Demokast
- 1 Demokast
- 1.1 Nägemiseks on vaja valgust. Uuri, kuidas töötab nägemine!
- 1.2 Kuidas saab valge valguse vahendusel maailma värvilisena näha?
- 1.3 Üks silinder tundub soojem kui teine? Kuidas kõrbes veepudelit jahutada?
- 1.4 Ehitame energiat salvestava päikeseauto
- 1.5 Kui kiiresti jõuaks selle autoga Tartust Berliini?
Igapäevaelus olulise nähtuse ehk nägemise teistmoodi tundmaõppimiseks joonistame alustuseks skeeme ja teeme mõned katsed. Ühelt poolt on meie eesmärgiks tutvustada õpilastele füüsikas tavapärase reaalse maailma abstraktset kujutamist, teiseks näidata, mil viisil füüsika neid nähtuseid selgitab ning kolmandaks järele proovida, kas meil õnnestub see füüsika ka katses „käima saada".
Esimene tööleht räägib ära põhiprintsiibi. Õpetaja võiks teha kõik endast oleneva, et õpilased nägemise füüsikalisest seletusest aru saaksid. Tunnis saab kasutada töölehel olevat videot, ent võib ka ise asja ära seletada.
Järgmine etapp on see katse ka päriselt järele proovida. Võtame välja katsevahendid, tutvume nendega, tekitame ekraanile liikuva kujutise.
Nüüd oleme proovinud ja justkui aru saanud, kuidas see töötab. Saame oma arusaamist rakendada selleks, et tekitada aknast paistvate objektide kujutise ekraanile.
Tasub proovimist.
Aknast paistvate objektide kujutised ekraanil
Vikerkaareprillides vaatame maailma läbi difraktsioonivõre. Difraktsioonivõret õpime me tundma gümnaasiumis, mistõttu hetkel nimetamegi neid prille vikerkaareprillideks.
Esimene tegevus - maailma läbi vikerkaareprillide vaatamine - on justkui lihtne, aga kui järele mõtlema hakata, siis on katse tulemus ka üsnagi imelik. Tõepoolest: nende prillide üsna hallid „klaasid" ei värvi kuidagi maailma. Kuidas siis on võimalik, et maailm läbi nende vaadatuna värvilisena näib?
Kõigepealt lihtsalt vaatame.
Proovime äsja tehtud katse teha läbi ka sarnasel viisil, mil käsitlesime esimeses tunnis nägemise olemusega tutvumist - kasutame valgusallikana sedasama üksikut LED-lampi, silmaläätsena katsekomplekti läätse ja võrkkestana valget ekraani. Vaatame, kas näeme sarnast pilti.
Võtame nüüd kasutusele spetsiaalselt spektri uurimise katseteks mõeldud katsekomplekti difraktsioonivõre ja jätame ka läätse mängust välja. Kuna spetsiaalne võre on „tugevam," st selle difraktsioonivõre ühe millimeetri kohta on umbes neli korda rohkem jooni, eraldub spekter paremini.
Spektriks lahutatud valgusest uuesti valge valguse kokku panemine on jällegi kasulik kogemus, et aru saada, kuidas need asjad looduses töötavad.
Järgnev on eelneva katse (valge valguse spektriks lahutamine) loogiline jätk, st saame kasutada sama katseskeemi.
Spektriks lahutatud valgusest uuesti valge valguse kokku panemine on jällegi kasulik kogemus, et aru saada, kuidas need asjad looduses töötavad.
Järgnev on eelneva katse (valge valguse spektriks lahutamine) loogiline jätk, st saame kasutada sama katseskeemi.
Kuna saame ekraanile kuvada spektri, siis on võimalik ka vahetult järele vaadata, mida valgusfiltrid „teevad" - need „sõeluvad" spektrit, st neelavad osasid värvusi, ent lasevad osasid ka läbi.
Seda peab ise nägema.
Nende katsete peamiseks ideeks on tõsiasi, et valgusfilter ei värvi valgust. Valgusfilter kustutab osa valgusest, ent mitte kõike. Ja see, mida kustutatakse ja mida mitte, on määratud filtri värvusega.
Alustame objektide värvusega. Proovime tekitada arusaamise, et kehalt peegeldunud valguse spekter on üldiselt teistsugune kui sellele langenud valguse spekter.
On olemas üks eritüübiline printer, mis kannab paberile õhukesi valgusfiltri kihte. Vaatame video vahendusel selle printeri tööd ning analüüsime seda.
Selle alateema lõpetuseks ka kommentaar, mis peaks aitama siduda kunstiõpetust ja füüsikat. Tõepoolest teab ju iga lapski, et põhivärvusteks on sinine, punane ja kollane.
Valge valgus
Valge valgus on liitvalgus, mida me tajume valgena. Valge valguse spekter ei ole alati ühesugune. Näiteks kui vaatame valget LED-lampi või valget päevavalguslampi, on nende spektrid väga erinevad. Siiski peab kõigis meile valgetena paistvate valgusallikate valguses olemas olema nii punane, sinine kui ka roheline värvus.
Valge valguse komponendid ja nende nägemine
Valge valgus on liitvalgus ja selle komponente on võimalik üksteisest eraldada. Selleks kasutatakse optilisi seadmeid, mis suunavad sellele langevad erineva värvusega valguskiired erinevatesse suundadesse.
Valguse filtreerimine, valgusfilter
Liitvalgusest mingi spektri piirkonna või piirkondade kustutamist või nõrgendamist nimetatakse valguse filtreerimiseks. Seade, mis valgust filtreerib, on valgusfilter.
Soojusõpetuse katsetes kasutamine infot saamiseks peaasjalikult temperatuuri mõõtmist. Tutvume katsekomplekti kuuluva termomeetriga ning mõõdame temperatuure.
Asju puudutades tajume neid soojade ja külmadena. Seda ka siis, kui kehade temperatuurid on ühesugused.
Tekitame järgnevalt seose tajutava temperatuuri (skaalal soe-külm) ja keha materjali soojusjuhtivuse vahel.
Kuidas on huviäratajates viidatud soojade jälgedega?
Alustuseks veendume, et vesi tõepoolest aurustub - alati. Kuidas selles veenduda? Aurustumise definitsiooni järgi moodustub vedelikust aur (gaas), mistõttu peab järelikult vett ennast vähemaks jääma. Seda vähenemist on võimalik piisavalt täpsete kaalude abil ka reaalajas mõõta.
Koolides selliseid kaale küll ei ole, ent saame selles veenduda video vahendusel.
Vaatame üle video, millega juba eelnevalt tutvunud oleme. Paneme tähele, kuidas vee temperatuur püsib aurustumisel kraadi juures.
Niisiis kulub aurustumiseks energiat, kondenseerumisel aga energia vabaneb. Järgnevas töölehes õpime seda arvutama ning võrdleme neid energiaid vee soojendamiseks kuluva ja jahtumisel vabaneva energiaga.
Niisiis: aurustumiseks kulub energiat. Lihtsalt valemina ei ole seda aga just kõige lihtsam uskuda. Teeme ühe lihtsa katse ja arutleme, kus seda nähtust veel märgata.
Järgneva töölehe katse sobiks ka omaette tunni teemaks, ent esitame selle siiski siin juhuks, kui õhuniiskuse mõõtmine on teema, mis õpilasi köidab.
Veel üks üsna tavapärane situatsioon ja arutelu:
Kliima soojeneb, ent tänu meie asukohale maailmakaardil on sellega hakkama saamine meil siin Eestis suhteliselt lihtne. Siiski leidub kohti, kus see on juba täna ülimalt keeruline.
Temperatuuri mõõtmine
Temperatuuri mõõtmiseks kasutatakse termomeetrit. Termomeeter mõõdab keha temperatuuri, kui viia see uuritava kehaga soojuslikku kontakti ning oodata kuni termomeetri näit stabiliseerub (saabub soojuslik tasakaal).
Soojusjuhtivus
Sellist soojusvahetuse liiki, milles aine siseenergia kandub ühelt aineosakeselt teisele, nimetatakse soojusjuhtivuseks.
Erinevate materjalide soojusjuhtivus
Erinevate materjalide soojusjuhtivused võivad olla väga erinevad. Parimad soojusjuhid on metallid, halvimad gaasid. Materjalide soojusjuhtivust kirjeldab parameeter, mida nimetatakse soojusjuhtivusteguriks. Teades materjali soojusjuhtivustegurit, on võimalik öelda, kui palju soojust lekib ajaühikus läbi sellisest materjalist tehtud seina mingi konkreetse temperatuurierinevuse korral.
Kuidas kasutada oma teadmisi elektrivoolust ja vooluringidest praktiliste ülesannete lahendamisel. Kuidas kirjeldada päikesepaneele nii, et see võimaldaks mõista nende kasutamisel tekkivaid küsimusi. Millised valguse ja valgusallikate omadused on päikeseautode jaoks olulised.
Selle töö läbiviimiseks ei piisa ainult mehaanika katsekomplekti vahenditest. Lisaks sellele on vaja testrit, juhtmeid ja krokodille testri kasutamiseks ning erinevaid valgusallikaid, muuhulga võimast hõõglampi, kui toimetatakse siseruumides.
Päikeseautot saab ehitada ka puhtalt teadushuvihariduse võtmes, pannes klotsidest auto kokku ning sellega katsetades. Kui eesmärgiks on ka füüsikateadmiste kinnistamine ja rakendamine, tuleks läbi mõelda ja teha ka need töölehed, kus räägitakse vooluringidest ning pinge ja voolutugevuse mõõtmisest. Sel juhul vastab materjali maht pigem paaristunnile.
Põhimõtteliselt võiksid õpilased ka ise oma konstruktsiooni välja mõelda, pakkudes neile kasutamiseks suuremat hulka klotse. Siiski, et õpilased saaksid näiteks järele proovida, kuidas mõjutab päikeseauto tööd päikesepaneeli asend, siis võiks aluseks võtta töölehtedes kirjeldatud energiasalvesti ja muudetava nurgaga päikesepaneeliga auto.
Pole parata, tuleb alustada lihtsatest asjadest. Sest ka füüsika otsib lahendusi alustades kõige lihtsamast. Tuletame meelde, mis on elektrivool ja vooluring.
Vooluringides tavaliselt ei ole hõõglambid ja patareid. Päikeseauto vooluallikaks on päikesepaneel. Ja kui kasutame hõõglambi asemel LED-lambi, saame kätte esimese eduelamuse - paneme põlema LED-lambi.