ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο Εισαγωγή

1.1 Με τι ασχολείται η Φυσική

Ο άνθρωπος από τα πολύ παλιά χρόνια προσπάθησε να ερμηνεύσει και να τιθασεύσει τη φύση. Στην προσπάθεια του αυτή διατύπωσε έννοιες και συλλογισμούς χρησιμοποιώντας στην αρχή την παρατήρηση και τη λογική και στη συνέχεια το πείραμα και τους μαθηματικούς υπολογισμούς. Οι σχέσεις που προέκυψαν από τις παραπάνω διαδικασίες αποτέλεσαν τους φυσικούς νόμους και αργότερα τις θεωρίες, με τις οποίες ερμηνεύεται ο φυσικός κόσμος. Αυτές μπορούν να βρουν εφαρμογή σε διάφορους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Εικόνα 1.1 Αντικείμενο της Φυσικής είναι η έρευνα της Φύσης και των φαινομένων της.

Σύμφωνα με τον Einstein (Αϊνστάιν) η επιστήμη δεν είναι συλλογή νόμων ούτε κατάλογος γεγονότων άσχετων μεταξύ τους αλλά δημιουργία του ανθρώπινου πνεύματος, το οποίο επινοεί ιδέες και έννοιες. Οι θεωρίες της Φυσικής προσπαθούν να σχηματίσουν μια εικόνα της πραγματικότητας και να τη συνδέσουν με τον ευρύτερο κόσμο των αισθητηριακών εντυπώσεων. Στο σημείο αυτό είναι αναγκαίο να επισημανθούν τα παρακάτω δυο στοιχεία: οι αισθητηριακές εντυπώσεις που έχουμε όλοι μας από τις εμπειρίες της καθημερινής ζωής και οι επιστημονικές απόψεις που διδάσκονται στις διάφορες βαθμίδες της εκπαίδευσης.

Η εκπαίδευση, μέσα από το επίσημο σχολικό πρόγραμμα καλείται να "γεφυρώσει" τις ιδέες και τις αντιλήψεις που έχουν σχηματίσει οι μαθητές για το φυσικό κόσμο, πριν έρθουν στο σχολείο, με τις επιστημονικές απόψεις που διδάσκονται σε αυτό. Με τη διδασκαλία της Φυσικής επιδιώκεται η μελέτη και η εφαρμογή στην καθημερινή ζωή των φυσικών νόμων και των θεωριών, καθώς επίσης και η εξοικείωση των μαθητών με τον τρόπο με τον οποίο αναπτύχθηκαν οι επιστημονικές γνώσεις, δηλαδή με τη μεθοδολογία των Φυσικών Επιστημών.

Η μεθοδολογία της Φυσικής περιλαμβάνει κατά σειρά τις παρακάτω διαδικασίες: παρατήρηση, ταξινόμηση, διατύπωση υποθέσεων και προβλέψεων, πειραματικές ασκήσεις, εξαγωγή συμπερασμάτων κ.ά. Συμβάλλει στη δημιουργία ελευθέρων και υπευθύνων ατόμων μέσα από ατομικές και συλλογικές δραστηριότητες στα πλαίσια της διδασκαλίας. Για το λόγο αυτό αντικείμενο της διδασκαλίας της Φυσικής δεν είναι μόνο οι επιστημονικές γνώσεις αλλά και η μεθοδολογία της.

Εικόνα 1.2 Το πείραμα είναι η ψυχή της Φυσικής. Στη φωτογραφία φαίνεται ένα τμήμα του εργαστηρίου Φυσικής του Πολυτεχνείου της Ζυρίχης την εποχή που φοιτούσε σε αυτό ο Αϊνστάιν.

Με τις αισθήσεις μας διαπιστώνουμε ότι στη φύση υπάρχουν τα υλικά σώματα με διαφορετικές ιδιότητες, σχήματα και διαστάσεις, τα οποία προκαλούν στον καθένα μας διαφορετική εντύπωση. Διαπιστώνουμε, επίσης, ότι στη φύση συμβαίνουν πολλές μεταβολές με διαφορετική συχνότητα εμφάνισης και έκτασης.

Φυσικά φαινόμενα ονομάζουμε τις μεταβολές εκείνες κατά τις οποίες η ουσία (σύσταση) των σωμάτων δεν αλλάζει ριζικά και τα σώματα είναι σε θέση να επανέλθουν στην αρχική κατάσταση τους, όπως είναι π.χ. η αλλαγή της θέσης ή της κατάστασης ενός σώματος από στερεό σε υγρό ή αέριο, οι σεισμοί κ.ά. Αντίθετα, χημικά φαινόμενα ονομάζουμε τις μεταβολές στις οποίες η ουσία των σωμάτων αλλάζει ριζικά και τα σώματα δεν μπορούν να επιστρέψουν στην αρχική τους σύσταση, όπως είναι π.χ. η καύση ενός σώματος, το κιτρίνισμα των φύλλων, η μετατροπή του κρασιού σε ξίδι κ.ά.

Εικόνα 1.3 Η κίνηση του αυτοκινήτου είναι φυσικό φαινόμενο. Η καύση της βενζίνης είναι χημικό φαινόμενο.

Στο μάθημα της Φυσικής μελετώνται τα φυσικά φαινόμενα και οι ιδιότητες των διάφορων σωμάτων, ορατών και μη, σε μια προσπάθεια να βρεθούν οι αιτίες που τα προκαλούν. Για το σκοπό αυτό αρχίζουμε τη μελέτη με την παρατήρηση και το πείραμα. Με το πείραμα απομονώνεται συνήθως ένα συμβάν του πραγματικού κόσμου στο εργαστήριο και εξετάζονται οι προϋποθέσεις και οι μεταβλητές, οι οποίες ρυθμίζουν το φυσικό φαινόμενο, αλλά και τα νέα φαινόμενα που εμφανίζονται ή τα φαινόμενα που δεν υποπίπτουν στις αισθήσεις μας.

Στη Φυσική, βέβαια, δε γίνεται μόνο απλή περιγραφή των φυσικών φαινομένων, αλλά και ακριβείς μετρήσεις των διάφορων μεγεθών που έχουν σχέση με τα φαινόμενα που εξετάζονται. Ύστερα από πολλές εμπειρίες διαπιστώθηκε ότι οι φυσικές διαδικασίες ακολουθούν κάποιους κανόνες με τους οποίους μπορούν να περιγραφούν τα φυσικά φαινόμενα. Στη συνέχεια, από τη μελέτη των φαινομένων και των διαδικασιών, κάτω από τις οποίες πραγματοποιείται ένα φαινόμενο, προκύπτουν σχέσεις, οι οποίες συνδέουν τα μεγέθη μεταξύ τους. Οι σχέσεις αυτές ονομάζονται φυσικοί νόμοι και γενικεύουν τα συμπεράσματα των πειραματικών δεδομένων και των μετρήσεων.