Váţení naši čitatelia FL,

Transcript

1 ISSN XIII, 2008, 3 Váţení naši čitatelia FL, vstup do nového školského roku bol pre učiteľov základných a stredných škôl poznačený odštartovaním reformy. Ba dotklo sa to moţno aj letných prázdnin, a predovšetkým septembra, ktorý sa stal obdobím vypracúvania školských vzdelávacích programov. Na rozdiel od minulých školských rokov, keď časovo-tematický plán mal tak najviac tri stĺpce, teraz sa na mnohých školách predháňalo vedenie v počte koloniek, ktoré bolo treba vyplniť v školských vzdelávacích programoch, slušná miera bola okolo sedem. Otázkou je, či prináša vypĺňanie stĺpcov tabuliek naozajstné zamýšľanie sa nad spôsobom vyučovania? Natíska sa odpoveď, ţe nie. Moţno však pripustiť, ţe ak má učiteľ pripravené postupy na zavádzanie fyzikálnych pojmov aktívnou činnosťou ţiakov a tieto sú v zhode so štátnym vzdelávacím programom, môţe byť vypracovanie, podrobného školského programu prínosom v podobe dobrého projektu pre vyučovanie. Pravda, dobrý projekt bez nevyhnutných prostriedkov, ako je napr. učebnica, tieţ nezaručuje úspech. Tento neţelateľný stav, do ktorého sme sa náhlym spustením reformy dostali, sa dal predpokladať. Ešte aj dnes si môţete prečítať naše stanoviská k reforme na Ţiaľ, všetky výhrady sú stále aktuálne, ani jednu z nich nevzali kompetentní na vedomie, a to aj napriek tomu, ţe ich podporila veľká väčšina didaktikov fyziky, časť učiteľov, JSMF a dekan FMFI UK. Uvedomujeme si, ţe napriek mnohým výhradám k reforme, učiteľ je ten, čo stojí tvárou v tvár voči ţiakom, a to je záväzok. Preto sme letné prázdniny, podobne ako mnohí z Vás, strávili prípravou na tento školský rok. V rámci projektov ESF, ktoré na Oddelení didaktiky fyziky riešime, sme pripravovali sústredenia pre spolupracujúcich učiteľov a učebné materiály sme sa snaţili pripraviť tak, aby boli pouţiteľné v 1. ročníku vyučovania fyziky na gymnáziu, v príme 8-ročných gymnázií, či v budúcom školskom roku v 6. ročníku ZŠ. V tomto čísle uverejňujeme stručné informácie o uvedených podujatiach, ktoré sa konali začiatkom septembra v Modre a v polovici septembra v Lučenci. Na stránkach nášho časopisu a tieţ prostredníctvom internetového vysielania sa snaţíme uţ niekoľko rokov uverejňovať netradičné spôsoby sprístupňovania obsahu vyučovania fyziky. Ide nám predovšetkým o to, aby ţiak bol aktívny, objavoval vzťahy a vysvetlenia. V neposlednom rade sa usilujeme tieţ o to, aby vyučovanie fyziky zodpovedalo dobe v ktorej ţijeme. V tomto duchu sa snaţíme pripravovať aj našich študentov budúcich učiteľov fyziky. Budeme radi, váţení čitatelia, ak získame od Vás ohlasy na našu snahu, ale tieţ príspevky do časopisu, v ktorých predloţíte učiteľskej verejnosti svoje skúsenosti z vyučovania fyziky, či nápady na jeho skvalitnenie. Viera Lapitková

2 2 Obsah Krátke informácie Prijímacie konanie na FMFI UK pre akademický rok 2009/2010 Fyzikálne listy Organizovali sme sústredenia učiteľov ZŠ a gymn Stretnutie učiteľov účastníkov pobytu v CERNe... 4 Hmlová komora... 5 Záver a výsledky projektu Veda pre ţivot... 8 Záverečný seminár projektu ESF Názorné vyučovanie fyziky... 9 Záverečné stretnutie v projekte ESF Fyzika okolo nás Kinematika a dynamika pomocou ultrazvukového senzora polohy 10 Vydáva a distribuuje Univerzita Komenského Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, Bratislava Katedra teoretickej fyziky a didaktiky fyziky Október 2008 Redakčná rada Ján Pišút, Václav Koubek, Peter Demkanin, Peter Horváth Šéfredaktor Viera Lapitková Výkonný redaktor Martin Belluš Grafická úprava Peter Kohaut Elektronické vydanie Marián Danišovič Adresa redakcie Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, Mlynská dolina, Pav. F Bratislava 4 bellus@fmph.uniba.sk Na Internete nás nájdete na stránke: Bakalárske štúdium Prijatí bez prijímacích skúšok na všetky študijné programy budú absolventi stredných škôl s maturitou aspoň z jedného profilového predmetu s výnimkou tých študijných programov, v ktorých by počet prihlásených prevýšil 1,5-násobok plánovaného počtu prijatých. Bez ohľadu na plánovaný počet prijatých dekan príjme bez prijímacích skúšok všetkých uchádzačov, ktorí sú úspešní riešitelia krajského alebo celoštátneho kola olympiády z aspoň jedného profilového predmetu v kategóriách A alebo B, organizovanej MŠ SR, Jednotou slovenských matematikov a fyzikov a Slovenskou informatickou spoločnosťou alebo ktorí sú úspešnými účastníkmi celoštátneho kola Stredoškolskej odbornej činnosti v odbore, ktorý je ich profilovým predmetom, alebo ktorí sú úspešnými riešiteľmi celoštátneho kola Turnaja mladých fyzikov, ak je fyzika ich profilovým odborom. Podmienkou prijatia na študijný program Matematika Telesná výchova je úspešné absolvovanie talentových skúšok na FTVŠ. Termín podania prihlášok je do 28. februára 2009 Podrobné informácie o prijímacom konaní, o plánovaných počtoch študentov, o študijných programoch, študijných podmienkach, uplatnení absolventov nájdete na fakultnej stránke ak si zvolíte Vybrané informácie pre uchádzača o štúdium. Veľtrh pomaturitného vzdelávania AKADÉMIA 2008 (12. ročník) Veľtrh sa konal v Národnom tenisovom centre v Bratislave 7. aţ Cieľom účasti vysokých škôl a fakúlt bola hlavne propagácia moţností štúdia na nich. Zo Slovenska sa zúčastnilo 19 vysokých škôl (vlani 9), z nich len fakulty STU (7) a UK (3) mali vlastné stánky (UK ako celok sa neprezentovala). Okrem našej fakulty to bola Farmaceutická fakulta a Fakulta manaţmentu. FMFI UK sme prezentovali aj na sprievodnom seminári. Na veľtrhoch sa zúčastnilo viacero škôl zo zahraničia (Česko, Cyprus, Rakúsko, VB, Holandsko, Taliansko, USA, Nemecko) a agentúry sprostredkujúce štúdium v zahraničí i krátkodobejšie pobyty študentov. Účasť našej fakulty bola uţ tradičná. Do konštrukcie stánku (3 4 m) sme dodali vlastné panely ( cm). Na dvoch boli informácie o fakulte, ďalšie boli venované laserom, holografii, digitalizácii obrazu, mikroskopii, palivovým článkom. Na troch veľkoplošných obrazovkách sme premietali zaujímavé videá natočené vysokorýchlostnou kamerou, záznamy niektorých popularizačných prednášok, 3D obrázky (návštevníci ich sledovali špeciálnymi okuliarmi) a film natočený k výstave Veda pre ţivot, ktorý obsahuje časť o fakulte, najmä moţnostiach štúdia. Pozornosť priťahovali aj točiace sa vrtuľky, ktoré poháňal solárny článok, resp. palivový článok. O náš stánok bol veľký záujem. Na otázky návštevníkov odpovedali permanentne dvaja aţ traja zástupcovia fakulty. Najčastejšie otázky sa týkali prijímacieho pokračovania, moţnosti prijatia bez prijímacej skúšky, šancí na prijatie, uplatnenia absolventov mb ISSN

3 Fyzikálne listy 3 Organizovali sme sústredenia učiteľov základnej školy a gymnázia Vďaka vede a technike sa vývoj sveta na začiatku dvadsiatehoprvého storočia veľmi zrýchlil. Zatiaľ čo skôr narodení občania sa len s veľkým úsilím prispôsobujú zmenám prostredia, v ktorom ţijú, mladším ročníkom rýchly vývoj sveta očividne problémy nerobí. Vidíme to na našich ţiakoch, ktorí výpočtovú techniku, multimédiá, mobilné telefóny alebo internet povaţujú za prirodzenú súčasť svojho ţivota. S úplnou samozrejmosťou hľadajú tieto prvky aj vo vzdelávacom procese a ţiaľ, nachádzajú ich skôr v mimoškolských zdrojoch poznania a menej často v škole. Zdá sa, ţe škola prehráva preteky s časom a nie je schopná sa prispôsobiť podmienkam informačnej spoločnosti, pre ktorú má vychovávať svojich ţiakov. Často si nad týmto zaostávaním umývame symbolicky ruky konštatovaním školstvo nemá prostriedky na materiálne vybavenie škôl, ale na druhej strane školy nie vţdy dostatočne ústretovo reagujú na výzvy, ktoré im ponúkajú aspoň čiastočnú nápravu súčasného stavu. Negatívnu skúsenosť nadobudlo aj naše pracovisko pri realizácii viacerých projektov, v ktorých sme získali aké-také prostriedky pre inováciu vyučovania na školách, ktoré prejavia záujem. Ţiaľ, napriek zverejneným oznamom a propagácii v našom časopise, v internetovom vysielaní, na učiteľských konferenciách a aj napriek osobným stykom sme často mali problém, ako naplniť počet škôl, ktoré by sme mohli do projektu zaradiť. O to viac nás potešilo, ţe na Slovensku existujú aj školy, na ktorých sa učitelia snaţia sledovať vývoj, hľadajú informácie, učia sa pouţívať nové vyučovacie techniky a zaraďujú ich do svojich vyučovacích postupov. V rokoch 2005 aţ 2008 viac ako sto týchto učiteľov spolupracovalo s naším pracoviskom na niekoľkých projektoch podporovaných Európskymi sociálnymi fondami. V septembri 2008 sa 40 z nich zúčastnilo na dvoch sústredeniach, kaţdé s dvojdňovým programom, ktoré naše pracovisko usporiadalo v Modre v projekte ESF Popularizácia vedy v prírodovednom vzdelávaní. Prvé z týchto sústredení sme zorganizovali pre učiteľov prírodovedných predmetov gymnázií, na druhom sústredení sa zúčastnili učitelia základných škôl. Hlavným cieľom projektu je vniesť do školskej praxe nové prvky nielen technické zariadenia ale aj nové vyučovacie postupy, ktoré by ţiakom priblíţili súčasný stav vedy a inšpirovali by ich k voľbe povolania umoţňujúceho vedeckú kariéru v prírodovedných disciplínach. Doba, v ktorej práca na projekte vrcholí, je poznamenaná závaţnými zmenami reformou základného a stredoškolského vzdelávania. To do istej miery skomplikovalo našu prácu, avšak na druhej strane nám umoţnilo ponúknuť učiteľom participujúcim v projekte nové učebné a študijné texty a návody na ţiacke aktivity, ktoré sú v súlade s cieľmi projektu. Kaţdé z dvoch sústredení sa začalo blokom zameraným na komunikáciu v projekte: Účastníci sa naučili nadväzovať spojenie so školiacim pracoviskom a medzi sebou navzájom, prihlásiť sa a komunikovať vo fóre študijného prostredia Moodle a pracovať s konferenčnou videokamerou jednak pri snímaní videozáznamu a jeho uloţenia na disk, jednak pri konferenčnom videospojení s druhým účastníkom. Druhý z blokov sústredenia sa zameral na techniku využitia počítača v školských vyučovacích postupoch. Učitelia sa naučili inštalovať potrebný softvér (Coach6) a pripájať k počítaču senzory prostredníctvom interfejsu, snímať dáta a graficky ich zobraziť, analyzovať výsledky merania s vyuţitím funkcií, ktoré softvér umoţňuje. Tretí blok sústredenia ponúkol študijné a vyučovacie texty spracované hypertextovo na DVD. Texty pre učiteľov gymnázií sú zamerané na 1. ročník štvorročného gymnázia. Učitelia základnej školy dostali na DVD texty pre 6. ročník. Do obidvoch textov implementovali riešitelia projektu vyučovacie postupy s vyuţitím

4 4 Fyzikálne listy výpočtovej a multimediálnej techniky. Hypertextové usporiadanie umoţňuje plynule prechádzať od študijného textu k ţiackym aktivitám alebo k počítačovým aplikáciám. Okrem poznatkov zo sústredenia si učitelia participujúci na projekte odniesli do svojej učiteľskej praxe aj súbory pomôcok, na ktorých budú môcť získané poznatky a zručnosti rozvíjať. Učitelia základných škôl dostali súpravu s elektronickým barometrom a teplomerom a USB rozhraním. Súprava umoţňuje napr. zostaviť a pripojiť na počítač školskú meteorologickú stanicu s moţnosťou záznamu časových rozvojov tlaku a teploty. Okrem toho sa dá súprava pouţiť aj pri snímaní a spracovaní dát získaných pri celom rade pokusov z termiky alebo z náuky o elektrine a magnetizme. Učitelia gymnázií si zo sústredenia odniesli sadu senzorov (teplotný a tlakový senzor, ph elektródu so zosilňovačom, ultrazvukový senzor vzdialenosti všetko s moţnosťou pripojenia na počítač prostredníctvom rozhrania CoachLabII). So súpravou je moţné vykonať takmer všetky obvyklé experimenty zo stredoškolskej mechaniky, termiky a náuky o elekrine a magnetizme. Sondu ph pripojenú na počítač zrejme ocenia učitelia chémie a biológie. Obidve skupiny učiteľov sme vybavili konferenčnými videokamerami a kufríkom naplneným drobnými pomôckami, ktoré učiteľ vţdy potrebuje (jednoduché meracie prístroje, rezistory, vodiče, krokosvorky, feritové magnety ). V sústredeniach sa participujúci učitelia zaviazali k ďalšej vzájomnej spolupráci: Školiace pracovisko Oddelenie didaktiky fyziky na Katedre teoretickej fyziky FMFI UK bude aj naďalej učiteľom dodávať učebné texty a študijné materiály, zabezpečovať komunikáciu školy s ostatnými participujúcimi školami prostredníctvom prostredia (Moodle (Fórum). Do konca roka 2008 pripraví najmenej tri internetové vysielania pre školy participujúce v projekte. Spolupracujúci učitelia budú používať zapožičané prostriedky vo vyučovacom procese, najmä v prírodovedných predmetoch chémia, fyzika a biológia a budú o spôsobe ich využitia informovať školiace pracovisko. Majú sa podielať aj na diseminačnom procese na šírení výsledkov projektu a použitých materiálov, získaných v rámci projektu ESF. V priebehu riešenia projektu Popularizácia vedy.. vzniklo 36 školských pracovísk, ktoré sa rozhodli vyučovať iným spôsobom ako doteraz a tak prispieť k zlepšeniu vzťahu ţiakov k prírodovednému vyučovaniu. Ţelali by sme si, aby takéto pracoviská na Slovensku pribúdali aj v budúcich rokoch. Viera Lapitková Václav Koubek Stretnutie učiteľov účastníkov pobytu v CERNe Dňa sa uskutočnilo stretnutie účastníkov pobytu v CERNe z rokov 2007 a Seminár sa uskutočnil pod záštitou organizátorky Zuzany Ješkovej, a to videokonferenčne v Košiciach a v Bratislave. K semináru sa videokonferenčne pripojila aj Európska organizácia pre výskum jadra CERN, odkiaľ úvodné slovo povedal Mick Storr (je zodpovedný za medzinárodné semináre pre učiteľov a študentov fyziky z celého sveta). Cieľom akcie bolo podeliť sa s ostatnými so záţitkami z CERNu a ich implementáciou do školského vyučovania. Učitelia mali moţnosť diskutovať jednak navzájom medzi sebou a jednak aj s odborníkmi z danej oblasti. Hosťami stretnutia bol Jozef Urbán, Ladislav Šándor, ktorí v Košiciach predniesli prednášky a Ján Pišút, ktorý v Bratislave viedol diskusiu. Učitelia a pán profesor Pišút Stretnutie učiteľov

5 Fyzikálne listy 5 Praktickou zloţkou semináru bola aktivita Postavme si opäť hmlovú komoru. Kaţdý zúčastnený učiteľ mal moţnosť vidieť a postaviť takúto komoru v CERNe. Ale keďţe učiteľov bolo veľa a program bol skutočne pestrý, nebol čas na dôkladnejšie preskúmanie činnosti hmlovej komory. Preto sa organizátori rozhodli pre opätovnú stavbu doma na Slovensku a tým dokázať, ţe s vhodnými pomôckami aj náš učiteľ má šancu pracovať ako v CERNe. Učiteľov nápad veľmi potešil. S nadšením sa pustili do práce. V Bratislave pre zúčastnených 16 učiteľov boli pripravené tri komory. Navyše po ich spustení mali moţnosť porovnať stopy kozmického ţiarenia so ţiarením α, β či γ. Učitelia mali viac času porozmýšľať napríklad o trajektórii a smere pohybu častíc, či porovnať svoju komoru s ostatnými. Po zhliadnutí divadla pohybu častíc ţiarenia učitelia prejavili záujem o šírenie poznatkov o hmlovej komore medzi študentmi. Niektorí sa ihneď informovali o komponentoch komory, iní by si radi so študentmi prezreli uţ existujúce komory. Na niektorých školách učitelia vraj mali hmlovú komoru, ale veľmi sa nepouţívala. Po aktivite s hmlovou komorou sme učiteľov informovali o moţnosti zaobstarať si pomôcky na pokusy z jadrovej fyziky, ktoré dodáva firma NTL Logistik, sídliaca v Holíči. Nasledovala exkurzia v laboratóriu gama spektrometrie na Katedre jadrovej fyziky, ktorú viedol Jaroslav Staníček. Vladimír Plášek Úvod Hmlová komora V apríli 2007 sme so skupinou učiteľov zo Slovenska navštívili výskumné centrum CERN. Súčasťou bohatého programu bola aj aktivita s hmlovou komorou. Na prvý pohľad jednoduché zariadenie nám umoţnilo vidieť stopy po kozmickom ţiarení. Bol to záţitok. Učíme sa o tom, čítame o tom ale vidieť to na vlastné oči! Opäť sa potvrdilo, ţe je lepšie raz vidieť ako stokrát počuť. Po návrate domov som sa rozhodol zostaviť si vlastnú hmlovú komoru a ukázať ju aj kolegom a moţno aj ţiakom, ktorí navštívia fakultu. Joachim Flammer z CERNu vysvetľuje nákres Učitelia fyziky pripravujú hmlovú komoru Čo je hmlová komora a ako funguje Tento opis hmlovej komory vychádza hlavne z literatúry [6]. Hmlová komora je hermeticky uzavretá nádobu s priehľadnými stenami, v ktorej je vzduch zbavený prachových častíc a malé mnoţstvo vyparujúceho sa alkoholu nakvapkaného na plstenej podloţke. Kvapalina sa vyparuje aţ kým nevznikne rovnováha medzi kvapalinou a jej parami. Mnoţstvo pár závisí od teploty. Väčšia teplota znamená viac pár. Tieto pary sa nazývajú nasýtené. Ak sa teplota systému prudko zníţi, potom sa nasýtené pary stanú presýtené. Ak je para presýtená, môţe ľahko skondenzovať. Na to potrebuje kondenzačné jadrá napr. zrnká prachu alebo (v našom prípade) ióny. Častice letiace komorou nárazmi ionizujú vzduch a pary. Na vytvorených iónoch (pozdĺţ dráhy preletu častice) kondenzuje presýtená para vznikajú malé kvapôčky a tie moţno fotografovať. Presýtenie pár sa dá dosiahnuť pomocou expanznej (Wilsonovej) komory alebo difúznej hmlovej komory. 1. Expanzná (Wilsonova) komora: Pri adiabatickej expanzii sa sústave nedodáva ţiadne teplo. Pri expanzii plyn koná prácu na úkor svojej vnútornej energie a jeho teplota teda musí klesnúť. Z nasýtených pár sa stanú presýtené za túto dobu môţeme registrovať stopy častíc tento krátky čas nazývame citlivý (senzitívny) čas komory ( 1 s).

6 6 Fyzikálne listy Fotografia z Wilsonovej komory [8] Difúzna hmlová komora [7] 2. Difúzna hmlová komora: Stav presýtenia sa dosahuje rozdielom (gradientom) teploty medzi hornou a dolnou časťou komory. Napr. v hornej časti komory je plsť nasiaknutá alkoholom. Nad jej povrchom sa vytvoria nasýtené pary. Tieto difundujú k dolnej kovovej platni, ktorá sa ochladzuje. Na nej sa zráţajú a kondenzujú. V časti priestoru nad kovovou platňou sa pary stávajú presýtenými vznikajú podmienky, kde sa na iónoch vznikajúcich pri prechode ionizujúcej častice plynom môţu vytvárať kvapôčky. Výhody nepretrţitý reţim práce. Nevýhody iba v malej časti komory je vidno preletujúce častice. Hmlové komory sa väčšinou umiestňujú do magnetického poľa, ktorého vektor indukcie je kolmý na rovinu, v ktorej pozorujeme alebo fotografujeme stopy častíc. Dráhy častíc sú zakrivené a zmeranie polomeru krivosti umoţňuje stanoviť náboj a hybnosť častice. Čo je kozmické žiarenie, ktoré pozorujeme v hmlovej komore? Je to ţiarenie, ktoré dopadá na Zem z kozmu. Štúdium kozmického ţiarenia zohralo veľkú úlohu pri vzniku fyziky elementárnych častíc. V 30. aţ 50. rokoch boli objavené prvé netradičné elementárne častice ako pozitrón, mión, mezón π. Častice kozmického ţiarenia dosahujú vysokých energií, aţ ev, ale len s malou početnosťou. Súčasný najväčší urýchľovač na svete LHC, dokáţe skúmať interakcie prebiehajúce pri energiách rádovo ev. V tejto oblasti je hustota toku kozmického ţiarenia len asi 10 3 č m 2 s 1, zatiaľ čo v LHC aţ č m 2 s 1 (č častica, pozn. autorov). Kozmické ţiarenie, ktoré pozorujeme za hranicami zemskej atmosféry, sa nazýva primárna zloţka kozmického ţiarenia. Je tvorená najmä protónmi, alfa časticami, ľahkými jadrami Z < 41, asi 1 % tvoria fotóny a 1 % elektróny, a tieţ malá prímes pozitrónov. Minimálna energia nabitej častice primárneho ţiarenia, ktoré ešte môţe dopadnúť na Zem závisí od zemepisnej šírky vzťahom E 1, cos 4 ev, kde je zemepisná šírka. Častice primárneho kozmického ţiarenia, ktoré vstupujú do atmosféry Zeme, sa zráţajú s atómami, s ich jadrami a interagujú s nimi. Pri interakciách sú z atómového obalu vyţiarené elektróny, z jadier nukleóny a ďalšie častice. Súbor týchto častíc nazývame sekundárne kozmické ţiarenie. Protóny budú strácať Kozmické ţiarenie [6] od vstupu do atmosféry svoju energiu zráţkami najmä s jadrami atómov. Pravdepodobnosť, ţe sa s jadrami nezrazí a dopadne na povrch Zeme je veľmi malá, na úrovni Pri zráţkach vznikajú nabité častice: fragmenty jadier, mezóny π ±, protóny, ale aj neutrálne častice napr. neutróny a mezóny π 0. Všetky tieto častice sa ďalej rozpadajú, zaraďujeme ich do jadrového komponentu kozmického ţiarenia. Na úrovni mora však uţ väčšinu častíc tvoria mióny a miónové neutrína, ktoré vznikli rozpadom mezónov π ± podľa rovníc π + μ + + ν μ a π μ + ν μ a majú strednú dobu ţivota 10 6 s [3]. Teda sekundárne kozmické ţiarenie má tieto zloţky: 1. protóny, neutróny a mezóny π, ktoré produkujú v zráţkach ďalšie nukleóny a mezóny π,

7 Fyzikálne listy 7 2. pomalé protóny, ktoré strácajú energiu ionizáciou, 3. pomalé neutróny, ktoré sú absorbované jadrami, 4. mióny a miónové neutrína, 5. elektromagnetické kaskády, t. j. elektróny, pozitróny a fotóny, 6. fragmenty jadier a ďalšie častice. Zhotovenie vlastnej hmlovej komory Pri zhotovovaní vlastnej hmlovej komory sme vyuţili návod, ktorý sa nachádza na DVD zo seminára v CERNe [5] a praktické rady Zuzany Ješkovej z Košíc. Postavenie samotnej komory nám trvalo, do prvého výsledku, asi 2 týţdne. Ako postupovať: Ako vrchnák hmlovej komory sme pouţili plastové akvárium pre ryby cm. Do dna akvária sme dali vyvŕtať diery (na dolievanie alkoholu v priebehu experimentu). Na dno akvária, z vnútornej strany, sme prilepili plsť, do ktorej sa na začiatku experimentu naleje alkohol, v priebehu experimentu sa bude cez vyrezané diery dolievať. Na funkciu hmlovej komory potrebujeme 99,5 % isopropylalkohol, dá sa objednať cez internet na stojí 289, Sk. Nasleduje kovová platňa. Dali sme ju vyrezať z duralu, tvrdeného hliníka, s rozmermi o 1 cm väčšími ako rozmery akvária (hrúbka aspoň 5 mm). Do platne treba vyfrézovať dráţku, do ktorej sa vloţí My a naša hmlová komora akvárium hore dnom. Týmto je celá hmlová komora hotová, ešte treba vyriešiť chladenie. Našli sme vhodnú nádobu, vaničku, ktorú sme vystlali polystyrénom a do nej vkladáme suchý ľad a priamo naň celú hmlovú komoru. Polystyrén sme rezali rezačkou na polystyrén, dá sa kúpiť vo firme KVANT za Sk. Poznámka redakcie: Moţno pouţiť odporový drôt hrubý asi 0,3 0,5 mm vhodne napnutý (napr. cez izolačné podloţky do rámu od lupienkovej pílky) a napájaný z regulačného transformátora. Napätie treba nastaviť tak, aby zohriaty drôt spoľahlivo tavil polystyrén (drôt by nemal byť rozţeravený aţ do červena!). Na chladenie potrebujeme suchý ľad, vyrába ho firma Messer v Šali, do Bratislavy nám ho dovezú vţdy v utorok alebo sa s nimi dohodneme. Najmenšie vrecko 5 kg stojí pribliţne 200 Sk (na jednu komoru potrebujeme asi 3 kg). Podrobnejší postup nájdete na uvedenom DVD[5]. Upozorňujem, ţe od myšlienky zostrojiť hmlovú komoru k jej skutočnému zostrojeniu potrvá asi týţdeň. Potom uskutočníte prvý pokus, ktorý vám pravdepodobne nevyjde a budete musieť nájsť chybu. My sme sa k úspešnému experimentu dopracovali aţ na tretí pokus. Teda 2 týţdne je dostatočná doba na realizáciu hmlovej komory. Potom uţ bude spoľahlivo fungovať celé roky. Pohľad na stopy po ionizujúcich časticiach kozmického ţiarenia je naozaj úchvatný. Ako možno využiť hmlovú komoru na školách? Atómová a jadrová fyzika je obsahom vyučovania fyziky na gymnáziách. Je pravda, ţe čím ďalej, tým menej študentov sa venuje tejto vednej disciplíne. Na druhej strane, ak sa hovorí o CERNe, čiernych dierach a Higgsovom bozóne, študenti zrazu spozornejú. Berú to ako akési mystérium, pre nich nepochopiteľné, ale zaujímavé. Je dobré, ak sa podarí učiteľovi spojiť záujem študentov s tým, čo im chce predostrieť ako novú skutočnosť. Ak sa študentovi povie, ţe všade okolo nás je kozmické ţiarenie, nemusí veriť. Pre študenta je to ako ďalší fakt a nezamýšľa sa nad fyzikálnou podstatou. Ako môţe učiteľ prinútiť budúceho maturanta, napríklad z dejepisu, aby prejavil aspoň čiastočný záujem o fyziku? Odpoveďou môţe byť napr. hmlová komora. Na hmlovej komore je fascinujúce práve to, ţe veľmi jednoduchým (a na efekt príťaţlivým) spôsobom vieme pomocou nej demonštrovať zloţitú fyziku. V učebnici 4. ročníka [1] sa píše, ţe hmlová komora sa pouţíva od roku 1911, aj keď v súčasnosti jej pouţitie je minimálne. Ak komorou prechádza nabitá častica (napr. častica α), spôsobuje ionizáciu presýtenej pary kvapaliny. Takto vznikajúce ióny sa stávajú kondenzačnými jadrami, na ktorých vznikajú malé kvapôčky kvapaliny. Študent získa predstavu o fyzikálnom fungovaní komory, ale nemá potuchy čo to znamená v praxi. Poloţí si otázku: Ako vidím stopy častice v komore a o akom rozvetvení stôp to hovoria v učebnici? Voľným okom mikročastice vo vzduchu nevidíme (a moţno na ne ani neveríme), ale hmlová komora zreteľne zviditeľní

8 8 Fyzikálne listy ich stopy. Atómová a jadrová fyzika je zloţitá pre študenta, jednak v pochopení a jednak preto, ţe na školách neexistujú pomôcky, ktorými by sme demonštrovali aspoň základné javy. Hmlová komora je vhodným prostriedkom, aby študent efektným spôsobom naozaj uveril, ţe okolo nás je kozmické ţiarenie. Pritom si uvedomí, ţe aj pomocou jednoduchých pomôcok môţeme vidieť niečo úplne neviditeľné, za predpokladu dobrých fyzikálnych poznatkov. Fotografie z našej hmlovej komory Záver Na záver by sme sa chceli poďakovať organizátorke celej akcie CERN Zuzane Ješkovej. Vďaka jej práci v projekte (projekt je podporovaný Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. LPP ) mali slovenskí učitelia a úspešní študenti príleţitosť spoznať prácu európskeho centra pre jadrový výskum. Literatúra: [1] PIŠÚT, J. a kol Fyzika pre 4. ročník gymnázií. Bratislava: SPN, s. [2] USAČEV, S. a kol Experimentálna jadrová fyzika. Bratislava: SNTL, s. [3] ÚLEHLA, I. a kol Atomy, jádra, častice. Praha: Academia, s. [4] HLINKA, V. Experimentálne metódy jadrovej fyziky I. semester, skriptum [5] DVD Slovak Teachers programme CERN [6] [7] Hydrogen_Diffusion_Chamber.jpg [8] Vladimír Plášek Mária Maroszová Soňa Chalupková Miroslav Šedivý Záver a výsledky projektu Veda pre život Jednou z aktivít, ktorými sme sa na FMFI UK snaţili vzbudiť väčší záujem o prírodné vedy a o fyziku, bola realizácia putovnej výstavy Veda pre ţivot. Pri jej príprave sme sa snaţili, aby návštevníci mali moţnosť spoznať aspoň niektoré z mnoţstva aplikácií vedeckých poznatkov v ţivote okolo nás, ale aj krásu a dômysel ľudského snaţenia sa pri objavovaní nových poznatkov a pri vývoji nových zariadení, prístrojov a predmetov. Snahou bolo tieţ, aby sa návštevníci mohli aktívne podieľať na objavovaní pre seba nových poznatkov. Hlavnými témami boli: Získavanie a premeny energie dopady na ekológiu a ekonomiku; Nanotechnológie a supravodiče; Moderná mikroskopia a digitálna analýza obrazu; Fyzika plazmy a laserové technológie; Forenzné aplikácie, DNA analýza, biometria; Senzorika a defektoskopia. K týmto témam bolo spolu pripravených pätnásť exponátov. Výstavy sa postupne uskutočnili od novembra 2007 do júna 2008 v mestách: Nitra, Trenčín, Ţilina, Banská Bystrica, Prešov, Poprad, Trnava, Košice. Spolu výstavu navštívilo viac ako ţiakov základných a stredných škôl spolu s učiteľmi, ako aj mnohí rodičia. Najväčším ocenením pre tých, čo pripravovali výstavu bolo, ţe viacerí zo ţiakov priviedli na výstavu svojich rodičov, keď ju predtým absolvovali v rámci školskej akcie.

9 Fyzikálne listy 9 V súčasnosti niektoré z exponátov vyuţívame pri propagácii fakulty a hľadáme vhodné, najlepšie stále, priestory na jej opätovné inštalovanie. Informácie o projekte nájdete na stránkach Pre záujemcov máme taktieţ k dispozícii tlačenú farebnú broţúru s opisom jednotlivých exponátov, ako aj s náznakom fyzikálnych objasnení niektorých javov a taktieţ DVD s prezentáciami, ktoré boli súčasťou výstavy. Ak máte o tieto publikácie záujem, napíšte list alebo na adresu redakcie Fyzikálnych listov. Projekt bol financovaný Európskym sociálnym fondom z prostriedkov Európskej únie. Peter Horváth Záverečný seminár projektu ESF Názorné vyučovanie fyziky s dôrazom na rozvoj kompetencií žiakov potrebných pre uplatnenie v praxi Záverečný seminár projektu sa uskutočnil 19. a 20. septembra 2008 v Lučenci. Seminára sa zúčastnilo pribliţne 40 učiteľov fyziky základných a stredných škôl. Hlavná časť odborného programu sa uskutočnila na Základnej škole Vajanského ul. a prebiehala formou tvorivých dielní. Dielne boli zamerané na aktívne ţiacke poznávanie vo fyzike. Zaoberali sme sa meraním magnetického poľa Zeme rôznymi metódami v podmienkach školy; prípravou, zadávaním, realizovaním a hodnotením ţiackych projektov; zostrojením a kalibráciou digitálneho teplomera a vyuţitím Peltierovho článku; tvorbou školských vzdelávacích programov. Pomôcky potrebné pre realizáciu prezentovaných aktivít na dielňach učitelia dostali na mieste, prípadne im budú rozoslané. V rámci burzy nápadov nás Daniel Polčín oboznámil so širokými moţnosťami vyuţitia digitálneho fotoaparátu pri fyzikálnych meraniach, analýze fyzikálnych javov a tieţ sme sa venovali školským vzdelávacím programom (Jozef Beňuška a iní). V rámci seminára sme navštívili aj Dom vedy a techniky, dielo Ľubomíry Morkovej, kde sme sa oboznámili s mnoţstvom pekných interaktívnych exponátov zameraných na fyziku, ktoré vytvorila spolu so svojimi ţiakmi. Priamo tu, u nej doma, v jej domci si Ľuba Morková z rúk predsedníčky FPS JSMF Viery Lapitkovej prevzala Vyznamenanie za vynikajúcu pedagogickú prácu. Naše poďakovanie za pomoc pri organizácii seminára patrí vedeniu Základnej školy na Vajanského ul. v Lučenci, konkrétne p. zástupkyni Antónii Zacharovej a p. riaditeľke Ľudmile Lackovej, a taktieţ Ľubomíre Morkovej. V súčasnosti prebiehajú v projekte záverečné práce súvisiace s prípravou publikácie zameranej na námety na ţiacke aktivity, ktoré boli prezentované v projekte. Informácie o projekte nájdete na stránke Projekt je financovaný Európskym sociálnym fondom z prostriedkov Európskej únie. Peter Horváth

10 10 Fyzikálne listy Záverečné stretnutie v projekte ESF Fyzika okolo nás Na začiatku školských prázdnin, 30. júna a 1. júla sa na fakulte uskutočnil záverečný seminár projektu Fyzika okolo nás, ktorý bol určený učiteľom fyziky stredných škôl bratislavského regiónu. Program seminára bol bohatý na témy. Prvá časť bola venovaná najmä vyuţitiu pomôcok, ktoré školy zapojené v projekte dostali, najmä pomôcky Spektrál. O spektrometrii prednášal Pavel Vojtek, ktorý sa venuje danej oblasti a spolupracoval aj pri vývoji zariadenia na spektrálnu analýzu. Paralelne s touto prednáškou beţala dielňa zameraná na ţiacke aktivity súvisiace so spektrálnou analýzou slnečného svetla a s kolobehom energie v prírode, vedúcou dielne bola Viera Lapitková. Ďalšia časť seminára bola venovaná štátnemu a školskému vzdelávaciemu programu fyziky na gymnáziu (viedli Peter Demkanin a Peter Horváth). Učitelia, ktorí mali záujem, si mohli odniesť námety na tvorbu svojich školských vzdelávacích programov z fyziky. Čo sa týka ďalších aktivít v projekte Fyzika okolo nás, v súčasnosti dokončujeme materiály pripravené v rámci dištančného vzdelávania učiteľov, najmä ide o spracovanie vysielaní. Podobne dokončujeme aj záverečnú tlačenú publikáciu, ktorá je zameraná najmä na ţiacke aktivity vo vyučovaní fyziky. Informácie o projekte nájdete na stránke Projekt je financovaný Európskym sociálnym fondom z prostriedkov Európskej únie. Kinematika a dynamika pomocou ultrazvukového senzora polohy Peter Horváth manaţér projektu Pri výučbe kinematiky a dynamiky v 1. ročníku gymnázia máme často problém s realizáciou empirických vyučovacích postupov, viď. [1] Klasická výbava fyzikálneho kabinetu nedáva dosť moţností presvedčivo ilustrovať definície (napr. definíciu okamţitej rýchlosti), alebo overovať zákony (napr. 1. a 2. Newtonov pohybový zákon). V článku opisujeme dva experimenty s ultrazvukovým senzorom polohy v spojení s počítačom, ktoré môţu túto úlohu splniť. Ultrazvukový senzor polohy, A/D prevodník a k nemu potrebný softvér dodáva na náš trh niekoľko výrobcov (napr. Vernier, CMA, Texas Instruments, ). Pri našich experimentoch sme vyuţili interfejs CoachLabII so softvérom Coach6. Senzor meria polohu telesa bez narušenia jeho pohybu. Ultrazvukový signál s frekvenciou 40 khz sa odráţa od pohybujúceho sa telesa. Po prijatí odrazeného signálu sa v počítači zaznamenáva poloha (vzdialenosť telesa od senzora) a na displeji počítača sa zobrazuje graf dráhy telesa v závislosti od času. Program Coach sa dá nastaviť tak aby sa súčasne zobrazoval aj graf závislosti rýchlosti od času. Minimálna vzdialenosť umiestnenia senzora od prekáţky je 0,5 metra, maximálna 6m. Výrobca udáva presnosť 2 mm a rozlíšenie 1 mm. Pri pokusoch z kinematiky je veľmi vhodnou pomôckou vzduchová dráha. Ak ju nemáme, pouţijeme vozíček s malým trením v loţiskách. Treciu odporovú silu kompenzujeme malým sklonom vozíčkovej dráhy. Experiment s vozíčkom meranie rýchlosti Schéma experimentu je na obr. 1. Vozík uvádza do zrýchleného pohybu závaţie (hmotnosť 10 g aţ 20 g). Závaţie pôsobí prostredníctvom vlákna stálou silou F = m z g, a preto by mal byť pohyb vozíka rovnomerne zrýchlený. Po zachytení závaţia sa výslednica síl pôsobiacich na vozík v smere jeho pohybu rovná nule, a preto jeho ďalší pohyb by mal byť rovnomerný, v súlade s 1. Newtonovým pohybovým zákonom.

11 Fyzikálne listy 11 Tento predpoklad (hypotézu o výsledku experimentu) potvrdzujú grafy na obr. 2. V okamihu zachytenia závaţia (t = 1,5 s) sa rovnomerne zrýchlený pohyb vozíka zmenil na rovnomerný pohyb. Obr. 1 Vozík na doske (dĺţka pribliţne 2 m) s malým sklonom. Ak odpojíme lanko so závaţím, vozík sa pri malom impulze pohybuje rovnomerne Poznámky Graf rýchlosti je zobrazený dvoma čiarami: Skoky a zlomy na jednej z nich zodpovedajú otrasom pri pohybe vozíka. Druhú čiaru plynulejšiu sme získali pomocou funkcie Vyhladenie v programe Coach6 Spracovať/ Analyzovať. Nepriame meranie rýchlosti z grafu dráhy: Hodnoty potrebné pre výpočet sme získali premeriavaním grafu s 0,70 m 0,23 m m s = s(t) na obr. 2. Výpočet rýchlosti v 0,31. V programe Coach6 môţeme rovnaké meranie urobiť pohodlnejšie, bez výpočtu, ak pouţijeme funkciu Spracovať/Analyzovať t 3,0 s 1,5 s s Sklon. Obr. 2 Závaţie sme zachytili v čase t = 1,5 m (vozík prešiel dráhu pribliţne 23 cm). Rýchlosť jeho ďalšieho rovnomerného pohybu môţeme odčítať priamo na grafe rýchlosti v = v(t) alebo nepriamo, meraním na grafe dráhy s = s(t), zobrazenej v závislosti od času

12 12 Fyzikálne listy Výsledky merania a následný výpočet rýchlosti po odmeraní hodnôt Δs a Δt ilustruje definíciu, ktorá sa oddávna v stredoškolských učebniciach fyziky pouţíva pri zavedení okamţitej rýchlosti nerovnomerného pohybu: Okamţitá rýchlosť je rýchlosť, ktorou by sa teleso pohybovalo, keby od daného okamihu bol jeho pohyb rovnomerný. (Pozri napr. Kašpar 1960). Pre väčšinu ţiakov je táto definícia spravidla málo zrozumiteľná a mnohí sa ju naučia len ako formálny výrok. Jej zmysel názorne vynikne práve aţ pri experimente z obr. 1 a jeho graficky znázornenom výsledku na obr. 2. Graf rýchlosti v = v(t) v programe Coach6 sme vytvorili z hodnôt nameraných senzorom pomocou vzorca v = Derivate(s) v menu grafu Vytvoriť/Upraviť graf. Prednastavený súbor pripravený na meranie v prostredí Coach6 nájdete aj na web stránke [3] Experiment a model overenie 2. Newtonovho pohybového zákona Aby sme overili 2. Newtonov pohybový zákon potrebujeme opäť softvér Coach6 predovšetkým jeho program Modelovanie. Program simuluje pohyb klzáka vzduchovej dráhy alebo vozíka pri experimente podľa obr. 1 umoţňuje zobraziť grafy zrýchlenia a = a(t), rýchlosti v = v(t) a dráhy s = s(t) rovnomerne zrýchleného pohybu, ak do programu zadáme hmotnosť m V vozíka a hmotnosť m Z Obr. 3 Program zobrazujúci grafy dráhy a rýchlosti závaţia (pozri obr. 3). v závislosti od času Program vypočítava zrýchlenie a = F/(m V + m Z ) z druhého Newtonovho pohybového zákona. Vypočítané hodnoty dosadzuje do diferenčných rovníc dv := a*dt, v := v + dv a ds := v*dt, s := s + ds. Výpočty naznačené v programe sa cyklicky opakujú. V kaţdom cykle program vypočíta a zobrazí dvojicu súradníc t, v a dvojicu súradníc t, s, ktoré potom pouţije pri konštrukcii bodov obidvoch grafov. Na obr. 4 je kópia displeja počítača, na ktorom sme zobrazili simuláciu pohybu vozíka podľa programu na obr. 3. Obr. 4 Grafy zobrazené plynulými čiarami sú výsledkom simulácie podľa programu na obr. 3. Ďalšie dva grafy, zvlnené čiary v pozadí sme získali meraním pomocou ultrazvukového senzora podľa schémy na obrázku hore vľavo. Spolu s grafmi získanými simuláciou si môţeme zobraziť aj grafy, ktoré sme dostali pri meraní (funkcia Importuj grafy do pozadia). Ak do modelu dosadíme hodnoty hmotnosti m V vozíka a m Z závaţia, ktoré sme pouţili pri experimente a čas t D zachytenia závaţia, grafy získané simuláciou a meraním sa navzájom prekrývajú. Pretoţe simulované hodnoty zrýchlenia, rýchlosti a dráhy sme vypočítavali podľa 2. Newtonovho zákona, môţeme teraz tento zákon povaţovať za overený výsledkami nášho merania. Literatúra [1] KOUBEK, V.: Fyzika pre 1. ročník gymnázia. Bratislava : SPN, [2] KAŠPAR, E.: Kapitoly z didaktiky fyziky. Praha : SPN, [3] Zuzana Šuhajová, Václav Koubek