4. Sažetci

Laboratorijska vježba iz MEHANIKE:

Slobodan pad (doc. dr. sc. Nataša Erceg i Lejla Jelovica, prof.)

Svakodnevno u našoj okolini svjedočimo slobodnom padu. Primjerice, različiti plodovi slobodno padaju s drveća, padobranci iskaču iz aviona i prije otvaranja padobrana slobodno padaju, ispušteni predmeti slobodno padaju iz naših ruku. Možemo se zapitati kakvu vrstu gibanja izvode predmeti koji slobodno padaju te u kakvom su odnosu visina s koje predmet pada i vrijeme potrebno da predmet udari o tlo. U  laboratorijskoj vježbi, učenici će se na zanimljiv način baviti zakonitostima slobodnog pada koje je krajem 16. stoljeća proučavao i Galileo Galilei. Istraživat će ovisnost proteklog vremena i prijeđenog puta tijela koje je u slobodnom padu.

Laboratorijska vježba iz TERMODINAMIKE:

Isparavanje vrenjem i kondenzacija (doc. dr. sc. Nataša Erceg)

Isparavanje vrenjem i kondenzacija su pojave koje svakodnevno susrećemo, primjerice pri kuhanju. Isparavanje vode vrenjem, pri čemu voda prelazi iz tekućeg u plinovito stanje, učenici će istraživati kroz prvi dio laboratorijske vježbe iz termodinamike. U sklopu toga, određivat će ovisnost temperature vode o vremenu zagrijavanja te latentnu toplinu isparavanja vode. U drugom dijelu laboratorijske vježbe učenici će istraživati kondenzaciju vode, tj. prelazak vode iz plinovitog u tekuće agregacijsko stanje. U okviru toga, određivat će latentnu toplinu kondenzacije vode, koju će uspoređivati s latentnom toplinom isparavanja vode. Fizikalne zakonitosti do kojih učenici dođu kroz pokuse, primjenjivat će u zadnjoj fazi laboratorijske vježbe prilikom rješavanja problema iz svakodnevice. Primjerice, odgovorit će na pitanja: (i) Zašto je opeklina nastala od vodene pare nastale vrenjem, puno bolnija i štetnija od opekline nastale od vode iste temperature? te (ii) Je li moguće uštediti energiju smanjivanjem plamena na štednjaku bez promjene učinka kuhanja?

Laboratorijske vježbe iz ELEKTROMAGNETIZMA:

Mjerenje strujno-naponskih karakteristika elektroničkih elemenata (doc. dr. sc. Aleš Omerzu i Karlo Veličan, mag. phys.)

Strujno-naponska karakteristika elektroničkog elementa je funkcija ovisnosti električne struje koja prolazi kroz taj element i napona na koji su priključeni njegovi ulazni i izlazni kontakti. Strujno-naponsku karakteristiku (često ju nazivamo i IU karakteristika) predočavamo pomoću grafa ovisnosti struje o naponu i matematički izražavamo pomoću neke od analitičkih funkcija I = I(U). Elektroničke elemente, obzirom na njihove strujno-naponske karakteristike, dijelimo na linearne i nelinearne. Za linearne elemente, čiji je tipičan predstavnik otpornik, vrijedi da je struja linearno proporcionalna naponu : I = G×V. Koeficijent proporcionalnosti G zovemo vodljivost i ona je obrnuto proporcionalna otporu tog otpornika : G = 1 / R. Nelinearni elementi, kao što je na primjer dioda, pokazuju nelinarnu ovisnost struje o naponu. Često je ta ovisnost eksponencijalna. Tako za diodu vrijedi da se njena strujno-naponska karakteristika može opistati funcijom I = IS × exp(V/VT). Vježba će uključivati mjerenja strujno-naponskih karakteristika različitih elektroničkih elemenata (otpornika, dioda, LED dioda, tranzistora) pomoću mjernog uređaja. Uređaj će biti povezan s računalom, tako da će se parametri i podatci dobiveni mjerenjem moći kontrolirati odgovarajućim programom. Dobivene rezultate mjerenja koristit ćemo u programu Origin, koji je namijenjen crtanju grafičkih prikaza i prilagodbi matematičkih funkcija izmjerenim podatcima. Pomoću njega ćemo naučiti kako se grafički prikazuju rezultati mjerenja u znanstvenim radovima. Na kraju ćemo napisati kratak izvještaj koji će sadržavati grafičke prikaze s dobivenim rezultatima te njima pripadnim krivuljama prilagodbe, numeričke vrijednosti dobivene za parametre prilagodbe i diskusiju rezultata.

Kompas u rukama fizičara: Istraživanje zakona fizike i svijeta atoma (prof. dr. sc. Ivica Aviani)

Kompas je naprava pomoću koje su stari moreplovci istražili cijeli zemaljski svijet. To sigurno znaš iz povijesti i zemljopisa. No što je s fizikom? Možemo li pomoću kompasa istražiti svijet atoma? E, to bi bio pravi izazov. Sigurno znaš da se, ako u blizini nema drugih magneta, igla kompasa usmjerava prema magnetskom polu Zemlje. Svaki otklon igle od tog smjera ukazuje na postojanje dodatnog magneta. Za moreplovce to nije dobro, jer ih može navesti na krivi put, ali za nas – to je prava stvar. Kompas nam može poslužiti kao mjerni uređaj pomoću kojeg uspoređujemo magnetsko polje nekog magneta s magnetskim poljem Zemlje. U našoj radionici ćemo pomoću kompasa prvo istražiti magnetsko polje ravnoga vodiča kojim teče električna struja i otkriti zakone fizike koji su fizičari otkrili još u 19. stoljeću. Pomoću tih zakona odredit ćemo iznos magnetskog polja Zemlje, a potom napraviti nešto za naše stoljeće – izmjeriti magnetsko polje jednog jedinog atoma.

Hallov efekt (doc. dr. sc. Aleš Omerzu i Karlo Veličan, mag. phys.)

Kada elektrone, koji se gibaju unutar kristala vodiča ili poluvodiča, postavimo istovremeno u električno i magnetsko polje nastaje tzv. Hallov efekt. Uzorci u kojima taj efekt najlakše opažamo su tanke, izdužene pločice metala ili poluvodiča. Kroz pločice teče struja elektrona pod utjecajem električnog polja, koje je usmjereno duž duge osi pločice. Magnetsko polje je usmjereno okomito na ravninu pločice, tako da sila kojom ono djeluje na elektrone zakrivljuje njihove putanje prema jednoj strani pločice. Zato se na toj bočnoj strani počinje nakupljati negativni naboj, dok na suprotnoj strani ostaje pozitivan naboj istog iznosa. Na taj način između bočnih stranica pločice nastaje napon koji možemo mjeriti, tzv. Hallov napon. Pomoću njega možemo odrediti koncentraciju elektrona u uzorku ili, ako nam je ona poznata, odrediti jakost magnetskog polja u kojem se uzorak nalazi. U sklopu radionice odredit ćemo koncentraciju elektrona u pločici poluvodiča germanija mjereći Hallov napon u magnetskim poljima različitih jakosti. Izmjerene podatke unjet ćemo u računalni program Origin, pomoću njega nacrtati grafove ovisnosti Hallovog napona o magnetskom polju, te linearnom prilagodbom na izmjerene vrijednosti pokušati što točnije odrediti tražene vrijednosti.

Laboratorijska vježba iz VALNE OPTIKE:

Svjetlost kao metar (izv. prof. dr. sc. Marin Karuza i Petar Jelača, prof.)

Od 1983. godine metar je u međunarodnom sustavu mjernih jedinica definiran kao udaljenost koju svjetlost prijeđe u vakuumu u vremenu od 1 ⁄ 299792458 sekunde. Ova definicija omogućava relativno jednostavno mjerenje udaljenosti, mjerenjem vremena, no možemo li biti i precizniji? Tu nam u pomoć dolazi sama priroda svjetlosti. Znamo da valovi međudjeluju pri prolasku kroz istu točku, a kako je svjetlost elektromagnetski val, očekujemo da će i njegova amplituda biti manja ili veća od pojedinačnih amplituda valova. Promatrajući kvadrate amplituda, budući da ne vidimo direktno oscilacije elektromagnetskog vala nego njegov intenzitet, moguće je izvršiti precizna mjerenja za kojima se javlja sve veća potreba u suvremenoj znanosti i tehnologiji. Učenici će koristeći zrcala i izvore svjetlosti napraviti Michelsonov interferometar gdje će promatrati slike interferencije i uvjeriti se u valnu prirodu svjetlosti, upoznati pojam koherencije te obaviti niz preciznih mjerenja. Mjerit će se indeks loma svjetlosti prozirnih materijala, temperaturni koeficijent širenja, brzina rotacije interferometra i još zanimljivih veličina.

Laboratorijske vježbe iz MODERNE FIZIKE:

Određivanje Planckove konstante iz fotoelektričnog učinka (izv. prof. dr. sc. Vanja Radolić, doc. dr. sc. Denis Stanić i Igor Miklavčić, pred.)

U okviru ove teme učenici će istraživati čestično svojstvo elektromagnetskog (EM) zračenja koje se uočava u fotoelektričnom učinku. Za razliku od valnog modela EM zračenja, prema kojemu će se upadni val EM zračenja djelomično apsorbirati u elektronu, pa će frekvencija osciliranja elektrona i potom emitirano zračenje imati istu frekvenciju i valnu duljinu kao i upadno elektromagnetsko zračenje, čestični model predviđa drugačiji rezultat. Prema njemu, interakcija upadnog EM zračenja i pojedinačnog elektrona zamišlja se kao sudar dviju čestica u kojemu upadni elektron predaje dio svoje energije i količine gibanja elektronu u mirovanju. Stoga je energija odnosno frekvencija raspršenog EM zračenja niža, a valna duljina veća (što je i A. Compton eksperimentalno potvrdio 1922. godine). Teorijska podloga ovog eksperimentalnog postava temelji se na Einsteinovoj kvantnoj hipotezi: Kada foton frekvencije f uleti na katodu, on može izbaciti elektron iz metala samo ako mu je energija veća od izlaznog rada katode (vanjski fotoelektrični učinak). Neki od tako izbačenih elektrona dosegnu anodu te se javlja napon između anode i katode U, koji poprimi određenu graničnu vrijednost nakon kratkog vremena nabijanja. U učeničkom eksperimentu, fotoćelija se obasjava svjetlošću različitih valnih duljina. Izvor svjetlosti je živina spektralna lampa, a valna duljina se mijenja interferencijskim filtrima. Napon fotoćelije se, za svaki dani interferencijski filtar, očita voltmetrom. Dobiveni parovi (f, U) se grafički prikažu, a iz koeficijenta smjera dobivenog pravca regresije se odredi Planckova konstanta. Eksperimentalno uočavanje kako valnih (interferencija, ogib, polarizacija) tako i čestičnih svojstava (fotoelektrični učinak, Comptonovo raspršenje) elektromagnetskog zračenja omogućava dublje razumijevanje njegove dualne prirode i služi kao osnova i uvod za opis kvantnomehaničkih fenomena u mikrosvijetu, koji su doveli do razvoja najsuvremenijih tehnologija.

Ramsauer – Townsend effect (izv. prof. dr. sc. Marin Karuza)

Elektroni se pri prolasku kroz plemeniti plin sudaraju s atomima plina no kako se kinetička energija elektrona približava vrijednosti od 1 eV sudari bivaju sve rjeđi. Broj sudara je značajno manji od onog predviđenog iz sudara atom – atom. Prozirnost plemenitog plina za elektrone energije 1 eV ne može se objasniti pomoću klasične mehanike već zahtijeva kvantno mehnanički opis međudjelovanja čestica. Jednostavnim mjerenjem struja i napona na plinom napunjenoj elektronskoj cijevi pokušati ćemo uočiti anomaliju, te je opisati uz uporabu jednostavnih kvantno mehaničkih modela. Zanimljivost je da su se takve cijevi zvane thyratroni koristili do pojave poluvodičke elektronike, kao prekidači i ispravljači velike snage. Svoju uporabu su našli u osciloskopima, radarima prvim računalima i uređajima za dešifriranje.

Laboratorijska vježba iz ASTROFIZIKE:

Astronomija iz naslonjača (dr. sc. Tomislav Jurkić)

Predodžba astronoma i astronomije vrlo često se svodi na obavezno gledanje kroz teleskop i smrzavanje tijekom hladnih zimskih noći, kada je nebo najljepše za opažanja. No, da li je to doista tako? Što točno rade astronomi i astrofizičari (osim što se penju po teleskopima), i da li se zanimljiva astronomija može raditi i iz udobnog naslonjača u toploj sobi? Da li netko tko je ‘samo’ srednjoškolac i nije profesionalni astronom može doprinijeti novim saznanjima i astronomskim otkrićima? Ukoliko vas zanimaju odgovori na ova i mnoga druga pitanja iz astronomije, pridružite se ovoj radionici, gdje ćete otkrivati nove planete daleko izvan Sunčevog sustava, mjeriti masu supermasivne crne rupe u središtu naše galaksije, doprinijeti poznavanju nastanka i razvoja planeta, Sunčevog sustava i galaktika, te se okušati u astronomskim mjerenjima i simulacijama kakve rade astrofizičari iz cijelog svijeta, bez obzira sjedili li u svojoj sobi na Havajima, u Rijeci ili na vrhu ugaslog vulkana na Kanarskim otocima.

Laboratorijska vježba iz MEHANIKE (2018.):

Slobodan pad i horizontalni (vodoravni)  hitac (Patricija Nikolaus, prof.)

Slobodni pad i vodoravni hitac su pojave kojima svakodnevno svjedočimo u našoj okolini. U laboratorijskoj vježbi Slobodni pad učenici će istražiti u kakvom su odnosu visina s koje je ispušteno tijelo i  vrijeme potrebno da tijelo udari u tlo, te ovisi li to vrijeme o masi tijela. U laboratorijskoj vježbi vodoravni hitac učenici će istražiti neovisnost horizontalne i vertikalne komponente gibanja, te pokušati predvidjeti gdje će tijelo koje smo bacili u horizontalnom smjeru udariti u tlo, odnosno pokušat će lopticom pogoditi kanticu koja se nalazi na tlu. Na samom kraju vježbi, fizikalne zakonitosti do kojih će učenici doći kroz pokuse, primijenit će pri rješavanju problema iz svakodnevnice.

Znanstveno-popularno predavanje (prosinac 2018.):

Neutrini – glasnici iz dalekog svemira (izv. prof. dr. sc. Dijana Dominis Prester)

Neutrino je stigao iz dalekog svemira do leda Antarktika, te pobudio brojne teleskope na Zemlji i u svemiru na promptnu akciju. Kakvu je to važnu informaciju donio iz prošlosti, i time “zaslužio” objavu u časopisu Science ove godine?

Dijana Dominis Prester, astrofizičarka s Odjela za fiziku Sveučilišta u Rijeci koja je zajedno s grupom iz Rijeke sudjelovala u ovom nedavno objavljenom otkriću radeći na teleskopima MAGIC na Kanarima, objasnit će što su neutrini te kakva je njihova povezanost s gama-zračenjem iz aktivnih galaktičkih jezgri, supermasivnih crnih rupa u središtima dalekih galaksija. Bit će riječi o gama teleskopima MAGIC, eksperimentu IceCube, te tzv. “Multimessenger” astronomiji koja uključuje različite tehnologije i eksperimente, u zadnje vrijeme sve popularnijoj grani fizike nužnoj za potpunije razumijevanje svemira.

Znanstveno-popularno predavanje (travanj 2018.):

Liquid Crystals in Displays, Research and in Schools (izv. prof. dr. sc. Robert Repnik)

The physics need to be intensively popularized to achieve that the quality and quantity of students on physics study and other technical studies can be increased. The consequence is autonomous natural science development. Physics in our schools is not so popular; the majority of topics in the present physics curriculum are at least a hundred years old, which one can also justify with achievement of basic knowledge. The students in secondary schools are surrounded with several information and communication technology (ICT) applications and tools, which are based on physics. By introducing some contemporary topics into the physics teaching the school subject physics can develop better attitudes and knowledge. A good example are liquid crystals (LC). They present a modern topic that is very suitable to be included into the teaching of physics. LC are typical examples of soft and complex materials that exhibit an abundance of different phenomena. In this lecture I will present the basic physics properties of LCs, the use of them in displays and in the physics research in the field of LCs. I will show some ideas what the teachers can do with LCs in the schools. I will focus on the training of the visualization skills; e.g. on ability of students to gain adequate imagination of LC phases and structures by using two- or three-dimensional views in different media. Furthermore, I will present our mechanical model for presentation of LC phases and/or phase transitions and the Virtual Reality Modelling Language (VRML) simulations for presentation of different LC phases and structures.