Često pitam đake šta misle o fizici i kako je vide. Odgovori su gotovo uvijek isti: Fizika je bauk, Fizika je teška, To je isto kao matematika, To je hrpa brojki i slova i slično. U početku me ovo brinulo, ali sam našla načine na koje ću razbiti tu barijeru da bih kvalitetno mogla održavati nastavu fizike – eksperimenti i ogledi!
Kad ih pitam šta misle o ogledima i eksperimentalnim vježbama, reakcije su pozitivne. Eksperiment pozitivno utiče na razvijanje volje, pažnje i stvaralačke nastave. Svaka nastavna jedinica, pa i mjerenje atmosferskog pritiska, nosi svoju težinu, ali uz ogled ili eksperiment možemo to pojednostaviti i učiniti da učenicima i učenicama ne bude apstraktno.
Zašto atmosferski pritisak?
Čovjek svakodnevno osjeća djelovanje pritiska jer je on svuda, i u nama i oko nas: u atmosferi, u vodi, u krvotoku, u Zemlji, u svim živim bićima...
Zrak svojom težinom pritišće površinu Zemlje (atmosferski pritisak), iako nam se čini da je lagan. On pritišće svaki kvadratni metar Zemljine površine u svim smjerovima silom od 101.325 N. To odgovara pritisku slona koji stoji na stoliću za čaj. Ali, kada ste u bašti, na plaži i sunčate se – osjećate li da vas pritišće deset tona zraka? Kad ispružite ruku, sila na njoj, zbog atmosferskog pritiska, približno je jednaka težini tijela mase 120 kg. Međutim, mi to ne osjećamo jer jednaka sila djeluje na nas i izvana i iznutra, odnosno pritisak izvan ljudskog tijela uravnotežen je s pritiskom tečnosti u njegovoj unutrašnjosti. Bez tog unutrašnjeg pritiska zračni bi nas zgužvao. Zaista nevjerovatno, zar ne?!
Nagla promjena zračnog odražava se i na krvni pritisak: kad pada pritisak zraka – krvni pritisak raste, a rad srca ubrzava, i obratno. Problem nastaje kod astronauta jer u svemiru iznad atmosfere nema atmosferskog pritiska. Zato oni imaju odijela koja su napumpana na pritisak pri kojem tijelo može preživjeti.
Dok ste putovali avionom, jeste li se zapitali može li neko otvoriti vrata tokom leta? Može, ali samo u filmu. Vrata na putničkim avionima otvaraju se prema unutra. Na deset hiljada metara visine, što je uobičajena visina na kojoj danas lete putnički avioni, pritisak vanjskog zraka je samo oko 0,21 kg po kvadratnom centimetru. U avionu je pritisak zraka 0,77 kg po kvadratnom centimetru, što znači da je unutrašnji pritisak veći od vanjskog i ne dopušta da se vrata otvore prema unutra.
Zašto je važno znati koliki je atmosferski pritisak? Nagle promjene ovog pritiska, a posebno padovi, najavljuju veliko nevrijeme. One se odražavaju i na naš krvni pritisak – kad pada atmosferski, krvni pritisak raste, a rad srca ubrzava, i obratno. Ljudski organizam na promjene atmosferskog pritiska reaguje na način da dolazi do biohemijskih promjena koje utiču na zadržavanje vode i do promjena u ravnoteži elektrolita. Zbog njih može doći do boli u zglobovima, povećanog krvnog pritiska te zgrušavanja krvi.
Ogledi
Da bismo sve ovo iz teorije bolje razumjeli – posegnuli smo za ogledima.
Ogled 1: Puna čaša vode okrenuta naopako.
Šta će se dogoditi ako čašu punu vode pokriješ̌ komadom papira pa je, držeći papir na njoj, naglo okreneš̌?
Voda ostane u čaši – drži je papir!
Šta zadržava vodu da se ne prolije iz čaše?
Zrak djeluje atmosferskim pritiskom nasuprot težini vode u čaši.
Uzeli smo jednu staklenu čašu, bokal vode i komad kartona veći od otvora čaše. Sve smo stavili na tacnu i krenuli u akciju. Hoće li voda isteći iz staklene čaše nakon okretanja?
Jednom rukom pridržavaj papir, a drugom čašu brzo okreni. Moguće da ti neće uspjeti iz prve, ali uz malo vježbe uspjet ćeš okrenuti čašu bez prolijevanja. Ali, kako je to moguće? Prisjetimo se pritiska zraka. On pritišće papir čak i na okrenutoj čaši. Težina vode, naravno, pritišće papir s gornje strane. Pritom je u čaši manji pritisak zraka od vanjskog.
Veći pritisak zraka zadržava težinu vode u čaši. Atmosferski pritisak (pritisak odozdo) veći je od pritiska odozgo, pa papir malo ulegne i zato voda ne može isteći iz čaše.
Ogled 2: Probušena plastična boca
Plastičnu bocu probuši šilom, i to tako da nekoliko rupica bude bočno, malo ispod polovine boce, a barem jedna rupica iznad toga. Otvore zalijepi ljepljivom vrpcom. Postavi plastičnu bocu na dublji podložak i napuni je vodom do vrha. Odlijepi ljepljive trake i oslobodi otvore.
Hoće li voda isticati iz plastične boce i kako? Pritišće li tečnost strane plastične boce? Pritišće li zrak strane plastične boce?
Voda iz posude ističe na sve strane zbog pritiska koji nastaje usljed težine vode. Zatvorite bocu čepom. Ističe li sada voda iz boce?
Vanjski pritisak pritišće na sve strane, te ne dopušta isticanje vode ni iz jedne rupice jer je sada jednak ukupnom pritisku vode i zraka u boci. Zrak tijelo pritišće na sve strane: bočno, odozgo i odozdo.
Kako su đaci reagovali na eksperimente?
Učenici su uglavnom znali za atmosferski pritisak jer za njega često čuju u medijima, ali očito nisu baš najbolje razumjeli o čemu se radi jer su njihova pitanja bila: kako dokazati da pritisak zraka postoji; ovise li vremenske okolnosti o pritisku zraka; šta se događa s pritiskom zraka prije nego što počne padati kiša; kako se mijenja pritisak zraka dolaskom lijepog vremena; čime se mjeri pritisak; vjerovatno imate termometar negdje u svojoj kući, ali šta je sa barometrom?
Šta su učenici i učenice naučile iz eksperimenata i ogleda?
Na času fizike u prvom razredu nastavna jedinica bila je: Atmosferski pritisak i mjerenje.
Đaci su naučili šta utiče na promjenu atmosferskog pritiska: promjene zraka nastaju zbog sunčevog zagrijavanja atmosfere; dnevna promjena pritiska zraka ovisi o geografskoj širini i trenutnom godišnjem dobu, kao i o nadmorskoj visini u kojoj živite; smanjenje atmosferskog pritiska predviđa olujno vrijeme, a promjene pritiska zraka obično su povezane s olujama; promjene ovog pritiska najveće su na ekvatoru; on opada prema sjevernom i južnom polu, gdje postaje nula; što je veća visina, to će biti veća dnevna promjena ovog pritiska; promjena atmosferskog pritiska utiče na nastanak vjetra i meteorološke prilike; najveće oluje, poput uragana, nastaju kada zrak iz područja visokog pritiska prodire u područje niskog pritiska.
Ogledi, eksperimenti i udžbenici
Ova eksperimentalna vježba ne nalazi se u udžbenicima za prvi razred, kao ni mnogi drugi ogledi. Nažalost, još uvijek se oslanjamo na tradicionalni način poučavanja koji se temelji na predavanju profesorica. Đacima ulijevamo gomilu informacija koje moraju zapamtiti i pun udžbenik formula koje ne znaju upotrijebiti – da to bez razmišljanja izrecituju za dobru ocjenu. Na ovaj način oni kojima se fizika u početku možda i činila zanimljivom brzo gube volju za daljnjim istraživanjem i učenjem. U poučavanju fizike koriste se različiti oblici nastave, ali je najučinkovitiji samostalan rad. Takvom organizacijom nastave potičemo učenice na maksimalnu aktivnost, što pospješuje proces učenja. Učenik može samostalno raditi na zadacima, nekom tekstu i, što je najvažnije, sam može izvoditi eksperimente.
Ipak, postoje profesori koji svojim entuzijazmom nastoje promijeniti način poučavanja. Ali, ne samo da im neke kolege otežavaju taj zadatak, već́ se često i sami đaci opiru promjenama. Većinom me pitaju mogu li odgovarati teoriju, jer su tako radili u osnovnoj školi. Kažu da nikada nisu radili zadatke, a o ogledima da ne govorimo. Da li djeci sve serviramo? Ne damo im da istražuju? Kao društvo smo učinili veliku grešku dajući im gotove odgovore, ne potičući ih na potragu za njima.
Trebat će vremena i izmjena nekoliko generacija učenika, kao i upornost samih nastavnica, da se promjene prihvate.
Ogledi i eksperimentalne vježbe mogu imati višestruku korist. Osim što pomažu u razumijevanju osnovnih zakona fizike, korišteni na odgovarajući način razvijaju kritičko razmišljanje i istraživački duh, a često i kreativnost.
Mnogi profesori se žale kako škole nemaju dovoljno sredstava za opremanje kabineta, što je, nažalost, istina. Ali od kukanja i pričanja nemamo ništa. Okrenimo se oko sebe. Fizika proučava svijet oko nas, pa je dovoljno uzeti predmete iz okoline i istražiti ih. Stoga je jedna od ideja ovog teksta prezentirati đacima mogućnosti jednostavnih ogleda i eksperimenata koje sami mogu izvoditi kod kuće, uz precizne upute.
Evo i jedna zanimljivost
Prvi barometar (Goetheov), instrument za mjerenje atmosferskog pritiska, bio je takozvani vodeni barometar i radio je na principu posude s nešto zraka koja je uronjena u vodu. Stupac vode u posudi porastao bi s padom pritiska.
Najčešće se koristi živin barometar, u kom se stupac žive povisuje ili smanjuje, ovisno o promjeni pritiska. Otkrio ga je Evangelista Torricelli.
Gledajući barometar možete predvidjeti vremensku prognozu. Ne morate biti profesionalni izvještač o vremenskim prilikama ili meteorologinja da biste razumjeli vremenske obrasce.
Svi đaci u razredu dobili su zadatak da naprave ovaj mjerni instrument i da svoje podatke zapišu u notes: barometar će držati u zatvorenom, posmatrati ga nekoliko dana i zabilježiti šta su vidjeli na vijestima ili na mobitelu u aplikaciji Weather. Nekoliko puta dnevno u isto vrijeme vraćat će se ovom uređaju i pratiti promjene.
Zadatak je bio donijeti svoje podatke na čas. Upoređivali smo ih i diskutovali o njima. Bilo je jako uzbudljivo: na osnovu uređaja koji su napravili mogli su predvidjeti kako da se obuku kad krenu u školu: slojevito ili laganije; da li da nose kišobran, kabanice ili tenisice...
Na času smo pokazali kako napraviti barometar, a kod kuće su ponovo pravili svako za sebe.
Potreban materijal:
- balon
- makaze
- staklena posuda (galon)
- elastična gumica
- ljepilo
- slamka
- komad tvrđeg papira
- flomaster/marker
Možete napraviti osnovni aneroid (vazdušni) barometar s balonom, galonom i nekoliko drugih jednostavnih potrepština.
Alternativno možete napraviti vodeni barometar s bocom, nekom plastičnom cijevi i linijarom.
Bilo koja vrsta barometra omogućit će vam mjerenje atmosferskog pritiska.
- Odrežite vrh balona (dio u koji pušete) ravno. Ne postoji precizno mjesto gdje se može napraviti rez. Samo se potrudite da otvor balona bude dovoljno velik da stane preko otvora tegle.
- Razvucite ostatak balona preko otvora tegle. Rukama povucite otvor balona prema dolje tako da se ispruži ravno nad otvorom, bez bora.
- Kad je balon zategnut preko otvora tegle, protegnite gumenu vrpcu preko ruba da balon ostane na mjestu.
- Najbolja je staklena posuda, ali možete koristiti i metalnu limenku.
- Koristite li staklenku ili limenku, tačna veličina nije presudna. Samo pazite da otvor nije toliko velik da se balon ne može lako razvući.
- Postavite slamku na vrh tegle tako da dio slamke viri preko ruba tegle.
Zalijepite slamku na balon. Ako vaša slamka ima savijen kraj, prvo je odsijecite. Zalijepite slamku na balon tako što na jedan kraj slamke stavite malu količinu ljepila i stavite je tako da kraj dodiruje sredinu balona. Ostatak slamke treba visiti preko ruba tegle. Ova slamka služit će kao pokazivač, omogućujući vam praćenje promjena atmosferskog pritiska.
- Najbolje je koristiti silikonsko ljepilo. Međutim, možete koristiti superljepilo, zanatsko ljepilo ili ljepilo u stiku.
- Obavezno ostavite da se ljepilo osuši prije nego što krenete dalje.
- Što je slamka duža, to je bolja (sve dok je ravna). Možete čak i umetnuti kraj jedne slamke u drugu kako biste napravili jednu dužu slamku.
- Pričvrstite pokazivač. Možete zalijepiti iglu na drugi kraj slamke, tako da oštar vrh visi. Ako želite nešto manje oštro, izrežite strelicu iz kartona ili indeksne kartice i umetnite je u šuplji kraj slamke. Provjerite da li se čvrsto uklapa u kraj i da neće ispasti. Ovaj će pokazivač otkriti koliko se slamka pomiče gore-dolje kad se promijeni pritisak.
- Stavite neki kruti papir pokraj pokazivača. Da biste stvari učinili lijepim i jednostavnim, zalijepite list papira na zid i stavite staklenku pored tako da pokazivač cilja na papir. Nacrtajte tri linije na papiru, udaljene po pola centimetra. Označite položaj pokazivača na papiru sa umjereno. Iznad njega napišite visoko. Ispod napišite nisko.
- Čvrsti papir poput kartona će stajati bolje, ali možete koristiti obični papir ako je to sve što imate.
- Pokazivač bi trebao biti blizu papira, ali da ga ne dodiruje.
- Šta se događa? Gledajte kako se događa magija i stavljajte oznake kad primijetite da je pokazivač promijenio položaj.
- Ako želite, možete označiti početni položaj pokazivača sa 1, a zatim rednim brojem svaki novi položaj. Ovo je sjajna ideja ako želite koristiti barometar za naučni projekat.
Šta đaci mogu naučiti iz ovog eksperimenta?
Često su učenicama i učenicima dovoljni jednostavni i praktični ogledi da nauče mnogo više nego iz teoretskih predavanja. Iz ovog su naučili praktično primijeniti teorijsko znanje.
- Kad je pritisak zraka nizak, balon će se širiti, a slamka usmjeriti prema dolje. To je zato što zrak unutar balona ima relativno više pritiska nego onaj izvan njega, pa se kao rezultat balon napuhuje.
- Kad je atmosferski pritisak visok, zrak izvana će potiskivati balon u teglu i slamka će se usmjeriti prema gore. Zrak unutar balona ima relativno manji pritisak, pa kao rezultat gura balon u teglu.
- U pravilu, visok pritisak zraka pokazuje vedro vrijeme, dok niski upozorava na tmurniju vremensku prognozu.
Iako prognoza vremena nije egzaktna nauka, moguće je provjeriti koliko je barometar precizan kombinujući svoje rezultate s brzinom vjetra, njegovim smjerom, s kišom, i upoređujući ih s vremenskom prognozom na vijestima!
