Добірка експериментів, які пояснюють, як влаштований навколишній світ, доступно роз'яснюючи основи теорії хвиль. Ці експерименти були продемонстровані в межах майстер-класу «Справжній STEM» у Харкові.

STEM – сучасний всесвітній освітній тренд, який все більш набуває популярності і в українських школах. Що це? Цьому питанню, ми присвятили окрему статтю. А ось як зробити складну науку доступною і зрозумілою, саме про це ми поговоримо в цій статті.

Нещодавно наша команда освітнього проекту «На Урок» відвідала досить цікавий захід. У межах проекту «Канікули з Політехом і Арсеналом Ідей Україна», який ініційовано Харківським політехнічним інститутом, відбувся майстер-клас для школярів «Справжній STEM». А проводив його всесвітньо відомий популяризатор науки, дослідник, віце-президент міжнародної організації «Hand-on Science Network» – Хосе Беніто Васкес Дорріо (ісп. José Benito Vázquez Dorrío).

Особисто Беніто Васкес є розробником понад 200 експериментальних заходів, які доступно пояснюють складні наукові закономірності, а його університетський курс «Практичне навчання з фізики», отримав нагороду IBM в номінації «Science on Stage» у 2016 році.

 

Беніто Васкес під час майстер-класу для школярів «Справжній STEM» (Харків)

Тож для когось він науковець, а декому здасться, що справжній чарівник! Під час майстер-класу ми разом зі школярами із захопленням слідкували за чудовими експериментами, під час яких Беніто Васкес просто та зрозуміло пояснював теорію хвиль. Що цікаво, кожен з дослідів можна з легкістю повторити і вдома, і в школі під час уроку.

Отож, ми дібрали декілька відео з ідентичними експериментами, які демонстрував Беніто Васкес, та спробуємо відтворити пояснення сенсу цих процесів та явищ з позиції STEM-освіти.

Кольорові тіні

Що таке тінь та чому вона виникає? Відповідь на це питання знає кожна дитина дошкільного віку! Ми звикли бачити тінь темно-сірого чи чорного кольорів. Але тінь може бути одночасно різнобарвною! Покажіть своїм учням цікавий експеримент з оптики, в ході якого утворюється цілий спектр кольорів у звичайної тіні!

Для експерименту знадобляться 3 джерела світла – червоний, зелений і синій (можна використовувати звичайні лампи з фільтрами відповідних кольорів), світла поверхня та, власне, об'єкт, який буде давати тінь.

Чому таке відбувається:

Якщо 3 промені світла різних кольорів (червоний, синій та зелений) направити на одну точку, то вони утворять найскладніший колір, колір, який утворює всі інші – білий. Тобто саме ці кольори – основні, з яких можна отримати увесь спектр! Якщо помістити руку перед лампою, то вдасться загородити світло не повністю, а лише частково, тому тіні отримуємо не чорні, а кольорові. При цьому різні поєднання світла від кольорових ламп дають тіні більш ніж трьох різних кольорів.

Це відбувається тому, що світло – електромагнітне випромінювання з певною довжиною хвилі. Коли ми поєднуємо світло від декількох ламп, отримуємо багато хвиль різної довжини, які при накладенні одна на одну утворюють новий колір.

Так, наприклад, жовта тінь виникає при накладанні хвиль зеленого і червоного спектрів світла тощо.

Різнобарвний диск

Як продемонструвати, що багато чого залежить виключно від нашого сприйняття? Такий експеримент доречний для пояснення, як виникає світло, як індентифікує його око. А також цей експеримент можна продемонструвати при проведені виховної години під час аналізу конфлікту. У такий спосіб можна наочного підтвердити те, що кожен сприймає будь-яку ситуацію по-своєму!

Чому таке відбувається:

Всі ми розрізняємо кольори по-різному. Знаєте? Є, наприклад, дальтонізм – особливість зорового сприйняття зі зміщеним спектром або ахроматопсія (нездатність розрізняти кольори, зорове сприйняття у чорно-білих відтінках). Навіть люди без хвороб зору бачать по-різному. Знаєте це?

Чому так відбувається? Річ в тім, що у природі кольорів, як таких не існує, є лише наше сприйняття: на сітківці ока знаходяться специфічні фоторецептори – палички та колбочки, саме вони сприймають світлові сигнали та відправляють інформацію у мозок. Причому окремі типи колбочок відповідають за сприйняття світла з певною довжиною хвилі (відповідно, ідентифікують їх, як різний колір).

 

Принцип ідентифікації кольору людським оком

Але чому при великій швидкості обертання кольорового диска ми сприймаємо його як однотонний білий? Це пов'язано з особливістю зорового сприйняття людини: об'єкти які швидко рухаються, зір сприймає як статичну картинку (наприклад, коли фаєрщик обертає вогонь, то ми бачимо цілісні візерунки, а не поступову зміну положення джерела світла).

Ця особливість називається персистенція, вона врахована у кінематографі (будь яке зображення на екрані – сукупність дискретних зображень, які змінюють один одного, завдяки тому, що це відбувається дуже швидко, то наше око не помічає це мерехтіння).

Чому із 7 яскравих кольорів виник саме білий? В даному випадку білий колір виникає виключно у сприйнятті людського ока, рецептори якого ідентифікують кольори. Білий – сумарний, який виникає при накладанні світлових хвиль 7 кольорів веселки.

Для подібного експерименту можна обирати диск з усім видимим спектром кольорів чи всього двома. Під час обертання зір буде сприймати будь-який різнобарвний диск однотонним.

Мильна кулька

Однією з найулюбленіших забавок більшості дітлахів є надування мильних бульбашок. Інколи і дорослі це роблять із задоволенням!

Пам'ятаєте себе маленьким? Надуваєш кульку і споглядаєш, як поступово рухаються і мерехтять кольори, а потім кулька стає на долю секунди безколірною і – лопається.

А як так виходить, що прозора мильна рідина утворює одразу кілька кольорів на поверхні кульки, чому вони рухаються, як зникають? Про це замислювався кожен малюк!

Чому таке відбувається:

Мильна плівка має дуже маленьку товщину, декілька мікрон. Світло – електромагнітне випромінення, яке має хвильову природу. Коли світло потрапляє на мильну поверхню, воно частково відбивається від верхньої межі мильної кульки, частково поглинається та відбивається від межі між милом і водою (стінка кульки складається з 3 шарів – мило, вода, мило).

Таким чином з однієї світової хвилі, яка потрапляє на кульку, виникає одразу 2 когерентні (синхронні) хвилі.

 

Утворення когерентних хвиль на поверхні мильної кульки

Завдяки тому, що товщина кульки неоднорідна (у верхній частині стінки тонші за нижню), когерентні хвилі, що утворюються на різних частина кулі всюди мають різну довжину, відповідно, фазу. Завдяки цьому при накладанні одна на одну вони утворюють мінливий колір, який постійно змінюється (стінки кульки поступово тоншають).

Чому кулька багатокольорова? Світло білого кольору, білий – найскладніший у природі, він вміщує відразу весь видимий спектр кольорів (ті, що ми бачимо у веселки).

Стінки мильної кульки є природною лінзою, яка розбиває світло на окремі кольори, в залежності від кута падіння світла на її поверхню, товщини стінки та, відповідно, різниці фаз світлових хвиль. Тому наша мильна кулька є різнобарвною! Явище розкладання білого кольору на видимий спектр називається дифракцією, а утворення кольорів при накладанні світових хвиль різної фази – інтерференцією.

Чому перед тим, як лопнути кулька стає безколірною? Річ в тім, що рідина повільно стікає поверхнею кульки зверху вниз, тому її стінка поступово тоншає. Потім стає настільки тонкою, що ефект інтерференції для всіх довжин хвилі видимого світла призводить до однакового результату – вони поза діапазоном зорового сприйняття людини.


Отже, навчання за принципами STEM-освіти дозволяє експериментально продемонструвати, що завдяки відповідним знанням з точних та природничих наук можна осягнути, як влаштований дивовижний світ навколо нас!

Підписуйтесь на нас у Telegram https://t.me/naurok
Дякуємо! Ми будемо тримати Вас в курсі!
Поширити у соціальних мережах
facebook viber telegram Twitter
Коментарі

Щоб залишити свій коментар, необхідно зареєструватись.