepärast võiks pall alla kukkuda koduriigi piirides, meie oma lõpetas oma teekonna paraku Pihkva järves.

Õhupalli teekonda on võimalik ilmastikuolusid arvestades selleks spetsiaalselt loodud internetilehekülgedel mudeldada ning sedasi määrata võrdlemisi täpselt (mõnekümne kilomeetri täpsusega) lasti maandumiskoht.

Suur õppimisvõimalus

Ilmapall koostati ja valmistati ülikooli füüsikatudengite, atmosfäärifüüsikute ja koolifüüsikute koostöös ning sellest tekkis idee, et sedaliiki ilmaõhupallide lennutamine võiks huvi pakkuda ja leida rakendust ka kooliõpilaste õpetamisel.

Seega kaasati pilootprojekti kümmekond õpilast Tartust ja Tartu lähiümbrusest, kes olid abiks palli lendulaskmisel. Õpilaste osavõtt ei piirdunud palli lennutamisega, mõni aeg hiljem toimus ka seminar, kus analüüsiti õhupallilt saadud andmeid.

Kuna saadud kogemus oli hea nii läbiviijate kui õpilaste jaoks, otsustati õhupalliga kaasnevat hariduslikku külge edasi arendada ning tulemuseks on praegu Kanepi gümnaasiumis läbiviidav loodus- ja keskkonnahariduse projekt „Mina ja atmosfäär”, mille teokssaamisele on aidanud kaasa keskkonnainvesteeringute keskus ja Eesti füüsika selts. Projekti käigus on seni toimunud Kanepi gümnaasiumis kolm temaatilist praktilise suunitlusega õpituba: „Atmosfääri ehitus”, „Hapnik ja süsihappegaas atmosfääris” ning „Kiirgus atmosfääris”.

Õpitubade sisulise poole eest on kandnud hoolt füüsika- ja geograafia­eriala doktorandid ning magistrandid. Õpitoad on töötatud välja kõigile neljale kooliastmele.

Järgmise etapina ootab ees järjekordne ilmapalli lennutamine ning pallilt saadud andmete analüüsimine. Selleks korraks oleme jõudnud tegelda ka andmete graafilise esituse arendamisega. Vähendamaks ajakulu tehnilisele poolele ja lihtsustamaks õpilaste jaoks andmete arvutisse lugemist ja nende graafilist esitamist, on loodud veebilahendus, mille eesmärk on eelkõige andmete sisuline analüüs.

Nn ilmapalli koolikursus ei piirdu ainult keskkonna- ja atmosfäärifüüsika piiridesse jäävate teemavaldkondade käsitlemisega, vaid sellel on laiemad rakendusvõimalused käsitlemaks veel mitmeid teemasid koolifüüsikas. Huvitavaid võimalusi kursuse edasiarenduseks leiab nii mehaanika kui ka soojusõpetuse osast, ja mitte ainult. Alustades pallinööri katkemiseks vaja mineva jõu väljaarvutamisega ning lõpetades õhupalli ruumala kasvu leidmisega seoses õhurõhu vähenemisega kõrguse kasvades.

Läbiviidav projekt kannab eneses väärtust mitte ainult üldhariduses, vaid ka tudengite jaoks – andes neile võimaluse tutvuda koolifüüsika sisuga, ette valmistada ja läbi viia riikliku õppekavaga seotud õppetegevusi, väljakutse on ka palliga ülessaadetava elektroonilise poole ettevalmistus, arendusplaadiga seotud anduritele vajamineva programmi kirjutamine, mis juhib mõõtmisi: lubab andmeid küsida, edastada jne.

Sellise projekti ettevõtmine, läbiviimine ja arendus on olnud võimalik tänu paljude inimeste heale tahtele, tööle ja koostööle, suur tänu kõigile asjaosalistele!


Kirjuta kommentaar

Õpetajate Lehel on õigus avaldada teie kirjutatud kommentaar paberväljaandes. Kommentaari pikkus ei tohi ületada 3000 tähemärki. Õpetajate Lehe kodulehe kommentaarid on modereeritavad ja avaldatakse pärast toimetamist hiljemalt kommentaari saatmisele järgneva tööpäeva hommikuks. Lehel on õigus jätta saadetud kommentaar kodulehel avaldamata. Iga kommentaari edastaja arvuti IP-aadress, sessiooni identifikaator ja kommenteerimise aeg salvestatakse andmebaasis. Õpetajate Leht ei vastuta kommentaaride sisu eest!