Τετάρτη, 17 Απριλίου 2019

Είμαστε αγωγοί...

Με μια μπαταρία των 9 V (ή ακόμη και με τις πλακέ των 4,5 V) και ένα μπλε LED μια πολύ απλή και ακίνδυνη επίδειξη ότι το ανθρώπινο σώμα είναι αγωγός.

Εννιάβολτη μπαταρία και μπλε LED

Με το ένα χέρι κρατάμε τον αρνητικό πόλο της μπαταρίας
και με το άλλο την κάθοδο (τη μικρότερου μήκους ακίδα) του LED

Το LED είναι σβηστό προτού ακουμπήσουμε την άνοδό του στο θετικό πόλο της μπαταρίας 

... και μετά ανάβει (όχι πολύ έντονα  βέβαια)

Η επίδειξη έχει καλύτερα αποτελέσματα σε σχετικά συσκοτισμένο περιβάλλον.

Πέμπτη, 4 Απριλίου 2019

Αυξητικοί δακτύλιοι σε έλατο

Το έλατο δεν άντεξε το πηλώδες έδαφος, στο οποίο μεγάλωνε, και φέτος το χειμώνα ξεράθηκε. Όταν κατ' ανάγκη κόπηκε, φάνηκαν οι πανέμορφοι αυξητικοί του δακτύλιοι:



Σάββατο, 30 Μαρτίου 2019

Ελαστική κρούση με το Tracker

Θα αναλύσουμε το βίντεο «Elastic Collision» που μπορεί να μεταφορτωθεί στον τοπικό υπολογιστή  από εδώ. Πρόκειται για ένα βίντεο που έχει ανεβάσει στο Youtube ο καθηγητής Rhett Alain, και στο οποίο καταγράφεται η σύγκρουση δύο αμαξιδίων (το ένα κόκκινου και το άλλο μπλε χρώματος), που έχουν πρακτικά την ίδια μάζα (254,5 g για το μπλε και 253,5 g για το κόκκινο αμαξίδιο, σύμφωνα με το βίντεο).


Η πειραματική διαδικασία που θα ακολουθήσουμε έχει ως εξής:
α. Βαθμονόμηση του βίντεο: Δημιουργούμε μια ράβδο βαθμονόμησης μήκους 1 m, και τοποθετούμε τα άκρα της στα άκρα του ξύλινου χάρακα που φαίνεται στο βίντεο ακριβώς κάτω από τα αμαξίδια. Το Tracker αυτόματα υπολογίζει την κλίμακα του βίντεο.
β. Ορισμός βίντεο-κλιπ προς ανάλυση: Θα αναλύσουμε μόνο το τμήμα του βίντεο μεταξύ των καρέ 290 και 322. Οι σχετικές ρυθμίσεις γίνονται με τη βοήθεια του εργαλείου «Ρυθμίσεις βίντεο κλιπ».
γ. Ιχνηλασία: Δημιουργούμε ένα υλικό σημείο με το όνομα «red» για την ιχνηλασία του κόκκινου αμαξιδίου. Με «Ctrl + Shift + κλικ» σημειώνουμε το ίχνος του υλικού σημείου στο πρώτο καρέ του βίντεο κλιπ. Ως πρότυπο ταύτισης ορίζουμε ένα ελλειπτικού σχήματος  τμήμα που περιλαμβάνει την κίτρινη ετικέτα στο κέντρο του κόκκινου αμαξιδίου. Στο παράθυρο «Αυτόματο μαρκάρισμα» επιλέγουμε «Έρευνα» και το Tracker ολοκληρώνει την αυτόματη ιχνηλασία του κόκκινου αμαξιδίου. Με τον ίδιο τρόπο δημιουργούμε δεύτερο υλικό σημείο με το όνομα «blue» και ολοκληρώνουμε την ιχνηλασία του μπλε αμαξιδίου. Με το τέλος της ιχνηλασίας το Tracker έχει συμπληρώσει τους σχετικούς πίνακες με τα πειραματικά δεδομένα θέσης – χρόνου και έχει σχεδιάσει και τις αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις.

Εικόνα 1: Γραφική παράσταση έσηες - χρόνου για το πρώτο αμαξίδιο
δ. Τελικές ρυθμίσεις: Εμφανίζουμε το εξ ορισμού σύστημα αξόνων του Tracker και παραλληλίζουμε τον άξονα x΄x με τη διεύθυνση κίνησης των αμαξιδίων. Επιπλέον περιστρέφουμε το σύστημα ώστε η θετική κατεύθυνση του άξονα x'x να είναι προς τα αριστερά (να συμπίπτει δηλ. με τη φορά κίνησης των δύο αμαξιδίων).
Τόσο η διατήρησης της ορμής, όσο και η διατήρηση της κινητικής ενέργειας για την κρούση, εύκολα μπορούν να επιβεβαιωθούν, και από τα πειραματικά δεδομένα να υπολογιστούν οι ταχύτητες των δύο αμαξιδίων πριν και μετά την κρούση. Αυτό  μπορεί να γίνει ως εξής:
Στο εργαλείο δεδομένων του Tracker επιλέγουμε να σχεδιαστεί η γραφική παράσταση x-t για το κόκκινο αμαξίδιο, καθώς και η καλύτερη ευθεία προσαρμογής στα πειραματικά δεδομένα. Επιλέγουμε μόνο πέντε σημεία της γραφικής παράστασης πριν αρχίσει η κρούση και το εργαλείο δεδομένων προσαρμόζει την καλύτερη ευθεία στα δεδομένα αυτά, και προσδιορίζει την εξίσωσή της (Εικόνα 1). Η κλίση της ευθείας ισούται με την ταχύτητα του κόκκινου αμαξιδίου λίγο πριν την κρούση, ενώ η ταχύτητά του μετά την κρούση είναι προφανώς ίση με μηδέν. Με την ίδια λογική προσδιορίζεται και η ταχύτητα του μπλε αμαξιδίου. Στον επόμενο πίνακα καταγράφονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας των πειραματικών δεδομένων (όλες οι μονάδες στο S.I.).

Αμαξίδιο
υπριν
υμετά
px,πριν
px,μετά
Κπριν
Κμετά
Δpx
ΔΚ
blue
0
0,9640
0
0,2453
0
0,1183
0,2453
0,1183
red
0,9708
0
0,2461
0
0,1195
0
-0,2461
-0,1195

Παρότι η πλήρης ανάλυση θα απαιτούσε τον υπολογισμό του σχετικού πειραματικού σφάλματος, μπορούμε να ισχυριστούμε πως τόσο η διατήρηση της ορμής, όσο και η διατήρηση της κινητικής ενέργειας επιβεβαιώνονται στο πείραμά μας με απόκλιση της τάξης του 1% και μικρότερη.

Εικόνα 2: Γραφικές παραστάσεις ολικής ορμής και ολικής κινητικής ενέργειας κατά την εξέλιξη του φαινομένου
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η γραφική αναπαράσταση στο εργαλείο δεδομένων της ολικής ορμής και της ολικής κινητικής ενέργειας του συστήματος καθ' όλη τη διάρκεια του φαινομένου (Εικόνα 2). Προκύπτει πως παρότι σε όλη τη διάρκεια του φαινομένου η ορμή παραμένει σταθερή (μπλε κουκίδες και μωβ γραμμή στην Εικόνα 2), η ολική κινητική (κόκκινες κουκκίδες και κόκκινη γραμμή στην Εικόνα 2) ενέργεια κατά τη διάρκεια της επαφής των δύο σωμάτων παρουσιάζει μια σημαντική μείωση (μέχρι και 50%).

Το πείραμα του Ερατοσθένη - Δελτίο τύπου

Εργαστηριακά Κέντρα Φυσικών Επιστημών (Ε.Κ.Φ.Ε.)
Σερρών, Πιερίας, Λακωνίας, Κω, Θεσπρωτίας, Αργολίδας


ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ

«Το πείραμα του Ερατοσθένη για τον Υπολογισμό της Ακτίνας της Γης - 2019»:
Μια πειραματική σχολική δράση που έγινε θεσμός!

Με πολύ μεγάλη συμμετοχή πραγματοποιήθηκε την Τετάρτη 20 Μαρτίου 2019, το ιστορικό πείραμα του Ερατοσθένη για τον υπολογισμό της περιφέρειας και της ακτίνας της Γης. Περίπου 650 σχολεία, συμπεριλαμβανομένων 3 σχολείων της Κύπρου, του Ελληνικού σχολείου Βουκουρεστίου, της Αμπείου σχολής του Καΐρου, και 6 σχολείων από τη Γερμανία, Ιταλία και Ισπανία, τα οποία συμπράττουν σε ευρωπαϊκά προγράμματα με ελληνικά σχολεία που συμμετέχουν στη δράση, αψηφώντας τη σποραδική συννεφιά, ακολούθησαν τα βήματα του Ερατοσθένη και υπολόγισαν πειραματικά την περιφέρεια και την ακτίνα της Γης, με αξιοσημείωτα μικρό επιστημονικό σφάλμα!
Πρόκειται για μια σχολική δράση, γνωστή και καθιερωμένη πλέον στη σχολική ζωή, που συνδιοργανώνεται από τα Εργαστηριακά Κέντρα Φυσικών Επιστημών (Ε.Κ.Φ.Ε.) Σερρών, Πιερίας, Λακωνίας, Κω, Θεσπρωτίας και Αργολίδας, με την υποστήριξη του Ινστιτούτου Αστρονομίας Αστροφυσικής Διαστημικών Εφαρμογών και Τηλεπισκόπησης (Ι.Α.Α.Δ.Ε.Τ.) του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (Ε.Α.Α.), του Υπουργείου Παιδείας Έρευνας και Θρησκευμάτων και της Πανελλήνιας Ένωσης Υπεύθυνων Ε.Κ.Φ.Ε. (ΠΑΝΕΚΦΕ).

Περιγραφή της εκπαιδευτικής δράσης
Την ημέρα της Εαρινής Ισημερίας (Τετάρτη 20 Μαρτίου 2019), περί τους 20.000 μαθητές και 1500 εκπαιδευτικούς σε περίπου 650 ελληνικά σχολεία, χωρίς να χρειαστεί να μετακινηθούν ή να ταξιδέψουν, από τα προαύλια των σχολείων τους, κατόρθωσαν να υπολογίσουν την περιφέρεια και την ακτίνα της Γης!


Για να πετύχουν τον στόχο τους, ακολούθησαν προσεκτικά τα «βήματα» του Πανεπιστήμονα Ερατοσθένη του Κυρηναίου. Εκείνος, με τη διάνοια, τη γνώση και τα μέσα της εποχής του, κατόρθωσε το …ακατόρθωτο. Οι σύγχρονοι μαθητές του, με τη βοήθεια των Νέων Τεχνολογιών, (Google Earth, SunCalc κ.ά.) αξιοποίησαν κατάλληλα λογισμικά, μέτρησαν, παρατήρησαν, υπολόγισαν, σχολίασαν, σκέφτηκαν επιστημονικά και κατέληξαν σε συμπεράσματα σημαντικά και διδακτικά!
Με ευρηματικότητα, επιδεξιότητα και μεράκι, μαθητές κι εκπαιδευτικοί στερέωσαν ράβδους ή άλλα κατάλληλα αντικείμενα, μέτρησαν τα μήκη τους και τα μήκη των σκιών τους και επανέλαβαν προσεκτικά το ιστορικό αυτό πείραμα, το φωτισμένο από το μεγαλείο της αρχαίας ελληνικής σκέψης! Οι επίδοξοι «γεω-μέτρες», παρά την έλλειψη έντονης ηλιοφάνειας, αξιοποίησαν και την παραμικρή ακτίνα του Ήλιου και οδηγήθηκαν στον υπολογισμό της ακτίνας της Γης με ακρίβεια αξιοσημείωτη, μικρότερη από 0,5%.

Η «προστιθέμενη αξία» του πειράματος του Ερατοσθένη
Εκτελώντας το ιστορικό αυτό πείραμα, τα παιδιά:
  • συμμετέχουν με ενδιαφέρον σε ένα πλούσιο σε γνώσεις και διδάγματα μάθημα, όχι στην τάξη, αλλά στο προαύλιο του σχολείου τους, μια ευχάριστη ανοιξιάτικη μέρα
  • μαθαίνουν βιωματικά ότι με απλές μετρήσεις φυσικών μεγεθών, με την παρατήρηση, την υπόθεση, τους κατάλληλους συλλογισμούς, και κυρίως με τη θέλησή τους, μπορούν να οδηγηθούν. στη μέτρηση της περιφέρειας ακόμα και ενός ουράνιου σώματος, της Γης.
  • κατανοούν ανακαλυπτικά διαδικασίες, φαινόμενα και έννοιες όπως: μετρήσεις, ακρίβεια, σφάλματα, ορολογία Γεωγραφίας και Αστρονομίας (π.χ. συντεταγμένες, ηλιοστάσια, ισημερίες κ.ά.) αλλά και Ιστορία της Επιστήμης και του κόσμου ολόκληρου, μέσα από την αδιαμφισβήτητη αξία της συνεισφοράς προγόνων μας όπως ο Ερατοσθένης, στο επιστημονικό γίγνεσθαι.
  • διδάσκονται με τον πιο παραστατικό τρόπο την ακλόνητη ισχύ της τεκμηριωμένης επιστημονικής γνώσης και τη διαχρονική και ανυπέρβλητη συνεισφορά των Θετικών Επιστημών για την κατανόηση του σύμπαντος κόσμου.
  • συνειδητοποιούν την ανεκτίμητη αξία της συνεργασίας, αφού στη δράση αυτή συνεργάζονται υποδειγματικά, γόνιμα και δημιουργικά:
    • μαθητές κατά τη λήψη μετρήσεων και αποφάσεων στην κάθε σχολική τάξη
    • εκπαιδευτικοί από σχολεία απομακρυσμένων περιοχών, που ανταλλάσσουν τα δεδομένα των μετρήσεών τους και εκτελούν κοινούς υπολογισμούς
    • σημαντικές και λειτουργικές δομές της εκπαίδευσης, όπως τα Ε.Κ.Φ.Ε.


Λίγα λόγια για την ιστορία του πειράματος
Ο Ερατοσθένης (3ος π.Χ. αιώνας) ήταν Διευθυντής της μεγάλης Βιβλιοθήκης της Αλεξάνδρειας, όπου σε έναν πάπυρο διάβασε ότι το μεσημέρι της 21ης Ιουνίου (θερινό ηλιοστάσιο), στη Συήνη (Ασσουάν), οι κατακόρυφοι στύλοι δεν έριχναν καθόλου σκιά και ο Ήλιος καθρεφτιζόταν ακριβώς στον πυθμένα ενός πηγαδιού. Παρατήρησε όμως ότι στην Αλεξάνδρεια, κατά την ίδια μέρα, οι κατακόρυφοι στύλοι έριχναν σκιά.


Σκέφτηκε πως αν η Γη ήταν επίπεδη, οι κατακόρυφοι στύλοι στις δυο πόλεις θα ήταν παράλληλοι και θα έπρεπε και οι δυο να ρίχνουν σκιά. Αφού, λοιπόν, αυτό δεν είναι αλήθεια, τι μπορεί να συμβαίνει; Την απάντηση έδωσε ο Ερατοσθένης υποστηρίζοντας ότι η επιφάνεια της Γης δεν είναι επίπεδη όπως νόμιζαν τότε αλλά σφαιρική. Ο υπολογισμός της ακτίνας της Γης μπορεί να γίνει, αν είναι γνωστή η απόσταση Συήνης-Αλεξάνδρειας -την οποία σύμφωνα με μαρτυρίες, ο Ερατοσθένης για να τη μετρήσει προσέλαβε βηματιστές- και η διαφορά των γεωγραφικών πλατών των δύο πόλεων, η οποία -από το μήκος της σκιάς ενός οβελίσκου- υπολογίστηκε ίση με περίπου 7 μοίρες.
Η περιφέρεια της Γης υπολογίστηκε ίση με περίπου 40.000 Km, μια απάντηση που ο Ερατοσθένης έδωσε χρησιμοποιώντας ως μόνα εργαλεία ράβδους, μάτια, πόδια, μυαλό με απλότητα σκέψης και επινοητικότητα. Το λάθος στον υπολογισμό ήταν μόνο 2%, ένα πραγματικά αξιοσημείωτο επίτευγμα για περίπου πριν από 2,5 χιλιετίες. Επομένως, ο Ερατοσθένης ήταν ο πρώτος άνθρωπος που μέτρησε τις διαστάσεις του πλανήτη Γη, γι' αυτό και θεωρείται δημιουργός της μαθηματικής γεωγραφίας.


Οι Υπεύθυνοι Ε.Κ.Φ.Ε.       

Σερρών Μανδηλιώτης Σωτήριος
Πιερίας           Ιωάννου Νικόλαος
Λακωνίας       Παλούμπα Ελένη
Κω                  Παπαδάκης Ιωάννης
Θεσπρωτίας    Νούσης Βασίλειος
Αργολίδας      Μανουσάκη Κλεοπάτρα

Τετάρτη, 20 Μαρτίου 2019

Το πείραμα του Ερατοσθένη στο 1ο Δημοτικό Ηγουμενίτσας

Πραγματοποιήθηκε σήμερα το Πείραμα του Ερατοσθένη. Το ΕΚΦΕ Θεσπρωτίας εκτός από συνδιοργανωτής της δράσης σε Πανελλαδικό επίπεδο, συμμετείχε και στην εκτέλεση του πειράματος στο 1ο Δημοτικό Σχολείο Ηγουμενίτσας, από όπου και οι επόμενες φωτογραφίες. Συμμετείχαν συνολικά 40 μαθητές της έκτης τάξης του Σχολείου.




Δευτέρα, 18 Μαρτίου 2019

Ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα

Παρουσιάζω εδώ μια διάταξη με την οποία μπορεί να επιδειχθεί ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι βαρύτερο από το αέρα (εννοώντας προφανώς ότι έχει μεγαλύτερη πυκνότητα) και δε συντηρεί την καύση.


Τα δυο κεράκια τα έχω κολλήσει σε μια ξύλινη ράβδο και το σύστημα τοποθετείται μέσα σε γυάλινο βάζο, στο οποίο οδηγείται και το διοξείδιο του άνθρακα που παράγεται κατά την επίδραση ξυδιού σε μαγειρική σόδα.
Σβήνει πρώτα το κάτω κερί και μετά το πάνω...