Stigla je zima, a s njom i vremenske prilike koje nas često tjeraju da ostanemo u toplini svojih domova. Dok je nama hladno na 0o C, nekima ta temperatura zvuči prilično ugodno. U ovom članku saznajte više o snježnim skloništima – igluima i razveselite učenike zadatcima inspiriranim polarnim hladnoćama.
Inuiti i iglu
Inuiti (što u prijevodu znači ljudi) skupina su naroda koji žive u hladnim arktičkim područjima sjeverne Kanade, Aljaske i Grenlanda. Podneblje u kojem žive iznimno je surovo, pa su zimi uobičajene temperature od $-40$o C. Inuiti su tijekom stoljeća razvili različite načine prilagodbe, a jedna od njihovih ključnih sposobnosti je izgradnja skloništa prikladnih za vremenske uvjete kojima su okruženi: hladnoća i oštar vjetar. Takvo tradicionalno sklonište je iglu. Ipak, treba napomenuti kako Inuiti ne žive u igluima, nego oni prvenstveno služe kao privremena skloništa tijekom lova.
Iglu je kupolasta građevina napravljena od čvrstih blokova snijega. Oni se režu na približno jednake komade i slažu u oblik kupole pri čemu se svaki viši red lagano pomiče prema unutra dok se potpuno ne zatvori. Najčešće za iglu kažemo da je oblika polukugle, iako u stvarnosti nije prava polukugla. U vertikalnom presjeku iglu je lančanica. Takav oblik osigurava ravnomjerno raspoređivanje težine snježnih blokova i time sprečava napukline i urušavanje.
Lančanica je krivulja koja opisuje oblik lanca ili užeta ovješenog na svojim krajevima te visi pod utjecajem gravitacije. U pravokutnom koordinatnom sustavu definirana je jednadžbom $y=a\cdot {\rm ch}\left(\frac xy\right)$ gdje je $a$ konstanta koja ovisi o udaljenosti točaka ovješenja i sili zatezanja. U priloženom GeoGebrinu programu možete vidjeti kako lančanica izgleda za različit broj $a$. Uočite i drukčiju oznaku za funkciju kosinus hiperbolni. U engleskom govornom području uobičajena je oznaka $\cosh$, dok se kod nas upotrebljava oznaka ${\rm ch}$. Osim što se pojavljuje u prirodi, (primjerice nit u paukovoj mreži između dviju točaka najčešće poprima oblik lančanice), upotrebljava se u dizajnu mostova, različitih lukova i svodova.
Vratimo se ponovno na iglu. Osim zbog stabilnosti kupolasti oblik iglua savršen je izbor i zbog omjera volumena i oplošja. U ovom slučaju taj je omjer veći nego primjerice kod kvadra ili valjka pa se uz minimalnu potrošnju materijala dobiva maksimalan volumen.
U unutrašnjosti iglua iznenađujuće je toplo. Unutra su temperature uglavnom malo iznad nule, no mogu biti i iznad $10$o C što je vrlo ugodno u odnosu na vanjsku temperaturu koja je u tom trenutku oko $-40$o C. Intuitivno ne bismo očekivali da građevina napravljena od snijega, koji je hladan, iznutra može biti topla. No, snijeg je izvrstan toplinski izolator jer sadrži puno zarobljenog zraka te tako omogućuje da velik dio topline ostaje unutra. Toplina u iglu dolazi od tjelesne topline ljudi koji su unutra te od uljne svjetiljke koja se najčešće upali.
Svaki iglu na ulazu ima maleni tunel. On prvenstveno služi za zaštitu od udara vjetra i naleta snijega u unutrašnjost. Uz to pomaže i smanjenju gubitka topline. Unutrašnjost iglua podijeljena je na niži dio koji je blizu tunela i tu se zadržava hladan zrak jer je veće gustoće od toplog (teži je), dok je dio na kojem se spava povišen. U aktivnostima u nastavku, zbog jednostavnosti, učenici mogu izrađivati iglu bez tunela.
Zadatci
Nekoliko zanimljivih informacija o Inuitima i igluima iz prvog dijela članka mogu poslužiti kao motivacija za učeničke aktivnosti. Ponuđeni su zadatci koji se ovisno o dobi i znanju učenika mogu prilagoditi. Plavom su bojom označeni mogući odgovori za neka pitanja.
1. Izgradnja iglua
Učenici od glinamola ili plastelina mogu napraviti vlastite modele iglua. Trebaju napraviti male blokove i slagati ih u kupolu. Raditi mogu indivudualno, u parovima ili manjim grupama. U nastavku su neki od zadataka koje pritom mogu rješavati.
a) Prosječna dimenzija snježnog bloka od kojeg Inuiti grade iglu je 70 x 50 x 30 cm. Izračunaj masu jednog bloka ako je gustoća snijega od kojeg je napravljen $300 \text{ kg/m}^3$. (31.5 kg)
b) Za izgradnju manjeg iglua u koji stanu 2 osobe potrebno je oko 50 snježnih blokova. Kolika je njegova masa? (oko 1.5 tona)
c) Aput i Nanuk grade iglu. Za taj posao potrebno im je 6 sati. Ako bi Aput radio sam, trebalo bi mu 9 sati. Koliko bi vremena trebalo Nanuku da sam izgradi iglu? (Nanuku bi trebalo 18 sati.)
d) Izmjeri vanjski promjer svog iglua. Koliko je njegovo oplošje uz pretpostavku da je oblika polukugle?
e) Izmjeri unutarnji promjer svog iglua. Koliki je njegov volumen uz pretpostavku da je iglu oblika polukugle?
f) Ako je volumen pravog iglua $10.3 \text{ m}^3$, koliko je puta volumen tvog iglua manji od pravog?
g) Na koje sve načine možeš izračunati koliko si materijala potrošio/la za izgradnju svog iglua? (Izračunaj masu jednog bloka pa pomnoži s brojem blokova, izračunaj volumen potrošenog materijala pa pomnoži s gustoćom, utvrdi kolika je masa pakiranja pa procijeni koliko je potrošeno, modelu izmjeri masu…)
h) Gustoća glinamola je $1.8 \text{ g/cm}^3$. Izračunaj masu svog modela iglua.
2. Poveznica s fizikom/kemijom
a) Istraži zbog čega je snijeg, odnosno zrak, dobar toplinski izolator. (Snijeg sadrži zarobljeni zrak, a zrak ima vrlo nisku gustoću, odnosno ima manje molekula koje mogu prenositi toplinu)
b) Istraži gdje se zrak može upotrijebiti kao izolator. (Dvostruka ili trostruka prozorska stakla između staklenih površina sadrže slojeve zraka koji pomažu u smanjenju toplinskih gubitaka. Stiropor ima zrak zarobljen u porama i također se upotrebljava kao toplinski izolator, primjerice na fasadama. Materijali poput vune i perja među vlaknima imaju zarobljeni zrak i upotrebljavaju se za izradu zimske odjeće…)
3. Poveznica s povijesti/geografijom
a) Istraži zanimljivosti o Inuitima, njihovoj kulturi i načinu života. Kako su živjeli nekad, a kako žive danas?
4. Poveznica s likovnom kulturom
a) Istraži gdje se u umjetnosti i arhitekturi primjenjuje lančanica.
Ovakvi zadatci mogu potaknuti učeničku kreativnost i razvoj vještina rješavanja problema, a poveznice s ostalim nastavnim predmetima potaknut će ih na daljnje istraživanje i učenje.
Literatura
- Cracking the Frosty Code: The Ingenious Science Behind How Igloos Harness Warmth from Ice (pristupljeno 10. 12. 2024.)
- The Science Behind Igloos (pristupljeno 10. 12. 2024.)