Schlüsselkonzepte
Temperatur
Mathematik
Energie
Chemische Reaktionen
Insekten
Sound
Einführung
Lieben Sie es, das pulsierende Zirpen von Grillen beim Einschlafen zu hören? Es ist ein unverwechselbarer Sound. Manche Menschen finden den Klang angenehm und friedlich, während andere ihn laut und nervig finden, besonders wenn eine Grille Zuflucht vor der Kälte in einem Haus findet. Wie auch immer Sie sich über Grillen fühlen, ihr Zirpen hat eine überraschende Botschaft — sie können die Temperatur melden! In dieser Aktivität untersuchen Sie, wie das Zwitschern dieser winzigen Kreaturen als eine Art Thermometer verwendet werden kann!
Hintergrund
Wie hängt das Zirpen einer Grille mit der Temperatur zusammen? Grillen haben, wie alle Lebewesen, viele chemische Reaktionen in ihrem Körper, wie zum Beispiel Reaktionen, die es den Muskeln ermöglichen, sich zusammenzuziehen, um Zwitschern zu erzeugen. Grillen sind wie alle Insekten kaltblütig und nehmen die Temperatur ihrer Umgebung an. Dies beeinflusst, wie schnell diese chemischen Muskelreaktionen auftreten können. Insbesondere beschreibt eine Formel, die als Arrhenius-Gleichung bezeichnet wird, die Aktivierungs- oder Schwellenenergie, die erforderlich ist, um diese Reaktionen durchzuführen. Wenn die Temperatur ansteigt, wird es einfacher, eine bestimmte Aktivierungsenergie zu erreichen, wodurch chemische Reaktionen, wie diejenigen, die eine Grille zwitschern lassen, schneller ablaufen können. Umgekehrt verlangsamen sich die Reaktionsgeschwindigkeiten, wenn die Temperatur sinkt, wodurch das Zwitschern abnimmt.
Wie machen Grillen ihr unverwechselbares Zwitschern? Sie verwenden einen Prozess namens Stridulation, bei dem spezielle Körperteile aneinander gerieben werden, um ein Geräusch zu erzeugen. Im Allgemeinen tun dies nur männliche Grillen; Auf den Flügelspitzen befindet sich eine spezielle Struktur, die als Schaber bezeichnet wird. Wenn sie ihren Ton machen wollen, heben sie ihre Flügel in einem Winkel von 45 Grad an und ziehen den Schaber eines Flügels über Falten an der Unterseite des anderen Flügels, die als Feile bezeichnet werden. Es ist so, als würde man mit dem Finger über die Zähne eines Kamms fahren.
Materialien
Außentemperatur zwischen 55 und 100 Grad Fahrenheit (12 und 38 Grad Celsius) — während eines Abends ist ideal
Zugang zu einem Außenbereich mit Grillen oder Kauf von Grillen in einer Zoohandlung
Außenthermometer
Stoppuhr
Stück Kratzpapier und Bleistift oder Stift
Vorbereitung
Stellen Sie ein Thermometer auf, um die Außentemperatur in dem Bereich zu messen, in dem Sie die Grillen beobachten werden.Während es draußen zwischen 55 und 100 Grad Fahrenheit ist (und wenn man bedenkt, dass die Abende normalerweise am besten sind, um Grillen zwitschern zu hören), gehen Sie in den Bereich, in dem sich Grillen befinden. Stellen Sie sicher, dass Sie etwas Zwitschern hören.Wenn Sie Grillen kaufen, stellen Sie sie alternativ in einen Käfig im Schatten, damit die Außenluft sie leicht erreichen kann. Warten Sie, bis Sie Zirpen hören.
Verfahren
Wählen Sie den zwitschernden Klang einer einzelnen Cricket.
Zählen Sie, wie viele zwitschert die Grille in 14 Sekunden macht. Wie viele? Schreiben Sie diese Nummer auf.Tun Sie dies noch zwei Mal und zählen Sie, wie viele Zirpen die Grille in zwei weiteren 14-Sekunden-Intervallen macht. Schreiben Sie diese Zahlen auf. Wie nah waren die Zahlen beieinander?
Durchschnitt die Anzahl der Chirps in den 14-Sekunden-Intervallen.
Addieren Sie 40 zur durchschnittlichen Anzahl der Zirpen in 14 Sekunden. Diese Gleichung (eine der ältesten und am einfachsten zu verwendenden Cricket-Thermometer-Gleichungen) wird im Farmers ‚Almanac veröffentlicht. Es sollte Ihnen die ungefähre Temperatur in Grad F. Nach dem Cricket, was ist die Temperatur?
Überprüfen Sie die Temperatur auf dem Außenthermometer. Wie nah ist die Temperatur basierend auf den Cricket-Zirpen an der Thermometeranzeige? Wenn sie unterschiedlich sind, um wie viel unterscheiden sie sich? Warum denkst du, dass sie anders sein könnten?
Extra: Um zu sehen, wie genau es ist, eine Grille zu verwenden, um die Temperatur im Allgemeinen zu bestimmen, wiederholen Sie diese Aktivität mit verschiedenen Außentemperaturen (aber bleiben Sie im Bereich von 55 bis 100 Grad Fahrenheit). Wie genau ist die Grille, wenn es draußen wärmer oder kälter wird? Wie genau scheint es insgesamt?
Extra: Basierend auf dem Bauernalmanach können Sie mit einer Grille die Temperatur in Grad C angeben, indem Sie die Anzahl der Zirpen in 25 Sekunden zählen, diese Zahl durch 3 dividieren und dann 4 addieren. Wie hoch ist die Temperatur in Grad C? Wie genau ist das?
Extra: Für eine fortgeschrittene Herausforderung vergleichen Sie, welche Gleichung am besten zu Ihren berechneten Temperaturdaten passt: Die linearen Bauernalmanachgleichungen (in dieser Aktivität verwendet) oder die Arrhenius-Gleichung, die einen Exponentialfaktor enthält. Informationen zur Arrhenius-Gleichung finden Sie im Abschnitt „Mehr zu entdecken“ auf der nächsten Seite. Welche Gleichung ist am genauesten?
Extra: Vergleichen Sie das Zwitschern verschiedener Arten von Grillen oder verschiedenen Insekten zusammen, wie katydids. Welches Lebewesen macht das beste „Insektenthermometer“?
Beobachtungen und Ergebnisse
Basierte die Temperatur auf dem Zirpen der Grille nahe der tatsächlichen Außenthermometertemperatur und vielleicht nur um ein paar Grad Fahrenheit?Bereits in den späten 1800er Jahren wurden Artikel veröffentlicht, in denen darauf hingewiesen wurde, dass sich die Chirp-Rate (oder die Anzahl der Chirps pro Sekunde, die sie erzeugt) einer Cricket basierend auf der Außentemperatur konsistent ändert. Es wurden viele Gleichungen veröffentlicht, die die Beziehung zwischen der Anzahl der Chirps pro Sekunde und der Temperatur beschreiben. Diese Gleichungen variieren alle leicht, abhängig von der Art der Grille. Wenn Sie diese Aktivität verwenden, haben Sie möglicherweise festgestellt, dass die Grille innerhalb von etwa 5 Grad Fahrenheit von der mit dem Außenthermometer gemessenen Temperatur lag und wahrscheinlich sogar noch näher daran. Wenn Sie diese Aktivität mehrmals wiederholt haben und festgestellt haben, dass es aufgrund des Zirpens der Grille kälter war als das Thermometer, könnte dies daran liegen, dass die Grille weiter von einem warmen Gebäude entfernt war als das Thermometer und / oder weil Die Grille war näher am kalten Boden. Die schneebedeckte Baumgrille wird häufig als die genaueste bei der Vorhersage der Temperatur zitiert. Wenn Sie Beispiele dafür hören möchten, wie es unter heißen, warmen, kühlen und kalten Bedingungen zwitschert, lesen Sie die Ressource auf der „Snowy Tree Cricket“ im Abschnitt „More to explore“ weiter unten.
Mehr zu entdecken
Snowy Tree Cricket von Professor Thomas Walker an der University of Florida
Field Cricket vom Great Plains Nature Center
Ratenkonstanten und die Arrhenius-Gleichung von Jim Clark bei Chemguide
Die Arrhenius-Gleichung von Shodor in Zusammenarbeit mit der University of North Carolina in Chapel Hill
Fragen Sie eine Cricket: „Was ist die Temperatur?“ von Science Buddies

Diese Aktivität wurde Ihnen in Zusammenarbeit mitscience Buddies