Κεφ. 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ

1.1 Γιατί διδάσκεται η Φυσική

Ο άνθρωπος χρησιμοποίησε τη Φυσική ήδη από τα βάθη της προϊστορίας πριν αυτή διαμορφωθεί σε επιστήμη.

Οι συγγραφείς συγχέουν τη Φυσική με τις γνώσεις του προϊστορικού ανθρώπου για τη φύση.

Ο προϊστορικός άνθρωπος είχε σημαντικές γνώσεις για τη φύση, αλλά δεν είχε αναπτύξει θεωρητικές αρχές που να ερμηνεύουν τη συμπεριφορά των πραγμάτων.

Η φυσική φιλοσοφία γεννήθηκε τον 6ο αιώνα π. Χ. στην Ιωνία, όταν για πρώτη φορά στην ιστορία της ανθρωπότητας οι αιτίες των φυσικών φαινομένων αναζητήθηκαν στην ίδια τη φύση. Αυτή είναι η αρχή της πορείας του ανθρώπου προς την ορθολογική γνώση και ερμηνεία του φυσικού κόσμου.

Πράγματι η Φυσική κρύβεται πίσω από το πέταγμα του ακοντίου, ...

Σήμερα, βεβαίως, το πέταγμα του ακοντίου ερμηνεύεται από τη Φυσική. Όμως, κατά την προϊστορία, όπως ήδη έχουμε αναφέρει, δεν υπήρχε καν η Φυσική.

Η πρώτη ερμηνεία της κίνησης προέρχεται από το Αριστοτέλη στα πλαίσια της θεωρίας του για τις μεταβολές. Για τον Αριστοτέλη η κίνηση του ακοντίου είναι μια εξαναγκασμένη κίνηση. Υποστήριζε ότι η αρχική αιτία, όχι μόνο θέτει σε κίνηση το ακόντιο, αλλά συγχρόνως μεταφέρει στον αέρα τη δύναμη να κινεί το ακόντιο μέχρι να φτάσει στο στόχο. Αυτή η άποψη αμφισβητήθηκε έντονα κατά τον Μεσαίωνα.

Τον 14ο αιώνα ο Jean Buridan ανέπτυξε τη θεωρία της ορμής (impetus), μιας εσωτερικής δύναμης που επιβάλλεται στο βλήμα κατά την εκτόξευσή του (δεν ασχολούνταν πλέον με ακόντια).

Ο Γαλιλαίος, τελικά, διατύπωσε την αρχή της αδράνειας. Η κίνηση του βλήματος προς τα εμπρός δε θεωρείται πλέον ως το αποτέλεσμα μιας δύναμης, που δρα συνεχώς στο βλήμα, αλλά ως μια κατάσταση που διατηρείται, αν δεν υπάρχουν εξωτερικά αίτια για να τη μεταβάλλουν. Επιπλέον, ο Γαλιλαίος περιέγραψε με μαθηματικούς όρους την κίνηση των βλημάτων ως σύνθεση δύο ανεξαρτήτων κινήσεων, μιας ευθύγραμμης ομαλής κατά τη διεύθυνση της εκτόξευσης και μιας ομαλά επιταχυνόμενης προς τα κάτω.

Η λέξη “Φυσική” πρέπει να αντικατασταθεί από τις λέξεις “γνώσεις για τη φύση”.

Στην αρχή της σελίδας

1.2 Η ιστορία των Φυσικών επιστημών

Ο Αριστοτέλης

Ωστόσο τελικά επικράτησε το σύστημα του Πτολεμαίου.

Οι συγγραφείς φαίνεται να υποστηρίζουν ότι η ηλιοκεντρική θεωρία του Αρίσταρχου (310-230 π.Χ.) υπήρξε μια ανταγωνιστική θεωρία, έναντι της οποίας τελικά επικράτησε το γεωκεντρικό σύστημα του Πτολεμαίου. Μια τέτοια άποψη δεν έχει καμιά σχέση με την ιστορική πραγματικότητα.

Η ηλιοκεντρική θεωρία του Αρίσταρχου, δεν άσκησε ουσιαστικά καμία επίδραση στην αρχαιότητα. Η κίνηση της Γης ερχόταν σε αντίθεση με το κύρος της παράδοσης, τον κοινό νου, τις θρησκευτικές πεποιθήσεις και την αριστοτελική φυσική. Οι δύο μεγαλύτεροι αστρονόμοι του 3ου και του 2ου π.Χ. αι., ο Απολλώνιος και ο Ίππαρχος την απέρριψαν διατηρώντας το γεωκεντρικό δόγμα.

Ο Πτολεμαίος, το 150 μ.Χ., ακολούθησε τις δύο βασικές υποθέσεις της ελληνικής αστρονομίας, δηλαδή τη γεωκεντρική υπόθεση και την υπόθεση ότι οι κινήσεις των πλανητών είναι συνδυασμός ομαλών κυκλικών κινήσεων. Το μοντέλο που επεξεργάστηκε είχε το πλεονέκτημα να προβλέπει με ακρίβεια την μελλοντική θέση των πλανητών. Γρήγορα, λοιπόν, εκτόπισε το παλαιότερο γεωκεντρικό μοντέλο του Ευδόξου (390-337 π.Χ.).

Βιβλιογραφία:

“Οι απαρχές της Δυτικής επιστήμης”, του David C. Lindberg (Πανεπιστημιακές εκδόσεις Ε.Μ.Π.)

“Ιστορία των επιστημών και της τεχνολογίας”, σχολικό βιβλίο της Γ΄ τάξεως Ενιαίου Λυκείου.

Η επιστημονική επανάσταση

Μέχρι το 16ο αι. οι Ευρωπαίοι δέχονταν τις απόψεις του Αριστοτέλη και του Πτολεμαίου, οι οποίες είχαν αναγνωριστεί από τη Δυτική εκκλησία ως απόλυτες αλήθειες.

Αρκετές από τις θέσεις της αριστοτελικής φιλοσοφίας ήταν αντίθετες με το δόγμα της Δυτικής Χριστιανικής εκκλησίας.

Το 1210 ένα διάταγμα, που εξέδωσε μια σύνοδος επισκόπων στο Παρίσι, απαγόρευε τη διδασκαλία της φυσικής φιλοσοφίας του Αριστοτέλη στη σχολή Τεχνών του Παρισιού. Η απαγόρευση αυτή επαναλήφθηκε το 1215 και επικυρώθηκε το 1231 από τον πάπα. Από το 1240, όμως, άρχισε να χάνει την αποτελεσματικότητά της. Το 1270 ο επίσκοπος των Παρισίων απαγόρευσε τη διδασκαλία 13 προτάσεων του Αριστοτέλη, που ήταν αντίθετες με το χριστιανικό δόγμα και το 1277 τη διδασκαλία 219 αριστοτελικών απόψεων. Επίσης, το 1277 εκδόθηκε μια όμοια απαγόρευση που ίσχυε για όλη την Αγγλία.

Βιβλιογραφία: Οποιοδήποτε βιβλίο ιστορίας της επιστήμης αναφέρεται στη διαμάχη μεταξύ των θεολόγων και των φιλοσόφων και στα σχετικά διατάγματα της Δυτικής εκκλησίας. 

Ο 19ος αιώνας

Κατά το 19ο αιώνα παράλληλα με την εφεύρεση της ατμομηχανής εισάγεται η έννοια της ενέργειας.

Η εφεύρεση της ατμομηχανής έγινε το 18ο αι. και η βελτίωσή της το 1765 από τον James Watt. Η μελέτη της λειτουργίας της ατμομηχανής και η διερεύνηση της φύσης της θερμότητας συνέβαλλαν το 19ο αι. στη δημιουργία μια νέας έννοιας, της ενέργειας.

20ος αιώνας

Η θεωρία της σχετικότητας ... τροποποίησε δραστικά τις ιδιότητες της κίνησης όταν η ταχύτητα των σωμάτων πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός.

Η κβαντική θεωρία τροποποίησε τις ιδιότητες της κίνησης όταν περιορίζεται σε πολύ μικρές περιοχές του χώρου.

Μια νέα θεωρία δε μεταβάλλει ένα φαινόμενο, αλλά την περιγραφή του φαινομένου.

Δεν τροποποίησαν, λοιπόν, οι δύο θεωρίες του 20ου αιώνα τις ιδιότητες της κίνησης. Η ίδια η κίνηση εμφανίζει διαφορετικές ιδιότητες, όταν η ταχύτητα των σωμάτων πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός και όταν περιορίζεται σε πολύ μικρές περιοχές του χώρου.

Η θεωρία της σχετικότητας και η κβαντική θεωρία απλά τροποποίησαν τους νόμους που περιγράφουν την κίνηση σ’ αυτές τις συνθήκες.

Στην αρχή της σελίδας

1.3 Τι μελετά η Φυσική

... όλα γύρω μας μεταβάλλονται συνεχώς ... Αυτές τις μεταβολές τις ονομάζουμε φυσικά φαινόμενα.

Να διαγραφεί η λέξη “φυσικά”.

Οι μαθητές κάνουν τόσο κόπο να διακρίνουν τα φυσικά από τα χημικά φαινόμενα στο μάθημα της Χημείας.

Όταν ένα σώμα μπορεί να προκαλέσει μεταβολή λέμε ότι περιέχει ενέργεια.

Υπάρχει κάποιο σώμα που δεν περιέχει ενέργεια; Όχι, βέβαια! Όλα τα σώματα περιέχουν ενέργεια.

Οι συγγραφείς επαναλαμβάνουν ένα διαισθητικό ορισμό της ενέργειας, ο οποίος είναι λανθασμένος.

Επιπλέον, δεν υπάρχει συνέχεια στο κείμενο. Ο μαθητής περιμένει να διαβάσει παραδείγματα, για το πώς με την έννοια της ενέργειας περιγράφουμε τα φαινόμενα.

Αντί λοιπόν να δώσουν ένα λανθασμένο ορισμό, οι συγγραφείς θα μπορούσαν να αναφέρουν ότι η ενέργεια μαζί με την ύλη είναι τα συστατικά του σύμπαντος, ότι εμφανίζεται με διάφορες μορφές, ότι η ενέργεια σε κάθε μεταβολή μεταφέρεται από ένα σώμα σε άλλο ή αλλάζει μορφή, ότι η ποσότητά της διατηρείται.

Στην αρχή της σελίδας

1.4 Πώς ανακρίνουμε τη φύση. Η επιστημονική μέθοδος.

Άφησε να πέσουν από τον κεκλιμένο πύργο της Πίζας σφαίρες διαφορετικού βάρους. Τότε οι μαθητές του παρατήρησαν ότι οι σφαίρες έφταναν σχεδόν ταυτόχρονα.

Πρόκειται για μύθο. Ούτε τα γραπτά του Γαλιλαίου επιβεβαιώνουν το πείραμα, ούτε υπάρχουν γραπτές αναφορές από όσους υποτίθεται ότι παρακολούθησαν το πείραμα. Αντίθετα ένας αριστοτελικός, ο Coresio, σε ένα έργο του αναφέρει ότι είχε αφήσει να πέσουν από την κορυφή του πύργου της Πίζας δύο σώματα και το μεγαλύτερο είχε φτάσει πρώτο. Παρόλο που το έργο του Coresio εκδόθηκε το 1612 στη Φλωρεντία, ούτε ο Γαλιλαίος, ούτε κανένας άλλος εναντιώθηκαν στον ισχυρισμό του.

Δες το βιβλίο “H καταγωγή της σύγχρονης επιστήμης” του Herbert Butterffield, σελ. 83-85.

Επίσης το σχολικό βιβλίο της Γ΄ τάξεως Ενιαίου Λυκείου “Ιστορία των επιστημών και της τεχνολογίας” σελ. 126.

Ένας μαθητής του άφησε από το ίδιο ύψος ...

Πρόκειται, βέβαια, για πειράματα που οι συγγραφείς φαντάζονται ότι έκανε ο Γαλιλαίος με τους μαθητές του. Θα ήταν καλύτερα αν άρχιζαν την περιγραφή των πειραμάτων ως εξής: “Ας φανταστούμε ένα μαθητή του Γαλιλαίου να αφήνει ...”.

... όταν δεν υπάρχει αέρας, δηλαδή στο κενό, όλα τα σώματα πέφτουν συγχρόνως στο έδαφος όταν αφεθούν από το ίδιο ύψος. Αυτή την υπόθεση επιβεβαίωσε προσεκτικά στο εργαστήριό του.

Όχι. Η πειραματική επιβεβαίωση ήρθε αργότερα. Κατά τη διάρκεια της ζωής του Γαλιλαίου δεν είχε επινοηθεί κάποιος τρόπος για τη δημιουργία κενού. Η πρώτη αεραντλία κατασκευάστηκε από τον Οtto von Guericke το 1650 στο Μαγδεμβούργο της Γερμανίας. Λίγα χρόνια αργότερα κατασκευάστηκε ο γυάλινος σωλήνας κενού, μέσα στον οποίο δύο αντικείμενα οποιουδήποτε βάρους έπεφταν ταυτόχρονα.

Τι γίνεται όμως όταν δυο σώματα πέσουν από διαφορετικό ύψος κ.τ.λ.

Οι συγγραφείς δίνουν στους μαθητές λανθασμένη εντύπωση για τις δυνατότητες χρονομέτρησης εκείνης της εποχής και αλλοιώνουν χωρίς λόγο την ιστορία της επιστήμης. Ο χρόνος στην κατακόρυφη πτώση είναι τόσο μικρός, που ο Γαλιλαίος στην εποχή του με τα όργανα που διέθετε ήταν αδύνατο να τον μετρήσει. Επιπλέον, καθώς η ταχύτητα αυξάνεται γρήγορα, η αντίσταση του αέρα παύει να είναι αμελητέα.

Ο Γαλιλαίος έκανε μια σειρά πειραμάτων στα οποία χρησιμοποίησε μια σανίδα με κλίση ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Κατά μήκος της σανίδας είχε δημιουργήσει ένα λείο αυλάκι, μέσα στο οποίο μπορούσε να κυλάει μια μικρή χάλκινη σφαίρα.

Πρώτα άφησε τη χάλκινη σφαίρα από την κορυφή της σανίδας, μετά από τη μέση, μετά από το ένα τέταρτο, και κάθε φορά μετρούσε το χρόνο που χρειαζόταν για να φτάσει στη βάση της σανίδας. Η μέτρηση του χρόνου γινόταν με βάση την ποσότητα του νερού που μαζευόταν σ’ ένα κύπελλο. Το νερό έρεε, όσο διαρκούσε η πτώση, από ένα λεπτό σωλήνα που ήταν προσαρμοσμένος στον πυθμένα ενός μεγάλου δοχείου γεμάτο με νερό.

Επανέλαβε το πείραμα πολλές φορές για να είναι σίγουρος για τα αποτελέσματα. Με τον τρόπο αυτό βρήκε την αντιστοιχία μεταξύ μήκους και χρόνου και τη μαθηματική σχέση, που συνδέει αυτά τα δύο μεγέθη (το μήκος είναι ανάλογο του τετραγώνου του χρόνου). Αφού πρώτα συμπέρανε ότι η σχέση θα ισχύει και στην οριακή περίπτωση που η κλίση της σανίδας είναι 90°, απέδειξε ότι η ελεύθερη πτώση είναι μια ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση.

Για την περιγραφή του πειράματος δες την “Ιστορία των επιστημών και της τεχνολογίας”, σχολικό βιβλίο της Γ΄ τάξεως Ενιαίου Λυκείου, σελ. 128.

Στην αρχή της σελίδας

1.5 Γνωριμία με το εργαστήριο - Μετρήσεις

Μετρήσεις φυσικών μεγεθών

Για να μελετήσουμε ένα φαινόμενο είναι αναγκαίο να αναγνωρίσουμε τους παράγοντες που υπεισέρχονται σ’ αυτό και να μετρήσουμε τις ποσότητες που το περιγράφουν.

Οι παράγοντες που υπεισέρχονται σ’ ένα φαινόμενο δεν είναι διαφορετικοί από τις ποσότητες που περιγράφουν το φαινόμενο.

Μια σωστή διατύπωση είναι:

Για να περιγράψουμε ένα φαινόμενο είναι απαραίτητο να αναγνωρίσουμε και να μετρήσουμε τις ποσότητες που σχετίζονται με αυτό.

Μέτρηση της μάζας

... φυλάσσεται στις Σέρβες ... (πορτοκαλί ένθετο)

Στις Σέβρες φυλάσσεται το πρότυπο χιλιόγραμμο.

Μάζα και βάρος

Στο διάστημα, όπου τα σώματα δεν έχουν βάρος, ...

Και βέβαια έχουν βάρος. Σ’ ένα διαστημόπλοιο, το οποίο βρίσκεται σε τροχιά, υπάρχουν συνθήκες έλλειψης βαρύτητας. Αυτό σημαίνει ότι τα σώματα (στο σύστημα αναφοράς του διαστημόπλοιου) συμπεριφέρονται σαν να μην έχουν βάρος.

Στην αρχή της σελίδας

 

Σχολείο|Πολιτιστικά|Προγράμματα|Εκδόσεις|Εκπ.Υλικό|Σελ.Μαθητών|Site|14thDM

Στην αρχική σελίδα

email us
e-mail us
g14per@otenet.gr

Αναζήτηση στο Site
Όλο το site σε μια σελίδα
Οδηγίες πλοήγησης στο site

InteRMediA TeaM 14ου Γυμνασίου Περιστερίου
Σχεδίαση Site