Zawartoœć wystawy "Zabawy z Einsteinem"
Transkrypt
Zawartoœć wystawy "Zabawy z Einsteinem"
Zabawy z Einsteinem interaktywna wystawa z Museo Tridentino di Scienze Naturali, Włochy lekcja fizyki na wesoło Warszawa, PAŁAC KULTURY I NAUKI 8 października 2007 - 15 września 2008 O wystawie: Wystawa „Zabawy z Einsteinem” została przygotowana przez Museo Tridentino di Scienze Naturali z Włoch przy współpracy z naukowcami wydziału fizyki Uniwersytetu w Trydencie. Wystawa jest prezentowana w Pałacu Kultury i Nauki w Warszawie i opowiada o niezwykłych teoriach Alberta Einsteina oraz naukowych badaniach wybitnych fizyków z przełomu XIX i XX w. Einstein jest twórcą teorii względności, współtwórcą korpuskularno - falowej teorii światła oraz laureatem Nagrody Nobla za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego. Naukowiec opisał wiele zjawisk zachodzących we wszechświecie, które zrewolucjonizowały świat nauki. Dziś wiemy, że dokonania wybitnego naukowca stanowią podstawy współczesnej fizyki, bez których nie byłby możliwy postęp w wielu dziedzinach naszego życia. Wystawa prezentuje nie tylko myśl naukową Alberta Einsteina, ale również przybliża nam teorie jego poprzedników i następców oraz uzmysławia nam ich ogromny wkład w kształt dzisiejszej nauki. Galileusz, Newton, Pitagoras, Faraday, Maxwell, Young, Oersted to tylko przykłady przywołanych na wystawie, wybitnych naukowców, zasłużonych dla nauki. Ten dynamiczny i nowoczesny projekt jest formą naukowego laboratorium, na który składa się ok. 50 instalacji, interaktywnych stanowisk oraz paneli informacyjnych pomagających w zrozumieniu skomplikowanych definicji i teorii nauk ścisłych. Dzięki specjalnie zaaranżowanym stanowiskom będziemy mogli samodzielnie przeprowadzać doświadczenia, zgłębiając tajniki praw fizycznych, w oparciu o które funkcjonuje nasz wszechświat. Teoria względności, efekt fotoelektryczny, wzór E=mc² … drogi uczniu, jeśli miałeś kłopot ze zrozumieniem tych teorii podczas zajęć fizyki, dzięki wystawie nauczysz się swobodnie interpretować prawa przyrody oraz przekonasz się, że świat nauki może być fascynujący! ZAWARTOŚĆ WYSTAWY Spolaryzowany Tunel . Czarna ściana wewnątrz tunelu wejściowego pozornie zamyka wejście na wystawę. Patrząc z zewnątrz, zadziwia nas widok ludzi bez wysiłku przechodzących przez tę ścianę. W rzeczywistości ściana powstała dzięki wykorzystaniu zjawiska optycznego: dwie błony polaryzacyjne nałożone na okna nie dopuszczają światła do wnętrza tunelu, na skutek czego wydaje się nam, że jest ono czarne. Na zewnątrz tunelu zostały umieszczone tarcze polaryzacyjne, które pozwalają zwiedzającym na podziwianie zjawiska polaryzacji światła. Dział 1: Świat dzieciństwa Einsteina Zdjęcie z Einsteinem W tym miejscu możesz zrobić sobie zdjęcie z Einsteinem. Przed powiększonym zdjęciem tego słynnego naukowca znajduje się kamera internetowa, która jest połączona z komputerem. W ten sposób będziesz mógł przesłać swoje zdjęcie z Einsteinem na swój adres e-mailowy. Wytrącić z położenia! Kompas Przymocowane do korkowych krążków, namagnesowane gwoździe pływają w napełnionym wodą pojemniku i zachowują się jak igły kompasowe. Eksperyment ten ilustruje, jak przy pomocy magnesu możemy „zakłócać” pole magnetyczne Ziemi. Gra w bilard światłem Bilard Wiązka światła pochodząca z dwóch wskaźników laserowych odbija się od krawędzi stołu, nad którym unosi się mgła wytwarzana przez ultradźwięki. Zjawisko odbicia światła można opisać poprzez analogię gry w bilarda. Zwiedzający mają do dyspozycji kije bilardowe i bile, co pozwala na tworzenie trajektorii podobnych do trajektorii światła. Szczególny punkt Mediany Stanowisko to przedstawia zabawną metodę wyznaczania środka ciężkości trójkąta przy użyciu ramy z trzema kołkami oraz pojemnika z roztworem mydła. Obserwujemy, że okręgi powstałe po wyjęciu ramy z roztworu spotykają się w tym „szczególnym punkcie”. Trójkąty i kwadraty Twierdzenie Pitagorasa To najbardziej znane na świecie twierdzenie jest wyjaśniane dzieciom i młodzieży przy pomocy drewnianych kostek przypominających domino. Bardziej dociekliwi mogą również wypróbować złożoną wersję doświadczenia z użyciem tablicy magnetycznej, zbudowanej z elementów o różnych kształtach i rozmiarach. Zachowanie równowagi Stół z zabawkami Lalki, które się nie przewracają, wirujące bąki, pętla i kolorowe kulki, są to proste zabawy, które można wyjaśnić w oparciu o fizykę newtonowską. Einstein, jako młody chłopak, zafascynowany był fizyką klasyczną. Później naukowiec rozszerzył granice fizyki i wyjaśnił zjawiska, które były do tamtej pory tajemnicą. Symulacja multimedialna Grawitacja Tu zapoznamy się z prawem grawitacji, który kieruje ruchem planet w Układzie Słonecznym. Za pomocą filmu wideo zostaniemy przeniesieni na pokład statku kosmicznego i zbadamy Wszechświat w wirtualnej podróży przez Układ Słoneczny i poza nim. Dział 2: Fale i światło Miraż …a może nie Miraż Dwa duże paraboliczne zwierciadła tworzą „skorupę”, na której widzimy kilka cukierków. Ku naszemu zaskoczeniu odkryjemy, że cukierki w rzeczywistości znajdują się wewnątrz „skorupy” a te, które zauważamy na powierzchni, są jedynie obrazem powstałym na skutek wielokrotnych odbić od zwierciadeł. Co porusza się w próżni Szklany dzwon Mechaniczna pompa wytwarza próżnię wewnątrz szklanego dzwonu. Stanowisko to przybliży nam doświadczenie, dzięki któremu dowiemy się, że do rozchodzenia się fal dźwiękowych potrzebna jest próżnia, natomiast dla fal świetlnych - nie. Falowanie Demonstracja falowania Tu będziemy mogli obserwować kształt obrazów interferencyjnych, które powstają, kiedy zakłócamy powierzchnię wody wewnątrz przezroczystego zbiornika. Zbiornik z wodą jest umieszczony na stole i podświetlony lampą halogenową. Nad stołem znajduje się ekran, który odbija różne kształty fal powstające na wodzie. Tęcza barw Pryzmaty Newtona To niezwykłe doświadczenie wyjaśnia, na czym polega zjawisko rozszczepienia światła. Wiązka białego światła przechodzi przez cztery pryzmaty, które są umieszczone na białej powierzchni. Jeżeli na torze wiązki umieścimy filtry, niektóre ze składowych światła nie dotrą do ekranu znajdującego się na końcu toru, w efekcie ekran będzie oświetlany światłem o różnych barwach. Do kina z Fresnelem Soczewki Fresnela Światło przechodzące przez wymyślone przez Fresnela dwie soczewki, ilustruje następujące złudzenie optyczne: powiększony i wiszący „w powietrzu” przedmiot. Najlepiej zaobserwujemy to doświadczenie z miejsca, które pokazują dwie pary śladów stóp na podłodze. Fale dźwiękowe Rury interferencyjne Na końcach rury w kształcie litery Y, umieszczone zostały dwa głośniki podłączone do układu elektrycznego, które mogą emitować dźwięki przesunięte w fazie. U wylotu dłuższego odgałęzienia będziemy mogli usłyszeć efekt interferencji czyli zjawisko nakładania się dwóch fal dźwiękowych, emitowanych przez różne źródła. Symulacja multimedialna Zbiornik do demonstrowania falowania Interaktywna symulacja komputerowa prezentuje tworzenie obrazów interferencyjnych. różnych Dział 3: Elektryczność i magnetyzm Od elektryczności do magnetyzmu Doświadczenie Oersteda Na stole znajduje się „talerz”, przez który przechodzi drut z płynącym w nim prądem. Na talerzu umieszczone zostały 4 kompasy. Kiedy przez drut przepływa prąd, widzimy, że igły kompasu układają się koliście wokół niego. Dzięki doświadczeniu Oersteda dowiemy się, że prąd elektryczny płynący w przewodniku wytwarza pole magnetyczne, które może odchylić igłę kompasu od normalnego położenia (kierunku północ-południe). Od magnetyzmu do elektryczności Doświadczenie Faradaya Tu będziemy mieli okazję zapoznać się z doświadczeniem Faradaya, które ilustruje zasadę pracy prądnicy. Ruch magnesu wewnątrz cewki z drutu miedzianego, która jest nawinięta obręcz koła, generuje słaby prąd elektryczny. Kiedy poruszymy kołem od roweru, wytwarzany jest prąd, który możemy zmierzyć za pomocą amperomierza. Ferrofluidalne jeżozwierze Ferrofluid To stanowisko wyjaśni nam, w jaki sposób działa magnes. Poruszaj magnesami po ściance tarczy, pod którą znajduje się ferrofluid. Zauważysz powstające w czarnym, lepkim płynie różne wzory. Dzięki swoim właściwościom, ferrofluid układa się wzdłuż linii pola magnetycznego wytwarzanego przez magnes. Dlaczego sprężyna waha się? Helisa Rogeta Stanowisko to składa się z pionowej sprężyny przymocowanej do grafitowej podstawy. Jeśli włączysz przycisk start, spowodujesz przepływ prądu w spirali połączonej z obwodem elektrycznym. Dzięki temu doświadczeniu zaobserwujesz, że pole magnetyczne wytwarzane przez prąd elektryczny, wywołuje cykl ruchów oscylacyjnych. Telewizor w kuchni – czy może być coś lepszego? Telewizor To doświadczenie tłumaczy, jak zachowują się emitowane przez pilota fale elektromagnetyczne przy zetknięciu z różnymi materiałami. Dzięki temu eksperymentowi dowiesz się, jakie materiały pochłaniają i nie przepuszczają promieniowania, a które materiały działają jak zwierciadła i odbijają wiązkę fal elektromagnetycznych w kierunku telewizora. Niech stanie się światło, (ale nie wszędzie…) Antena Za pomocą anteny odbiorczej możemy odbierać fale transmitowane przez nadajnik radiowy. Między nadajnikiem a anteną umieszczone zostały przeszkody w postaci ekranów wykonanych z metalu, tworzywa sztucznego i siatki. Doświadczenie to pozwali nam na zweryfikowanie, które materiały są „przezroczyste” dla takich fal, a które materiały pochłaniają je. Alfabet Morse’a Telegraf Przy tym stanowisku dowiesz się, jak za pomocą telegrafu można przesyłać wiadomości alfabetem Morse’a. Wyświetlone na ekranie znaki alfabetu Morse’a odpowiadają wyrazowi, który napisaliśmy przy użyciu klawiatury i jednocześnie usłyszymy odpowiadające im dźwięki. Tu możesz również bawić się w odtwarzanie krótkich słów w alfabecie Morse’a i sprawdzać odpowiadające im znaki na ekranie monitora. Odkryjemy wówczas, że wbrew oczekiwaniom, procedura ta jest dość trudna. Dział 4: Świat atomu Szczególny dom Czarne pudło Kiedy patrzymy przez okienko do wnętrza drewnianego domku, wydaje się nam ono całkowicie czarne. Jednak po uniesieniu dachu domku odkrywamy, że jest ono białe. Eksponat ten ilustruje zjawisko „promieniowania ciała doskonale czarnego”. Energia sześcianu Sześcian Lesliego Eksponatem jest sześcian o miedzianych ściankach, który poddano różnego rodzaju obróbkom: jedna ściana jest pomalowana na czarno, druga na biało, trzecia jest wypolerowana, a górną ściankę pokryto materiałem izolacyjnym. Sześcian jest podgrzewany do temperatury 60-70 °C. Przybliżając rękę do każdej ze ścianek sześcianu, odczujemy w różnym stopniu ciepło. Zauważona przez Ciebie różnica ciepła wynika z własności emisyjnych miedzi. Gwiazdy, ciała czarne czy kolorowe Gwiazdozbiór Oriona Kolorowe lampy halogenowe przedstawiają na dużej tablicy główne gwiazdy gwiazdozbioru Oriona. Umieszczony w pobliżu komputer pokazuje widmo emisyjne każdej z gwiazd. Siatka dyfrakcyjna umożliwia obserwację widma wybranej przez nas gwiazdy. Strzelanie do elektronów Strzelnica Wyrzucenie kulek z rowków „strzelnicy”, którą jest w tym przypadku stół z wgłębieniami w blacie, symuluje wyrzucanie elektronów z metalu. To stanowisko zapozna nas ze zjawiskiem efektu fotoelektrycznego, za wyjaśnienie którego Albert Einstein otrzymał w 1912 r. Nagrodę Nobla. Efekt fotoelektryczny Światło i elektrony Prezentowany w tym miejscu eksperyment laboratoryjny ilustruje efekt fotoelektryczny. Światło podające na płytkę „wyrzuca” elektrony z powierzchni metalu. Za pomocą amperomierza możesz zarejestrować pojawienie się elektronów emitowanych przez oświetlony metal. Wielka tajemnica elektronów Dyfrakcja elektronów To doświadczenie zapozna nas z falową naturą elektronów. Wiązka elektronów przechodząca przez kryształ ulega dyfrakcji. Na ekranie fluorescencyjnym obserwujemy zachowanie elektronów, które tworzą obraz interferencyjny. Doświadczenie Francka-Hertza Światło i ciemność Stanowisko składa się rury zawierającej rozrzedzony gaz oraz źródła wysokiego napięcia, które uruchamiamy przez naciśnięcie przycisku „start”. Efekty wywołujące wyładowanie elektryczne są zdumiewające, gdyż zauważymy powstawanie barwnych deseni. Dwa przepusty elektryczne, dodatni (anoda) i ujemny (katoda), połączone są ze źródłem zasilania i zapewniają powstanie napięcia pomiędzy końcami rury. Atomy wewnątrz są „wzbudzane” przez elektrony przyspieszane w polu elektrycznym. Utrata tego „wzbudzenia” ma postać emisji światła. Źle zachowujące się elektrony Ruchy Browna Robert Brown obserwując przez mikroskop pyłki kwiatowe zanurzone w wodzie, dostrzegł, że znajdują się one w nieustannym, chaotycznym ruchu. Naukowiec nie był jednak w stanie zadowalająco to wyjaśnić. W roku 1905 r. Albert Einstein przedstawił nową interpretację tego zjawiska, w której przedstawił dowody na istnienie atomów w przyrodzie. Makroskopowy model doświadczenia Browna z wykorzystaniem pyłku kwiatowego jest odtwarzany przy użyciu piłeczek pingpongowych. Przy tym stanowisku zwiedzający oglądają nieregularny i ożywiony ruch piłeczek, który jest analogiczny do sposobu, w jaki zachowują się atomy. Minigolf atomowy Minigolf atomowy Gra w minigolfa odtwarza na poziomie makroskopowym eksperyment, który doprowadził do odkrycia budowy atomów. Całość jest nieco zabawnym, ale dokładnym odtworzeniem, przeprowadzonego przez Rutherforda w 1911 r. doświadczenia, w którym odkrył, jak zbudowane są atomy. Dziwne modele atomowe Modele atomowe Trzy modele w dużej skali ilustrują ewolucję pojęcia atomu wraz z postępem badań i formułowaniem nowych teorii na temat ich budowy. Symulacja multimedialna Molekuły Film wideo ilustruje różne przykłady molekuł. Nerwowe elektrony Przejścia elektronowe Eksponat przedstawia model atomu w dużej skali, z piłkami reprezentującymi elektrony. Za każdym razem, gdy piłka imitująca elektron spada na niższy poziom energetyczny, atom emituje błysk światła (foton), którego barwa (energia) może być różna, w zależności od przebytej przez elektron - piłkę drogi. Stanowisko przedstawia organizację elektronowych poziomów energetycznych w atomie. Duchy atomowe Widma liniowe Za pomocą siatki dyfrakcyjnej, obserwujemy, w jaki sposób światło, w postaci barwnych linii, emitowane jest przez rozrzedzony gaz. Zbiór widocznych linii nosi nazwę „widma emisyjnego”. Każdy pierwiastek ma swoje własne widmo, które go identyfikuje. Dzięki doświadczeniu, możemy porównać widma emisyjne czterech różnych gazów wypełniających lampy. Śpiewający kwant Sprężone wahadła Układ dwóch sprzężonych wahadeł ilustruje niektóre własności rezonansu, podobnego do tego, które występuje w wyniku oddziaływania promieniowania z materią. Dział 5: Przestrzeń, czas i względność Teatr cieni Teatr cieni Rzut cienia małej rakiety na półprzezroczysty ekran wraz z symulowaną zmianą "prędkości", ilustruje ideę jednego z istotnych efektów szczególnej teorii względności: skrócenia długości obiektu wraz z prędkością. Symulacja ta przedstawia znaczące konsekwencje szczególnej teorii względności. Jeżeli długość rakiety jest mierzona w układzie odniesienia, który porusza się względem obserwatora ze stałą prędkością, to otrzymuje się, zgodnie z teorią względności, mniejszą długość rakiety niż przy pomiarze rakiety nieruchomej. Efekt ten ma znaczenie w przypadku bardzo dużych prędkości, bliskich prędkości światła (300 000 km/s). Relatywistyczny tramwaj Relatywistyczny tramwaj Symulacja tramwaju jadącego z prędkością bliską prędkości światła, daje zwiedzającym bardzo szczególne doznania. Z okien tramwaju widzimy zdeformowany krajobraz spowodowany zniekształceniem odległości. W wyniku tych zmian, w geometrii wielkich prędkości, promienie świetlne biegną po zakrzywionych, dziwnych i niezwykle pozornych torach. Zmiana prędkości powoduje również zmianę barwy promieni świetlnych na skutek efektu Dopplera dla światła. Symulacja multimedialna Równoczesność Wideofilm ilustruje niektóre zadziwiające efekty teorii względności. E= mc² Zwiedzający zostają „oświeceni” najpopularniejszym wzorem współczesnej fizyki. Wolnobiegnące zegary Zegary Wskazówki dwóch zegarów odmierzają czas w różnym rytmie. Eksponat ma na celu sugerowanie rozważanych przez Einsteina, w jego szczególnej teorii względności, relatywistycznych efektów związanych z czasem. Lej grawitacyjny Lej grawitacyjny Układ lejków z kulkami toczącymi się w kierunku centralnego otworu odtwarza ruch planet wokół Słońca, zgodnie z einsteinowską ogólną teorią względności. Eksponat zachęca nas do badania zachowania obiektów w układzie lejków. Zauważamy, że tory toczących się kulek są zakrzywione (a nie prostoliniowe, jak w przypadku braku zagłębień). To intuicyjne przedstawienie jest uzasadnioną analogią einsteinowskich koncepcji ogólnej teorii względności, którą zawdzięczamy astronomowi, Sir Arthurowi Eddingtonowi. Rozszerzający się Wszechświat Sfera Hobermanna Pociągając za sznurek można powiększać i pomniejszać wiszącą kulę. Ruch kuli przedstawia w zabawny sposób teorię rozszerzania się Wszechświata oraz ciągłego i powolnego oddalania się galaktyk. Koncepcja ta odpowiada einsteinowskiej ogólnej teorii względności, potwierdzonej następnie i popartej przez sensacyjne odkrycia Hubble’a w 1929 r. O SOLE MIO! Wideofilm Słońca Wideofilm przedstawia budowę naszej gwiazdy: Słońca. Objaśniana jest równoważność masy i energii, według Einsteina każdej masie m, odpowiada energia E, wynikając z pomnożenia tej masy przez kwadrat prędkości światła c. Dział 6: Gabinet luster Patrząc w nieskończoność Perspektywa Kiedy staniesz między dwoma lustrami ustawionymi równolegle do siebie, zobaczysz pojawiające się w nieskończoność odbicia Twojej osoby. Jeśli lustra są ustawione pod pewnym kątem, zauważysz w lustrze za Tobą pojawiające się odbicia, które są nieco przesunięte względem następnego. W tym miejscu odniesiesz wrażenie, że jesteś otoczony nieskończoną liczbą kopii Twojej osoby. Trójkątna kabina luster Zwierciadła wklęsłe i wypukłe Zgodnie z prawami fizyki, obraz w zwierciadle wklęsłym zostanie powiększony, natomiast w zwierciadle wypukłym obraz jest pomniejszony. Świat luster nie jest rzeczywisty, jest to iluzja, dzięki której zobaczysz otaczający świat i siebie w zmienionych proporcjach. Od osoby „niskiej i grubej”, możesz zmienić się w postać „szczupłą” i wysoką”, a to wszystko dzięki efektom „zakrzywionego” lustra. Przez specjalne drzwi możesz wejść do wnętrza kabiny luster i obserwować swoje odbicia z każdej strony. Lustro czy szyba? Lustro fenickie Stanowisko to ilustruje efekt „lustra fenickiego”. Dwie osoby siedzące naprzeciw siebie są oddzielone szybą pokrytą cienką warstwą metalu. Za pomocą pokręteł umieszczonych na pulpicie można regulować intensywność światła. Jeśli jedna strona stanowiska jest oświetlona, a druga jest przyciemniona, to osoba siedząca po oświetlonej stronie widzi własne odbicie „tak jak w lustrze”. W nieoświetlonej części stanowiska światło przechodzące przez lustro ma znacznie większe natężenie w porównaniu do światła odbitego, zatem osoba znajdująca się po przyciemnionej stronie widzi drugą osobę „jak przez szybę”. Zmiksowane odbicia Obraz w pionie i poziomie Stanowisko to składa się z podwójnego lustra z wyciętymi w nim fragmentami w pionie lub poziomie. Jeśli usiądziesz z drugą osobą dokładnie naprzeciw siebie, zobaczysz zmiksowane odbicie w lustrze, będące kombinacją dwóch różnych twarzy. Połowa obrazu, którą widzisz jest Twoim odbiciem, druga połowa jest obrazem osoby siedzącej po drugiej stronie lustra. Symetryczne odbicia Zachwiana grawitacja Stanowisko to składa się z dużego lustra oraz ustawionych prostopadle na jego końcach mniejszych luster, krawędziami skierowanymi w przeciwne strony. To stanowisko zapewni Ci znakomitą zabawę w pokonywaniu zasad grawitacji. Jeśli staniesz na końcu większego lustra i ustawisz się tak, aby była widoczna tylko Twoja prawa część ciała, zauważysz w lustrze naprzeciw symetryczny obraz Twojej osoby. Jeśli uniesiesz w górę prawą nogę, zauważysz w odbiciu swoją „unoszącą się powietrzu” postać. Udało Ci się pozornie przezwyciężyć siły grawitacji…. Dział 7: Zabawa kolorem Maszyna wytwarzająca kolory Niezwykłe kombinacje barw Koncepcja tego niezwykłego stanowiska została wymyślona i zrealizowana przez Science Project w Londynie. Eksponat zbudowany jest z umieszczonego na sztaludze ekranu oraz trzech ustawionych naprzeciw niego „tub” w kolorze: czerwonym, żółtym i niebieskim. Zwiedzający mają okazję zapoznać się w tym miejscu z teorią koloru. Każda z osób kieruje na ekran kolor pochodzący z wybranej przez nią „tuby”, z możliwością regulowania jego intensywności. Na ekranie pojawiają się przepiękne, wizualne kombinacje barw, które tworzą zdumiewające i niepowtarzalne efekty łączenia kolorów. Obok znajduje się komputer, który rejestruje powstały na ekranie obraz w postaci cyfrowego zdjęcia. Każdy z nas, za pomocą Internetu, może wysłać powstały efekt zabawy kolorem na swój prywatny e- mail, jako pamiątkę obecności na wystawie. Agencja Kontakt – Grzegorz Furgo, ul. Czyżewskiego 38, 80-336 Gdańsk, tel./fax +48 58 554 83 13 -14, [email protected], www.kontakt.gda.pl Recepcja Wystawy: Pałac Kultury i Nauki, Plac Defilad 1, tel. (22) 656 74 28-29.