Fyzika a čierna skrinka matky prírody

Predpoklady: Pomôcky: čierna skrinka (2 kusy)

Fyzika z gréckeho fysis (príroda) ⇒ pôvodne označenie univerzálny prírodovedy, postupne sa z
nej vyčleňujú prírodné (chémia, biológia) i technické vedy (staviteľstvo, strojárstvo, elektrotechnika, …).
Fyzika môže za náš súčasný životný štýl. Postupne vymyslela:
• jednoduché stroje (kladka, páka, ozubené súkolia, …),
• parný stroj a ďalšie druhy motorov (spaľovací, prúdový, raketový, …),
• klasickú techniku a elektrotechniku (auto, vlak, žiarovka, televízia, rozhlas, …),
• modernú techniku (počítače, lasery, nanotechnológie, …),
• ale aj mnoho druhov zbraní (pušky, samopaly, delá, atómové bomby, …).
Pedagogická poznámka: V hodine sa pýtam detí, ako by vyzeral ich dnešný deň.
Aký by bol život bez fyziky?
V šesť by sme vstali v našom zrubové dome so slamenou strechou, nakŕmili by sme sliepky, žiaci by išli pásť dobytok a učiteľ by pracoval niekde na poli.
Ako to fyzika dokázala?
Fyzika nás učí chápať prírodné zákony (pravidlá, podľa ktorých hrá príroda svojej hry). keď pravidlám rozumieme, môžeme pripraviť také zariadenie, ktoré podľa nich funguje a robí to, čo potrebujeme.
Základný rozdiel medzi prírodnými a ľudskými zákonmi: Prírodné zákony nejde porušiť.
Čo by sa stalo, keby „Nezabiješ!“ Bol prírodný zákon?
Nikto by nešiel zabiť. Aj keby sme niekomu odsekli hlavu, zase by mu prirástla k telu a on by žil ďalej.
Občas to vyzerá, že sa nám darí niektoré zákony porušovať. Napríklad predmety padajú k
krajinu, ale napriek tomu dokážeme stavať lietadla alebo rakety. Ani lietadlo ani raketa nie sú porušením
prírodných zákonov, len využívajú iný prírodný zákon proti gravitácii.
Pokus s balónikom:
• Prázdny balónik padá, kvôli priťahovanie Zemou (gravitačný zákon).
• Z nafúknutého nezavázaného balónika uniká vzduch a tlačí balónik dopredu (zákon akcie a reakcie).
• Ak balónik nafúkneme a pustíme z ruky, balónik chvíľu poletuje po triede (vyzerá to, ako by pre neho neplatil gravitačný zákon).
Ako fyzici objavujú prírodné zákony?

Ukážeme si to na modeli čiernej skrinky. Čierna skrinka je zatvorená krabica, do ktorej nevidíme a pozerajú z nej povrázky. Za povrázky môžeme ťahať. Ako zistíme usporiadanie povrázkov vnútri krabice?

Pedagogická poznámka: Výroba čierne skrinky z krabice od topánok trvá štvrťhodiny. každý povrázok by mal byť iný, kvôli ľahšiu identifikáciu.
Fyziku založili v staroveku pred 2 a pol tisíci rokmi Gréci. Zo starovekej fyziky dodnes pretrvali len útržky, väčšina vtedajších teórií sa ukázala nepravdivých.
Prečo sa vtedajší učenci mýlili?
Väčšina vtedajší vedcov by pozerala na našu čiernu skrinku a premýšľala by, ako by to mohlo vnútri vyzerať. Postupne sa objavovali rôzne názory, ako sú povrázky zapojené, ale pretože
nie je možné krabicu otvoriť a pozrieť sa dovnútra, nešlo by rozhodnúť, kto má pravdu.
Preto vznikali rôzne školy, ktoré spolu navzájom súperili, ale nikdy sa nepodarilo (na rozdiel od matematiky) vytvoriť všeobecne prijatú teóriu.
Dodatok: Nejaké experimenty Gréci samozrejme vykonávali (napríklad Archimedes, ktorého pristup bol moderný, ale skôr ojedinelý), ale experiment ako taký sa nikdy nestal tým rozhodcom medzi rôznymi názormi, akým je dnes. Rovnako tak staroveká
fyzika neviedla k rozvija techniky.
Zmena prišla okolo roku 1600 zásluhou Galilea Galileiho. Začal skúmať voľný pád rôznych predmetov tým, že je púšťal z rôznych výšok a meral čas pádu. Podľa týchto výsledkov zostavil
vzorec, ktorý potom spätne overoval ďalším meraním.
Ako by Galileo preskúmal našu skrinku?
Skúsil by za povrázky zaťahať a podľa toho by poznal, ako sú vo vnútri prepojené.
Pedagogická poznámka: Pri hodine na tomto mieste rýchlo zatiahne za všetky povrázky, aby niečo bolo vidieť, ale nebola príliš veľká pravdepodobnosť, že niekto stihne naozaj dobre
premyslieť, ako vnútro krabice vyzerá. Potom nechám žiakov, aby nakreslili svoju predstavu vnútra krabice.

Vyberiem niekoho, aby svoj obrázok nakreslil na tabuľu (čím horšie obrázok, tým je to lepšie) a nechám triedu nápad na tabuli skontrolovať. Určite sa objaví nesúhlasné názory a tak začneme znovu ťahať. Každý žiak môže navrhnúť špagát, za ktorý potom
zatiahne, ale chcem, aby dopredu povedal, aký výsledok a prečo očakáva.

Žiaci sa tak začínajú učiť vykonávať experiment s nejakým očakávaním, ktoré sa buď potvrdí alebo bude vyvrátené.
Postupne upravujeme obrázok na tabuľu a vo chvíli, keď trieda súhlasí, krabicu otvoríme a skontrolujeme výsledok.
Rovnako ako pri odhaľovaní vnútra našej krabice i vo fyzike pri skúmaní prírody rozhodujú o tom, čo je správne, pokusy.
O tom, čo je vo fyzike správne nerozhodujú ľudia, ale príroda, ktorou sa na to pýtame vykonávaním pokusov.
Galileiho prístup spoluspustil vedeckú revolúciu.
1687 Isaac Newton: Pohybové zákony a teórie gravitácie – prvý pokus o celkovej vysvetlenie sveta (dodnes základ fyziky).
Od tohto okamihu sa fyzika aj technika rýchlo rozvíja.
Pedagogická poznámka: Ak ešte zostáva trochu času, odhalíme s žiakmi ďalšie čiernou skrinku.
Domáce bádania: Vyrob doma čiernu skrinku (nemusí byť z krabice od topánok, stačí malá krabička), z ktorej vyčnievajú aspoň štyri povrázky a prines ju na budúci hodinu.
Zhrnutie: Fyzika ako veda stojí a padá s overovaním pomocou experimentov.