327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
27.03.2017


Кейс - урок «Антигравитация»
Кейс - урок «Антигравитация»

Раздел: Науки, природа и человек

Уровень (класс): 8 +

Тема: Непознанное и новые науки

Цель: Узнать о явлении антигравитации, возможностях и перспективах его создания, исследовании и применении в современном мире

Какая информация меня здесь ждет?

  • Антигравитация - научное явление или научная фантастика?
  • Как работает левитрон?
  • Существуют ли антигравитационные двигатели?
  • Антивещество - реальность или миф?
  • Какие фундаментальные знания и практические навыки мне пригодятся?
  • Как художники «используют» антигравитацию?
6 разверток по предметам, явлениям и практикам:
Вступление

Как вы думаете - это антигравитация?

Может это оптическая иллюзия? А если это, все же, физическое явление без всяких иллюзорных эффектов, то, как оно работает и насколько близко к антигравитации? Ищем ответы, делаем предположения и мечтаем вместе! Чтобы пройти путь научных и цивилизационных открытий, надо сделать первый шаг. Шагаем в будущее вместе!

Физика
Антигравитация – явление, которое еще только изучается физиками и очень давно "используется" писателями-фантастами. Но понимают они эту терминологию несколько по-разному. Как именно?

 

С точки зрения принципа эквивалентности, сил гравитации и инерции, антигравитация как физическое явление невозможно. С точки зрения теории относительности для создания антигравитации нужна отрицательная масса и отрицательная кривизна пространства.

Так как изучение гравитации в последнее время получило «второе дыхание» и новую информацию для анализа (гравитационные волны), то вопрос о возможности антигравитации остается открытым.

Одним из направлений исследования антигравитации является изучение свойств антиводорода (антигидрогена). То есть, речь идет об исследовании антивещества. Ученые считают, что силы, действующие на частицы вещества, должны влиять и на части антивещества. А при взаимодействии вещества с антивеществом в эквивалентных количествах должно происходить аннигиляция. С такой точки зрения и Большой взрыв был результатом взаимодействия антивещества с веществом. Именно поэтому важные исследования процессов, которые происходили во время и после Большого Взрыва.

 

Что же такое принцип эквивалентности, которому противоречит возможность создания антигравитации? Альберт Эйнштейн формулировал его так: в одном гравитационном поле все движения происходят так же, как и в равноускоренной системе координат в отсутствие поля тяготения.

Для иллюстрации принципа Эйнштейн использовал лифт (лифт Эйнштейна):

 

При этом стоит отметить, что ускорение лифта для 3 варианта равно ускорению свободного падения. Именно поэтому, когда ученый в лифте отпускает предмет, тот падает вниз, хотя не должен был бы при отсутствии действующих сил.

Эффект антигравитации должен реализовывать вариант 4 в условиях, характерных для варианта 1. Но пока, это скорее из области фантастики, чем физики.

Невесомость не является случаем антигравитации. Невесомость, в противовес антигравитации, как раз очень хорошо иллюстрирует справедливость классических физических гравитационных знаний. Она - состояние тела, при котором отсутствует внутреннее напряжение, обусловленное силой тяжести. Хотя термин нулевая гравитация часто используется как синоним, невесомость на орбите не является результатом отсутствия силы тяжести или даже ее значительному уменьшению (фактически, сила притяжения Земли на высоте 100 км только на 3% меньше, чем на поверхности). Причина невесомости заключается в том, что сила притяжения предоставляет телу и его сопротивлению одинаковое ускорение. Этот вывод истинный для всех тел, которые движутся только под действием силы тяжести, то есть находятся в свободном падении.

Вместе с тем, существует левитрон - волчок, что при вращении, способен зависать в воздухе над специальной магнитной подушкой. Сам волчок - кольцевой магнит с осью, проходящей через ось симметрии. Магнитная подушка - тоже постоянный магнит, часто также кольцевой формы. Магниты отталкиваются между собой.

Момент инерции волчка, в соответствии с законом сохранения момента импульса удерживает волчок в положении, когда полюс, который отталкивается, обращен к магнитной подушке, то есть, направлен вниз. Трение волчка происходит только в воздухе. Поэтому вращаться он может достаточно долго.

Такой левитрон можно сделать самому и удивить своих друзей и близких!

Вопрос:


Можно ли считать левитрон проявлением антигравитации с точки зрения физики? А с точки зрения фантастической литературы?

Музыка

Что общего между антигравитацией, невесомостью и музыкой? Неужели «музыка небесных сфер»?

Нет, состояние невесомости использовали музыканты группы ОК Go для создания клипа! Эффект нарушения силы тяжести, антигравитации достигался благодаря созданию реальных условий невесомости в самолете.

Это единственный в мире профессиональный музыкальный клип, снятый в невесомости!

Астрономия/ Космология

Новые знания о том, как устроена Вселенная, как она «зародилась», приближают человечество к изобретению настоящей антигравитации в физическом смысле этого явления. Понимание, что происходило в момент большого взрыва, какие последствия этих процессов имеют, и будут иметь - залог успешных исследований в самых фантастических отраслях, в том числе и в изучении антигравитации.

Нобелевские лауреаты 2011 года с физики Саул Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рис доказали, что Вселенная расширяется все быстрее и быстрее. Силу, что вызывает это, назвали «темной энергией». На нее приходится 72% всей энергии мира!

Этими учеными еще в 1998 году было найдено несколько десятков космических «маячков», то есть несколько сверхновых звезд, которые разбросаны по дальним галактикам. Они рассчитали расстояние до каждой из них. Но самое интересное началось после этого: ученым - специалистам по теоретической физике - пришлось переписывать историю космоса и картину мироустройства с нуля!

 

Если первичный Большой Взрыв разбросал материю, как обломки снаряда, то взаимное притяжение должно было заставить эти обломки сбросить скорость, остановиться и двигаться назад. Но материя расширяется! И к этому ее побуждает именно темная энергия («энергия с отрицательным знаком»).

Для объяснения нужно представить себе луч света, который отправила к Земле далекая галактика. Пока он в пути, пространство между галактикой и нами «раздувается» все быстрее и быстрее, поэтому луч может даже никогда и не достичь цели. Это означает, что галактика «ушла за горизонт событий», то есть никакие сведения о ней и, соответственно, никакие прогнозы не существуют и невозможны.

Вскоре после открытия «темной энергии» астрофизик Абрахам Леб из Гарварда посчитал: за +100000000000 лет звездное небо опустеет - горизонт событий поглотит все, кроме Млечного пути и Туманности Андромеды, ближайшей к нам галактики. По той же причине некоторые объекты в космосе никогда не состарятся - для нас они перестанут существовать молодыми.

Лучшие телескопы позволяют увидеть отдельные галактики такими, какими они были всего 600 000 000 лет после Большого Взрыва (а он состоялся 13700000000 лет назад). Подобравшись к горизонту событий, они, достигнут «предельного возраста» примерно в 4500000000 лет и канут в неизвестность.

Вопрос:


Как вы думаете, с «точки зрения» других галактик, есть ли у нашей Земли «шанс» пойти для них за горизонт событий?

Химия

Для антигравитации необходимо антивещество. А какое? Существует ли оно вообще? Антиводород (антигидроген) - элемент, который некоторое время считался научным мифом, научной догадкой. Однако в 1995 году ученым удалось получить антипротон и позитрон в связанном состоянии. Это было результатом эксперимента SP20 на ускорителе LEAR в ЦЕРНе.

В 2002 году сразу две группы ученых (ATRAP и ATHENA) синтезировали и удерживали антиводород (50.000.000 атомов). Именно удерживали, так как такие вещества очень быстро распадаются - аннигилируются. Для них нужна специальная «ловушка» с магнитными свойствами. В наше время эти ученые проводят спектроскопию полученного материала.

 

С антиматерией (антивеществом) связано несколько и невероятных, на первый взгляд, фактов.

Некоторое количество антиматерии постоянно попадает на Землю «дождем» из космических лучей - энергетических частиц из космоса. На 1 квадратный метр поверхности земли приходится иногда до 100 таких частиц!

Источником антивещества является ... банан! Он способен производить антивещество один раз за 75 минут. Банан содержит небольшое количество калия-40 (природный изотоп калия). При распаде этого вещества иногда и рождается позитрон.

 

Ученые предлагают использовать антиматерию не только для ракетных двигателей будущего. Кроме антигравитации и высвобождение энергии, антиматерия пригодна и для использования в медицине: для построения четких изображений человеческого тела и для лечения онкологических заболеваний. Соответствующие исследования уже идут.

Техника

Ученые и изобретатели не оставляют мечты создать антигравитационный двигатель. Принципы, по которым бы он мог работать, условно можно разделить на две группы: «инерционные» и «магнитные».

Инерционные - это вариант так называемых «инерциоедов». Это устройства, которые приобретают движения не за счет взаимодействия с окружающей средой, а за счет перемещения собственного «рабочего тела». Магнитные - «потомки» левитрон.

В таких устройствах еще один, не технический, но очень интересный аспект. Некоторые из ученых возмущены тем, что на такие виды двигателей выдают патенты. Ведь патент может стать инструментом мошенничества, так как человек может инвестировать деньги в заведомо непригодный для использования двигатель, но защищен патентом и потому имеющий «серьезный» вид.

И хотя патенты рассматривают специалисты, эксперты, специалисты в соответствующих областях, ошибки неизбежны. При этом значительная часть тех, кто патентует изобретения, действительно верит, что совершил невероятный прорыв в науке и технике. Возможно, это так и есть? Время и испытания рассудят ...

Например, схема антигравитационного летательного аппарата с сайта sciencedaily.com

 

Или патент на двигатель (может это и есть тот самый прорыв?):

 

Для предотвращения научного мошенничества созданы Комиссии по борьбе с лженаукой и фальсификациями при некоторых академиях наук. Но не станут ли они «научной инквизицией» нашего времени?

А как же простому человеку почувствовать на себе условия, которые хотя бы отдаленно напоминают антигравитацию? Визуально, ближе всего к этому - аттракцион, который дает человеку возможность почувствовать свободный полет - аэротруба. Человек «левитирует», «нарушает гравитацию» за счет восходящего потока воздуха:

Вопрос:


А вы хотели бы попробовать «улететь» в такой трубе? Верите ли вы в возможность антигравитации?

Искусство

Может показаться, что некоторые произведения современного искусства нарушают гравитационные законы! Глядя на них, зрители задумываются, а случайно их авторы, не изобрели ли способа достичь антигравитации?

Каир, «Камни что летает»:

 

Огромный кран, который «парит» в воздухе:

 

Машины, которые убегают из земных дорог:

 

А вы видели летающих слонов?

 

Как вам такой «дом»?

 

А вы бы стали под такой металлический шар?

На самом деле, дело не в антигравитации, а в абсолютном расчете, удачном применении существующих общеизвестных сил и физических взаимодействий. Именно мастерское использование известных физических законов, в том числе и силы притяжения, создало иллюзию, что художники овладели неизвестным!

А вот эти художники - «живые статуи» из Лондона «овладели» искусством левитации (хотя может они все- таки мастера баланса и равновесия, кто знает?):

Вопрос:


А вам встречались произведения искусства, которые «нарушают гравитацию»?

Подведение итогов урока-кейса

 

Наименование

Содержание

1

Результаты урока-кейса можно дополнить такими находками учеников

 

2

Какие 3 сайта помогли найти важную информацию?

http://edufuture.biz/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

 

3

В помощь ученику и коучу:

http://edufuture.biz/

http://www.patent.net.ua/intellectus/patentbureau_news/not_superfluous_to_know/656/ua.html

http://news.nationalgeographic.com/news/2005/11/1111_051111_junk_patent.html

 

4

Где брать информацию для кейса:

http://edufuture.biz/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

http://900igr.net/prezentatsii/fizika/Antichastitsy-i-antiveschestvo/022-Bolshoj-vzryv-stolknovenie-veschestva-i-antiveschestva.html

http://hi-news.ru/science/10-faktov-ob-antimaterii-kotoryx-vy-mogli-ne-znat.html

http://www.geo.ru/nauka/nobelevskaya-antigravitatsiya

http://www.patent.net.ua/intellectus/patentbureau_news/not_superfluous_to_know/656/ua.html

http://news.nationalgeographic.com/news/2005/11/1111_051111_junk_patent.html

http://vicer.ru/%D1%81%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8C%D0%BF%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B-%D0%B1%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%B0%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B5-%D0%B2%D1%8B%D0%B7%D0%BE%D0%B2-%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86/

 

5

Локация проведения урока-кейса

Урок – кейс проходит в классе. Возможно проведение в музее, библиотеке.

6

Соревновательность:

Команды мальчиков и девочек.

Счет составил:….

Задания для них:

  1.       Какая команда придумает больше вариантов возможного применения антигравитации в современном мире.

 

  1.       Одна команда «представляет» антигравитацию, другая - левитацию. Они должны описать не только те черты, которые отличают их «бренд», но и общие. Чье описание будет полным и обоснованным, выигрывает.

 

7

Домашнее задание

Сформулируйте по 5 вопросов к разверток кейс-урока

8

Продолжительность:

90 мин (спаренный урок)

 

9

Возможность схемы проведения с учеником-дублером

 

возможно.

10

Полученные знания и наработанные компетенции:

  •   Узнать о явлении антигравитации, возможностях и перспективах его создания, исследовании и применении в современном мире
  •   Умение критически оценивать научную и техническую информацию на примере антигравитации.
  •   Умение систематизировать похожие внешне, но отличные по сути, явления (антигравитация, свободное падение, невесомость, левитация, магнитное отталкивание).
  •   Умение искать и анализировать разновекторную информацию, выделять вторичное и главное.

 

11

Теги:

Антигравитация, антиматерия. Антивещество, антиводород, левитация, Левитрон, свободное падение, гравитация, тяготение, Большой Взрыв, инерционное движение, ускорение

12

Авторы:

Грабовская Лариса Леонидовна

13

Принимали участие в апгрейде кейса:

 

The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середнього розміру.

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!