Fizyka i zabawki - obrazki z wystawy

MATERIAt.Y
xxxv lJAlOU FflYKOW POLSKfCH -
BIAt.YSTOK 1999 - U~SC If
Fizyka i zabawki - obrazki z wystawy
Grzegorz Karwasz
Instytut Fizyki. Wyisza Szkoia Pedagogiczna , Slupsk oraz Istituto Nazionale per fa Fisica della Materia. Dipartimento di Fisica . Trento. Wlochy z tych doswiadczen nie daje tak bezposredniego wgl,!du
w fi zyk't, jak wahajqcy si ~ pisak (h armonograf) [2] lu b
Muzea na ukowe w wielu krajach przodujetcych w po­ kilka ptytek meta lowych podtetczonyc h do woltomierza
st~ pie nau kowy m Sq sprawdzon'l metod q pop ul aryzacji
(do badania potencjatow elekt rolitycznych ) Eksponaty,
nauki i uz upetnien ia tradycyjnych srod kow dydaktycz­ stosunkowo ni edrogie i dost 'tpne w sprzedaiy wysytko­
nych. Mozna tu wym ienic a merykanskie Science Cities wej [3], nie tylko cechuj q silf duia zawartosciq know-h ow
(San Francisco) czy osrodki europejskie. jak Monachium . na ukowego , ale odpowiad ajq rowniei wspokzesnym ka­
Paryz , Ein dhoven . Sq to prawdziwe fabryki wiedzy, w kt6­ nonom estetyki i market ingu .
rych tyl ko opisa ne doswi adczenia zaj muj'l spore tomy.
Drug'! unika ln<t cech<t "wystawy Zanettiego" jest
tzw. Cookie Books (zreszt 'l zazwyczaj trudne do zdoby­ moi liwosc dotknilfcia prawie wszystki ch eksponatow . Na
cia). Czasopisma naukowe. jak Scientific American. rezer­ ogot wiadomo , ie dato lu dzkie jest dobrym przewodni­
wuj'l specjalne dziaty dl a autorow prostych doswiadczen
kiem pretd u. Sposobnosc potoienia dtoni na roi nych me­
fizycz nyc h.
talach (alu miniu m, stal , stal nierdzewna) um oiliwia jed­
Orga nizujqc wystaw~ "Fizyka za bawek" , cz~ciowo nak wiel e wariantow ekspery mentu: czy n~ce Sq wilgot ne,
w ramach grantu KBN , cz~sciowo w ramach progra mu czy metal jest utleniony, czy sita elekt romotoryczna po­
polsko-wtoskiej wspotpracy na ukowej , natrafi tem na wiel u zostaje stata . W wiel u przypadkach moiliwosc dotknif(­
entuzjastow pomystu (tu na leiy wymienic profesorow cia eksponatow na wystawie jest ty lko pozorn a - te ta­
H. Wrem bla, K. Ernsta, A. Maziewskiego i redakcjlf Wie­
two ginqce lub Huk liwe (termomet r Ga lil eusza , kula pla­
dzy i Zycia) , ale rowniei na licznych malkontentow. "J aki zmowa [2]) Sq poza zasilfgiem rlfki, jakby przez przypadek .
sens ma sprowadzanie eksponat6w z zagranicy, jes li wiel e
I wreszcie podstawowym el ementem sukcesu jest
z nich, jak mtyn ek Crookesa , jest od lat na wyposa­ dro bi azgowe przygotowanie silf osOb oprowadz ajqcych .
ieniu uczeln i7 " (tyl ko kto to pam i ~ta, dl aczego kr~ci Zabawki Sq podzi elone w 4-5 dziatow . Opis kaidego
si~ on "pod swiaHo" 7). Jeiel i chce si ~ zobaczyc praw­
z eksponatow jest sam w so bie mini refera tem popul ar­
dziwe muzeu m na uki, t rzeba si~ wybrac do ... - caty mi nona ukowym. Wi~kszosc zwiedzaj qcyc h ni ewiele p ami~ta
dniami moin a tam chodzic i ... " (n aciskae guziki - przy­ z wystawy - dla stud en tow, szczegolnie kieru nkow peda­
pisek autora). Tymczasem wystawa zorganizowana dose gogicznych, jest to natomi ast waine doswiadczenie dy­
skromnymi srodkami , gt6wnie przy zaangaiowaniu mto­ daktyczne.
dych asystentow (Stupsk) , studentow (Warszawa), a na­
wet licealistow (Biatystok), zgromadzila w kaidej edycji
Kwarki czy skwarki
po kilka tysif(cy zwiedzajqcych .
Sptycenie programow na uczania oraz ograni czenie
zn
aczenia
fizyki jako przed miotu ksztahujqcego umie­
Proste jest p i~kne
j ~tn os ci dedukcyjn o-ekspe rym ent alne ucz nia nie wynika
Impreza , zaprojektowa na przez prof. Zanettiego tyl ko z prz eprowadzanych refo rm szkolni ctwa . Jest to
z Uniwersytetu w Trydencie, odnosi sukcesy w kraju w dui ej mierze proces nieo dwracalny, zwiqza ny z obec­
i za grani cq dzi /fki kilku unikalnym cechom . Po pierwsze, nym etapem postlfpu na ukowego w ska li swia towej i kry­
dzif(ki prostocie eksponatow: wszystkie przedm ioty Sq do zysem panstwa jako od biorcy tech nologii . Nagroma dzanie
si ~ faktografii jest obecnie w innych dziedzinach nauko­
nabycia w sklepach z pamiqt kami (ga dietami) lub moi­
liwe do wykona nia prostymi metodam i. Wtoskie INF M wych znaczni e szybsze ni i w fi zyce. Tym bardziej rodzi
(w randze naszego PTF ) poswif(ca popularyzacj i nau ki si ft koniecznosc si~ga n i a po niesta nd ardowe metody na­
uczan ia , "multimedialne", "kom pa ktowe" , ta twe do roz­
specjalne sesje i wystawy w ram ach swych dorocz nych
powszechn ienia i dajetce uczniowi sposobnosc wykazania
kongresow [1]. Budowan e Set skompl ikowane urzqdzenia,
jak np. model hyd rau li cz ny tranzystora lub wanny elek­ wtasnej in wencji.
Moi !iwosc wykonania doswiadczeni a za pomocet
trolityczne sprzf(ione z oscyl oskopami cyfrowymi do ob­
serwacji interfere ncji drgan mechani cznych . Zadn e jednak prostych, "niezawodnych" prz edm iotow spotka sil( tei
Nihil novi
POST~PY
FIZYK I
TOM 51
ROK 2000
ZESlYT DODATKOWY
97
MATERIAtY
xxxv ZJAZDU FIZYK6W POL SKICH -
BIAlYS TOK 1999 - CZ~SC /I
ze sporym za int eresowa niem nauczycieli _ W warunkach
szkolnych ustawi eni e wanny elektrolitycznej , nawet z wy­
korzystaniem gotowych zestawow [4], jest cz~to niemoi­
liwe z ba nal nych powodow bhp , organizacyjnych, czaso­
wych_ Nie do konca zdefin iowane programy ksztakenia
na uczycieli tei nie sprzyjaj'l nauczaniu fizyki _(Tu , jako ro­
dzic , ktory przeszed~ caty cykl w~os k iego 3-letniego gim­
nazju m , a poin iej ticeu m , gdzie nauczycielami s'l zazwy­
czaj " przyrod nicy", mogtbym wiele opowiedziee) .
Zderzenie dwoch spadaj'lcych pitek [5] , dokon uj'lce
si ~ w trzech wymiarach , w duiej mierze w sposob nieprze­
widywa lny, daj e bardziej pogl'ldowy obraz p~d u jako wek­
tor a nii zderzenia kul bilardowych lub obliczenia . WifCksze
zai nteresowa ni e budz'l przyktady ( pozornego) taman ia
praw przyrody - stoiki wtaczaj'lce sifC pod gorfC. ptaszki
wisz'lce na dziobach, niestrudzone dzi ~cioty [6] , wiecznie
spragnione kaczki [7] - nii ugruntowane zasa dy zachowa­
nia _Ofe rta dyda ktyczna fizyki musi bye interesuj,!ca, tak
aby skutecznie konkurowae z innymi dziedzi nam i w dzia le
przedmiotowym "nauki przyrod nicze" . W przeciwnym ra­
zie, sit'! rzeczy, skwarki wypr,! kwarki, a glony - gluony_
Naukowe kr~cenie bClk6w
Wbrew pozorom , dzia tanie wielu zabawek: niesyme­
trycznych czotenek [1 ,8], k r~c,!cy c h sifC tyl ko w jedn,!
stro n ~, niezbyt foremnych b'lkow [9], lewitronow (10] , nie
jest wcale ta kie proste do wyitumaczenia . leh analiza wy­
maga skompli kowa nych obliczen nu merycznych dynam iki
ciata statego w obecnosci niezbyt dokta dnie okreslonych
sit i momentow zewn ftt rz nych (grawita cji , sity tarcia)_
Odwracaj,/cy si~ bilk [5,9] budzi zai nteresowanie chemi­
k6w kwantowych: poj ~cia sta now metastabilnych , oddzia­
tywan perturbacyj nych, nie przecinaj,!cych si~ krzywych
potencjat6w (avoided crossing), przy od ro binie fan ta zji
wyktadowcy mog'l bye wprowadzone za pomoc,! wiruj ,/­
cych b,/k6w _ Lewitron, uktad czterech magn es6w sta tych ,
nie zapewnitby stabilnosci zawieszenia w powiet rzu pi,!­
tego magnesu , 0 ile nie bytby on stabilizowa ny obrotem
- podobnie jak w putapce atomowej Pa ula [ll]_
. Kula plazmowa stuiye moie wyjasnieniu szeregu
zagadnien, z kt6rych naj bard ziej obrazowe jest prawo
Gaussa : szn ury plazmy jako linie pola elektrycznego wo­
k6t tadunku pu nktowego . W rzeczywistosci wytadowa nie
w plazmie pod sredni m cisnieniem jest rza dko bada ne ,
a sznury plaz mowe mog,! sa me w sobie stanowie fat o­
wody [12]. Kolor wytadowania jest z kolei ok reslony przez
dob6r gazu wypetniaj,/cego (azot?) oraz loka ln,! (n ierow­
nowagow,/) te mp e ratu r~ plazmy. Za palanie si~ neonowki
w pobliiu kuli to dow6d na p rop agacj~ fal elekt romagne­
tycznych , ekra nowa ni e tej pro pagacji przez t kankcr biolo­
giczn,/ to ost rzei en ie przed na duiywa niem telefonii ko­
m6rkowej itd _
Zar6wka energoosz cz~d na plus ptyta CD to prosty
spektrometr [13.14] _ W zal ez nosci od wieku i przygoto­
98
POSTE; PY FIZYKI
wa ni a stucha czy moie stuiye na dow6d, ze swiaito bi ate
jest ztozeniem roinych barw , ie ptyta jest si atk,! dyfrak­
cyj n,!, ie przejScia em isyjne w atom ie s,! skwa ntowane, ie
lam py sodowe zawieraj'l do mi eszk~ par rt~ci , i e w niebi e­
skim kolorze bezch murn ego nieba jest sporo koloru czer­
won ego (nietypowe, niskoenergetyczne przejscia elek t ro­
nowe w cZ'l.steczkowy m t lenie [15]) . Pl astykowa oktadka
tej ptyty moie natomi ast il ustrowac za sa d~ rozprasza­
nia Rayleigha w atmosferze (swiatto nieba jest spola ryzo­
wa ne) i naprfCzenia w po lim era ch _
A celtycki amu let prawie symetryczny? To nie­
zbity dow6d , ze mata asymetria tad un kowo- przestrzenna
(CP) [16] przy zachowaniu sym etrii CPT [17] moze bye
wystarczaj'lcym powod em , ze czas krcrci sift tylko naprz6d ,
a my sifC w nim starzejemy.
Literatura
[1] http )/www _infm. it.
[2] http://www .wsp _slups k.pL
[3] http:/ /www _stark-verlag .de (Physik Boutiqu e), http ://
www _natu ra-co_it _
[4] htt p: //www .pasco.com (Pasco), http://www _edsci_com
(Ed mund Scientific) _
[5] G.Karwasz, TWroblewski , "Czy swiat si ~ k r~c i w pra­
wo?" , Foton, w przygotowani u_
[6J W_ Niedzicki, "Fizyka zabawek", wideo VHS (Amber­
net, Warszawa 1999) _
[7) K. Ernst , "Wiecznie spragniony ptak", Wiedza i iycie ,
wrzesiefi 1998 , s_ 52_
[8] J _ Walker, "The mysterious ' rattleback': a stone that
spins in one direction and then reverses", Sci_ Am .,
October 1979, s_ 148 .
[9] W_ Zanetti , "Trottola che si ribalta", La Fisica nella
Scuo/a , XXVI , 4 Sup plemento Q4 (1993) , s_ 45 .
[10) R.F. Gans, T B. Jones, M_ Washizu, "Dynamics of Le­
vitron" , J. Phys . D 31, 671 (1998)_
[ll) C Townsend, W_ Ketterle, S_ Stringari, .. Kond ensacja
Bosego-Einstei na" , PostfiPy Fizyki 48 , 333 (1997) _
[12] Z_ Za krzewski, .. Con ditions of existence and axial struc­
ture of long mi crowave discharges sustained by travelling
waves" , J. Phy s. D 16 , 171 (1983) _
[13) D. Pliszka, T Wroblewski, M_Brozis , G_Karwasz, .. Pro­
ste doswiadczenia ze z ro d~a mi swiada" , Fizyka w Szko/e
(1999), w druk u.
[14] V_ Zanetti, J . Harris, .. Spectra of Th ree Light Sources
with a CD", Phy s . Teach. 31 ,82 (1993) _
[15] A. Zecca , G_P _ Karwasz, R.S_ Brusa, .. One century of
experiments on electro n-atom and molecule scattering" ,
Nu ovo Cimento 19 , nr 3, 1 (1996)_
[16] A. Angelpoulos i in _, .. A determination of the CPT vio­
lation parameter Re( 8) from the semileptonic decay of
strangeness-tagged neutral kaons", Phys _ Lett_ B444 ,
52 (1998) _
[17] F. Abe i in_, .. Measurements of the CP-Violation Pa­
rameter sin(2,B ) in B ~/ B~ --t J/\II K~ Decays", Phys_
Re v_ Lett_ 81 , 5513 (1998)
T OM 51
ROK 2000
ZESZYT DODATKOWY _