OBIECTUL FIZICII(IDIOSINCRAZIA FIZICIENILOR):Modelarea sistemului lumii în mod

riguros, unitar şi esenţializat

• RIGUROS →• UNITAR →

• ESENŢIALIZAT →

logico-matematic

teorii care să modeleze cât mai multe fenomene

neglijarea aspectelor minore, care de obicei sunt prea complexe

Întreaga predare a fizicii în România păcătuieşte tocmai prin trădarea de la

bun început şi în mod constant a acestor deziderate.

Vom da în continuare câteva exemple în sprijinul acestei afirmaţii.

EXEMPLUL 1

În prima lecţie din manual, fizica este definită (în mod corect) ca fiind o ştiinţă experimentală, fără însă a pătrunde cu adevărat semnificaţia

acestui lucru.

ÎNTREBARE:Este nevoie de laboratoare de

fizică în şcoli?

RĂSPUNS GREŞIT:

Da, pentru că fizica este o ştiinţă experimentală, ce se adresează bunului simţ şi intuiţiei.

RĂSPUNS CORECT:

Nu, pentru că în şcoli nu SE FACE fizică, ci SE PREDĂ fizica făcută de alţii mai deştepţi şi mai capabili.

ARGUMENTARE:

În una din primele lecţii de fizică, elevii trebuie convinşi că toate corpurile lăsate liber în apropierea suprafeţei unei planete cad cu aceeaşi acceleraţie gravitaţională.

Mulţi dintre ei nu trec nicicând peste faza acceptării acestui lucru, tocmai pentru că ei ştiu DIN PROPRIE

EXPERIENŢĂ că nu este aşa.

Bunul simţ şi intuiţia comună împiedică înţelegerea faptului că mişcarea în câmp gravitaţional reprezintă un

model esenţializat la maxim, prin EXTRAPOLAREA EXPERIENŢEI UMANE la toate celelalte corpuri cereşti

pe care omul nu a pus (şi poate nici nu va pune) vreodată piciorul.

EXEMPLUL 2

În această ordine de idei, nu se insistă deloc asupra faptului că fizica nu răspunde niciodată la întrebarea “DE CE?” (care este realitatea fizică

din spatele unui fenomen anume?), ci la întrebarea “CUM?” (care este

modelul logico-matematic ce descrie un fenomen fizic anume?).

ÎNTREBARE:Care este în realitate traiectoria descrisă de un obiect greu, lăsat să cadă liber de la fereastra

unui tren aflat în mişcare: un segment de dreaptă vertical în jos, sau un arc de parabolă

în sensul de deplasare a trenului?

RĂSPUNS GREŞIT:

DEPINDE de observator; pentru cineva din tren, este un segment vertical; pentru cineva de pe marginea căii ferate, este un arc de parabolă.

RĂSPUNS CORECT:

Întrebarea NU ARE SENS; nu există o traiectorie reală a corpurilor, întrucât toate conceptele cu care operăm in fizică sunt inventate de noi, nu sunt descoperiri din natură.

ARGUMENTARE

Nimeni nu are nici cea mai mică idee despre cum arată în realitate lumea, ci doar cum o percepem noi. În urmă cu exact 104 ani, omenirea a ajuns la concluzia că până şi conceptele de spaţiu si timp, despre care se credea că reprezintă însăşi urzeala universului, nu constituie

nimic altceva decât simple păreri ale noastre. Ele au fost abandonate şi înlocuite cu conceptul mai general de

spaţiutimp. Ştim de acum că nici acesta nu va dăinui la nesfârşit, şi că mai devreme sau mai târziu va fi înlocuit şi el cu O IMAGINE ÎNCĂ ŞI MAI FIDELĂ a universului.

Există şi o glumă în acest sens. Cum este în realitate zebra: albă cu dungi negre, sau neagră cu dungi albe?

Răspuns: DA!

EXEMPLUL 3

Chiar dacă este vorba de lucruri relative, conceptele cu care operăm noi

în fizică trebuie definite si utilizate în mod corect.

Unul din conceptele definite corect dar utilizate cu greşeli este forţa. Forţa reprezintă expresia matematică a

interacţiunii între două corpuri (sisteme fizice).

ÎNTREBARE:Din ce cauză o rachetă balistică intercontinentală,

zburând la viteze supersonice prin straturile superioare ale atmosferei, cade până la urmă pe pământ după

consumarea combustibilului, iar un satelit de comunicaţii nu? (Altfel spus, de ce nu cade Luna?)

RĂSPUNS GREŞIT:

În cazul satelitului (şi al Lunii), mişcarea pe orbită circulară în jurul Pământului face ca asupra lor să acţioneze o FORŢĂ CENTRIFUGĂ ce echilibrează forţa de atracţie gravitaţională.

RĂSPUNS CORECT:

Luna şi toţi sateliţii artificiali CAD ÎN ORICE MOMENT ABSOLUT LA FEL ca oricare alt proiectil lansat în preajma Pământului.

Argumentare

Ne aflăm pe litoral şi aruncăm o minge care cade în apă. O aruncăm apoi mai tare şi ea cade ceva mai în larg. O lansăm şi mai tare, şi ea traversează marea,

căzând pe litoralul rusesc. Ne încercăm apoi forţele până în China şi Statele Unite. Mingea continuă să cadă pe pământ, dar de fiecare dată pe nişte

traiectorii cu raze de curbură din ce în ce mai mari. În cele din urmă, o aruncăm atât de tare încât ne loveşte în ceafă (noroc că este o minge de plaja uşoară!). Bineînţeles, facem abstracţie de obstacolele pe care mingea le-ar putea întâlni în cale. Ideea este că acum mingea cade pe O TRAIECTORIE CU RAZA DE CURBURĂ EGALĂ CU RAZA PĂMÂNTULUI, ea devenind astfel un satelit.

Concluzie: nu există în fizică aşa ceva ca o forţă centrifugă, care să echilibreze atracţia gravitaţională. Dacă ar exista, atunci, conform definiţiei, ar trebui

precizat fără echivoc CARE ESTE SISTEMUL FIZIC ANUME ce acţionează cu această forţă asupra satelitului.

Problema este cu totul alta: o rachetă balistică are o viteza de doua-trei ori mai mare decât viteza sunetului (aproximativ 1 km/s) pe când, pentru a deveni

satelit, este nevoie de o viteză de aproape 8 ori mai mare!!!

EXEMPLUL 4

Alte concepte sunt definite corect, dar confundate între ele. Una din cele mai simple şi des întâlnite confuzii este cea dintre echilibru şi repaus (pentru simplitate, ne vom rezuma doar

la cazul translaţiei – alunecării).Repausul se defineşte ca fiind situaţia în care sistemul nu se deplasează (are viteză nulă). Echilibrul se caracterizează prin aceea că forţele ce acţionează asupra sistemului se

anulează între ele.

ÎNTREBARE:Un paraşutist, coborând cu paraşuta deschisă, se află sau nu în echilibru?

(Nu adie deloc vântul.)

RĂSPUNS GREŞIT:

Nu, pentru că el coboară cu o anumită viteză.

RĂSPUNS CORECT:

Da, pentru că forţa de rezistenţă întâmpinată de paraşută din partea aerului echilibrează atracţia gravitaţională.

ARGUMENTARE

Confuzia provine din faptul că unul din concepte este ceva mai general, incluzându-l pe celălalt. Repausul

(viteza constant nulă) implică echilibru (forţa rezultantă zero), dar echilibrul

nu înseamnă neapărat repaus, ci doar viteză constantă.

EXEMPLUL 5

Uneori se pot întâlni şi combinaţii de greşeli în ceea ce priveşte

conceptele folosite.

INTREBARE:Un satelit geostaţionar se află sau

nu în echilibru?

RĂSPUNS GREŞIT:

Da, pentru că forţa centrifugă echilibrează atracţia gravitaţională şi satelitul rămâne în repaus deasupra unui punct fix de pe Pământ.

RĂSPUNS CORECT:

Nu, pentru că atracţia gravitaţională nu este echilibrată de nimic şi satelitul se află tot timpul în cădere liberă.

Argumentarea a fost deja făcută în cadrul celor două exemple

anterioare.

EXEMPLUL 6

În fine, unele concepte sunt bine definite, dar nu sunt utilizate la

adevărata lor valoare. Un astfel de concept este noţiunea de sistem de

referinţă. Sistemul de referinţă reprezintă observatorul din

perspectiva căruia este privit un fenomen fizic dat.

PROBLEMA:Pe o planetă oarecare este lăsat să cadă liber un corp de la o înălţime oarecare. Simultan, dintr-un alt punct este lansat spre

corp un proiectil. Va mai lovi oare proiectilul corpul, dacă acesta din urmă se află în cădere?

REZOLVARE COMPLICATĂ:

Trebuie precizate acceleraţia gravitaţională de pe acea planetă, înălţimea de la care este lăsat liber corpul, punctul din care se lansează proiectilul şi viteza acestuia. Trebuie apoi scrise şi rezolvate ecuaţiile de mişcare ale celor două corpuri.

REZOLVARE SIMPLĂ:

Toate corpurile cad cu aceeaşi acceleraţie gravitaţională, deci tot ceea ce le deosebeşte este viteza unuia (a proiectilului) îndreptată exact către celălalt. Deci, atât timp cât nu intervine suprafaţa planetei, proiectilul va lovi oricum corpul.

PROBLEMĂ:Un corp masiv ciocneşte frontal, perfect elastic, un

mic corp aflat în repaus. Ce viteze vor avea cele două corpuri după ciocnire?

REZOLVARE COMPLICATĂ:

Din perspectiva corpului mic, în mod evident, viteza corpului mare nu va putea fi influenţată. Însă pentru a afla viteza corpului mic, ar trebui scrise şi rezolvate ecuaţiile corespunzătoare legilor de conservare a energiei cinetice şi impulsului.

REZOLVARE SIMPLĂ:

Din perspectiva corpului mare, cel mic este cel ce vine cu viteză iniţială. În mod evident, corpul mare nu va putea fi urnit de pe loc, iar cel mic va ricoşa înapoi cu exact aceeaşi viteză. Deci, faţă de observatorul în raport cu care corpul cel mare este cel care are viteza iniţială, acesta îi imprimă corpului mic o viteză de două ori mai mare decât a sa.

Desigur, inventivitatea răspunsurilor greşite este cu mult mai mare decât cea expusă în exemplele anterioare.

Până când nu se vor remedia astfel de aspecte fundamentale, nu se va

putea vorbi despre o predare a fizicii în învăţământul românesc.