Jerzy Kosek

 

Wycieczki naukowe do

Instytutu Dydaktyki Fizyki

Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach

 

Uczniowie naszej szkoły co roku od 10 lat biorą udział w wyprawach naukowych do Instytutu Dydaktyki Fizyki na Uniwersytecie Śląskim w Katowicach. Przez kilka lat do Katowic dojeżdzaliśmy pociągiem: wyjeżdzaliśmy około godziny 8, w Katowicach byliśmy około 11. Z dworca Katowice Główne udawaliśmy się piechotą do Instytutu Fizyki przy ulicy Bankowej. Przechodząc koło licznych w tym rejonie budynków uniwersyteckich i wśród tłumu studentów młodzież miała okazję wczuć się w atmosferę życia wyższej uczelni. O godzinie 11.30 w dużej auli Instytutu rozpoczynały się wykłady. Podczas jednej z wypraw wykłady prowadził prof. Sylwestr Rzoska z Uniwersytetu Śląskiego. Opiszę je tutaj.

 

Historia pomiaru czasu

Pierwszy wykład dotyczył historii pomiarów czasu na przestrzeni dziejów..Starożytni Sumerowie dokonali podziału roku na 365 dni, około 4000 lat przed narodzeniem Chrystusa, oni też podzielili dobę na 24 godziny, godzinę na minuty, minutę na sekundy.

Jednymi z pierwszych urządzeń do pomiaru czasu były klepsydry, używane w Egipcie. Klepsydry nie miały skali, która pozwoliłaby określić, ile czasu upłynęło od rozpoczęcia pomiaru. Istniały klepsydry piaskowe i wodne. Klepsydry wodne były bardziej popularne, gdyż były tańsze. Piasek do klepsydr musiał być selekcjonowany, aby ziarenka miały jednakowy rozmiar. Najbogatsi mogli sobie na to pozwolić. Pobocznica klepsydry musiała być specjalnie dobrana – opisywało ją równanie y = x 4.

Rzymianie wymyślili tarczę zegarową; wskazówka zegara była obracana za pomocą przekładni, napędzane ruchem wody.

Inny typ zegara wymyślili Beduini: w naczyniu z woda umieszczano tarczę obronna; w tarczy znajdował się otwór; zegar odmierzał upływ czasu równy czasowi zatonięcia tarczy.

Dokładniejsze zegary – to zegary wahadłowe, powstałe po 1583 r., kiedy to Galileusz odkrył izochronizm wahadła (mierząc czas za pomocą własnego pulsu). Wykładowca pokazał doświadczenie, ilustrujące inną właściwość wahadła – niezależność okresu drgań wahadła od masy zawieszonego na nici ciała. Przed pokazem odbyło się głosowanie dotyczące wyniku eksperymentu, widoczne na zdjęciu poniżej.

 

Foto 1. Głosowanie: czy okres drgań wahadła zwiększy się,

 gdy zawiesimy na zawiesimy na nici większą masę?

 

 Napęd zegara stanowił ciężarek, który napędzał zębatkę. Na zębatce znajdował się wychwyt kotwiczny, pozwalający uzyskać odmierzanie jednakowych odstępów czasu z dużą dokładnością.

Zegarów wahadłowych nie mogli stosować żeglarze. Za konstrukcję zegara, który mógłby służyć do pomiaru czasu na statkach, ufundowano nagrodę. Zegar taki wymyślił Harrison w 1761 r. W zegarze tym konstruktor zastosował kółeczko balansowe i sprężynę włosową.

 

Foto 2. Wahadło rewersyjne, podstawowy element zegara Harrisona.

 

 Bardzo dokładnymi zegarami są zegary oparte na drganiach kryształu kwarcu pod wpływem przyłożonego stałego pola elektrycznego /zjawisko piezoelektryczne /. Zjawisko to opisał pierwszy Pier Curie, mąż Marii Curie-Skłodowskiej. Badania wykazały, że okres drgań kwarcu jest tym mniejszy, im kryształ jest cieńszy.

 

W dalszej części wykładu profesor Rzoska dokonał klasyfikacji czasu. Wykładowca wyróżnił kilka rodzajów czasu:

A/. Czas psychologiczny – to czas, jaki odczuwamy; czas ten płynie w jednym kierunku

B/. Czas newtonowski –czas jako parametr równań ruchu Newtona; czas ten może być dodatni lub ujemny; np.  gdy cząstka porusza się w dana stronę i czas jest dodatni, to zastąpienie go czasem ujemnym jest równoważne ze zmianą zwrotu biegu cząstki na przeciwny.

C/. Czas relatywistyczny – to czas mierzony w danym układzie odniesienia; każdy układ odniesienia ma swój lokalny czas; zjawisko czasu relatywistycznego zastosowane do układów inercjalnych prowadzi do tzw. paradoksu bliźniąt.

D/ Czas teorii kwantowej - nie jest tu czas niezależnym całkowicie parametrem, lecz związany jest z energią zasadą nieoznaczoności Heisenberga: im dokładniej mierzymy czas emisji cząstki, tym mniej dokładnie możemy określić energię cząstki.

 

Zjawiska elektromagnetyczne

Drugi wykład był poświęcony przeglądowi zjawisk elektromagnetycznych. Wykładowca omawiane zjawiska ilustrował ich pokazami. Uczniowie mogli obejrzeć doświadczenie Oersteda, zjawisko indukcji Faradaya, działanie transformatora Tesli / ustawiona w dużej odległości świetlówka świeciła się mimo braku podłączenia do źródła zasilania/.

Ciekawostką był też interferometr Michelsona – Morleya, za którego pomocą uczeni chcieli wykryć ruch Ziemi względem hipotetycznego eteru.

 

Po wykładach uczniowie mogli z bliska obejrzeć pomoce dydaktyczne. Najwięcej zainteresowania wzbudziła „tajemnicza” szklana kula, widoczna na zdjęciu.

 

Rysunek 3. Szklana kula, świecącą się po jej dotknięciu,

była bardzo interesującym przyrządem.

 

Wycieczki naukowe zwykle kończą się około 15.00, przy dworcu Bielsko–Biała Główna. Wrażenia i wiadomości zebrane podczas wycieczki uczniowie utrwalają w napisanych przez siebie sprawozdaniach. Uczniowie lubią tę formę zajęć, gdyż wykłady połączone są zawsze z pokazem licznych i niebanalnych doświadczeń.Taką formę spotkań z fizyką polecam wszystkim miłośnikom nauk ścisłych.