Mierzymy otaczający nas świat
Email

Modelowanie zakrzywionej czasoprzestrzeni


 

Zabawa w modelowanie czasoprzestrzeni

 

Bogusław Malański
Planetarium i Obserwatorium Astronomiczne im. Arego Sternfelda
Łódź

Wprawdzie o teorii grawitacji Einsteina w nowej podstawie programowej Fizyki i Astronomii już się nawet nie wspomina, niemniej warto coś zrobić poza lekcjami. Klasycznym obrazem ilustrującym zakrzywienie czasoprzestrzeni, zmuszającej obiekty do poruszania się po określonych trajektoriach jest rysunek pokazany poniżej:


grawitacyjny lejek

Za stosunkowo duże pieniądze można kupić urządzenie pod nazwą „lejek grawitacyjny”. Tymczasem kosztem kilkunastu złotych można zrobić urządzenie do aktywnej zabawy w grawitację, posiadające o wiele więcej możliwości niż lejek grawitacyjny.  Poniżej obejrzycie film, jak to działa, tylko nie zapomnijcie włączyć audio!

 
 
 
Modelowanie czasoprzestrzeni




 
Podstawa programowa:
Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie z nich wniosków.


 

Chcemy zbudować coś takiego:

lejek2

Użyłem ramy zbitej z listewek; jej rozmiar to 1 m x 1 m. Nie jest to rozmiar krytyczny, ale polecam zrobienie dużej ramy. Jeżeli ktoś ma niepotrzebną, dużą ramę od obrazu lub blejtram z wyciętym płótnem, to nawet ramy nie trzeba robić.
Potrzebne materiały i narzędzia pokazuje zdjęcie poniżej; listwy, gwoździe, folia, młotek.

lejek3

Zbijamy ramę, miejsca łączenia można dodatkowo posmarować klejem do drewna:

lejek4

lejek5

Oto gotowa rama:

lejek6

Na ramie nawinąłem kilka zwojów przezroczystej folii do pakowania (może być to folia z worków do śmieci czy jakakolwiek inna). W zależności od grubości folii należy nawinąć około 3-5 warstw. Zdjęcie poniżej pokazuje nawijanie folii:

lejek7

Jeżeli ktoś chce mieć drogą, luksusową wersję, to można na ramie rozpiąć płat cienkiej gumy do nabycia w sklepach Stomilu - drogi, wyjdzie kilkadziesiąt złotych. To już właściwie koniec, chociaż warto jest narysować mazakiem siatkę, która lepiej pozwala dojrzeć zagięcia modelu czasoprzestrzeni, ułatwia układane mas i pozwala na zapamiętanie miejsc wyrzucania kulek.

W dowolnych lub wcześniej przemyślanych miejscach umieszczamy ciężary. Ja użyłem dwóch kul o różnych masach - bo ładnie wyglądają i akurat takie posiadałem. Mogą to być również, odważniki, kamienie (też są ładne), słoiki z woda itp.


lejek8

Teraz bierzemy kila kulek (warto użyć różnych kolorów, wielkości)...

lejek9

...i rozpoczynamy zabawę. Możliwości jest bez liku. Można kulki rzucać pojedynczo, nadając im różne prędkości początkować i kierunki. Naprawdę warto się przekonać, jak silnie ruch kulki zależy od warunków początkowych; trajektorie ruchu stają się kompletnie różne. Warto również wyrzucić całą garść kulek. Można zmieniać położenia „mas grawitacyjnych”, dokładać inne. Z czasem nabiera się intuicyjnej wprawy pozwalającej przewidzieć ruch kulki – i o to właśnie chodzi. Zdjęcia nie oddają uroku i możliwości zabawy, proszę zatem obejrzeć film zamieszczony na YouTube, zamieszczony powyżej.

Uczniowie często traktują model jak grę - usiłując wycelować kulkę w dana masę (co nie jest łatwe).

Zabawa przyciąga i wzbudza zainteresowanie; jest doskonałym pretekstem do rozmowy o Ogólnej Teorii Względności, soczewkowania grawitacyjnego, ect.

lense

Prosty schemat soczewki grawitacyjnej. Prawda, że podobne?
Źródło: http://www.eioba.pl/a/1jgy/soczewkowanie-grawitacyjne