論文來源：Low-cost table-top experiments for teaching multi-scale geophysical fluid dynamics
照抄ChatDOC如下：
這份文件的主題是開發低成本的桌上實驗，用於教授多尺度地球物理流體動力學。文件介紹了DIYnamics樂高機器人套件，使用者可以使用這套套件創建地球物理流體的桌上模型。實驗的焦點是模擬深海對流過程，包括直立的對流、熱風流和巴洛克林不穩定性。文件提供了詳細的實驗步驟，並證明了桌上實驗的結果與理論相符。DIYnamics設置被呈現為一個易於使用的框架，可用於模擬典型地球物理流體的多尺度行為，如深海對流。文件還討論了DIYnamics框架，其中包括LEGO系列、DJ系列和HT系列的硬件套件，用於進行這些實驗。DIYnamics項目的目標是開發成本更低、易於擴展的設備，可在各種教育環境中使用。總的來說，該文件強調了理解地球物理流體系統中的多尺度過程的重要性，並提供了一種實用和負擔得起的教學方法。
LEGO SPIKE套件是DIYnamics樂高機器人套件系列中最新的套件，建立在LEGO的SPIKE Prime機器人套件的基礎上[3a]。這個套件可以用來實施三個桌上實驗，並提供了廣泛的學習和參與機會[4a]。學生可以根據詳細的BrickStudio建造說明，從頭開始組裝LEGO套件[4a]。此外，LEGO SPIKE馬達可以使用LEGO SPIKE應用程式進行編程，使學生有機會使用圖形語言Scratch或結構化語言microPython編寫真實世界的物理實驗系統[4a]。
在DIYnamics樂高套件系列中，LEGO套件是提供學生最廣泛學習和參與機會的一種選擇。學生可以從頭開始組裝LEGO套件，也可以透過LEGO SPIKE應用程式對馬達進行編程。這個套件不需要定制加工或定制製造基本硬件，所有的零件都可以在網上購買[3b][3c]。套件中使用的OXO轉盤可以透過LEGO馬達驅動，控制轉盤的旋轉速度可以使用可變電源控制馬達[3c]。
在安裝實驗容器方面，可以使用任何適合OXO轉盤的容器，但推薦使用與OXO內徑幾乎相等的丙烯酸盒子作為側壁，可以使用矽橡膠或環氧樹脂將這些丙烯酸盒固定在OXO轉盤上，使它們結構穩固[4b]。
在操作實驗過程中，可以注意以下幾點：首先，將實驗容器調平可以減小未模擬的表面波幅。可以使用薄片（如紙牌）和泡沫水平將容器逐步調平，或者給容器保持不平，以便討論旋轉系統中的波浪和慣性模式[4c]。其次，在進行實驗之前，需要等待系統準備就緒，一般情況下系統轉動5倍於指定的實驗時間之前[4d]。
除了上述的操作注意事項，還可以使用旋轉坐架和拍攝紙張等方法觀察旋轉實驗的不同視角[4e][4f]。
值得一提的是，DIYnamics項目的目標是翻轉傳統GFD實驗的方式，開發出價格更低廉且易擴展的設備，以在各種教育環境中進行組裝和使用[3d]。此外，該項目得到了國家科學基金會的資助[12]。
LEGO SPIKE套件在DIYnamics項目中的應用主要是用於建立三個不同的深海對流流體模型實驗[3a]。這個套件是最新的樂高系列套件，基於LEGO的SPIKE Prime機器人套件[3a]。學生可以根據詳細的BrickStudio建造說明進行組裝[4a]。套件中的SPIKE馬達可以使用LEGO SPIKE應用程式進行編程，學生可以使用圖形語言Scratch或結構化語言microPython來編寫實驗系統的控制程式[4a]。
在具體的實驗操作方面，需要將實驗容器調平以減小未模擬的表面波幅，可以使用薄片和泡沫水平來逐步調平容器[4b]。實驗開始前需要等待系統準備就緒，通常需要讓系統旋轉5倍於指定的實驗時間之前[4c]。實驗操作時，可以使用鵝頸夾來固定相機在旋轉過程中觀察實驗[4d]，或者使用鏡頭位於實驗室框架上的鳥嘴夾[4e]。
總之，LEGO SPIKE套件提供了一個低成本、可操作性強且易於擴展的選擇，用於進行多種深海對流模型的桌上實驗。這個套件通過樂高機器人的組裝和編程，使學生能夠在實際操作中學習工程和編碼技能[4a]。這樣的DIY方法為在廣泛的教育環境中進行GFD（地球物理流體動力學）教學提供了實用且經濟的解決方案[3b]。
《樂高SPIKE套件》被用於構建DIYnamics桌上地球物理流體動力學實驗。這個套件是基於LEGO的SPIKE Prime機器人套件而開發的，可以用於模擬深海對流過程。這些實驗包括垂直對流、熱風流以及巴羅克林不穩定性。文檔中指出，LEGO SPIKE套件可以生成這些不同的深海對流流動，並且是DIYnamics系列中最簡單和最DIY的套件之一。
此外，文檔片段[4]提到，學生可以通過組裝這個LEGO套件來學習和參與實驗。這個套件可以使用LEGO SPIKE應用程式進行編程，學生可以使用圖形語言Scratch或結構化語言microPython來編寫真實世界的物理實驗系統的控制程式。這樣的設計使得學生能夠在實際操作中學習工程和編碼技能。
總之，樂高SPIKE套件在DIYnamics項目中用於構建桌上地球物理流體動力學實驗，並且提供了一個組裝和編程的學習機會，以模擬深海對流流動。這種DIY的方法使得學生在實際操作中能夠以實惠的方式學習和教授這一主題。
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