Lecie de popularizare a tiinei Profesor Grigore Ciobanu

Lecţie de popularizare a ştiinţei Profesor: Grigore Ciobanu, grad didactic I , Liceul Teoretic “Grigore Vieru”, s. Vasilcău, raionul Soroca, Republica Moldova

La lecţie vor fi dezvoltate competenţele: 1. Competenţa de achiziţii intelectuale; 2. Competenţa de comunicare ştiinţifică

La lecţie vor fi realizate următoarele obiective: 1. Să se conştientizeze activităţile oamenilor de ştiinţă în procesul de cunoaştere a structurii materiei. 2. Să se continue formarea concepţiei ştiinţifice despre lume. 3. Să se recunoască particulele elementare fundamentale ce stau la baza structurii materiei în Univers.

Actorii Moderatori Grigore Ciobanu –profesor de fizică, dirijează şi coordonează activitatea elevilor, prezintă şi comentează slide-urilor 1 -7; 27 - 47) Ana Gr. Slivinschi, elevă a clasei a XI-a, ( prezintă şi comentează slide –urilor 8 -17), Liudmila Timofte, elevă a clasei a XII-a (prezintă şi comentează slide-urilor 18– 26)

Corespondent al postului radioteleviziunii “Vasilcău” Valeria Golub, elevă a clasei a XII-a. Actori: Valeriu Alexandrov, elev al clasei a X-a – în rolul lui Aristotel Doina Sîrghi, elevă a clasei a XI-a – în rolul Virginei, fiica soţilor Ştefan şi Veronica Micle

Tatiana Perdinschi, elevă a clasei a XII-a – în rolul Valeriei, fiica soţilor Micle Ion Franciuc, elev al clasei a XIIa – în rolul lui Einstein Iluzionist: Ion Rusu, elev al clasei a XII-a

Povestitor Ana A. Slivinschi, elevă a clasei a XI-a prezintă povestea: “Visul lui Newton” Pictor Violeta Coţaga, eleva clasei a XI-a Interpreţi Radu Solovei, elev al clasei a V-a, Vlad Prohor, elev al clasei a IX-a A

Antichitate Thales din Milet (624 -547 î. e. n. ) În concepţia lui materia este formată din particule invizibile Creaţia şi Distrugerea sunt procese ale schimbărilor în materie datorită diferitelor ordonări ale acestor particule.

Empedocle (484 – 424 î. e. n. ) - Materia este formată din patru elemente esenţiale: 1. Pămînt 2. Apă 3. Aer 4. Foc (Cunoaştem că substanţa, parte componentă a materiei, se află în patru stări de agregare: solidă, lichidă, gazoasă şi plasmă, comparaţi cu cele spuse de Empedocle)

Democrit (460 -370 î. e. n. ) Universul este un spaţiu aproape vid şi un număr infinit de particule invizibile care diferă unele de altele prin formă, poziţie şi aranjament (structură spaţială), numite atomi. Atomii de foc sunt ascuţiţi, intră uşor în substanţe şi le aprind; atomii solidelor sunt lipicioşi din care cauză se ţin strînşi grămadă; atomii de apă sunt lunecoşi din care cauză apa curge; chiar şi sufletul după Democrit era format din particule.

Aristotel (384 -322 î. e. n) Substanţa este o combinaţie a materiei şi a formei – la baza căreia sunt cinci elemente fundamentale: 1. Focul - fierbinte şi uscat 2. Pămîntul - rece şi uscat 3. Aerul – fierbinte şi uscat 4. Apa – rece şi umedă 5. Eterul – substanţa divină, corpurile cerului (stelele şi planetele)

Interviu cu Aristotel Corespondentul: Bună ziua părinte cu adevărat al Fizicii. Bun sosit la liceul din Vasilcău. Pentru început am fi curioşi să ne povestiţi secvenţe din biografia d-stră. Aristotel: Nu am fost pe aici nici odata. Pentru care vă sunt foarte recunoscător. M-am născut la Stagira, în Nordul Mării Egee. Tatăl meu, Micimah, a fost medicul regelui Macedoniei, Midas al II-lea, bunicul lui Alexandru Macedon. Am rămas orfan de mic, dar am reuşit ca la vîrsta de 17 ani să intru la Academia lui Platon, unde am rămas pentru 20 de ani, mai întîi ca elev, apoi ca profesor. După mai multe pribegii am fost chemat la curtea lui Filip al II-lea pentru a desăvîrşi educaţia lui Alexandru Macedon. Mai tîrziu am revenit în Atena unde am înfiinţat propria –mi şcoală, numită Liceul, şcoală care va rivaliza cu Academia lui Platon. Sfîrşitul vieţii pe acest Pămînt mi-l găsesc la Chalkis, insula Eubeea în anul 322 î. de H. C. Domnule Aristotel, cunoaştem ca aţi avut o activitate ştiinţifică foarte bogată, aţi scris peste 150 de lucrări ştiinţifice ce ţin de logică, teologie, politică, estetică, fizică, astronomie şi zoologie. Totuşi care a fast motoul de care va-ţi condus pe parcursul vieţii? A. Toată viaţa am dezvoltat şi explicat filosofia platoniană, baza fundamentală a universului. Şi atunci unde vedeam că Platon greşeşte, luam partea adevărului, considerînd că : “ Platon mi-e prieten, dar adevărul e mai presus de toate”. C. Sunteţi cu adevărat o fiinţă enciclopedică, nu vă supăraţi, dar suntem curioşi să ştim cum definiţi sentimentul dragostei? A. Vă frămîntă această problemă , domnişoară, e şi timpul. În opinia mea Iubirea este cînd în două trupuri se află un singur suflet, şi prin aceasta cred că e spus totul. C. Vă mulţumim, domnule Aristotel, pentru timpul, care ni l-aţi acordat şi evident pentru vorbele pline de tîlc.

Platon şi Aristotel (Pictor, Raphail)

1500 de ani de întuneric. Năvălirea barbarilor, decăderea Imperiului Roman de Apus (anul 476), a dus la mari distrugeri şi transformări sociale. Adoptarea creştinismului ca religie de Stat, limitarea dreptului de liberă exprimare, pedeapsa cu moartea a celor ce încălcau regulile cerute de inchiziţie, a dus la stagnarea pentru o perioadă îndelungată a ştiinţei. Teoria atomistă a lui Aristotel a supraveţuit peste 1800 de ani. Primele concepte noi despre structura materiei apar abia în secolul X VIII. Din secolul III pînă în Epoca Renaşterii Europa a trăit intrun calvar de absurditate ştiinţifică. Fenomenele erau prezentate asemeni unor magii. Pentru a vă imagina, mai bine vă propunem să urmăriţi cîteva trucuri prezentate de Iluzionistul nostru, Ion Rusu.

Evul Mediu Nicolaus Copernicus (1473 -1543) Vine cu conceptul heliocentrist Galileo Galilei (1564 -1642) Pune bazele teoretice ale mecanicii punctului material. Corpurile se mişcă rectiliniu şi uniform în lipsa forţelor.

Isaac Newton (1642 -1727) - Presupune că lumina este alcătuită din particule -Stabileşte cele trei legi universale mişcării şi legea atracţiei universale. “ Nu ştiu eu cum arăt în faţa lumii, dar mie mi se pare că sunt un băiat care se joacă pe malul mării şi se distrează căutînd din când în când pietricele mai colorate decît de obicei, sau o scoică roşie, în timp ce Marele Ocean al Adevărului se întinde necunoscut în faţa mea”

Visul lui Newton (poveste ilustrată) Autor- Ana A. Slivinschi, pictor – Violeta Coţaga

Secolul XIX Michael Faraday (1791 -1867) Lumina este o vibraţie de frecvenţă înaltă a câmpului electromagnetic. Presupune existenţa unei mărimi fizice fundamentale - sarcina electrică elementară

Modelul atomic a lui Dalton 1803 ►cel mai simplu model atomic este cel al sferei rigide ►atomii au formă sferică, sunt omogeni şi identici pentru o substanţă, nu sunt încărcaţi electric ►modelul este suficient pentru a explica structura şi unele proprietăţi simple ale substanţei, fenomene simple: difuzia, schimbarea stării de agregare Interferenţă pe suprafaţa apei

James Clerk Maxwel (1831 -1879) Dezvoltă teoria moleculară Molecula este ultimul edificiu care mai păstrează proprietăţile substanţei. Elaborează teoria cîmpului electromagnetic şi a undelor electromagnetice George Stoney (1826 -1911) Determină masa sarcinii elementare pe care o numeşte electron

Wilhelm Rontgen (1845 -1923) Descoperă radiaţia X (raze roentgen) în urma cercetării descărcărilor în gaze. Henri Becquerel (1852 -1908) descoperă radioactivitatea – radiaţie emisă de sărurile de uraniu.

Pierre Curie (1859 -1906) Marie Curie (1867 -1934) - Au separat uraniului şi toriului şi au cercetat radiaţia lor _ Au descoperit două noi elemente radioactive Poloniu şi Toriu - Au introdus în ştiinţă termenul de radioactivitate

Fizicieni români din Moldova Dragomir Hurmuzescu (1865 -1954) Coleg cu Maria Curie Construieşte un electroscop, numit electroscopul lui Hurmuzescu. Acest electroscop a fost folosit de Henri Becquerel, Maria Curie şi alţii în studierea radioactivităţii Dragomir Hurmuzescu activează la Universitatea din Iaşi.

Ştefan Micle (1821 -1879) Este rectorul Universităţii din Iaşi, pune bazele catedrei de fizică, este primul profesor de fizică din România Veronica Micle (1850 -1889) soţia lui Ştefan Micle

Povestea familiei Micle Fetele soţilor Micle, Virginia şi Valeria, povestesc despre viaţa părinţilor lor.

Secolul al XX-lea La începutul secolului 20 oamenii de ştiinţă credeau că au înţeles cele mai importante şi fundamentale principii ale naturii: atomii sunt blocuri fundamentale naturii, iar mişcarea corpurilor este descrisă de legile lui Newton. Profesorul de fizică al lui Planck, l-a sfătuit să nu-şi aleagă obiect de studiu fizica, “fiindcă în acest domeniu s-a descoperit aproape totul, au mai rămas cîteva goluri de mică importanţă”.

Modelul atomic a lui 1904 Thomson ►în 1897 fizicianul englez J. J. Thomson a descoperit electronul, ca particulă cu sarcină electrică negativă ►în urma experienţelor efectuate Thomson a imaginat un model al atomului ►atomii sunt sfere uniform încărcate cu sarcină pozitivă, iar electronii sunt încorporaţi în interiorul sferei ( ca stafidele într-o plăcintă )

Max Planck (1858 – 1947) În anul 1900 vine cu conceptul de radiaţie discretă (cuantică), ce pune începutul mecanicii cuantice. Albert Einstein 1879 -1955) - Teoria relativităţii , un nou principiu al teoriei gravitaţiei - Absorbţia discretă a radiaţiei, fotonul. - E=mc 2, fundament al noţiunii de “elementar” în fizica nucleară P: S. Un corp cu masa de 10 g posedă atîta energie, cît s-ar obţine la arderea a 500. 000 t de benzină.

Interviu cu Einstein C. Bine aţi venit la lecţia noastră, domnule Enştein!. E. Îmi pare bine că abordaţi această temă importantă , cum e structura materiei. C. D-tră aţi elaborat o nouă teorie a gravitaţiei , numită teoria relativităţii. Mulţi din învăţaţi nu o pot înţelege, nemaivorbind de noi liceenii. Spre exemplu cum de înţeles că timpul în diferite sisteme de referinţă nu decurge la fel? E. Domnişoară, la întrebarea ta pot răspunde cu o glumă, dar care ţine de adevăr: “Dacă vei ţine mîna timp de un minut pe plita fierbinte , aşa că ţi se va părea, că ai ţinut-o o oră, iar dacă stai de vorbă o oră cu o fată frumoasă ca tine, ţi se pare că vorba nu a durat mai mult de un minut. ” C. Contemporanii D-voastră ştiau că unul din hobi –urile d-tră era să cîntaţi la vioară în orele de răgaz. Chitara nu va plăcut? . E. De ce nu. Chiar aş avea mare plăcere să o ascult. C. Vă propunem să audiaţi o piesă, creaţie proprie, interpretată de Prohor Vlad , elev al clasei a IX-a. E. E o surpriză pentru mine.

Ernest Rutherfor (1871 -1937) Modelul planetar al atomului Realizarea primei reacţii nucleare. Presupune existenţa protonului. Modelul planetar al atomului Electronul, orbita electronului Nucleul atomului

Niels Bohr (1885 -1962) - Atomul poate exista numai în anumite stări staţionare, fără a emite sau absoarbe energie - La trecerea dintr-o stare energetică în alta, atomul emite sau absoarbe o cuantă de energie. Luis de Brogilie (1892 -1987) - Emite teoria dualismului undăparticulă.

Avalanşa de descoperiri ale particulelor La mijlocul sec. XX lumea învăţaţilor era în aşteptare de a descoperi particula fundamentală a construcţiei materiei, ca să constate că în loc de o particulă să fie o sumedenie de particule, care pretind de a fi elementare. Lucrurile în loc să se limpezească s-au complicat şi mai mult. Un rol deosebit în descoperirea particulelor elementare l-au jucat construcţia ciclotroanelor, laboratoare în care se accelerează particulele elementare pînă la energii (viteze) foarte mari, pe care le fac să interacţioneze. În urma ciocnirilor apar noi particule elementare. Problema detectării particulelor este că în marea majoritate, durata vieţii lor este foarte scurtă, de ordinul miliardimilor de secundă, iar unele din ele practic nu interacţionează cu substanţa (neutrino).

Cronologia descoperirilor particulelor elementare l l l l 1897 – electron 1910 – nucleul (şi protonul) 1932 – neutronul şi pozitronul 1935 - miuon 1939 – pion 1950 - 1960 – barioni 1950 -1960 – mesoni 1959 – neutrino electronic 1962 – neutrino miuonic 1970 - 1980 – up, down, strange, charm, bottom quark; tau lepton 1983 - bosoni vectoriali intermediari W, Z 1995 –se presupune existenţa top quark-lui (particula Dumnezeu) 2001 - tau neutrino

Unele nume ce au contribuit la descoperirea particulelor 1. Johannes Wilhelm Geiger 2. Ernest Marsden 3. Lise Meitner 4. Otto Hahn 5. Wolfgang Pauli 6, Walther Bothe 7, Paul Dirac 8. George Gamow 9, Ronald W. Gurney 10, Edward Uhler Condon 11. Erwin Schrodinger 12. Max Born 13, Werner Heisenberg 14, Ernest Orlando Lawrence 15, Robert Jemison Graaff 16, John Douglas Cockcrof 17, Robert Jemison Graaff 18, John Douglas Cockcrof Robert Jemison Graaff 2. John Douglas Cockcrof 3. Ernest Thomas 4. Sinton Walton 5. James Chadwick 6. Maurice Goldhaber 7. Carl David Anderson 8. Enrico Fermi 9. Hideki Yukawa 10. Homi Jehangir Bhabha 11. Richard Phillips Feynman 12. Donald Arthur Glaser 13. Chen-Ning Franklin Yang 14. Robert Mills 15. Julian Schwingen 16, Sidney Bludman 17, Murray Gell-Mann 18, George Zweig ş. a. 1.

Fermilab, SUA (proton –antiproton)

CERN, Geneva (electron-pozitron)

Ciocniri de particule Prin ciocnirea unor fluxuri intense de particule se creează altele noi.

l Particula şi antiparticula au sarcini electrice opuse, dar aceeaşi masă. Electronul este negativ, pozitronul este pozitiv. În câmp magnetic sunt deviaţi în direcţii opuse. l Crearea de perechi – E=mc 2 crearea dintr-un foton a unei perechi electron-pozitron l Anihilarea unei perechi – rezultă energie pură care se transformă în doi fotoni

Proprietăţile neutrino-ului l l l l masă de repaus foarte mică se mişcă cu viteza luminii fără sarcină electrică interacţionează numai gravitaţional şi slab poate străbate un perete de plumb cu grosimea de 1 an lumină fără a fi împrăştiat!!! Proprietatea cea mai surprinzătoare: neutrinii ne pot indica care este dreapta, deoarece nu există neutrini levogiri (cu spinul învârtindu-se spre stânga) Prin corpul uman zilnic trec miliarde de neutrini

Quark-urile sunt descoperite (sfârşitul anilor 1960) Când electronii sunt împrăştiaţi pe protoni s-a descoperit că aceştia sunt formaţi din particule punctuale, practic libere: quarkurile (premiul Nobel 1990 J. I. Friedman, H. W. Kendall, R. E. Taylor).

Structura protonului Concepţia modernă despre proton include mai mult decât cele 3 quark-uri, numite quark -uri de valenţă, care determină sarcina sa electrică +1. Aceste 3 quark-uri determină doar 2% din masa protonului. Restul provine din “marea” de quark-uri virtuale şi gluoni virtuali care se creează din vidul fizic şi este descrisă de cromodinamica cuantică.

Structura nucleului

4 forţe fundamentale Forţa Gravitaţi onală Acţionea ză asupra: masa Electro Sarcina magnetică electrică nucleară tare nucleară slabă Raza Tăria de acţiune infinită 10 -39 infinită Particule scurtă “nucleare” Particule scurtă subatomice Formează Menţine corpurile de pe planete, planetele, stelele şi galaxiile împreună. Determină structura globală a Universului 10 -2 Menţine atomii, moleculele, lichidele şi solidele împreună. Se transmite prin fotoni 1 Acţionează între protoni, neutroni şi hadroni menţine nucleele împreună 10 -5 Schimbă un tip de quark în altul determină explozia supernovelor şi formarea tuturor elementelor chimice în afară de hidrogen şi heliu.

Modelul Standard al particulelor Fiecare particulă are numere cuantice care o fac unică şi diferită de celelalte. Cele 4 forţe fundamentale sunt intermediate de 4 particule: - fotonul (electromagnetică) - gluonul (tare, de culoare) - bosonii W, Z (slabă) - gravitonul (gravitaţională)

4 forţe fundamentale 1 - gravitaţională 2 - electromagnetică 3 - tare 4 - slabă

Bibliografie 1. Fizică. Astronomie. Manual pentru clasa a XII-a, Mihai Marinciuc…, Ştiinţa 2011 2. Fizică. Manual pentru clasa a IX-a. Ion Botgros …, ştiinţa. Cartier 2010 3. Fizica – un întreg univers “net” 4. Fizica particulelor elementare – Wikipendia (net) 5. Universul – Wikipendia (net) 6. Particule elementare – Slide (net) 7. Particule elementare – Facultatea de fizică (net) 8. Particule elementare – Slide. Shire (net) 9. Viaţa şi activitatea învăţaţilor şi altor personalităţi (net) 10. Alte surse (youtube. com)