關鍵概念
物理學
工程學
地震
測量
引言
科學家研究地震，以便我們能夠更好地理解和預測它們。在本活動中，您將瞭解科學家用來測量地震強度的一種工具——並使用簡單的材料製作您自己的機器。
背景
地震一直都在發生，但大多數地震都非常小，我們感覺不到，也不會造成任何破壞。然而，大型地震可能是災難性的——對財產造成重大破壞和生命損失。地震的強度用里氏震級來衡量。里氏震級從1到10不等。里氏震級每增加1級，地震的威力實際上增加10倍（例如，2.0級地震比1.0級地震強10倍，而不是強兩倍）。截至2019年，有記錄以來最強烈的地震為里氏9.5級。
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科學家使用一種叫做地震儀的機器來測量地震期間地面的運動。地震儀非常靈敏，可以探測到發生在非常遠的地方的地震（以及其他導致地面震動的事件，如火山爆發或大型爆炸），這些地震可能太微弱而無法被人感受到。地震儀是透過將一個重物懸掛在連線到地面的剛性框架上製成的。當地面在地震期間移動時，框架會隨地面來回移動。然而，重物沒有直接連線到地面，它想要保持靜止。結果是，重物保持靜止，而框架在其周圍來回移動。透過在重物上放置一支筆，在框架上放置紙張，科學家們可以透過標記看到重物和框架的相對運動，從而建立地震圖。地震圖可以在以後進行分析，以找出地震發生的時間和強度。現代地震儀將這種運動記錄為電訊號，但在本次活動中，您將製作自己的老式地震儀，它使用記號筆在紙帶上記錄“地震”。
材料
中等尺寸的紙板箱
紙杯或塑膠一次性杯子
繩子
記號筆
剪刀（如果需要切割紙板和杯子，請讓成人幫忙）
紙張或商店列印的很長的收據
膠帶
硬幣、彈珠、小石頭或其他小而重的物體，用作砝碼
另一人幫忙
方格紙（可選）
準備工作
小心地將紙板箱的蓋子或摺頁切掉。將箱子立在較小的一側。
小心地在杯子邊緣附近相對的兩側戳兩個孔。
將一段繩子（略長於箱子的長度）系在每個孔上。
小心地在箱子頂部戳兩個孔（使它們與杯子上的孔距離相同）。
將兩段繩子穿過箱子頂部的孔，然後在箱子頂部上方將它們系在一起，使杯子懸掛在箱子內。杯子底部應在箱子底部上方約一英寸處。
小心地在杯子底部的中心戳一個孔。取下記號筆的筆帽，將記號筆穿過孔，使其筆尖剛好接觸到箱子底部。
在杯子裡裝滿硬幣或其他小砝碼。你認為砝碼為什麼重要？
將一張紙縱向對摺，然後再對摺一次。展開紙張，並沿著摺痕剪開，形成四條大小相等的紙條。將紙條首尾相連用膠帶粘在一起，形成一條長條。（如果您有很長的列印收據，您可以跳過此步驟）
小心地在紙板箱的相對兩側切開兩個狹縫——儘可能靠近底邊。狹縫應足夠寬，以便紙條能夠從一側穿過，穿過箱子中間，然後從另一側穿出。
確保記號筆位於紙條的中心。如果需要，您可能需要在箱子頂部戳不同的孔並重新懸掛杯子。
步驟
現在您終於可以開始使用您的地震儀了！當您的助手開始從一側到另一側緩慢拉動紙條穿過箱子時，用手穩定住箱子。記號筆在紙條上畫了什麼？
現在，當您的助手繼續拉動紙條穿過時，來回搖動箱子，盡力以恆定的速度拉動。紙條上的線條發生了什麼變化？
暫停搖動幾秒鐘，然後嘗試更用力地搖動箱子。
再暫停幾秒鐘，然後輕輕地搖動箱子。
將紙條完全拉出箱子，並檢視線條。您能根據線條判斷箱子的搖晃程度嗎？您能判斷出箱子何時根本沒有搖晃嗎？
使用額外的紙條重複操作，測試不同的搖晃幅度。
附加題：如果左右或上下搖動箱子，您的地震儀還能工作嗎？您能設計一個可以記錄多個方向運動的地震儀嗎？
附加題：您能設計自己的刻度來測量“地震”的強度嗎？嘗試使用方格紙，看看不同程度的搖晃在您的刻度上如何衡量。
觀察和結果
當您的助手在不搖晃的情況下將紙張拉過箱子時，記號筆應該只在紙上畫一條直線。當您搖晃箱子時，它會來回移動，紙張也會隨之移動。由於杯子的重質量以及它被繩子懸掛的方式，杯子不會移動太多。這意味著紙張在（基本）靜止的記號筆下前後移動，從而產生一條彎彎曲曲的線。這些彎曲線條的大小（稱為它們的振幅）對應於您搖晃箱子的力度——就像真實地震儀繪製的線條對應於地震的強度一樣。
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