NARAVA V UČILNICI ali

KAKO “ZGRADITI” MODELMojca Čepič

Pedagoška fakulteta Univerza v Ljubljani

O čem

• Kaj imenujemo model?• Katerim kriterijem mora zadostiti?• Kako ga naredimo?• Dva primera

– transport vode v drevesih– svetlobni curki pod vodo

Kaj je to MODEL v fiziki?

- miselni model

Kaj je to MODEL v fiziki?

- miselni model- grafična predstavitev

skica: G. Planinšič

Kaj je to MODEL v fiziki?

- miselni model- grafična predstavitev- matematični model

0

0 0

;

;

ray

ray

ray ray

dn xdxx

dk xdx

y k x x n x

Kaj je to MODEL v fiziki?

- miselni model- grafična predstavitev- matematični model- računalniški model (simulacija, animacija)

Kaj je to MODEL v fiziki?

- miselni model- grafična predstavitev- matematični model- računalniški model (simulacija, animacija)- (mehanski) model, učilo

Na kaj moramo biti pozorni

• Lahko temelji na istih naravoslovnih konceptih kot pojav sam

• Lahko temelji na analognih pojavih• Z modelom je mogoče eksperimentalno

pokazati za pojav značilne koncepte • Strokovni temelji ne smejo presegati znanja

učencev • Z modelom lahko načrtno eksperimentiramo

POJAV – svetlobna mreža- opazovanje- opisovanje dogajanja- ugotavljanje možnih razlag za dogajanje- oblikovanje hipotez(e)- preverjanje hipotez(e) MODEL

Kaj potrebujejo listi?

• kisik• hrana

• svetloba• ogljikov dioksid• voda

“prebava” oz.celično dihanje

fotosinteza

Kaj vemo o transportu vode?

Ksilem – sistem mrtvih cevi z radijem od 10 do 100 µm.

Vlek vode – kaj skrbi fizika?

Ksilem – sistem mrtvih cevi z radijem od 10 do 100 µm.NI AKTIVNE POMOČI STRUKTURE

• Ksilemski radiji od 10 do 100 µm.Kapilarni dvig dosega 3 m.

cos2rg

h

kapilarni vlek

Vlek vode – kaj skrbi fizika?

izhlapevanje

- stik voda-zrak- relativna vlažnost

dm Sdt

Če je ksilem iz mrtvih celic, ga je mogoče modelirati iz “mrtvih” komponent.

J.M. Vilalta, JBE (2003)

Kaj potrebujemo za laboratorijsko drevo?- Membrana

- Cev

- Vodni rezervoar

Merilna oprema:TermometerHigrometerTehtnicaBarometer

Kako torej narediti model drevesa?

List

Korenine

Rezultati

y = -0,0006x + 0,0048

y = -0,006x + 0,022

y = -0,025x + 0,006

-3,5

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,00 100 200 300 400 500 600

t [min]

m-m0 [g]

ventilator off ventilator on control beaker

Izhlapevanje

Susman et al, Phys. Ed. 2011

Rezultati

Vpliv vlažnosti in temperature

-0,02

-0,01

0,00

0,01

0,02

0 100 200 300 400 500t [min]

dm/dt [g/min]

20

25

30

35

40

RH [%] T [°C]

flow rate T RH

Curki svetlobe pod vodo

Svetlobni curki v meglenem jutru

Mreža svetlobnih lis

Ali imata kaj skupnega?

- Sipanje svetlobe na majhnih delcih

Toda

- Svetlobni curki nastajajo zaradi odprtin med listi- Vodna površina je prosojna v celoti

Mreža svetlobnih lis

- valovita površina deluje kot leče

DK Lynch, W Livingstone,Light and color in nature, 2001

Zakaj potem svetlobni curki?

- Zakaj najdemo svetlobne lise na različnih globinah?

- Zakaj se nadaljujejo na navpičnih stenah?

Kaj ponuja razmislek?

Razmislek

Ukrivljenost površine se spreminja, zato tudi gorišče

32 2

322

2 4

1 '

''( )2cos

22 sin

28 cos

f xR

f x

f x A x

A x

RA x

1nf Rn

Geometrijski pristop

2cosf x A x

enačba površine

Naklon površine

- enačba površine:

- naklon površine:

2cosf x A x

arctan

d f xx

d x

Vpadni kot

- enačba površine:

- naklon površine:

- vpadni kot:

2cosf x A x

arctan

d f xx

d x

x x

Lomni kot

- enačba površine:

- naklon površine:

- vpadni kot:

- lomni kot:

Izvesti za vsako točko

2cosf x A x

arctan

d f xx

d x

x x

sinarcsin

xx

n

Kaj dobimo ?

Geometrijski pristop

Svetlobni curki

x0

Svetlobni profil

Model

Težave pri opazovanju v naravi- hitro spreminjanje situacije- nezmožnost vpliva na okoliščine

Model- omogočiti mora opazovanje- študij odvisnosti od spremenljivk- razmisleki morajo biti veljavni tudi za model

Dinamični model

Statični model

Zaključek

• Kaj imenujemo modeli• Modeli pojavov v naravi• Kriteriji postavitve modela• Dva primera

– Transport vode v drevesih– Curki svetlobe pod vodo

Hvala za pozornost