Επιστημονικό μέρος

Φυσικές · Τεχνητές πηγές

Ετερόφωτα · αυτόφωτο σώματα

Η φλόγα ενός κεριού, το πυρακτωμένο σύρμα ενός λαμπτήρα θεωρούνται ως τεχνητές ηλεκτρικές πηγές. Ο Ήλιος, η αστραπή, η λάβα ενός ηφαιστείου, οι φλόγες της φωτιάς, τα αστέρια τη νύχτα θεωρούνται ως φυσικές πηγές του φωτός.

Οι φωτεινές πήγες λέγονται και αυτόφωτα σώματα. Τα σώματα που δεν έχουν δικό τους φως λέγονται ετερόφωτα. Τα ετερόφωτα σώματα γίνονται αντιληπτά από το φως των αυτόφωτων σωμάτων που πέφτει πάνω τους και το οποίο στη συνέχεια το διαχέουν δηλ. το σκορπίζουν προς όλες τ»ς κατευθύνσεις. Η Σελήνη διαχέει σε μας ένα μέρος από το φως που δέχεται από τον Ήλιο, είναι δηλ. ένα ετερόφωτο σώμα. Το φως

Το φως είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (ηλεκτρομαγνητικό κύμα) που η ταχύτητα του στο κενό είναι περίπου 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο (Km/sec). Η ταχύτητα αυτή είναι η μεγαλύτερη τιμή ταχύτητας στη φύση. Η ταχύτητα του φωτός σε κάθε άλλο μέσο είναι μικρότερη από την ταχύτητα του στο κενό. Στο νερό π. χ. η ταχύτητα του φωτός είναι το 0,75 της ταχύτητας του στο κενό και στο διαμάντι είναι μόνο το 0,41 της ταχύτητας στο κενό.

Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι ένα εγκάρσιο κύμα δηλ διαδίδεται κάθετα στη διεύθυνση διάδοσης του και η κίνηση του είναι περιοδική σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα.

Μήκος κύματος είναι η απόσταση στην οποία διαδίδεται το κύμα σε χρόνο μιας περιόδου Τ ή η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών ορέων ή μεταξύ δύο διαδοχικών κοιλάδων. Η ταχύτητα ενός κύματος V, το μήκος κύματος λ και η περίοδος Τ του κύματος συνδέονται με την παρακάτω σχέση:

V = λ/Τ ή V = λ*f όπου f είναι η συχνότητα του κύματος f = 1/Τ.

Απορρόφηση του φωτός

Το φως όταν πέφτει στην επιφάνεια ενός υλικού είναι δυνατόν να απορροφάται. Τα σώματα που απορροφούν όλο το φως που πέφτει πάνω τους χαρακτηρίζονται ως αδιαφανή. Τα σώματα στα οποία το φως περνάει από μέσα τους χωρίς απορρόφηση χαρακτηρίζονται ως διαφανή ενώ εκείνα που απορροφούν ένα μέρος του φωτός χαρακτηρίζονται ως ημιδιαφανή. Η διάκριση αυτή δεν είναι ακριβής . Το νερό που μας φαίνεται διαφανές, σε στρώμα μεγάλου πάχους γίνεται» αδιαφανές. Ένα έλασμα από χρυσό μπορεί να λεπτυνθεί μέχρι πάχος 1/2000 mm οπότε αφήνει να διαπερνά ένα πρασινωπό φως. Το πάχος του υλικού είναι ένας παράγοντας που συντελεί στο να χαρακτηρίσουμε ένα σώμα σαν αδιαφανές ή ημιδιαφανές ή διαφανές.

Ανάκλαση του φωτός

Το φως όταν πέφτει πάνω στην επιφάνεια ενός λείου και στιλπνού σώματος αλλάζει κατεύθυνση διάδοσης. Το φαινόμενο λέγεται ανάκλαση του φωτός. Η γωνία που σχηματίζει η προσπίπτουσα ακτίνα με την κάθετο στο σημείο πρόσπτωσης ονομάζεται γωνία πρόσπτωσης. Η γωνία που σχηματίζει η ανακλώμενη ακτίνα με την κάθετο στο σημείο πρόσπτωσης λέγεται γωνία ανάκλασης. Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης, (βλέπε σχήμα Σελ. 240)

Διάθλαση του φωτός

Το φως όταν πέφτει στην διαχωριστική επιφάνεια δυο οπτικώς διαφανών σωμάτων αλλάζει πορεία. Το φαινόμενο αυτό λέγεται διάθλαση. Όταν το φως μεταβαίνει από οπτικά αραιότερο σώμα σε οπτικά πυκνότερο σώμα τότε η προσπίπτουσα ακτίνα πλησιάζει την κάθετο που περνάει από το σημείο πρόσπτωσης στη διαχωριστική επιφάνεια. Εάν μεταβαίνει από οπτικά πυκνότερο σώμα σε οπτικά αραιότερο σώμα απομακρύνεται από την κάθετο.

Η διάθλαση του φωτός συμβαίνει λόγω της διαφορετικής ταχύτητας του φωτός στα υλικά.

Αν η προσπίπτουσα ακτίνα μεταβαίνει από οπτικά πυκνότερο σώμα σε οπτικά αραιότερο σώμα και έχει ορισμένες τιμές στη γωνία πρόσπτωσης τότε δεν εξέρχεται από το μέσο αλλά ανακλάται εξ' ολοκλήρου σ' αυτό. Το φαινόμενο αυτό λέγεται ολική ανάκλαση. Η προσπίπτουσα, η ανακλώμενη και η διαθλώμενη ακτίνα βρίσκονται όλες στο ίδιο επίπεδο στο οποίο βρίσκεται και η κάθετος στην επιφάνεια.

Το φως διαδίδεται προς όλες τις διευθύνσεις. Διαδίδεται ευθύγραμμα μέσα σε ένα ομοιογενές μέσο.

Αποτέλεσμα της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός είναι η δημιουργία της σκιάς όταν το φως συναντά στην πορεία του αδιαφανή σώματα.

Η έκλειψη της Σελήνης και η έκλειψη του Ήλιου είναι αποτέλεσμα της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός .

Όταν η Σελήνη παρεμβάλλεται μεταξύ Ήλιου και Γης και τα τρία σώματα βρίσκονται στην (δια ευθεία τότε έχουμε την έκλειψη του Ήλιου για ορισμένους τόπους της Γης.

Όταν η Γη παρεμβάλλεται μεταξύ Ήλιου και Σελήνης και βρίσκονται τα τρία σώματα στην ίδια ευθεία τότε έχουμε την έκλειψη της Σελήνης για ορισμένους τόπους της Γης.

Οι ιδέες των μαθητών

Πηγές φωτός

Τα παιδιά αναγνωρίζουν αρκετές φυσικές και τεχνητές πηγές φωτός. Έρευνες δείχνουν ότι τα παιδιά αναφέρουν τις πρωταρχικές πηγές φωτός σχεδόν τέσσερις φορές πιο συχνά απ' ότι τις δευτερεύουσες.

Για να μπορέσουν τα παιδιά να απαντήσουν στο ερώτημα τι χρειά­ζεται ένας άνθρωπος για να βλέπει ένα αντικείμενο (φαινόμενο της όρα­σης) θα πρέπει να έχουν οικοδομήσει την άποψη ότι το μάτι είναι δέκτης του φωτός. Συνήθως τα παιδιά του Δημοτικού πιστεύουν ότι το φως είναι απαραίτητο για να βλέπουμε, αλλά ότι δεν είναι αναγκαίο να φθάνει ως το μάτι. Πιστεύουν δηλαδή ότι αρκεί το φως να φωτίζει το αντικείμενο χωρίς να φθάνει στο μάτι μας.

Τι είναι το φως;

Η επιστημονική άποψη για το φως δε φαίνεται να είναι πολύ διαδεδομένη ανάμεσα στους μαθητές.

Τα περισσότερα παιδιά ηλικίας 10 και 11 ετών συλλαμβάνουν την έννοια του φωτός ως μια πηγή (όπως είναι ένας ηλεκτρικός λαμπτήρας), ως ένα αποτέλεσμα (όπως είναι μια ακτίνα φωτός), ή ως μια κατάσταση (όπως είναι η φωτεινότητα). Στην ερώτηση: "που υπάρχει φως;" τα παιδιά απαντούν ότι το φως υπάρχει "παντού", "μέσα στη λάμπα", "στο πάτωμα", "στο ταβάνι", "στο χώρο", "στα παράθυρα" κ.λ.π. Τα παιδιά αυτής της ηλικίας δεν αναγνωρίζουν το φως ως μια φυσική οντότητα που διαδίδεται στο χώρο προερχόμενη από μια πηγή.

Μεγαλύτεροι μαθητές όμως ηλικίας 13 και 14 ετών, φαίνεται ότι στα­διακά αρχίζουν να αναγνωρίζουν το φως ως μια οντότητα. Η πλειοψηφία μάλιστα από αυτούς χρησιμοποιεί αυτή την αντίληψη για να εξηγήσει το φαινόμενο της σκιάς, αλλά μόνο όπου το φως έχει αρκετή ένταση, ώστε να δημιουργεί αντιληπτά φαινόμενα σε κάποιο σημείο της διαδρομής του (R. Driver et al, 1998).

Η διάδοση του φωτός

Τα περισσότερα παιδιά υιοθετούν την αντίληψη ότι το φως είναι μια ολότητα, δε σκέφτονται όμως απαραίτητα ότι αυτό ταξιδεύει (διαδίδεται) και μάλιστα ευθύγραμμα. Ερευνητές υποθέτουν ότι οι μαθητές εκείνοι που αναφέρουν ότι το φως πηγαίνει από σημείο σε σημείο, ίσως να το αντιλαμβάνονται ως ένα "καλώδιο" ή ότι ακολουθεί ένα "δρόμο".

Έρευνες έχουν πραγματοποιηθεί για να διαπιστωθούν οι απεικονίσεις που χρησιμοποιούν τα παιδιά για να δείξουν το φως. Διαπιστώθηκε ότι όλες σχεδόν οι απεικονίσεις των παιδιών παρίσταναν το φως γύρω από την πηγή με κοντές γραμμές.

Επίσης τα παιδιά μιλούν για τις ακτίνες του φωτός σαν να ήταν "νήματα ενός σχοινιού από τα οποία ήταν κατασκευασμένη μια ακτίνα φωτός" και αναφέρονται σε "διαφορετικά είδη του φωτός" όπως είναι το φυσικό ή το ηλεκτρικό φως (R. Driver et al, 1998).

Οι περισσότεροι μαθητές θεωρούν ότι το φως δεν ταξιδεύει πολύ μακριά από την πηγή ιδιαίτερα την ημέρα. Επίσης οι μαθητές υποστηρίζουν την άποψη ότι το φως ταξιδεύει πιο μακριά τη νύχτα. Ένας μικρότερος αριθμός μαθητών πιστεύει ότι το φως δεν ταξιδεύει καθόλου κατά τη διάρκεια της μέρας ενώ ένα ακόμη μικρότερο ποσοστό μαθητών θεωρεί ότι το φως δεν ταξιδεύει κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Ο σχηματισμός της σκιάς

Τα παιδιά δυσκολεύονται να προτείνουν τον αποδεκτό μηχανισμό για το σχηματισμό της σκιάς. Όταν τους ζητείται να εξηγήσουν τι είναι σκιά και πως αυτή σχηματίζεται, τα παιδιά χρησιμοποιούν εκφράσεις όπως "το φως ξεκινάει... συναντάει... διασχίζει", που όλες δηλώνουν ότι το φως κινείται στο χώρο, όπως επίσης πως αντιλαμβάνονται ότι κάποια "πηγή φωτός" είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία σκιάς. Επίσης τα παιδιά είναι σε θέση να βρουν τη σωστή θέση, σκιάς, αντικειμένου, φωτεινής πηγής. Οι μαθητές όμως δυσκολεύονται να δώσουν εξηγήσεις στα πλαίσια της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός.

Τα παιδιά έχουν την τάση να περιμένουν ότι η σκιά ενός αντικειμένου θα έχει το ίδιο σχήμα με το αντικείμενο. Τα παιδιά όταν αιτιολογούσαν τις προβλέψεις τους αναφέρονται συχνά στη σκιά ως μια "αντανάκλαση" ή ως μια "σκοτεινή αντανάκλαση του φωτός" όταν αυτή προβάλλεται σε μια οθόνη. Πολλά παιδιά ηλικίας 13 και 14 ετών εξηγούν τις σκιές σε σχέ­ση με ένα εμπόδιο που σταματάει το πέρασμα του φωτός, άποψη συμ­βατή με την ιδέα της "οντότητας του φωτός μέσα στο χώρο".

Τα παιδιά έχουν μια γενικώς σωστή ιδέα των σχετικών θέσεων της πηγής, του αντικειμένου και της σκιάς του, ιδιαίτερα όταν αυτό αφορά γνώριμες καθημερινές καταστάσεις. Απέχουν όμως αρκετά οι ιδέες τους από την επιστημονική εξήγηση της σκιάς που παρέχεται από την ιδέα της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός.

Τέλος οι ιδέες των παιδιών σχετικά με τις αιτίες των φάσεων της σελήνης εξελίσσονται, όπως είναι αναμενόμενο, ανάλογα με την ηλικία τους. Τα πολύ μικρά παιδιά πιστεύουν ότι τα σύννεφα καλύπτουν ένα μέρος της Σελήνης. Ενώ τα μεγαλύτερα πιστεύουν ότι η σκιά των πλα­νητών, του Ήλιου ή της Γης πέφτει πάνω στη Σελήνη. Πολύ λίγα παιδιά κατανοούν ότι οι φάσεις της Σελήνης εξηγούνται με βάση το μέγεθος της φωτιζόμενης από τον Ήλιο επιφάνειας της. Από τα παραπάνω προκύ­πτει ότι τα παιδιά συγχέουν τις φάσεις της Σελήνης με το φαινόμενο της έκλειψης.

Βιβλιογραφία

1. Driver, E. Guesne and A. Tibergien (1993). Οι ιδέες των παιδιών στις Φυσικές Επιστήμες, Ένωση Ελλήνων Φυσικών, Τροχαλία

2. Driver, A. Squires, P. Rushworth, V. Wood-Robinson(1998) (επιμέλεια Π. Κόκκoτας}. Οικοδομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών, Τυπωθήτω, Αθήνα

3. Π. Κόκκοτα (1999). Σύγχρονες προσεγγίσεις στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών, Αθήνα

4. Ραβάνης Κ-, Βουτσινά Χ, Το φως ως φυσική οντότητα στη σκέψη των παιδιών προσχολικής ηλικίας. Διδακτική προσέγγιση". Ερευνώντας τον Κόσμο του Παιδιού, τχ.3 (1998), σσ.84-98Η ΗΗ

Σημειώσεις

Send mail to estamoulis@primedu.uoa.gr with questions or comments about this web site.
Copyright © 2001-2005 ΠΤΔΕ - Δ.Φ.Ε.
Last modified: Νοεμβρίου 02, 2004