327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
24.04.2017


Кейс-урок «Антигравітація»
Кейс-урок «Антигравітація»

Розділ: Науки, природа та людина

Рівень (клас): 8-11

Тема: Непізнане та нові науки

Мета: Дізнатися про явище антигравітації, можливості та перспективи його створення, дослідження та застосування в сучасному світі

Яка інформація мене тут чекає?

  • Антигравітація – наукове явище чи наукова фантастика?
  • Як працює левітрон?
  • Чи існують антигравітаційні двигуни?
  • Антиречовина – реальність чи міф?
  • Які фундаментальні знання та практичні навички мені стануть у пригоді?
  • Як митці «використовують» антигравітацію?
6 розгорток з предметів, явищ та практик:
Вступ

Як ви думаєте – це антигравітація?

Чи, можливо, це оптична ілюзія? А якщо це, все-таки, фізичне явище без усяких ілюзорних ефектів, то як воно працює і наскільки близьке до антигравітації? Шукаємо відповіді, робимо припущення та мріємо разом! Щоб пройти шлях наукових та цивілізаційних відкриттів, потрібно зробити перший крок. Крокуємо до майбутнього разом!

Фізика

Антигравітація – явище, яке ще тільки вивчається фізиками і дуже давно «використовується» письменниками-фантастами. Але розуміють вони ці терміни дещо по-різному. Як саме?

 

З точки зору принципу еквівалентності сил гравітації та інерції, антигравітація як фізичне явище неможлива. З точки зору теорії відносності для створення антигравітації потрібна від’ємна маса і від’ємна кривизна простору.

Оскільки вивчення гравітації останнім часом отримало «друге дихання» та нову інформацію для аналізу (гравітаційні хвилі), то питання про можливість антигравітації лишається відкритим.

Одним із напрямків дослідження антигравітації є вивчення властивостей антиводню (антигідрогену). Тобто мова йде про дослідження антиречовини. Вчені вважають, що сили, які діють на частинки речовини, мають впливати й на частинки антиречовини. А під час взаємодії речовини з антиречовиною в еквівалентних кількостях має відбуватися анігіляція. З такої точки зору і Великий вибух був результатом взаємодії антиречовини з речовиною. Саме тому важливі дослідження процесів, які відбувалися під час і після Великого Вибуху.

 

Що ж таке принцип еквівалентності, якому суперечить можливість створення антигравітації? Альберт Ейнштейн формулював його так: в одному гравітаційному полі усі рухи відбуваються так само, як і в рівноприскореній системі координат у відсутності поля тяжіння.

Для ілюстрації принципу Ейнштейн використовував ліфт (ліфт Ейнштейна):

 

При цьому варто зазначити, що прискорення ліфта для 3 варіанту дорівнює прискоренню вільного падіння. Саме тому, коли вчений у ліфті відпускає предмет, той падає донизу, хоча не мав би при відсутності діючих сил.

Ефект антигравітації мав би реалізовувати варіант 4 в умовах, притаманних варіанту 1. Але поки що це, скоріше, з області фантастики, ніж фізики.

Невагомість не є випадком антигравітації. Невагомість, на противагу антигравітації, якраз дуже добре ілюструє справедливість класичних фізичних гравітаційних знань. Вона — стан тіла, при якому відсутня внутрішня напруга, зумовлена силою тяжіння. Хоча термін нульова гравітація часто використовується як синонім, невагомість на орбіті не є результатом відсутності сили тяжіння чи навіть її значного зменшення (фактично, сила тяжіння Землі на висоті 100 км тільки на 3% менша, ніж на поверхні). Причина невагомості полягає в тому, що сила тяжіння надає тілу та його опору однакове прискорення. Цей висновок істинний для всіх тіл, які рухаються тільки під дією сили тяжіння, тобто перебувають у вільному падінні.

Разом з тим, існує левітрон – дзиґа, що під час обертання здатна зависати в повітрі над спеціальною магнітною подушкою. Сама дзиґа – кільцевий магніт з віссю, що проходить через вісь симетрії. Магнітна подушка – теж постійний магніт, часто також кільцевої форми. Магніти відштовхуються між собою.

Момент інерції дзиґи, у відповідності із законом збереження моменту імпульсу, утримує дзиґу у положенні, коли полюс, що відштовхується, обернений до магнітної подушки, тобто спрямований донизу. Тертя дзиґи відбувається тільки об повітря. Тому обертатися вона може досить довго.

Такий левітрон можна зробити самому і здивувати своїх друзів та близьких!

Питання:


Чи можна вважати левітрон проявом антигравітації з точки зору фізики? А з точки зору фантастичної літератури?
Музика

Що спільного між антигравітацією, невагомістю і музикою? Невже «музика небесних сфер»?

Ні, стан невагомості використали музиканти групи ОК Go для створення кліпу! Ефект порушення сили тяжіння, антигравітації досягався завдяки створенню реальних умов невагомості в літаку.

Це єдиний в світі професійний музичний кліп, знятий у невагомості!

Астрономія/Космологія

Нові знання про те, як влаштований Всесвіт, як він «зародився», наближують людство до винайдення справжньої антигравітації в фізичному розумінні цього явища. Розуміння, що відбувалося в момент великого Вибуху, які наслідки ці процеси мають і матимуть – запорука успішних досліджень у найфантастичніших галузях, в тому числі і у вивченні антигравітації.

Нобелевські лауреати 2011 року з фізики Саул Перлмуттер, Брайан Шмідт та Адам Ріс довели, що Всесвіт роширюється все швидше і швидше. Силу, що спричиняє це, назвали «темною енергією». На неї припадає 72% усієї енергії світу!

Цими вченими ще до 1998 року було знайдено кілька десятків космічних «маячків», тобто кілька наднових зірок, що розкидані по далеким галактикам. Вони розрахували відстань до кожної з них. Але найцікавіше почалося після цього: вченим – спеціалістам з теоретичної фізики – довелося переписувати історію космосу та картину світоустрою з нуля!

 

Якщо первинний Великий Вибух розкидав матерію, як уламки снаряду, то взаємне тяжіння мало би змусити ці уламки скинути швидкість, зупинитися і рухатися назад. Але матерія розширюється! І до цього її спонукає саме темна енергія («енергія із від’ємним знаком»)

Для пояснення потрібно уявити собі промінь світла, який відправила до Землі далека галактика. Доки він на шляху, простір між галактикою і нами «роздувається» все швидше і швидше, тому промінь може навіть ніколи й не досягнути мети. Це означатиме, що галактика «пішла за горизонт подій», тобто жодні відомості про неї і, відповідно, жодні прогнози не існують і неможливі.

Незабаром після відкриття «темної енергії» астрофізик Абрахам Льоб з Гарварда порахував: через 100 мільярдів років зоряне небо спустошиться – горизонт подій поглине все, крім Чумацького шляху та Туманності Андромеди, найближчої до нас галактики. З тієї ж причини деякі об’єкти в космосі ніколи не постаріють – для нас вони перестануть існувати молодими.

Найкращі телескопи дозволяють побачити окремі галактики такими, якими вони були усього 600 мільйонів років після Великого Вибуху (а він відбувся 13,7 мільярдів років тому). Підібравшись до горзионту подій, вони досягнуть «кордонного віку» приблизно в 4,5 мільярдів років і зникнуть у невідоме.

Питання:


Як ви думаєте, з «точки зору» інших галактик, чи є в нашої Землі «шанс» піти для них за горизонт подій?
Хімія

Для антигравітації потрібна антиречовина. А яка? Чи існує вона взагалі? Антиводень (антигідроген) – елемент, який певний час вважався науковим міфом, науковою здогадкою. Однак у 1995 році вченим вдалося отримати антипротон та позитрон у зв’язаному стані. Це було результатом експерименту SP20 на прискорювачі LEAR в ЦЕРНі.

В 2002 році одразу дві групи вчених (ATRAP та ATHENA) синтезували та утримували антиводень (50.000.000 атомів). Саме утримували, тому що такі речовини дуже швидко розпадаються – анігілюються. Для них потрібна спеціальна «пастка» з магнітними властивостями. В наш час ці вчені проводять спектроскопію одержаного матеріалу.

 

З антиматерією (антиречовиною) пов’язано декілька цікавих та неймовірних, на перший погляд, фактів.

Деяка кількість антиматерії постійно потрапляє на Землю «дощем» з космічних промінів – енергетичних частинок з космосу. На 1 квадратний метр поверхні землі припадає інколи до 100 таких частинок!

Джерелом антиречовини є… БАНАН! Він здатен виробляти антиречовину один раз за 75 хвилин. Банан містить невеличку кількість калію-40 (природний ізотоп калію). При розпаді цієї речовини інколи й народжується позитрон.

 

Вчені пропонують використовувати антиматерію не лише для ракетних двигунів майбутнього. Крім антигравітації та вивільнення енергії, антиматерія придатна для використання в медицині: для побудови чітких зображень людського тіла та для лікування онкологічних захворювань. Відповідні дослідження вже відбуваються.

Техніка

Вчені та винахідники не полишають мрії створити антигравітаційний двигун. Принципи, за якими би він міг працювати, умовно можна поділити на дві групи: «інерційні» і «магнітні».

Інерційні – це варіант так званих «інерціоїдів». Це пристрої, які набувають руху не за рахунок взаємодії з навколишнім середовищем, а за рахунок переміщення власного «робочого тіла». Магнітні – «нащадки» левітрона.

У таких пристроїв є ще один, не технічний, але дуже цікавий аспект. Дехто з вчених обурюється тим, що на такі види двигунів видають патенти. Адже патент може стати інструментом шахрайства, оскільки людина може інвестувати гроші в заздалегідь непридатний для використання двигун, але захищений патентом і тому такий, що має «серйозний» вигляд.

І хоча патенти розглядають спеціалісти, експерти, фахівці у відповідних галузях, помилки неминучі. При цьому значна частина тих, хто патентує винаходи, дійсно вірить, що здійснили неймовірний прорив у науці та техніці. Можливо, це так і є? Час і випробування розсудять…

Наприклад, схема антигравітаційного літального апарату з сайту sciencedaily.com

 

Або патент на двигун (можливо, це і є той самий прорив?):

 

Для запобігання науковому шахрайству створені Комісії по боротьбі з лженаукою та фальсифікаціями при деяких академіях наук. Але чи не стануть вони «науковою інквізицією» нашого часу?

А як же пересічній людині відчути на собі умови, які хоч віддалено нагадують антигравітацію? Візуально найближче до цього – атракціон, що дає людині змогу відчути вільний політ – аеротруба. Людина «левітує», «порушує гравітацію» за рахунок висхідного потоку повітря:

Питання:


А ви хотіли б спробувати «політати» в такій трубі? Чи вірите ви в можливість антигравітації?
Мистецтво

Може здатися, що деякі витвори сучасного мистецтва порушують гравітаційні закони! Дивлячись на них, глядачі замислюються, чи бува їх автори вже не винайшли способу досягти антигравітації?

Каїр, «Каміння, що літає»:

 

Величезний кран, що «парить» у повітрі:

 

Машини, які тікають із земних доріг:

 

А ви бачили летючих слонів?

 

Як вам такий «будиночок»?

 

А під таку сталеву кулю ви б стали?

 

Насправді, справа не в антигравітації, а в абсолютному розрахунку, вдалому застосуванні існуючих загальновідомих сил і фізичних взаємодій. Саме майстерне використання відомих фізичних законів, в тому числі і сили тяжіння, створило ілюзію, що митці оволоділи невідомим!

А ось ці митці – «живі статуї» з Лондона «оволоділи» мистецтвом левітації (хоча може вони все-таки майстри балансу та рівноваги, хто знає?):

Питання:


А вам зустрічалися витвори мистецтва, які «порушують гравітацію»?
Акселеративні та інтерактивні методи

«Антигравітація»

Суть завдання: Заплющіть очі і спробуйте уявити, що гравітація щезла. Увімкніть усю вашу фантазію і спробуйте рухатися так, як космонавти в умовах невагомості – притримуючись руками за предмети. Вийшло? Спробуйте розділитися на команди і пройти невеличку естафету. Не забувайте, що рухатися можна лише притримуючись руками (або періодично торкаючись і «відштовхуючись») від оточуючих предметів. Хто забув про цей нюанс – повертається на початок маршруту, а команда чекає… Виграє та команда, яка проходить естафету швидше, як і за звичайних умов.

МЕТА: Активний перепочинок, вмикається увага, концентрація і фантазія, розвиваються такі компетенції, як командна робота, вміння виправляти помилки, делегування повноважень, розвивається просторова уява та почуття простору, комунікативні навички.

 

Підведення підсумків кейс-уроку

Найменування

Зміст

1

Результати кейс-уроку можно доповнити такими знахідками учнів:

 

2

Які 3 сайти допомогли знайти найбільш важливу інформацію?

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 допомогу учню та 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

Де брати інформацію для кейсу:

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

Локація проведення кейс-уроку:

Кейс-урок проходить в класі.

6

Змагання:

Команди хлопчиків та дівчаток.

Рахунок склав:….

Завдання для них: 1. Яка команда придумає більше варіантів можливого застосування антигравітації в сучасному світі.

2. Одна команда має «представляти» антигравітацію, інша – левітацію. Вони мають описати не тільки ті риси, які відрізняють їх «бренд», але й спільні. Чий опис буде повнішим та обгрунтованішим, виграє.

 

7

Домашнє завдання

Сформулюйте по 5 питань до розгорток кейс-уроку

8

Тривалість:

 

90 хв. (спарений урок)

 

9

Можливість проведення учнем-дублером:

Можливо

10

Отримані результати і напрацьовані компетенції:

Вміння критично оцінювати наукову та технічну інформацію на прикладі антигравітації.

Вміння систематизувати схожі зовні, але відмінні за суттю, явища (антигравітація, вільне падіння, невагомість, левітація, магнітне відштовхування).

Вміння шукати та аналізувати різновекторну інформацію, виокремлювати вторинне та головне.

11

Теги:

Антигравітація, антиматерія. Антиречовина, антиводень, левітація, левітрон, вільне падіння, гравітація, тяжіння, Великий Вибух, інерційний рух, прискорення

12

Автори:

Грабовська Лариса Леонідівна

13

Брали участь в розробці кейсу

 

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!