Η ιστορία του φωτόςσαν παραμύθι

Χ. ΓκοτζαρίδηςΣχ. Σύμβουλος ΠΕ4

Χ. Γκοτζαρίδης

ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1

Μικρή Περιγραφή: Οι μαθητές θα παρακολουθήσουν μία ιστορία, με την εξέλιξη των αντιλήψεων του ανθρώπου ανά τους αιώνες, για το φως και για τη φύση του φωτός.

Πέρα από τη προσπάθεια για όσο το δυνατόν περισσότερο γλαφυρή παρουσίαση του θέματος, δίνεται έμφαση στη παρουσίαση της εξέλιξης της επιστημονικής σκέψης.

Σε κάθε περίπτωση όμως παρουσιάζεται μέρος των φιλοσοφικών και επιστημονικών θεωριών που διατυπώθηκαν σχετικά με το φως.

Ηλικία: Μαθητές Γ΄ Γυμνασίου. Περιβάλλον: σχολείο, τάξη, αμφιθέατρο. Χρονική διάρκεια: Μία ή δύο διδακτικές ώρες

Χ. Γκοτζαρίδης

ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2

Τεχνικές απαιτήσεις: ηλεκτρονικός υπολογιστής, βιντεοπροβολέας, διαδραστικός πίνακας.

Υπόβαθρο παρουσιαστή: δάσκαλος φυσικής, καλή χρήση ΤΠΕ.

Σύνδεση με τη διδακτέα ύλη: Οπτική Γ΄ Γυμνασίου

Διδακτικοί στόχοι:Οι μαθητές να ακούσουν μία εισαγωγική αφήγηση για το φως και την εξέλιξη των θεωριών που επιχείρησαν να ερμηνεύουν διαχρονικά τα φωτεινά φαινόμενα .

Καθοδήγηση για προετοιμασία: Σύντομη εισαγωγή.

Χ. Γκοτζαρίδης

Τί θα πει βλέπω;

Χωρίς το φως δε βλέπουμε. Για να δούμε ένα αντικείμενο θα πρέπει να έλθει φως από αυτό το σώμα στο μάτι μας.

Δηλαδή δε βλέπουμε αντικείμενα που δε παράγουν φως από μόνα τους ή δεν αντανακλούν (διαχέουν) το φως.

Χ. Γκοτζαρίδης

Τί θα πει βλέπω;Μπορούμε να βλέπουμε

απ΄ ευθείας ένα σώμα που παράγει φως, όπως ο Ήλιος μας ή ένα κερί. Όλα τα υπόλοιπα σώματα που δεν παράγουν φως τα βλέπουμε μέσ΄ απ’ τις ανακλάσεις (διαχύσεις) του φωτός πάνω τους.

Χ. Γκοτζαρίδης

ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΔΙΑΧΥΣΗ

Δύο λόγια για την ανάκλαση και τη διάχυση

Τι ονομάζουμε φως; Φως ονομάζουμε μια

μορφή ενέργειας που έχει τη χαρακτηριστική ιδιότητα να ερεθίζει το αισθητήριο όργανο της όρασης, το μάτι μας.

Είναι ένα κομμάτι του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, όπως θα μάθουμε αργότερα.

Χ. Γκοτζαρίδης

Αλλά, ας αρχίσουμε την ιστορία μας

Πολύ -πολύ παλιά (στην αρχαία Ελλάδα) οι άνθρωποι πίστευαν ότι «ένα εσωτερικό φως» βγαίνει μέσα απ΄ τα μάτια μας συναντά τα διάφορα σώματα και τα κάνει ορατά σε μας.

Χ. Γκοτζαρίδης

Δηλαδή φανταζόταν τη διαδικασία της όρασης κάπως σαν αυτό που βλέπουμε στη διπλανή εικόνα, όπου οι μεταλλωρύχοι φοράνε στο μέτωπο μια πηγή φωτός και έτσι βλέπουν μέσα στις στοές.

Χ. Γκοτζαρίδης

Αργότερα Αργότερα οι άνθρωποι

πίστευαν ότι φως από τα φωτεινά αντικείμενα χτυπά στα μάτια μας και από εκεί ανακλάται και συναντά τα διάφορα αντικείμενα και έτσι βλέπουμε.

Χ. Γκοτζαρίδης

Πριν 1000 χρόνια Περίπου πριν 1000

χρόνια, στα πρώτα βήματα της επιστημονικής παρατήρησης και σκέψης, παρατήρησαν ότι, καθώς κοιτούσαν σώματα πολύ φωτεινά, αναγκάζονταν να κλείνουν τα μάτια τους γιατί πονούσαν.

Χ. Γκοτζαρίδης

Η σωστή πορεία Αυτό τους έκανε να

σκεφτούν ότι το φως δεν έρχεται στο μάτι μας κατευθείαν από τα φωτεινά σώματα αλλά αφού πρώτα ανακλαστεί-διαχυθεί στα διάφορα αντικείμενα.

Χ. Γκοτζαρίδης

Σήμερα Σήμερα έχουμε μελετήσει

διεξοδικά το φαινόμενο και καταλήξαμε ότι το φυσικό φως από τον Ήλιο ή από κάθε φωτεινή πηγή πέφτει πάνω στα σώματα, ανακλάται σε αυτά και στη συνέχεια μπαίνει στο μάτι μας, ερεθίζει το οπτικό μας νεύρο και δημιουργείται έτσι η εικόνα των σωμάτων στο μυαλό μας.

Χ. Γκοτζαρίδης

Το μάτι μας Το φως μπαίνοντας στο

μάτι, με τη βοήθεια του φακού συγκεντρώνεται στον αμφιβληστροειδή χιτώνα, ο οποίος μεταφέρει το σήμα της εικόνας στο οπτικό νεύρο. Έτσι το «σήμα», μεταφέρεται τελικά στον εγκέφαλο. Με αυτή τη διαδικασία βλέπουμε τα διάφορα αντικείμενα.

Χ. Γκοτζαρίδης

Δε βλέπουμε Αν για κάποιο λόγο δε

λειτουργεί ένα από τα μέρη του ματιού μας, τότε δε φτάνει το ερέθισμα στον εγκέφαλο και δε σχηματίζεται η εικόνα των αντικειμένων δηλ. δε βλέπουμε.

Το ίδιο ακριβώς συμβαίνει και στη περίπτωση που λειτουργεί το μάτι μας, αλλά δεν έρχεται καθόλου φως από τα αντικείμενα (σκοτάδι).

Χ. Γκοτζαρίδης

Τι είναι το φως; (Ποια είναι η φύση του;)

Πρώτος ο μεγάλος επιστήμονας Ισαάκ Νεύτων μελέτησε το φως, κατάφερε με ένα γυάλινο πρίσμα να το αναλύσει στα χρώματα της ίριδας, και έδωσε τη πρώτη ερμηνεία για τη φύση του φωτός.

Χ. Γκοτζαρίδης

Τι πίστευε ο Νεύτωνας; Ο Νεύτωνας λοιπόν

υποστήριζε ότι το φως είναι μικρά σωματίδια που κινούνται με σταθερή ταχύτητα διαφορετική σε διαφορετικά μέσα διάδοσης, και καθώς συναντούν διάφορα υλικά, χτυπούνε πάνω τους και ανακλώνται ή εισέρχονται μέσα τους.

Χ. Γκοτζαρίδης

Τι πέτυχε ο Νεύτωνας; 1

Με βάση τη θεωρία του ερμήνευσε με ακρίβεια το φαινόμενο της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός και….

Χ. Γκοτζαρίδης

Τι πέτυχε ο Νεύτωνας;

Ερμήνευσε ορθά το φαινόμενο της ανάκλασης και τους νόμους που τη διέπουν καθώς και την ανάλυση του φωτός.

Δεν μπόρεσε όμως να ερμηνεύσει με ακρίβεια, το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός.

Χ. Γκοτζαρίδης

Η μελέτη της διάθλασης Αρκετά χρόνια αργότερα

o Χόικενς (Huygens), με μια διαφορετική θεώρηση για τη φύση του φωτός, κατάφερε να ερμηνεύσει το φαινόμενο της διάθλασης όπως και αυτά της ανάκλασης και της ευθύγραμμης διάδοσης.

Χ. Γκοτζαρίδης

Τι πρότεινε ο Huygens Ο Huygens διατύπωσε τη θεωρία ότι το φως είναι

κύμα και διαδίδεται στο χώρο με τη μορφή ομόκεντρων σφαιρών που απομακρύνονται από τη πηγή του φωτός.

Χ. Γκοτζαρίδης

Τι πρότεινε ο Huygens; Θεώρησε επίσης ότι

κάθε σημείο από το μέτωπο του κύματος μπορεί να δημιουργήσει μία δευτερεύουσα πηγή φωτός και όλο αυτό το σύστημα διαδίδεται με σταθερή ταχύτητα, διαφορετική για κάθε υλικό, στο χώρο.

Χ. Γκοτζαρίδης

Το πείραμα του Young (Γιανγκ) Καθώς η επιστήμη

προχωρούσε, ο Young ένα αιώνα αργότερα, πραγματοποίησε το περίφημο πείραμα με τις δύο σχισμές, οπότε δεν έμεινε πλέον καμία αμφιβολία ότι το φως (είναι) έχει τη φύση ενός κύματος.

Χ. Γκοτζαρίδης

Εδώ τελείωσε το θέμα; Δεν ήταν όμως γραφτό να

μείνουν τα πράγματα ήρεμα για πολύ. Μόλις μισό αιώνα μετά τον Yung ο Faraday για την πόλωση του φωτός και έδωσε κατεύθυνση για τη σχέση αυτού που λέγεται φως με τον ηλεκτρομαγνητισμό.

Χ. Γκοτζαρίδης

Και στη συνέχεια; Ο Maxwell μερικές

δεκαετίες αργότερα περίγραψε το φως με βάση τις εξισώσεις του για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και το συσχέτισε με τις υπόλοιπες μορφές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Χ. Γκοτζαρίδης

Και εδώ τελείωσε το ταξίδι;

Μα φυσικά όχι, δεν ήταν δυνατόν να μείνει το φως έξω από την επανάσταση της κβαντικής Φυσικής. Έτσι σήμερα θεωρούμε

ότι το φως έχει διπλή φύση. Και κυματική αλλά και σωματιδιακή.

Χ. Γκοτζαρίδης

Το φωτόνιο Το φως το περιγράφουμε

σήμερα με τον όρο ΦΩΤΟΝΙΟ και το σχεδιάζουμε όπως στο διπλανό σχήμα. Η έκφραση και το σχήμα περιέχουν και τις δύο φύσεις. Το κομμάτι φω- παραπέμπει στη κυματική φύση, ενώ το –όνιο σε σωματιδιακή φύση του φωτός (όπως πρωτόνιο κτλ).

Χ. Γκοτζαρίδης

Η τελική εικόνα Σήμερα το φως το

φανατιζόμαστε ως πακέτα φωτονίων που ταξιδεύουν μαζί και «κουβαλούν» συγκεκριμένη κάθε φορά ποσότητα ενέργειας.

Αυτά τα «πακέτα φωτονίων και ενέργειας» δημιουργούνται μέσα στα άτομα των στοιχείων με τρόπο που θα μάθουμε αργότερα.

Χ. Γκοτζαρίδης

Ένα μηχανικό ανάλογο Για να φανταστούμε ένα

ανάλογο από τη καθημερινή ζωή για τη φύση του φωτός, θα πρέπει να σκεφτούμε το μπεκ ποτίσματος.

Αν το μπεκ είναι η πηγή φωτός, οι μικρές σταγόνες θα είναι τα φωτόνια που εκπέμπονται στο χώρο.

Χ. Γκοτζαρίδης

Βιβλιογραφικές αναφορέςHistory of Opticshttp://www.optics1.com/optics_history.php Ancient Greece: Opticshttp://www.mlahanas.de/Greeks/Optics.htmΣελίδες για το φωςhttp://light.physics.auth.gr/light_gr.html Φως και πηγές φωτόςhttp://www.primedu.uoa.gr/sciedu/BIBLIO/bookTeachers/sheet/light.htm