ΒΓ/Μ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ. Τεύχος 1ο: Eισαγωγή

ΒΓ/Μ1 05-06 ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ Τεύχος 1ο: Eισαγωγή

ΕΚΔΟΤΙΚΕΣ ΤΟΜΕΣ ΟΡΟΣΗΜΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΗ ΕΚΔΟΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΚΑΙ ΤΟ ΛΥΚΕΙΟ Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α Φυσική για την B' Τάξη του Γυμνασίου 1. Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους σελ. 3 2. Επιστημονική μέθοδος σελ. 14 3. Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους σελ. 20

Εισαγωγή Η φυσικές επιστήμες και η μεθοδολογία τους Γιατί διδάσκεται η φυσική: Ποια οφέλη προκύπτουν από τη μελέτη της φυσικής; Η φυσική είναι ένα από τα κορυφαία επιτεύγματα του ανθρώπινου πνεύματος. Η γνώση της μας βοηθά να γνωρίσουμε και να κατανοήσουμε: α. Τη φύση που μας περιβάλλει, για παράδειγμα μπορούμε να απαντήσουμε στο ερώτημα: «γιατί ο ουρανός είναι γαλάζιος;» β. Τον ανθρώπινο τεχνολογικό πολιτισμό, γιατί χωρίς τη γνώση των νόμων της φυσικής δε θα ήταν δυνατή η σχεδίαση και η δημιουργία όλων των τεχνολογικών επιτευγμάτων που μας περιβάλλουν. Η ιστορία των φυσικών επιστημών: Ποιες ήταν οι πρώτες γνώσεις του ανθρώπου για τη φύση; Ένας από τους πρώτους τροχούς. Κατά τα προϊστορικά χρόνια, ο άνθρωπος παρατηρούσε τα φυσικά φαινόμενα που συνέβαιναν γύρω του. Αυτό τον οδήγησε στην ανακάλυψη του τροχού και του τρόπου ανάμματος της φωτιάς, που αποτέλεσαν τους πρώτους κορυφαίους σταθμούς στην εξέλιξη του πολιτισμού.

4 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Γιατί ο άνθρωπος άρχισε να παρατηρεί την κίνηση των ουράνιων σωμάτων; Οι Αιγύπτιοι, οι Βαβυλώνιοι, οι Ινδοί και οι Κινέζοι μελετούσαν τις κινήσεις της Σελήνης, του Ηλίου και των αστεριών, με σκοπό τη δημιουργία ημερολογίου και τον προσανατολισμό στα μακρινά ταξίδια. Κατά την περίοδο αυτή, στόχος τους ήταν η παρατήρηση των φαινομένων και όχι η ερμηνεία τους. Γιατί ο άνθρωπος δημιούργησε τους μύθους σχετικά με τη φύση; Ο άνθρωπος έπλασε μύθους, σύμφωνα με τους οποίους, τα φυσικά φαινόμενα που παρατηρούσε δημιουργούνταν από θεότητες, πνεύματα ή υπερφυσικά όντα. Στην δημιουργία αυτών των μύθων, τον οδήγησε η αδυναμία του να ερμηνεύσει αυτά τα φαινόμενα. Για παράδειγμα, για τους κεραυνούς στην αρχαία Ελλάδα ήταν υπεύθυνος ο Δίας. Έλληνες φιλόσοφοι: Ο Δίας, κρατώντας στο χέρι του κεραυνό. Ποια η συνεισφορά των αρχαίων Ελλήνων φυσικών φιλοσόφων στις φυσικές επιστήμες; Από τον 6ο μέχρι τον 4ο π.χ. αιώνα, οι Έλληνες φυσικοί φιλόσοφοι, παρατηρούσαν τα φαινόμενα και με λογικά επιχειρήματα προσπαθούσαν να δημιουργήσουν μία θεωρία, η οποία να εξηγεί για ποιο σκοπό συμβαίνουν αυτά. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα την αμφισβήτηση των μύθων και την απαρχή των φυσικών επιστημών. Οι Έλληνες φιλόσοφοι δεν ενδιαφέρονταν να κατανοήσουν τι ακριβώς συμβαίνει σε ένα φαινόμενο, ή πως συμβαίνει αυτό.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 5 Ποια ερωτήματα απασχόλησαν κυρίως τους αρχαίους Έλληνες φυσικούς φιλόσοφους; Τα ερωτήματα που απασχόλησαν τους αρχαίους Έλληνες φυσικούς φιλόσοφους ήταν: «Ποια είναι η δομή της ύλης;» και «Πως δημιουργήθηκε ο κόσμος;». Σχετικά με τα ερωτήματα αυτά, οι σπουδαιότεροι από αυτούς δέχονταν: α. Την αφθαρσία της ύλης, δηλαδή ότι η ύλη δεν καταστρέφεται, ούτε παράγεται από το μηδέν. β. Ότι όλες οι μορφές της ύλης συντίθενται από λίγες απλές μορφές, τα στοιχεία. Σύμφωνα με το Δημόκριτο, η ύλη αποτελείται από τα άτομα, τα οποία είναι πολύ μικρά και αδιαίρετα σωματίδια, που βρίσκονται σε συνεχή κίνηση και έχουν διαφορετικό σχήμα για κάθε υλικό. Προτομή του Αριστοτέλη. Ποια ήταν η συμβολή του Αριστοτέλη στην ανάπτυξη των φυσικών επιστημών; Ο Αριστοτέλης, πίστευε ότι για να φτάσει κάποιος σε γενικά συμπεράσματα, πρέπει να ξεκινήσει από την παρατήρηση (επαγωγική μέθοδος). Για αυτό, εισήγαγε: α. Τη συστηματική παρατήρηση της φύσης. β. Τη συλλογή υλικών. γ. Την ταξινόμηση των υλικών. δ. Την εξαγωγή συμπερασμάτων από τα δεδομένα της παρατήρησης. Ποια ήταν η άποψη του Εμπεδοκλή για τη σύνθεση της ύλης; Σύμφωνα με τον Εμπεδοκλή, κάθε σώμα αποτελείται από τέσσερα στοιχεία: έδαφος, νερό, αέρα και φωτιά. Καθένα από αυτά τα στοιχεία έχει μία «φυσική θέση». Στην ψηλότερη βρίσκεται η φωτιά, πιο κάτω ο αέρας, ύστερα το νερό και τέλος το έδαφος.

6 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Πως εξήγησε ο Αριστοτέλης την κίνηση των σωμάτων; Ο Αριστοτέλης υιοθέτησε την άποψη του Εμπεδοκλή και σύμφωνα με τη θεωρία του, η κίνηση οφείλεται στην τάση που έχουν τα στοιχεία να φτάσουν στη φυσική τους θέση. Για παράδειγμα, μία πέτρα (έδαφος) κινείται προς τα κάτω διαμέσου του αέρα και του νερού, για να φτάσει στο έδαφος. Ποιες αστρονομικές θεωρίες διατύπωσαν οι Έλληνες φιλόσοφοι; Ο Πυθαγόρας ο Σάμιος, μεγάλος μαθηματικός γνωστός από το ομώνυμο θεώρημα της γεωμετρίας, ήταν ο πρώτος που διατύπωσε ότι η Γη είναι σφαιρική. Ο Ερατοσθένης, κατόρθωσε να υπολογίσει με μεγάλη ακρίβεια την περιφέρεια της Γης. Πιο συγκεκριμένα, βρήκε ότι έχει μήκος 41.000 χιλιόμετρα, ενώ σήμερα έχει υπολογιστεί ότι είναι περίπου 40.000. Ο Αρίσταρχος ο Σάμιος, διατύπωσε την άποψη ότι η Γη και οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο. Ο Πτολεμαίος υποστήριξε τη Γεωκεντρική θεωρία, σύμφωνα με την οποία η Γη είναι ακίνητη στο κέντρο του κόσμου και όλα τα ουράνια σώματα κινούνται γύρω από αυτή. Μεσαίωνας: Σύμφωνα με τον Εμπεδοκλή και τον Αριστοτέλη, κάθε σώμα είναι συνδυασμός τεσσάρων στοιχείων. Η προτομή του Πυθαγόρα καθώς και απεικόνισή του σε γραμματόσημο. Με ποιο τρόπο τα κείμενα των αρχαίων Ελλήνων φιλοσόφων διαδόθηκαν στη Δύση; Αρχικά, τα κείμενα των αρχαίων Ελλήνων φιλοσόφων διασώθηκαν από Βυζαντινούς λόγιους. Τα παραπάνω κείμενα, μεταφράστηκαν από Άραβες. Από τις μεταφράσεις αυτές τα κείμενα έγιναν γνωστά στην Ευρώπη, κατά τον 12ο αιώνα μ.χ. Οι απόψεις του Αριστοτέλη και του Πτολεμαίου, θεωρούνταν μέχρι το 16ο αιώνα ως απόλυτες αλήθειες στη δυτική Ευρώπη.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 7 Τι γνωρίζετε για την αλχημεία και τους αλχημιστές; Η αλχημεία αναπτύχθηκε στη δυτική Ευρώπη κατά την περίοδο του μεσαίωνα. Στόχος των αλχημιστών ήταν να ανακαλύψουν τη «φιλοσοφική λίθο» και το «ελιξίριο της ζωής». Οι αλχημιστές κατάφεραν να τελειοποιήσουν τεχνικές διαχωρισμού των φυσικών ουσιών και ανακάλυψαν πολλές νέες ουσίες. Επιστημονική επανάσταση: Τι γνωρίζετε για την Επιστημονική επανάσταση ; Η περίοδος της επιστημονικής επανάστασης άρχισε με τον Γαλιλαίο, ο οποίος υποστήριξε ότι η γνώση πρέπει να βασίζεται στις παρατηρήσεις και τα πειράματα και όχι στην αυθεντία των αρχαίων βιβλίων. Η μέθοδος έρευνας που ανέπτυξε ο Γαλιλαίος περιλάμβανε την παρατήρηση, το πείραμα και την ανάλυση. Ο Κοπέρνικος. Ο Ισαάκ Νεύτων θεωρείται από πολλούς ο μεγαλύτερος φυσικός όλων των εποχών. Ποιες είναι οι κυριότερες θεωρίες που αναπτύχθηκαν κατά την περίοδο της επιστημονικής επανάστασης; Οι κυριότερες θεωρίες που αναπτύχθηκαν την περίοδο αυτή είναι οι παρακάτω: Ο Κοπέρνικος διατύπωσε τη θεωρία ότι ο Ήλιος και όχι η Γη είναι το κέντρο του πλανητικού μας συστήματος. Τη θεωρία αυτή αποδέχθηκε και ο Γαλιλαίος. Ο Γαλιλαίος, μελετώντας την κίνηση των σωμάτων, απέδειξε ότι οι αντιλήψεις του Αριστοτέλη ήταν λανθασμένες. Ο Νεύτων, ο οποίος από πολλούς θεωρείται ο κορυφαίος φυσικός όλων των εποχών, ανέπτυξε μία ολοκληρωμένη θεωρία για την κίνηση, η οποία ισχύει για ολόκληρο το σύμπαν και ονομάζεται Νευτώνεια Μηχανική. Επίσης, διατύπωσε τις πρώτες υποθέσεις για τη φύση του φωτός, κάτι το οποίο έκανε την ίδια εποχή και ο Χόιχενς. Ο Κασέντι επανέφερε στο προσκήνιο την ατομική θεωρία του Δημόκριτου.

8 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 19ος αιώνας: Ποιοι είναι οι κυριότεροι σταθμοί στην ανάπτυξη της φυσικής κατά τον 19ο αιώνα; Οι κυριότεροι σταθμοί της φυσικής κατά το 19ο αιώνα είναι: Η εφεύρεση της ατμομηχανής και η εισαγωγή της έννοιας της ενέργειας. Η διατύπωση ενός θεμελιώδους νόμου που αφορά την απόδοση των θερμικών μηχανών, από τους Κέλβιν και Κλαούζιους. Το συμπέρασμα ότι η ενέργεια μπορεί να αλλάξει μορφή αλλά συνολικά διατηρείται, από τον Τζάουλ. Η διατύπωση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας από τον Μάξγουελ και η πειραματική της επιβεβαίωση από τον Χέρτζ. Η στατιστική φυσική (L. Boltzmann). Ο Μάξγουελ (δεξιά) και ο Χέρτζ (αριστερά), οι οποίοι διατύπωσαν και επιβεβαίωσαν την ηλεκτρομαγνητική θεωρία. 20ος αιώνας: Ποιες επαναστατικές θεωρίες διατυπώθηκαν στις αρχές του 20ου αιώνα; Οι επαναστατικές θεωρίες που διατυπώθηκαν στις αρχές του 20ου αιώνα είναι: Η θεωρία της σχετικότητας από τον Αϊνστάιν, η οποία άλλαξε τις ιδιότητες της κίνησης για σώματα που κινούνται με ταχύτητες κοντά σε αυτήν του φωτός και προέβλεψε τη δυνατότητα της μετατροπής της ύλης σε ενέργεια. Η κβαντική θεωρία, με εμπνευστές πολλούς φυσικούς (Πλάνκ, Μπόρ, Χάιζενμπεργκ κ.α.), τροποποίησε δραστικά τις ιδιότητες της κίνησης, όταν περιορίζεται σε πολύ μικρές περιοχές του χώρου, μικρότερες από ένα δισεκατομμυριοστό του εκατοστόμετρου. Εκεί η ύλη είναι ασυνεχής. Δηλαδή, αποτελείται από σωμάτια μεταξύ των οποίων υπάρχει κενό, όπως είχε φανταστεί ο Δημόκριτος. Η κίνηση αυτών των σωματιδίων μοιάζει περισσότερο με χορό κυμάτων παρά με παιχνίδι μπιλιάρδου. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 9 Ανακεφαλαίωση: Η φυσική μας βοηθά να γνωρίσουμε τη φύση που μας περιβάλλει και τον ανθρώπινο τεχνολογικό πολιτισμό. Η ιστορία των φυσικών επιστημών αρχίζει με τους αρχαίους Έλληνες φυσικούς φιλόσοφους. Η επιστημονική επανάσταση αρχίζει με το Γαλιλαίο, ο οποίος ανέπτυξε μία μέθοδο έρευνας που περιλαμβάνει το πείραμα ως κυρίαρχο συστατικό της επιστημονικής μεθόδου. Ο Ισαάκ Νεύτων ανέπτυξε μία ολοκληρωμένη θεωρία για την κίνηση, που ονομάζεται Νευτώνεια Μηχανική. Κατά τη διάρκεια του 19ου αιώνα, εισάγεται η έννοια της ενέργειας και διατυπώνεται η ηλεκτρομαγνητική θεωρία. Στις αρχές του 20ου αιώνα, διατυπώνονται η θεωρία της σχετικότητας και η κβαντική θεωρία, πάνω στις οποίες οικοδομείται η σύγχρονη φυσική.

10 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Λυμένες ασκήσεις: 1. Να αντιστοιχίσετε τη στήλη Α με τη στήλη Β: Στήλη Α 1. Αλχημιστές 2. Αϊνστάιν 3. Πτολεμαίος 4. Γαλιλαίος 5. Μάξγουελ - Χέρτζ 6. Δημόκριτος Στήλη Β α. Θεωρία της σχετικότητας β. Φιλοσοφική λίθος γ. Ατομική θεωρία δ. Παρατήρηση - πείραμα - ανάλυση ε. Γεωκεντρική θεωρία ζ. Ηλεκτρομαγνητική θεωρία Λύση 1 β, 2 α, 3 ε, 4 δ, 5 ζ, 6 γ 2. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; α. Η ανακάλυψη του τροχού αποτελεί κορυφαίο σταθμό στην εξέλιξη του πολιτισμού. β. Σύμφωνα με τον Αρίσταρχο το Σάμιο, ο Ήλιος κινείται γύρω από τη Γη. γ. Οι αλχημιστές ανέπτυξαν και τελειοποίησαν τεχνικές διαχωρισμού των φυσικών ουσιών. δ. Ο Γαλιλαίος μελέτησε την κίνηση των σωμάτων και απέδειξε ότι οι αντιλήψεις του Αριστοτέλη ήταν λανθασμένες. ε. Η θεωρία της σχετικότητας διατυπώθηκε από τον Μαξ Πλάνκ. Λύση α. Η πρόταση είναι σωστή. β. Η πρόταση είναι λανθασμένη, γιατί ο Αρίσταρχος ο Σάμιος υποστήριζε ότι η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο. γ. Η πρόταση είναι σωστή. δ. Η πρόταση είναι σωστή. ε. Η πρόταση είναι λανθασμένη, γιατί η θεωρία της σχετικότητας διατυπώθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 11 Ασκήσεις για λύση: 1. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; α. Ο Δημόκριτος θεωρούσε ότι η ύλη αποτελείται από άτομα. β. Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, η κίνηση οφείλεται στην τάση που έχει κάθε σώμα να φτάσει στη φυσική του θέση. γ. Ο Γαλιλαίος δεχόταν ότι η Γη είναι το κέντρο του σύμπαντος. δ. Ο Μάξγουελ διατύπωσε την ηλεκτρομαγνητική θεωρία. ε. Οι σημαντικότεροι Έλληνες φυσικοί φιλόσοφοι δέχονταν ότι η ύλη παράγεται από το μηδέν. ζ. Ο Νεύτωνας διατύπωσε την πρώτη ολοκληρωμένη θεωρία για τη κίνηση. 2. Να αντιστοιχίσετε τα πρόσωπα της στήλης Α με την εποχή της στή - λης Β: Στήλη Α Στήλη Β 1. Γαλιλαίος 2. Τζάουλ 3. Δημόκριτος 4. Αϊνστάιν 5. Πυθαγόρας 6. Κέλβιν α. 6ος - 4ος αιώνας π.χ. β. 16ος - 17ος αιώνας μ.χ. γ. 19ος αιώνας μ.χ. δ. 20ος αιώνας μ.χ.

12 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 3. Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Η αδυναμία του ανθρώπου να εξηγήσει με τη λογική όσα παρατηρούσε στη φύση, τον οδήγησε στη δημιουργία των.. β. Σύμφωνα με τον Εμπεδοκλή, κάθε σώμα αποτελείται από τέσσερα στοιχεία:..,..,.. και.. γ. Ο.. ο Σάμιος, πρώτος διατύπωσε ότι η Γη είναι σφαιρική. δ. Οι αλχημιστές προσπαθούσαν να ανακαλύψουν τη.. λίθο και το.. της ζωής. ε. Ο.. απέδειξε ότι οι αντιλήψεις του Αριστοτέλη για την κίνηση ήταν λανθασμένες.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 13 1 Ο Κριτήριο Αξιολόγησης: Θέμα 1 ο α. Ποια είναι τα κυριότερα στάδια της επαγωγικής μεθόδου που καθιέρωσε ο Αριστοτέλης; β. Ποιες είναι οι θεωρίες που διατυπώθηκαν στις αρχές του 20ου αιώνα και προκάλεσαν επανάσταση στην επιστημονική σκέψη; Θέμα 2 ο α. Ποιος διατύπωσε και ποιος ε πιβεβαίωσε πειραματικά την ηλεκτρομαγνητική θεωρία; β. Ποιες ήταν οι απόψεις του Δημόκριτου για την ύλη; Θέμα 3 ο α. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; 1. Σύμφωνα με τον Πτολεμαίο η Γη είναι ακίνητη και κατέχει το κέντρο του σύμπαντος. 2. Οι απόψεις του Αριστοτέλη είχαν αναγνωριστεί από τη Δυτική Εκκλησία ως απόλυτες αλήθειες. 3. Η εισαγωγή του πειράματος στις φυσικές επιστήμες έγινε από τον Κοπέρνικο. β. Με ποιο τρόπο μεταφέρθηκαν οι απόψεις των αρχαίων Ελλήνων φυσικών φιλοσόφων στη Δυτική Ευρώπη; Θέμα 4 ο Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Ο Πτολεμαίος υποστήριζε την.. θεωρία. β. Η περίοδος που αρχίζει με το Γαλιλαίο ονομάστηκε επιστημονική... γ. Η θεωρία της σχετικότητας προέβλεψε τη δυνατότητα μετατροπής της ύλης σε...

14 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Τι μελετά η Φυσική; - Επιστημονική μέθοδος: Τι μελετά η φυσική: Τι είναι τα φυσικά φαινόμενα; Φυσικά φαινόμενα χαρακτηρίζονται οι μεταβολές των σωμάτων, στις οποίες η σύσταση των σωμάτων παραμένει αμετάβλητη. Για παράδειγμα: Το λιώσιμο του χιονιού και η κίνηση της Σελήνης είναι φυσικά φαινόμενα. Τι είναι οι φυσικές επιστήμες; Φυσικές ονομάζονται οι επιστήμες που ασχολούνται με την έρευνα και τη μελέτη της φύσης. Η φυσική, η χημεία, η βιολογία, η γεωλογία, η μετεωρολογία και η αστρονομία, είναι φυσικές επιστήμες. Η χημεία μελετά τα φαινόμενα κατά τα οποία αλλάζει η σύσταση των σωμάτων, δηλαδή τα χημικά φαινόμενα, ενώ η βιολογία τα φαινόμενα που αφορούν τους οργανισμούς. Να σημειώσουμε ότι στο μικρόκοσμο όλα τα φαινόμενα μελετούνται με ενιαίο τρόπο. Πότε ένα σώμα περιέχει ενέργεια; Ένα σώμα περιέχει ενέργεια, όταν μπορεί να προκαλέσει μεταβολή στον εαυτό του ή στο περιβάλλον του. Να σημειώσουμε ότι όλα τα φυσικά φαινόμενα μπορούν να περιγραφούν με τη βοήθεια της έννοιας της ενέργειας.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 15 Από τι αποτελείται η ύλη; Η ύλη αποτελείται από κάποια αδιαίρετα σωματίδια, μεταξύ των οποίων υπάρχει κενό. Κατά τον 20ο αιώνα, η φυσική διαπίστωσε ότι η ύλη και η ενέργεια είναι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος. Επιστημονική μέθοδος: Τι μελετά γενικά η φυσική; Η φυσική μελετά τη δομή της ύλης και περιγράφει τις διάφορες φυσικές μεταβολές. Η φυσική μελετά τα κοινά χαρακτηριστικά όλων των φαινομένων που συμβαίνουν στη φύση. Προσπαθώντας να δώσουμε έναν ορισμό για το τι είναι η φυσική, θα μπορούσαμε να πούμε ότι: Φυσική είναι η επιστήμη που μελετά αντικείμενα μικρά σαν άτομα και μεγάλα σαν γαλαξίες. Γενικά μελετά το σύμπαν, δηλαδή το χώρο, το χρόνο, την ύλη και την ενέργεια, καθώς και τις μεταξύ τους σχέσεις. Η φυσική αποτελεί τη βάση της τεχνολογίας που καθορίζει τον τρόπο ζωής του ανθρώπου σήμερα. Με ποιο τρόπο οι φυσικοί «ανακρίνουν τη φύση»; Για να «ανακρίνουν» οι φυσικοί τη φύση, αρχικά την παρατηρούν, στη συνέχεια καταγράφουν και ταξινομούν τις παρατηρήσεις και τέλος θέτουν ερωτήματα σχετικά με αυτή, στα οποία και δίνουν απαντήσεις. Τι ονομάζεται επιστημονική μέθοδος; Επιστημονική μέθοδος ονομάζονται τα βασικά βήματα που ακολουθούν όλοι οι φυσικοί, με στόχο να «ανακρίνουν» τη φύση. Να σημειώσουμε ότι, εκτός από τα βασικά βήματα, κάθε φυσικός εφαρμόζει και τη δική του μέθοδο.

16 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Ποια είναι τα σημαντικότερα στοιχεία της επιστημονικής μεθόδου; Τα σημαντικότερα στοιχεία της επιστημονικής μεθόδου είναι η παρατήρηση, η υπόθεση και το πείραμα. Τι περιλαμβάνει το στάδιο της υπόθεσης στην επιστημονική μέθοδο; Στο στάδιο της υπόθεσης ο φυσικός δίνει μία πιθανή απάντηση στα ερωτήματα που προέκυψαν από την παρατήρηση. Τι είναι και γιατί γίνεται το πείραμα; Το πείραμα είναι η αναπαραγωγή ενός φαινομένου κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες και γίνεται για να επιβεβαιωθεί ή να απορριφθεί η υπόθεση. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, είναι αναγκαία η μέτρηση των φυσικών μεγεθών που περιγράφουν το φαινόμενο. Πότε μία υπόθεση γίνεται θεωρία; Μία υπόθεση γίνεται θεωρία όταν οι προβλέψεις της επιβεβαιώνονται από τα πειράματα. Ποια ήταν η άποψη του Αριστοτέλη για την πτώση των σωμάτων και πως ο Γαλιλαίος απέδειξε ότι ήταν λανθασμένη; Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, τα βαρύτερα σώματα πέφτουν ταχύτερα από τα ελαφρά, γιατί περιέχουν το στοιχείο έδαφος σε μεγαλύτερη ποσότητα. Ο Γαλιλαίος άφησε να πέσουν από τον πύργο της Πίζας σφαίρες διαφορετικού βάρους και παρατήρησε ότι έφταναν στο έδαφος σχεδόν ταυτόχρονα. Με τον τρόπο αυτό απέδειξε ότι η άποψη του Αριστοτέλη ήταν λανθασμένη. Να τονίσουμε ότι οι θεωρίες δεν είναι αιώνιες, αλλά ελέγχονται και εξελίσσονται και στην περίπτωση που δεν συμφωνούν με μία νέα παρατήρηση ή ένα νέο πείραμα προσαρμόζονται ή καταρρίπτονται.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 17 Ανακεφαλαίωση: Ενέργεια περιέχει κάθε σώμα το οποίο έχει τη δυνατότητα να προκαλέσει κάποια μεταβολή. Η φυσική μελετά το σύμπαν, δηλαδή το χώρο, το χρόνο, την ύλη και την ενέργεια, καθώς και τις μεταξύ τους σχέσεις. Ο πρώτος που εφάρμοσε την επιστημονική μέθοδο ήταν ο Γαλιλαίος. Τα σημαντικότερα στοιχεία της επιστημονικής μεθόδου είναι η παρατήρηση, η υπόθεση και το πείραμα. Λυμένες ασκήσεις: 3. Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Οι μεταβολές των σωμάτων στις οποίες δεν αλλάζει η σύστασή τους χαρακτηρίζονται ως.... β. Ένα σώμα περιέχει.. όταν μπορεί να προκαλέσει κάποια μεταβολή. γ. Η.. και η.. είναι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος. δ. Τα σημαντικότερα στάδια της επιστημονικής μεθόδ ου είναι η.., η.. και το.. Λύση α. φυσικά φαινόμενα β. ενέργεια γ. ύλη, ενέργεια δ. παρατήρηση, υπόθεση, πείραμα 4. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; α. Με την ενέργεια περιγράφονται ορισμένα μόνο φυσικά φαινόμενα.

18 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους β. Οι φυσικές επιστήμες μελετούν μόνο φυσικά φαινόμενα. γ. Η ύλη αποτελείται από αδιαίρετα σωματίδια, μεταξύ των οποίων υπάρχει κενό. δ. Μία υπόθεση γίνεται θεωρία, όταν οι προβλέψεις της επιβεβαιώνονται από τα πειράματα. Λύση α. Η πρόταση είναι λανθασμένη, γιατί με την ενέργεια περιγράφονται όλα τα φυσικά φαινόμενα. β. Η πρόταση είναι λανθασμένη, οι φυσικές επιστήμες μελετούν όλα τα φαινόμενα. γ. Η πρόταση είναι σωστή. δ. Η πρόταση είναι σωστή. Ασκήσεις για λύση: 4. Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Φυσικές ονομάζονται οι επιστήμες που ασχολούνται με την έρευνα και τη μελέτη της.. β. Η ύλη αποτελείται από κάποια.. σωματίδια, μεταξύ των οποίων υπάρχει.. γ. Η αναπαραγωγή ενός φαινομένου κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες ονομάζεται.. δ. Ο Γαλιλαίος απέδειξε ότι οι απόψεις του.. για την πτώση των σωμάτων ήταν λανθασμένες. 5. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; α. Η βιολογία μελετά τα φαινόμενα που αφορούν τους οργανισμούς. β. Η ύλη και η ενέργεια αποτελούν δύο όψεις του ίδιου νομίσματος. γ. Οι θεωρίες δεν καταρρίπτονται. δ. Με το πείραμα επιβεβαιώνεται ή απορρίπτεται η υπόθεση.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 19 2 Ο Κριτήριο Αξιολόγησης: Θέμα 1 ο α. Ποια φαινόμενα χαρακτηρίζονται ως φυσικά; Δώστε δύο παραδείγματα. β. Ποια σώματα περιέχουν ενέργεια; Θέμα 2 ο α. Τι μελετά γενικά η φυσική; β. Ποια είναι τα σημαντικότερα στοιχεία της επιστημονικής μεθόδου; Θέμα 3 ο Ποιες από τις παρακάτω προτά σεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; 1. Η γεωλογία είναι μία από τις φυσικές επιστήμες. 2. Το πρώτο στάδιο της επιστημονικής μεθόδου είναι το πείραμα. 3. Όλες οι θεωρίες είναι προσωρινές. Θέμα 4 ο Να αντιστοιχίσετε τις φυσικές επιστήμες της στήλης Α με τα φαινόμενα στη στήλη Β: Στήλη Α 1. Φυσική 2. Χημεία 3. Βιολογία 4. Γεωλογία 5. Μετεωρολογία 6. Αστρονομία Στήλη Β α. Καταιγίδα β. Ηφαίστεια γ. Κίνηση πλανητών δ. Φωτοσύνθεση ε. Ηλεκτρισμός ζ. Σκούριασμα σιδήρου

20 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Φυσικά μεγέθη: Τι είναι τα φυσικά μεγέθη; Φυσικά μεγέθη λέγονται οι ποσότητες που χρησιμοποιούμε για την περιγραφή ενός φαινομένου. Για παράδειγμα: Όταν μελετούμε την κίνηση ενός σώματος, δύο φυσικά μεγέθη που χρησιμοποιούμε για να την περιγράψουμε είναι ο χρόνος που κινήθηκε το σώμα και η απόσταση που διάνυσε. Τι είναι η μονάδα μέτρησης; Μονάδα μέτρησης ονομάζεται ένα ίδιο φυσικό μέγεθος με το οποίο συγκρίνουμε το μέγεθος που μελετάμε, προκειμένου να το μετρήσουμε. Μήκος: Ποια είναι η μονάδα μέτρησης του μήκους; Μονάδα μέτρησης του μήκους είναι το μέτρο, το οποίο παριστάνεται με το γράμμα m. Όταν το μήκος που θέλουμε να μετρήσουμε είναι μικρότερο από ένα μέτρο, χρησιμοποιούμε υποπολλαπλάσια του μέτρου, όπως το δεκατόμετρο (dm), το εκατοστόμετρο (cm) και το χιλιοστόμετρο (mm). Όταν το μήκος που μετράμε είναι πολύ μεγαλύτερο από το μέτρο, χρησιμοποιούμε πολλαπλάσια του μέτρου, όπως το χιλιόμετρο (Κm) και το μεγάμετρο (Μm). To μήκος μετριέται με το υ- ποδεκάμετρο, το πτυσσόμενο μέτρο και τη μετροταινία.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 21 Εμβαδόν: Ποια είναι η μονάδα μέτρησης του εμβαδού; Μονάδα μέτρησης του εμβαδού είναι το τετραγωνικό μέτρο, το οποίο συμβολίζεται m 2 και είναι το εμβαδόν ενός τετραγώνου με πλευρά 1 m. To εμβαδό μίας επιφάνειας μετριέται εξετάζοντας πόσες φορές χωρά το τετραγωνικό μέτρο σε αυτή. Για επιφάνειες μικρότερες του ενός τετραγωνικού μέτρου, χρησιμοποιούμε υ- ποπολλαπλάσια του, όπως το τετραγωνικό εκατοστόμετρο (cm 2 ). Όταν θέλουμε να υπολογίσουμε το εμβαδόν κανονικών γεωμετρικών σχημάτων, χρησιμοποιούμε τις γνωστές σχέσεις από τη γεωμετρία. Όγκος: Τι ονομάζουμε όγκο ενός σώματος; Όγκος (V) ονομάζεται ο χώρος που καταλαμβάνει ένα σώμα. Ποια είναι η μονάδα μέτρησης του όγκου; Μονάδα μέτρησης του όγκου είναι το κυβικό μέτρο, το οποίο συμβολίζεται m 3 και είναι ο όγκος ενός κύβου με ακμή ένα μέτρο. Ο όγκος ενός σώματος μετριέται εξετάζοντας πόσες φορές χωρά το κυβικό μέτρο στο σώμα. Για σώματα με όγκο μικρότερο του ενός κυβικού μέτρου, χρησιμοποιούμε υποπολλαπλάσια του, όπως το κυβικό δεκατόμετρο (dm 3 ) και το κυβικό εκατοστόμετρο (cm 3 ). Τι είναι το λίτρο; Το λίτρο είναι μία μονάδα όγκου η οποία χρησιμοποιείται στις φυσικές επιστήμες αλλά και στην καθημερινή μας ζωή, για τη μέτρηση του όγκου των υγρών και συμβολίζεται με L. Να σημειώσουμε ότι: 1L 1 dm 3, 1L 1000 ml και 1 ml 1 cm 3

22 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Με ποιο τρόπο μετράμε τον όγκο των υγρών; Για να μετρήσουμε τον όγκο ενός υγρού σώματος χρησιμοποιούμε τον ογκομετρικό κύλινδρο. Ο όγκος είναι ίσος με την ένδειξη στην επιφάνεια του υγρού. Με ποιο τρόπο μετράμε τον όγκο ενός ακανόνιστου στερεού; Για να μετρήσουμε τον όγκο ενός ακανόνιστου στερεού χρησιμοποιούμε τον ογκομετρικό κύλινδρο. Αρχικά, τοποθετούμε στον ογκομετρικό κύλινδρο κάποιο υγρό και μετράμε τον όγκο του. Στη συνέχεια, τοποθετούμε μέσα στο υγρό και το σώμα του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε τον όγκο και βλέπουμε τη νέα ένδειξη της στάθμης του υγρού. Ο όγκος του σώματος θα είναι ίσος με τη διαφορά των ενδείξεων μεταξύ της τελικής και της αρχικής στάθμης του υγρού. Με ποιο τρόπο μετράμε τον όγκο ενός στερεού σε μορφή κόκκων; Τα στερεά σώματα σε μορφή κόκκων ρέουν όπως τα υγρά, και μπορούμε να τα μεταγγίσουμε από ένα δοχείο σε άλλο. Όμως η ελεύθερη επιφάνειά τους δεν είναι ούτε επίπεδη, ούτε οριζόντια όπως των υγρών. Ο όγκος των στερεών σε μορφή κόκκων μετριέται με ογκομετρικό κύλινδρο. Στην εικόνα βλέπουμε διάφορους τύπους ογκομετρικών κυλίνδρων. Τα υγρά είναι ασυμπίεστα, δηλαδή όταν αλλάζει το σχήμα τους, ο ό- γκος τους παραμένει σταθερός. Με ποιο τρόπο μετράμε τον όγκο ενός αερίου; Αν και τα περισσότερα αέρια είναι άχρωμα και αόρατα, έχουν όγκο. Για να μετρήσουμε τον όγκο ενός αερίου, το διοχετεύουμε σε σωλήνα γεμάτο με νερό. Ο όγκος του αερίου είναι ίσος με τον όγκο του νερού που εκτοπίζεται.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 23 Στα στερεά τα οποία αποτελούνται από κόκκους, υπάρχει εγκλωβισμένος αέρας μεταξύ των κόκκων. Συνεπώς ο πραγματικός τους όγκος είναι διαφορετικός από το μετρήσιμο. Ποια είναι η βασική ιδιότητα του όγκου των στερεών και των υγρών; Τα στερεά και τα υγρά σώματα είναι ασυμπίεστα, δηλαδή αν αλλάξει το σχήμα τους, ο όγκος τους δεν αλλάζει. Για παράδειγμα: α. Ο όγκος ενός κομματιού πλαστελίνης παραμένει σταθερός, ανεξάρτητα από το σχήμα που της δίνουμε. β. Μία ποσότητα υγρού έχει συγκεκριμένο όγκο, είτε βρίσκεται σε ένα μπουκάλι, ή σε ένα ποτήρι, ή σε ένα ογκομετρικό κύλινδρο. Χρόνος: Ποια είναι η μονάδα μέτρησης του χρόνου; Η βασική μονάδα μέτρησης του χρόνου στη φυσική είναι το δευτερόλεπτο (s). Άλλες μονάδες μέτρησης είναι το λεπτό (min) και η ώρα (h). 1 min = 60 s 1 h = 60 min 1 h = 3600 s Mε ποια όργανα μετριόταν ο χρόνος παλιότερα και με ποια μετριέται σήμερα; Όργανα μέτρησης του χρόνου από το παρελθόν: Κλεψύδρα, ηλιακό ρολόι, εκκρεμή και χρονόμετρο. Γενικά για τη μέτρηση του χρόνου, χρησιμοποιείται ένα φαινόμενο το οποίο επαναλαμβάνεται περιοδικά. Αρχικά η μέτρηση του χρόνου στηριζόταν στη διαδοχή της μέρας με τη νύχτα. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν ηλιακά ρολόγια και κλεψύδρες, αργότερα το εκκρεμές, ενώ σήμερα ο χρόνος μετριέται με ρολόγια και χρονόμετρα.

24 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Μάζα: Τι είναι η μάζα; Μάζα ονομάζεται η ποσότητα της ύλης που περιέχεται σε ένα σώμα και συμβολίζεται με m. H μάζα συνδέεται με την κίνηση. Πιο συγκεκριμένα, όσο πιο δύσκολα ένα σώμα αρχίζει να κινείται ή σταματά, τόσο μεγαλύτερη μάζα έχει. Ακριβέστερο ορισμό της μάζας θα διδαχτείτε στις επόμενες τάξεις. Ποια είναι η μονάδα μέτρησης της μάζας; Μονάδα μέτρησης της μάζας είναι το χιλιόγραμμο (Κg). Πολλές φορές, χρησιμοποιούνται υποπολλαπλάσιά του όπως το γραμμάριο (g) και το χιλιοστόγραμμο (mg). 1 Kg = 1000 g 1 g = 1000 mg 1Κg = 1000000 mg H μάζα ενός σώματος μετριέται με το ζυγό. Βάρος: Τι είναι το βάρος; Βάρος ενός σώματος ονομάζεται η ελκτική δύναμη που ασκεί η Γη σε αυτό. Μονάδα μέτρησης του βάρους, όπως και όλων των δυνάμεων, είναι το Νιούτον (Ν). Το βάρος ενός σώματος μετριέται με το δυναμόμετρο. Ποιες διαφορές έχουν η μάζα και το βάρος; Για να υπολογίσουμε τη μάζα ενός ρευστού πρέπει να αφαιρέσουμε τη μάζα του δοχείου στο οποίο περιέχεται. Στην καθημερινή μας ζωή, μετράμε τις μάζες των σωμάτων συγκρίνοντας ουσιαστικά τα βάρη τους, γιατί όταν δύο σώματα βρίσκονται στον ίδιο τόπο έχουν ίσα βάρη, έχουν και ίσες μάζες. Η μάζα και το βάρος είναι διαφορετικά μεγέθη. Οι κυριότερες διαφορές τους είναι: α. Η μάζα μετριέται σε Κg ενώ το βάρος σε Ν.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 25 β. Η μάζα μετριέται με το ζυγό ενώ το βάρος με το δυναμόμετρο. γ. Το βάρος μεταβάλλεται από τόπο σε τόπο, ενώ η μάζα διατηρείται σταθερή. Πυκνότητα: Τι είναι η πυκνότητα; Πυκνότητα (d-p) ενός σώματος ονομάζεται το πηλίκο της μάζας του σώματος προς τον όγκο του σώματος. Η πυκνότητα ενός υλικού εκφράζει τη μάζα του υλικού που περιέχεται σε μία μονάδα όγκου. Για να υπολογίσουμε την πυκνότητα ενός υλικού, διαιρούμε τη μάζα με τον όγκο του: μάζα m πυκνότητα = d = όγκος V Μονάδα μέτρησης της πυκνότητας είναι το Κg/m 3. Επίσης υπάρχουν και άλλες μονάδες μέτρησης της πυκνότητας, ανάλογα με τις μονάδες της μάζας και του όγκου. Η πυκνότητα είναι χαρακτηριστικό του υλικού κατάσκευής του σώματος, π.χ. μία σιδηροδοκός έχει την ίδια πυκνότητα με ένα σιδερένιο καρφί. Τι γνωρίζετε γενικά για την πυκνότητα των υγρών και των αερίων; Τα υγρά σώματα, με εξαίρεση τον υδράργυρο, έχουν γενικά μικρότερη πυκνότητα από τα στερεά. Τα αέρια έχουν μικρότερη πυκνότητα από τα υγρά. Πότε ένα σώμα επιπλέει ή βυθίζεται σε ένα υγρό; Ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό όταν έχει μικρότερη πυκνότητα από αυτό, ενώ βυθίζεται όταν έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το υγρό. Για παράδειγμα: Ο φελός επιπλέει στο νερό, γιατί έχει μικρότερη πυκνότητα από αυτό, ενώ ο σίδηρος που έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το νερό, βυθίζεται.

26 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Πότε ένα σώμα πέφτει ή ανυψώνεται στον αέρα; Ένα σώμα ανυψώνεται στον αέρα, όταν έχει μικρότερη πυκνότητα από τον αέρα, ενώ πέφτει όταν έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από τον αέρα. Για παράδειγμα: Το αερόστατο ανυψώνεται γιατί ο θερμός αέρας που περιέχει έχει μικρότερη πυκνότητα από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Τι συμβαίνει αν τοποθετήσουμε στο ίδιο δοχείο υγρά διαφορετικής πυκνότητας, τα οποία δεν αναμιγνύονται; Αν τοποθετήσουμε σε ένα δοχείο υγρά διαφορετικής πυκνότητας τα οποία δεν αναμιγνύονται, τότε αυτά διαχωρίζονται σε στρώματα, με αυξανόμενη πυκνότητα από επάνω προς τα κάτω. Δηλαδή, το υγρό με τη μεγαλύτερη πυκνότητα θα βρίσκεται στον πυθμένα του δοχείου και το υγρό με τη μικρότερη πυκνότητα, στην επιφάνεια. Το διεθνές σύστημα μονάδων: Τι είναι το διεθνές σύστημα μονάδων; Το διεθνές σύστημα μονάδων είναι ένα σύνολο θεμελιωδών και παραγώγων μονάδων που αναγνωρίζονται σχεδόν από όλες τις χώρες. Το διεθνές σύστημα μονάδων δημιουργήθηκε, προκειμένου οι μετρήσεις να αποκτήσουν οικουμενικό χαρακτήρα και να μη διαφέρουν από χώρα σε χώρα. Ποια είναι τα θεμελιώδη φυσικά μεγέθη στο διεθνές σύστημα μονάδων; Ποια είναι η μονάδα μέτρησης του κάθε μεγέθους; Τα θεμελιώδη μεγέθη στο διεθνές σύστημα μονάδων είναι το μήκος, η μάζα, ο χρόνος, η απόλυτη θερμοκρασία και η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι αντίστοιχες μονάδες τους είναι το μέτρο (m), το χιλιόγραμμο (Κg) και το δευτερόλεπτο (s), ο βαθμός Κέλβιν (Κ) και το αμπέρ (Α).

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 27 Ποια μεγέθη ονομάζονται παράγωγα στο διεθνές σύστημα μονάδων; Παράγωγα ονομάζονται τα μεγέθη τα οποία προκύπτουν από τα βασικά μεγέθη του διεθνούς συστήματος μονάδων, για παράδειγμα, το εμβαδόν, ο ό- γκος, η πυκνότητα. Οι μονάδες των μεγεθών αυτών προκύπτουν από τις θεμελιώδεις μονάδες και ονομάζονται παράγωγες μονάδες. Για παράδειγμα: Η μονάδα του εμβαδού είναι το τετραγωνικό μέτρο, η οποία προκύπτει από τη μονάδα του μήκους, δηλαδή το μέτρο. Πίνακας θεμελιωδών και παραγώγων μεγεθών 1m 2 1m 3 Kg/m 3 Φυσικές επιστήμες και μαθηματικά: Πως οι φυσικές επιστήμες χρησιμοποιούν τη γλώσσα των μαθηματικών; Κατά τη μελέτη των φυσικών φαινομένων, τις περισσότερες φορές, παρατηρούμε ότι τα φυσικά μεγέθη που τα περιγράφουν συνδέονται με μία σχέση. Αυτή τη σχέση την απεικονίζουμε με τη γλώσσα των μαθηματικών. Ποιος είναι ο νόμος της πτώσης των σωμάτων; Αν μετρήσουμε το χρόνο που διαρκεί η πτώση ενός αντικειμένου και το αντίστοιχο ύψος από το οποίο ξεκίνησε η πτώση, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι:

28 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Το ύψος είναι ανάλογο με το τετράγωνο του χρόνου πτώσης. Αυτός είναι ο νόμος της πτώσης των σωμάτων. Πως σχεδιάζουμε ένα διάγραμμα ή μια γραφική παράσταση; Για να σχεδιάσουμε ένα διάγραμμα ή μια γραφική παράσταση εργαζόμαστε ως εξής: α. Κατασκευάζουμε τον πίνακα τιμών. β. Επιλέγουμε τους άξονες. Στη φυσική, συνήθως ο χρόνος είναι στον άξονα x x, οπότε το άλλο μέγεθος θα είναι στον y y. γ. Επιλέγουμε κατάλληλη κλίμακα σε κάθε άξονα. δ. Σχεδιάζουμε τα ζεύγη των σημείων που έχουμε από τον πίνακα. ε. Ενώνουμε τα σημεία κάνοντας το διάγραμμα. Τι μορφή έχει η γραφική παράσταση της σχέσης μεταξύ του χρόνου πτώσης και του ύψους; Αν μετρήσουμε το χρόνο που διαρκεί η πτώση και το αντίστοιχο ύψος από το οποίο ξεκίνησε η πτώση, κατασκευάζουμε τον ακόλουθο πίνακα: Με βάση τις μετρήσεις του πίνακα, κατασκευάζουμε τη γραφική παράσταση της σχέσης μεταξύ του χρόνου πτώσης και του ύψους, όπως αναφέραμε. (διπλανό διάγραμμα). Τι είναι η υδροστατική πίεση; Υδροστατική πίεση είναι η πίεση που οφείλεται στο βάρος ενός υγρού. Το όργανο μέτρησης της υδροστατικής πίεσης είναι το μανόμετρο.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 29 Ποιος είναι ο νόμος της υδροστατικής πίεσης; Σύμφωνα με το νόμο της υδροστατικής πίεσης: Η υδροστατική πίεση είναι ανάλογη με το βάθος από την επιφάνεια του υγρού. Τι μορφή έχει η γραφική παράσταση της σχέσης μεταξύ της υδροστατικής πίεσης και του βάθους από την επιφάνεια του υγρού; Αν μετρήσουμε την υδροστατική πίεση και το αντίστοιχο βάθος από την επιφάνεια του υγρού, κατασκευάζουμε τον ακόλουθο πίνακα: Με βάση τις μετρήσεις του πίνακα, κατασκευάζουμε τη γραφική παράσταση της σχέσης μεταξύ της υδροστατικής πίεσης και του βάθους (διπλανό διάγραμμα). Επειδή τα μεγέθη είναι μεταξύ τους ανάλογα, η γραφική παράσταση είναι μία ευθεία γραμμή που περνά από την αρχή των αξόνων. Τα φράγματα, είναι παχύτερα στη βάση και λεπτότερα στο πάνω μέρος τους, έτσι ώστε να αυξάνεται η αντοχή τους όσο αυξάνεται το βάθος και να είναι πιο οικονομικά στην κατασκευή.

30 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Ανακεφαλαίωση: Φυσικά μεγέθη λέγονται οι ποσότητες που χρησιμοποιούμε για την περιγραφή ενός φαινομένου. Μονάδα μέτρησης ονομάζεται ένα ίδιο μέγεθος, με το οποίο συγκρίνουμε το φυσικό μέγεθος, για να το μετρήσουμε. Τρία θεμελιώδη μεγέθη στο διεθνές σύστημα μονάδων είναι το μήκος, η μάζα και ο χρόνος, με αντίστοιχες μονάδες μέτρησης το μέτρο (m), το χιλιόγραμμο (Kg) και το δευτερόλεπτο (s). Παράγωγα ονομάζονται τα φυσικά μεγέθη που προκύπτουν από τα βασικά μεγέθη του διεθνούς συστήματος μονάδων. Παράγωγα φυσικά μεγέθη είναι το εμβαδόν, ο όγκος και η πυκνότητα, με αντι-στοιχες μονάδες μέτρησης το τετραγωνικό μέτρο (m 2 ), το κυβικό μέτρο (m 3 ) και το χιλιόγραμμο ανά κυβικό μέτρο (Κg/m 3 ). Πυκνότητα ενός σώματος ονομάζεται το πηλίκο της μάζας προς τον όγκο του σώματος. μάζα m πυκνότητα = d = όγκος V

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 31 Λυμένες ασκήσεις: 5. Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη της στήλης Α με τη μονάδα μέτρησης της στήλης Β: Στήλη Α 1. Μήκος 2. Όγκος 3. Μάζα 4. Εμβαδόν 5. Χρόνος 6. Βάρος Στήλη Β α. m 3 β. s γ. Kg δ. N ε. m ζ. m 2 Λύση 1. ε, 2. α, 3. γ, 4. ζ, 5. β, 6. δ. 6. Αν σε ένα μπουκάλι όγκου 400 cm 3 περιέχονται 320 g οινοπνεύματος, ποια είναι η πυκνότητα του οινοπνεύματος; Λύση Θα χρησιμοποιήσουμε τη σχέση: 320g d 400cm 3 m d V d = 0,8 g/cm 3

32 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 7. Ένα δωμάτιο έχει μήκος 4 m, πλάτος 6 m και ύψος 3 m. Να υπολογίσετε τον όγκο του δωματίου. Λύση Το δωμάτιο έχει όγκο: V = 4 m 6 m 3 m ñá V = 72 m 3 8. Να συμπληρώσετε τα κενά στον παρακάτω πίνακα: Υλικό Μάζα (g) Όγκος (cm 3 ) Πυκνότητα (g/cm 3 ) Νερό 32 1 Οινόπνευμα 120 150 Μόλυβδος 12 11,3 Αλουμίνιο 40 2,7 Χαλκός 178 8,9 Λύση Για να λύσουμε την άσκηση θα χρησιμοποιήσουμε για κάθε υλικό μία από τις σχέσεις: m m d, m d V, V V d m 32g 3 Νερό : V 32cm 3 d 1g / cm m 120g Οινόπνευμα : d 0,8g / cm 3 V 150cm 3 3 3 Μόλυβδος : m d V 11,3g / cm 12cm 135,6g

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 33 3 3 Aλουμίνιο : m d V 2,7g / cm 40cm 108g m 178g Χαλκός : V 20cm 3 d 8,9g / cm 3 9. Να γίνουν οι παρακάτω μετατροπές: α. 0,023 m σε cm β. 123 m 2 σε mm 2 γ. 90 min σε h Λύση α. Γνωρίζουμε ότι 1 m = 100 cm, άρα: 0,023 m = 0,023 100 cm = 2,3 cm β. Γνωρίζουμε ότι 1 m 2 = 1.000.000 mm 2, άρα: 123 m 2 = 123 1.000.000 mm 2 = 123.000.000 mm 2 γ. Γνωρίζουμε ότι 1 h = 60 min, άρα: 90 min = 90 / 60 h = 1,5 h

34 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Ασκήσεις για λύση: 6. Να συμπληρώσετε τα κενά στον παρακάτω πίνακα: Υλικό Μάζα (g) Όγκος (cm 3 ) Πυκνότητα (g/cm 3 ) Χαλκός 200 8,9 Γλυκερίνη 600 480 Πετρέλαιο 340 0,85 Αλουμίνιο 60 2,7 Χρυσός 9650 19,3 7. Ένα σώμα έχει μάζα 60 g και όγκο 80 cm 3. Να υπολογίσετε την πυκνότητα του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένο το σώμα. 8. Η πυκνότητα του χαλκού είναι 8,9 g/cm 3. Αν ένα χάλκινο καλώδιο έχει όγκο 12 cm 3, πόση είναι η μάζα του; 9. Ένα χρυσό κόσμημα έχει μάζα 96,5 g. Αν η πυκνότητα του χρυσού είναι 19,3 g/cm 3, ποιο όγκο έχει το κόσμημα; 10. Ένας κύβος έχει ακμή 2 m και μάζα 11,2 Κg. Να υπολογίσετε την πυκνότητα του υλικού κατασκευής του κύβου. 11. Ένα μπουκάλι ζυγίζει 150 g. Όταν γεμίζουμε το μπουκάλι με πετρέλαιο ζυγίζει 490 g. α. Πόσα γραμμάρια ζυγίζει το πετρέλαιο που βρίσκεται στο μπουκάλι; β. Αν η πυκνότητα του πετρελαίου είναι 0,85 g/cm 3, τι όγκο έχει το μπουκάλι;

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 35 12. Να γίνουν οι παρακάτω μετατροπές: α. 20 m 2 σε cm 2 β. 5000 cm 3 σε m 3 γ. 3 h σε s δ. 1200 Kg/m 3 σε g/l 13. Να συγκρίνετε: α. 55 m με 450 dm β. 30 dm 2 με 2500 cm 2 γ. 2 h με 700 s δ. 500 Kg/m 3 με 0,6 g/cm 3 14. Να συμπληρωθεί ο παρακάτω πίνακας: Φυσικό μέγεθος Σύμβολο Μονάδα μέτρησης (S.I.) Μήκος Μάζα Χρόνος Όγκος Πυκνότητα 15. Το σώμα του σχήματος έχει μάζα 120 g. Να βρεθεί η πυκνότητά του.

36 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 3 Ο Κριτήριο Αξιολόγησης: Θέμα 1 ο α. Να περιγράψετε πως μετράμε τον όγκο ενός στερεού ακανόνιστου σχήματος. β. Να συμπληρώσετε τα κενά στην ακόλουθη πρόταση: Ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό όταν έχει...... από αυτό, ενώ βυθίζεται όταν έχει...... από το υγρό. Θέμα 2 ο α. Να αναφέρετε τις κυριότερες διαφορές μάζας και βάρους. β. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; 1. Στα στερεά σώματα, αν αλλάξει το σχήμα τους, αλλάζει και ο όγκος τους. 2. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός σώματος, τόσο πιο δύσκολα το σώμα αρχίζει να κινείται ή σταματά. 3. Τα θεμελιώδη μεγέθη του διεθνούς συστήματος μονάδων είναι το μήκος, η μάζα και ο χρόνος. Θέμα 3 ο α. Ποια είναι η μονάδα μέτρησης της πυκνότητας στο διεθνές σύστημα μονάδων; β. Να συμπληρώσετε τα κενά στον παρακάτω πίνακα: Υλικό Μάζα (g) Όγκος (cm 3 ) Πυκνότητα (g/cm 3 ) Χαλκός Πετρέλαιο Οινόπνευμα 1780 600 200 400 0,85 0,8 Θέμα 4 ο Ένας κύβος έχει ακμή 0,2 m. Αν η μάζα του κύβου είναι 1,6 Kg, να υπολογίσετε την πυκνότητα του υλικού από το οποίο κατασκευάστηκε ο κύβος.

ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους 37 Το κεφάλαιο με μία ματιά: Η Φυσική είναι η επιστημονική μέθοδος που μελετά τη δομή της ύλης, αντικείμενα μικρά σαν το άτομο και μεγάλα σαν τους γαλαξίες. Γενικά μελετά το σύμπαν, δηλαδή το χώρο, το χρόνο, την ύλη, την ενέργεια καθώς και τον τρόπο που συσχετίζονται αυτά μεταξύ τους. Η επιστημονική μέθοδος έχει ως σημαντικότερα στοιχεία την παρατήρηση, την υπόθεση και το πείραμα και τέλος την πρόβλεψη νέων φαινομένων. Κάθε θεωρία της φυσικής είναι αποτέλεσμα της επιστημονικής μεθόδου. Μέτρηση λέγεται η σύγκριση ενός φυσικού μεγέθους με ένα άλλο ομοειδές, που το λαμβάνουμε σαν μονάδα. Διεθνές σύστημα μονάδων (S.I.) είναι: το σύστημα βάσει του οποίου γίνονται οι μετρήσεις των θεμελιώδων φυσικών μεγεθών και έχουμε τα εξής: Θεμελιώδες μέγεθος μήκος μάζα χρόνος θερμοκρασία Ένταση ηλ. ρεύματος Θεμελιώδης μονάδα 1 μέτρο (1 m) 1 χιλιόγραμμο (1 Κg) 1 δευτερόλεπτο (1 s) 1 Κέλβιν (1 Κ) 1 αμπέρ (1 Α) Τα μεγέθη που παράγονται από τα θεμελιώδη μεγέθη λέγονται παράγωγα μεγέθη. Τέτοια είναι η πυκνότητα και ο όγκος. Οι μονάδες των παράγωγων μεγεθών λέγονται παράγωγες μονάδες. Τέτοιες είναι το m 2 και το m 3.

38 ΦΥΣΙΚΗ: Οι φυσικές επιστήμες και η μεθολογία τους - Επιστημονική μέθοδος - Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Πυκνότητα d-p ορίζεται ως το πηλίκο της μάζας ενός σώματος, διά του όγκου του: Χρόνος: 1h = 60 min = 3600 s 1 min = 60 s Μήκος: 1 m = 10 dm = 100 cm = 1000 mm 1Km = 1000 m m d = V Η πυκνότητα έχει ως μονάδα μετρησης στο S.I.τα Κg/m 3. Στη φυσική πρέπει να γνωρίζουμε ότι: Εμβαδά: Όγκοι: