kluczowe pojęcia
Temperatura
Matematyka
Energia
reakcje chemiczne
owady
dźwięk
wprowadzenie
uwielbiasz słyszeć pulsujący świerszcz podczas zasypiania? To dźwięk nie do przeoczenia. Niektórzy ludzie uważają, że dźwięk jest przyjemny i spokojny, podczas gdy inni uważają, że jest głośny i irytujący, zwłaszcza jeśli krykieta znajdzie schronienie przed zimnem w domu. Niezależnie od tego, co myślisz o świerszczach, ich ćwierkanie ma zaskakujący komunikat – mogą zgłaszać temperaturę! W tym ćwiczeniu zbadasz, w jaki sposób ćwierkanie tych maleńkich stworzeń może być wykorzystane jako rodzaj termometru!
Tło
W Jaki Sposób świerszcz krykieta ma związek z temperaturą? Świerszcze, podobnie jak wszystkie żywe istoty, mają wiele reakcji chemicznych zachodzących w ich ciałach, takich jak reakcje, które pozwalają mięśniom kurczyć się, aby produkować ćwierkanie. Świerszcze, jak wszystkie owady, są zimnokrwiste i przyjmują temperaturę otoczenia. Wpływa to na szybkość reakcji chemicznych mięśni. W szczególności wzór zwany równaniem Arrheniusa opisuje aktywację lub próg energii wymaganej do wystąpienia tych reakcji. Wraz ze wzrostem temperatury łatwiej jest osiągnąć pewną energię aktywacji, umożliwiając tym samym szybsze reakcje chemiczne, takie jak te, które pozwalają świergotowi świergotać. Z drugiej strony, wraz ze spadkiem temperatury, tempo reakcji zwalnia, co powoduje, że ćwierkanie zmniejsza się wraz z nim.
jak świerszcze robią charakterystyczny świerszcz? Używają procesu zwanego stridulation, w którym specjalne części ciała są pocierane razem, aby hałasować. Zazwyczaj robią to tylko samce świerszczy; na wierzchołkach ich skrzydeł znajduje się specjalna struktura, zwana skrobakiem. Kiedy chcą wydać dźwięk, wznoszą skrzydła pod kątem 45 stopni i rysują Zgrzebło jednego skrzydła w poprzek zmarszczek na spodzie drugiego skrzydła, zwane pilnikiem. To trochę jak bieganie palcem po zębach grzebienia.
materiały
temperatura zewnętrzna między 55 a 100 Stopni Fahrenheita (12 i 38 stopni Celsjusza)—podczas wieczoru jest idealny
dostęp do zewnętrznego obszaru ze świerszczami lub zakup świerszczy w sklepie zoologicznym
Termometr Zewnętrzny
Stoper
kawałek papieru do rysowania i ołówek lub długopis
Przygotowanie
Skonfiguruj termometr do pomiaru temperatury zewnętrznej w obszarze, w którym będziesz obserwować świerszcze.
podczas gdy na zewnątrz jest między 55 a 100 stopni F (i pamiętając, że wieczory są zwykle najlepsze do słuchania świerszczy ćwierkających) idź do obszaru, w którym są świerszcze. Upewnij się, że usłyszysz ćwierkanie.
ewentualnie, jeśli kupisz świerszcze, ustaw je na zewnątrz w klatce w cieniu, dzięki czemu powietrze z zewnątrz łatwo do nich dotrze. Poczekaj, aż usłyszysz ćwierkanie.
procedura
Wybierz ćwierkanie jednego świerszcza.
policz ile świerszczy robi świerszcz w 14 sekund. Ilu? Zapisz ten numer.
zrób to jeszcze dwa razy, licząc ile ćwierknięć wykona świerszcz w dwóch kolejnych 14-sekundowych odstępach. Zapisz te liczby. Jak blisko były liczby do siebie?
średnia liczba ćwierci w 14-sekundowych odstępach.
dodaj 40 do średniej liczby ćwierkań w ciągu 14 sekund. Równanie to (jedno z najstarszych i najłatwiejszych w użyciu równań krykieta-termometru) zostało opublikowane w Almanachu rolników. Powinna podać przybliżoną temperaturę w stopniach F. według świerszcza, jaka jest temperatura?
Sprawdź temperaturę na termometrze zewnętrznym . Jak blisko jest do odczytu termometru? Jeśli są różne, o ile się różnią? Dlaczego myślisz, że mogą być inne?
Extra: Aby zobaczyć, jak dokładne jest używanie krykieta do określenia temperatury w ogóle, powtórz tę czynność przy różnych temperaturach zewnętrznych(ale pozostań w zakresie od 55 do 100 stopni F). Jak dokładny jest świerszcz w informowaniu o temperaturze, gdy jest coraz cieplej lub zimniej Na Zewnątrz? Jak dokładne wydaje się to ogólnie?
Extra: w oparciu o Almanach farmerów można użyć świerszcza, aby określić temperaturę w stopniach C, licząc liczbę ćwierknięć w ciągu 25 sekund, dzieląc tę liczbę przez 3, a następnie dodając 4. Według świerszcza, jaka jest temperatura w stopniach C? Jak dokładne to jest?
Extra: w przypadku zaawansowanego wyzwania porównaj, które równanie najlepiej pasuje do obliczonych danych temperaturowych: równania Almanachu rolników liniowych (używane w tej czynności) lub równanie Arrheniusa, które zawiera czynnik wykładniczy. Informacje na temat równania Arrheniusa można znaleźć w sekcji” Więcej do zbadania ” na następnej stronie. Które równanie jest najdokładniejsze?
Extra: Porównaj ćwierkanie różnych gatunków świerszczy lub zupełnie różnych owadów, takich jak katydidy. Który stworek robi najlepszy „termometr na owady”?
obserwacje i wyniki
Czy temperatura opierała się na ćwierkaniu świerszcza zbliżonym do rzeczywistej temperatury termometru zewnętrznego, a może nawet o kilka stopni F?
już pod koniec XIX wieku opublikowano artykuły, w których zauważono, że częstotliwość ćwierkania krykieta (lub liczba ćwierkań na sekundę) zmienia się konsekwentnie w zależności od temperatury zewnętrznej. Opublikowano wiele równań opisujących zależność między liczbą ćwierci na sekundę a temperaturą. Równania te różnią się nieznacznie, w zależności od gatunku krykieta. Korzystając z tej czynności, być może odkryłeś, że Krykiet znajdował się w odległości około 5 stopni F od temperatury mierzonej za pomocą termometru zewnętrznego, a prawdopodobnie nawet bliżej. Jeśli powtórzyliście tę czynność wiele razy i stwierdziliście, że świerszcz był zimniejszy niż termometr, może to być spowodowane tym, że świerszcz znajdował się dalej od ciepłego budynku niż termometr i / lub dlatego, że świerszcz był bliżej zimnej gleby. Snowy Tree cricket jest często cytowany jako najbardziej dokładny w przewidywaniu temperatury. Jeśli chcecie posłuchać przykładów jego ćwierkania w gorących, ciepłych, chłodnych i zimnych warunkach, zajrzyjcie do działu „Snowy Tree Cricket” w sekcji „More to explore” poniżej.
More to explore
Snowy Tree Cricket from Professor Thomas Walker at the University of Florida
Field Cricket from Great Plains Nature Center
Rate Constants and the Arrhenius Equation from Jim Clark at Chemguide
The Arrhenius Equation from Shodor in cooperation with the University of North Carolina at Chapel Hill
Ask a Cricket: „What Is the Temperature?”od kumpli z nauki

ta działalność powstała we współpracy z kolegami z nauki