Δραστηριότητα φυσικής: 'Ο Bohr και το βαρόμετρο'

 
Θα ήθελα να πω εδώ για μια ωραία δραστηριότητα φυσικής που μπορούμε να κάνουμε με την τάξη, εκτός κάποιου συγκεκριμένου μαθήματος. Την δραστηριότητα αυτή την δοκίμασα και στη Β και στη Γ Λυκείου θέλοντας να δημιουργήσω ενδιαφέρον για το μάθημα και πέτυχε.
Πιθανόν λοιπόν να ξέρουμε το κείμενο που αναφέρεται στον Bohr όταν ήταν φοιτητής. Το κείμενο είναι το εξής:

Το κείμενο που ακολουθεί αφορά μια ερώτηση που ήταν θέμα σε εξετάσεις Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης: «Να περιγράψετε πώς μπορούμε να μετρήσουμε το ύψος ενός ουρανοξύστη χρησιμοποιώντας ένα βαρόμετρο».

Ένας φοιτητής απάντησε: «Δένετε ένα μακρύ σπάγκο στο λαιμό του βαρόμετρου και στη συνέχεια κατεβάζετε το βαρόμετρο από την ταράτσα μέχρι να αγγίζει το έδαφος. Το ύψος του κτιρίου θα ισούται με το μήκος του νήματος συν το μήκος του βαρόμετρου».
Αυτή η πρωτότυπη απάντηση εξόργισε τόσο τον εξεταστή, ώστε αυτός έκοψε το φοιτητή στο συγκεκριμένο μάθημα. Ο φοιτητής προσέφυγε στις αρχές του Πανεπιστημίου, ισχυριζόμενος ότι η απάντησή του ήταν αναμφίβολα σωστή και ότι αδίκως κόπηκε. Το Πανεπιστήμιο όρισε έναν άλλο εξεταστή να διερευνήσει το θέμα και να αποφασίσει εάν έπρεπε να κοπεί ο φοιτητής ή όχι. Ο κριτής αυτός θεώρησε ότι η απάντηση που δόθηκε ήταν πράγματι σωστή, αλλά δεν φανέρωνε καμία αξιοσημείωτη γνώση Φυσικής.
Για να διαλευκανθεί τελείως το θέμα, αποφασίστηκε να καλέσουν το φοιτητή και να του αφήσουν έξι λεπτά, μέσα στα οποία αυτός θα έπρεπε να δώσει μια προφορική απάντηση που να μην είναι τόσο απλοϊκή, αλλά να δείχνει κάποια εξοικείωση με τις βασικές αρχές της Φυσικής. Για πέντε λεπτά ο φοιτητής έμενε σιωπηλός, βαθιά απορροφημένος στις σκέψεις του. Ο εξεταστής του θύμισε ότι ο χρόνος τελειώνει και ο φοιτητής απάντησε ότι είχε στο μυαλό του μερικές ιδιαίτερα σχετικές απαντήσεις, αλλά δε μπορούσε να αποφασίσει ποια να χρησιμοποιήσει. Στην προτροπή να βιαστεί, απάντησε ως εξής:
«Κατ’ αρχήν, θα μπορούσαμε να ανεβάσουμε το βαρόμετρο στην ταράτσα του ουρανοξύστη, να το αφήσουμε να πέσει και να μετρήσουμε το χρόνο που κάνει μέχρι να φτάσει στο έδαφος. Το ύψος του κτιρίου μπορεί να υπολογιστεί τότε από τον τύπο: H=gt2/2. Όμως, δε θα το συνιστούσα γιατί θα ήταν κρίμα για το βαρόμετρο».
«Μια άλλη εναλλακτική απάντηση» είπε ο φοιτητής «είναι η εξής: Εάν υπάρχει ηλιοφάνεια, θα μπορούσαμε να μετρήσουμε το ύψος του βαρόμετρου, να το στήσουμε όρθιο στο έδαφος και μετά να μετρήσουμε του μήκος της σκιάς του. Στη συνέχεια μετρούμε το μήκος της σκιάς του ουρανοξύστη, και με απλό τρόπο μπορούμε να υπολογίσουμε το πραγματικό ύψος του ουρανοξύστη με αριθμητική αναλογία».
«Αλλά, εάν θα θέλατε να αντιμετωπίσετε το θέμα με ιδιαίτερα επιστημονικό τρόπο, θα μπορούσατε να δέσετε ένα μικρού μήκους νήμα στο βαρόμετρο και να το θέσετε σε ταλάντωση σαν εκκρεμές, πρώτα στο έδαφος και μετά στην ταράτσα του ουρανοξύστη. Το ύψος θα μπορούσε να βρεθεί μετρώντας και συγκρίνοντας τις δύο περιόδους, οι οποίες είναι αντιστρόφως ανάλογες των τετραγωνικών ριζών των επιταχύνσεων της βαρύτητας στο έδαφος και στο ύψος του ουρανοξύστη. Η επιτάχυνση της βαρύτητας εξαρτάται με τη σειρά της από το ύψος από την επιφάνεια της γης και συνεπώς γνωρίζοντας την επιτάχυνση της βαρύτητας στην ταράτσα βρίσκουμε το ζητούμενο ύψος».
«Α!»είπε πάλι ο φοιτητής, «Υπάρχει κι ένας άλλος τρόπος, όχι κακός: Αν ο ουρανοξύστης διαθέτει εξωτερική σκάλα κινδύνου, θα ήταν ευκολότερο να ανεβεί κανείς τη σκάλα βάζοντας διαδοχικά σημάδια επαναλαμβάνοντας το μήκος του βαρόμετρου. Μετά θα ήταν εύκολο να υπολογίσει το ύψος του ουρανοξύστη προσθέτοντας όλα αυτά τα μήκη.
Αλλά, αν απλώς θα θέλατε να είστε ιδιαίτερα βαρετός δίνοντας μια ορθόδοξη απάντηση, θα μπορούσατε να μετρήσετε την ατμοσφαιρική πίεση στην ταράτσα και στο έδαφος και να μετατρέψετε τη διαφορά των millibars σε ανάλογη διαφορά σε μέτρα.»
«Όμως, επειδή ως φοιτητές παροτρυνόμαστε συνέχεια να ασκούμε την ανεξαρτησία του μυαλού μας και να εφαρμόζουμε επιστημονικές μεθόδους, αναμφίβολα ο καλύτερος τρόπος θα ήταν να χτυπήσουμε την πόρτα του θυρωρού και να του πούμε:
Αν θα ήθελες να έχεις ένα ωραίο καινούριο βαρόμετρο, θα σου χαρίσω αυτό αν μου πεις το ύψος του ουρανοξύστη».
Ο φοιτητής ήταν ο Niels Bohr, ο μόνος Δανός που τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής…

 
Διάβασα λοιπόν στην τάξη την πρώτη παράγραφο και ζήτησα εγώ από τα παιδιά να βρούν τρόπους με τους οποίους μπορούν να μετρήσουν το ύψος ενός ουρανοξύστη με ένα βαρόμετρο. Χρειάστηκε προηγουμένως να εξηγήσω τι είναι βαρόμερο.... Η αίσθηση ότι πρόκειται για παιχνίδι (;) ή σπαζοκεφαλιά (;) τους έκανε να αρχίσουν να σκέφτονται.
Η πρώτη απάντηση, που δόθηκε από τον 'καλό μαθητή', ήταν η αναμενόμενη, δηλαδή να μετρήσουμε την ατμοσφαιρική πίεση στο έδαφος και στην κορυφή του κτηρίου και με κάποιον τρόπο από τη διαφορά της πίεσης να βρούμε το ύψος.
Μετά από παροτρύνσεις και ενθαρρύνσεις ακούστηκαν και κάποιες άλλες ιδέες από πιο... 'περιφεριακά' άτομα όπως ‘να το πετάξουμε από την ταράτσα και να μετρήσουμε τον χρόνο πτώσης’ και ‘να ξεκινήσουμε από τη γη και να δούμε πόσες φορές χωράει στο ύψος του ουρανοξύστη’. Βέβαια αυτές λέγονταν διστακτικά και με σχόλια του τύπου ‘αφήστε κυρία, βλακεία είναι’ κ.λ.π.

Όταν πια σταμάτησαν να κατεβαίνουν οι ιδέες, διάβασα το υπόλοιπο κείμενο και τις εκδοχές του, εξηγώντας τες συγχρόνως. Σε κάθε μια από αυτές, άκουγα ‘α...’, ‘ά, ναι, σωστά..’, πράγμα που σημαίνει ότι τους είχε πια δημιουργηθεί η περιέργεια, το ενδιαφέρον για το πρόβλημα.

Στο τέλος τους ρώτησα τι βγάζουν από όλο αυτό, βασικά για τον τρόπο με τον οποίο σκεφτόταν ο πρωταγωνιστής της ιστορίας. Ακούστηκαν απόψεις, όπως:
- Καλά, αυτός ήταν φευγάτος... (από μαθήτρια που δεν είχε πάρει μέρος στην κουβέντα)
- Γιατί; απλά πράγματα είναι αυτά... (από μαθητή που έδωσε δύο από τις 'ανορθόδοξες' απαντήσεις)
Μου δόθηκε πάντως η ευκαιρία να κάνω μερικές αναφορές σε θέματα όπως ο επιστημονικός τρόπος σκέψης, η αμφισβήτηση, η πρωτοτυπία, τα στεγανά στο τρόπο σκέψης κ.λ.π. Και νομίζω ότι δεν χρειάζονται πιο πολλά. Το είδανε στην πράξη τι σημαίνει αυτό.

Εν τέλει:
Αν και πιθανότατα η ιστορία είναι εντελώς κατασκευασμένη μπορεί κάλλιστα να χρησιμοποιηθεί για διδακτικούς σκοπούς.
Η δραστηριότητα δημιούργησε και κράτησε το ενδιαφέρον των παιδιών. Και το παιχνίδι αλλά και το ίδιο το θέμα ενός φοιτητή έξυπνου και συγχρόνως ασεβή ως προς το επίσημο - τυπικό εκπαιδευτικό σύστημα είναι ελκυστικά στους εφήβους. Το όφελος είναι μια υποψία, έστω, που θα κερδίσουν για τον τρόπο σκέψης τους.

Τέλος, θα πρέπει να πω ότι η εφαρμογή της δραστηριότητας στην τάξη μου πρόσφερε τη συγκίνηση του να βλέπω ή μάλλον να νιώθω τα μυαλά να δουλεύουν - όχι κάτι πολύ συνηθισμένο την σήμερον ημέρα που οι τάξεις γεμίζουν από νυσταγμένους, εξουθενωμένους μαθητές.
Και βέβαια μου ενίσχυσε την άποψη ότι πρέπει να έχω το νου μου, όταν κρίνω  τους μαθητές. Μπορεί το δικό μου κουρασμένο μυαλό να μη διακρίνει μια σωστή μεν διαφορετική από τα αναμενόμενα δε άποψη.

Γ. Παπαγεωργάκη