ფიზიკა – ინტელექტუალური ღობე თუ გზა სამყაროს შემეცნებისაკენ

ხშირად გვსმენია როგორც მოსწავლეებისგან, ასევე მშობლებისგან – ფიზიკა რთული საგანია და მისი შესწავლა განსაკუთრებულ უნარებს მოითხოვს,  რომ სახელმძღვანელოს ტექსტის აღქმა უჭირთ, რომ ხშირად ვერ ხერხდება გაკვეთილზე სადემონსტრაციო ცდების ჩატარება და მოვლენების ვიზუალიზაცია.  ეს კიდევ უფრო ართულებს საქმეს. მართლაც, ძნელია საბუნებისმეტყველო საგნების და კონკრეტულად ფიზიკის საფუძვლიანად შესწავლა კაბინეტების დღევანდელი მწირი აღჭურვილობის პირობებში. განსაკუთრებით რთულდება საქმე, თუ მოსწავლე გაკვეთილს აცდენს და მასწავლებლის მიერ ახსნილი ახალი მასალის მოსმენის საშუალება არ ეძლევა. დღევანდელი სახელმძღვანელოების უმრავლესობა კი გაკვეთილზე სწავლების აქტიური მეთოდების გამოყენებაზე არის მორგებული და სამწუხაროდ,  მოსწავლისთვის, რომელიც გაკვეთილს აცდენს,  სახელმძღვანელოს ენა სრულიად გაუგებარი რჩება. გარდა ამისა, მასწავლებლის მიერ საინტერესოდ მოწოდებული მასალის და კარგად ჩატარებული გაკვეთილის მიუხედავად, კლასში შეიძლება იმყოფებოდეს მოსწავლეთა მცირე ნაწილი, რომელიც თუნდაც სუბიექტური მიზეზების გამო, ვერ ჩაერთო გაკვეთილში და უკუკავშირი ვერ განახორციელა მასწავლებელთან. სახელმძღვანელო ასეთ პირობებშიც ნაკლებ პროდუქტიული ხდება.

ზემოთ ჩამოთვლილი  შემთხვევების გათვალისწინებით გადავწყვიტეთ შევქმნათ დამატებითი მასალა, რომელიც დაეხმარება მოსწავლეებს, მასწავლებლებს და დაინტერესებულ საზოგადოებას ყოველგვარი ინტერაქტივის გარეშე გაეცნოს ფიზიკის საკითხებს.

თემატიკა დალაგებული იქნება ახალი ეროვნული სასწავლო გეგმის მიხედვით (ეროვნული სასწავლო გეგმა 2018-2024 წ), რომლის თანახმად, ფიზიკა როგორც ცალკე საგანი, შემოდის მე-7 კლასში. ჩვენს მიერ შემოთავაზებული მასალა, უპირველეს ყოვლისა, განკუთვნილია მოსწავლეებისთვის და ტექსტის ენაც  ეროვნული სასწავლო გეგმის სტანდარტით განსაზღვრულ ასაკობრივ ჯგუფს შეესაბამება.

მე-7 კლასის დასაწყისში გარკვეულო დრო ეთმობა მოსამზადებელ პერიოდს, როცა მოსწავლეები ეცნობიან ფიზიკური სიდიდის ცნებას, მათ გაზომვას და ერთეულთა სისტემებს.

ფიზიკური სიდიდეები და მათი გაზომვა

ჩვენ ხშირად ვახასიათებთ გარშემო მიმდინარე მოვლენებს, ვადარებთ საგნებს, ადამიანებს. მაგალითად: გიგი მაღალია. დღეს ძალიან ცივა. ჩაიდანში ცხელი წყალი ასხია. წითელი ბურთი უფრო მძიმეა, ვიდრე – მწვანე. თუმცა ეს მოვლენების და საგნების მხოლოდ თვისობრივი დახასიათებაა.  მეტი სიზუსტისთვის უნდა გამოვიყენოთ რაოდენობრივი დახასიათება, ანუ მოვლენები შევისწავლოთ და საგნები დავახასიათოთ რაოდენობრივად. აქ კი აუცილებლად დაგვჭირდება ფიზიკური სიდიდე.

ყველაფერი, რაც კი შეიძლება გაიზომოს და რაც შეიძლება მეტი ან ნაკლები იყოს, არის ფიზიკური სიდიდე.  მათემატიკიდან და ყოველდღიური ცხოვრებიდან უკვე ვიცნობთ ისეთ ფიზიკურ სიდიდეებს  როგორებიცაა: ფართობი, მოცულობა, დრო, მასა, ტემპერატურა, სიგრძე.

ფიზიკური სიდიდე იზომება ერთეულებში. მაგალითად, სიგრძის ერთეულებია: მეტრი, კილომეტრი, დეციმეტრი და ა. შ. ამდენად, ფიზიკურ სიდიდეს გააჩნია როგორც  რიცხვითი მნიშვნელობა, ასევე – ერთეული.

რიცხვითი მნიშვნელობა და ერთეული ერთად წარმოადგენს სიდიდის მნიშვნელობას. თუ რიცხვითი მნიშვნელობის გვერდზე არ არის მითითებული ერთეული, მაშინ მხოლოდ რიცხვი ვერაფერს გვეტყვის. მაგალითად, მიწის ნაკვეთის ფართობია 700. ეს მონაცემი ვერაფერს გვეუბნება, რადგან გაუგებარია აქ რა იგულისხმება: 700 ჰა, 700 დმ², თუ 700კმ². ყველაფერი გასაგებია, როცა მონაცემს ასეთი სახე აქვს: მიწის ნაკვეთის ფართობია 700 მ².

ერთსა და იმავე ფიზიკურ სიდიდეს სხვადასხვა ერთეული გააჩნია. მაგალითად, დროის ერთეულებია: წმ, წთ, სთ და ა. შ. მასის ერთეულებია: კილოგრამი (კგ), გრამი (გ), ტონა (ტ), ცენტნერი (ც).

გაზომვებით და გამოთვლებით ადგენენ ფიზიკური სიდიდის რიცხვით მნიშვნელობას.

ფიზიკური მოვლენის შესწავლა ცდების ჩატარებასთან და ექსპერიმენტთან არის დაკავშირებული. ეს კი, თავის მხრივ, სხვადასხვა სიდიდის გაზომვას უკავშირდება. ფიზიკური სიდიდის გაზომვა ნიშნავს, მის შედარებას სხვა იმგვარსავე სიდიდესთან, რომელიც პირობითად ერთეულის ტოლად არის მიღებული. მაგალითად, მონაკვეთის სიგრძის გაზომვისას ვარკვევთ, რამდენჯერ ეტევა მასში ერთი სანტიმეტრი, ანუ ვადარებთ მოცემული მონაკვეთის სიგრძეს ერთ სანტიმეტრს. ექსპერიმენტის ჩატარებისას იყენებენ სხვადასხვა საზომ საშუალებებს – ხელსაწყოებს. მაგალითად, სახაზავს, სასწორს, თერმომეტრს, საათს ან წამზომს.

არსებობს მარტივი და რთული ფიზიკური ხელსაწყოები. მარტივია ისეთი ხელსაწყო, რომელიც მხოლოდ განსაზღვრული ზომის სიდიდეს ასახავს და გათვალისწინებულია მარტივი გაზომვებისთვის. მაგალითად: სახაზავი, რულეტი, მენზურა. ხოლო რთულია ხელსაწყო, რომელსაც არ აქვს მარტივი აგებულება. მაგალითად: თერმომეტრი, საათი.

საზომ ხელსაწყოთა უმრავლესობას გააჩნია სკალა, რაც წარმოადგენს რიცხვებიანი შტრიხების მწკრივს. შტრიხებს შორის არეს დანაყოფი ეწოდება. ყველა ხელსაწყო გარკვეულ ფიზიკურ სიდიდეს ზომავს შესაბამის ერთეულში, რომელიც სკალას აწერია კუთხეში,  ან – ცენტრში.

სურ. 1

სურათ 1-ზე ნაჩვენებ მენზურაში ასხია წყალი. მენზურით შესაძლებელია წყლის მოცულობის განსაზღვრა სმ³-ში. ამისთვის საჭიროა, თავდაპირველად განვსაზღვროთ მენზურის დანაყოფის ფასი. დანაყოფის ფასი წარმოადგენს ხელსაწყოს სკალის უმცირესი დანაყოფის მნიშვნელობას. დანაყოფის ფასის განსაზღვრისთვის საჭიროა, ვიპოვოთ სკალის ორი უახლოესი რიცხვითი მნიშვნელობის სხვაობა და იგი გავყოთ ამ რიცხვებს შორის დანაყოფების რაოდენობაზე. სურათზე გამოსახული მენზურის დანაყოფის ფასი იქნება:  დ.ფ. = (40 – 20) 5 = 4 სმ³. შესაბამისად, სურათზე წარმოდგენილ მენზურაში ასხია 24 სმ³ მოცულობის წყალი. მოცულობა ფიზიკური სიდიდეა და მას ლათინური V ასოთი აღვნიშნავთ. ამიტომ მენზურით გაზომილი წყლის მოცულობა ჩაიწერება ასე: V = 4 სმ³.

გასათვალისწინებელია ის ფაქტი, რომ ყველა ფიზიკურ ხელსაწყოს გააჩნია გაზომვის ზედა ზღვარი. ჩვენს სურათზე იგი არის 40 სმ³. წარმოდგენილი მენზურა ერთჯერადად მეტ მოცულობას ვერ გაზომავს. ზოგ შემთხვევაში გაზომვის ზედა ზღვრის გაუთვალისწინებლობა შეიძლება ხელსაწყოს დაზიანების მიზეზი აღმოჩნდეს. მაგალითად, თუ თერმომეტრის გაზომვის ზედა ზღვარია 70  და ჩვენ მას მოვათავსებთ მდუღარე  100  – იან წყალში, თერმომეტრი შეიძლება დაზიანდეს.

გაზომვის გაადვილების მიზნით საზომ ერთეულებს ადიდებენ ან ამცირებენ 10 -ჯერ, 100-ჯერ, 1000-ჯერ და ა. შ.  მიიღება ერთეულები შესაბამისი თავსართებით.

კილო = 1000, ამიტომ 1000-ჯერ გადიდებულ მეტრს დავარქვით კილომეტრი, კმ = 1000მ. 1000-ჯერ გადიდებულ გრამს დავარქვით კილოგრამი 1კგ = 1000გ.

გადიდების შემთხვევაში ვიყენებთ შემდეგ თავსართებს:

დეკა (დკ) = 10;          დკმ = 10მ

ჰექტო = 100;            ჰმ = 100მ

     კილო = 1000;          კმ = 1000მ;

         მეგა = 1000 000;          მგმ = 1000 000მ

            გიგა = 1000000000;      გმ = 1000 000 000მ

შემცირების შემთხვევაში ვიყენებთ შემდეგ თავსართებს:

დეცი (დ) = 0,1;           დმ = 0,1მ

სანტი = 0,01;                 სმ = 0,01მ

     მილი = 0,001;              მმ = 0,001მ;

         მიკრო = 0,000 001;          მკმ = 0,000 001მ

            ნანო = 0,000 000 001;         გმ = 0,000 000 001მ

ბრტყელ ფიგურებს ფართობით ახასიათებენ. მათემატიკიდან ცნობილია, რომ მართკუთხედის ფართობის მისაღებად გვერდების სიგრძეს ვამრავლებთ ერთმანეთზე. კვადრატის შემთხვევაში კი ფართობის მისაღებად გვერდის სიგრძის კვადრატში აყვანა გვიწევს. შესაბამისად, ფართობის ერთეულებიც სიგრძის ერთეულების კვადრატული ერთეულებია:  მ², კმ², სმ², მმ² და ა. შ. ეს ნიშნავს, რომ მ² ისეთი კვადრატის ფართობია, რომლის სიგრძე 1 მ-ია. პრაქტიკაში ფართობის გასაზომად ხშირად იყენებენ ჰექტარს (ჰა).

1ჰა = 10 000მ²

ანუ 1ჰა ისეთი კვადრატის ფართობია, რომლის გვერდის სიგრძე 1მ-ია.

მოცულობით სივრცულ ფიგურებს ახასიათებენ და შესაბამისად, მოცულობით ასეთი სხეულების სივრცულ ზომას განსაზღვრავენ. მოცულობის გასაზომად იყენებენ სიგრძის ერთეულის კუბურ ერთეულებს: 1მ³, 1სმ³, 1მმ³ და ა. შ.

1მ³ ისეთი კუბის მოცულობაა, რომლის წიბო 1მ-ია.

სითხის ან აირის მოცულობას ხშირად ლიტრებში ზომავენ.

1ლ = 1დმ³

1ლ = 0,001მ³

ნავთობის მოცულობას ბარელებით ზომავენ

1 ბარელი = 159ლ

სწორი გეომეტრიული ფორმის სხეულების მოცულობა შესაბამისი ფორმულებით გამოითვლება, ხოლო არაწესიერი გეომეტრიული ფორმის სხეულების მოცულობას მენზურის საშუალებით გამოითვლიან.

სურ. 2

მენზურაში სითხის რაღაც მოცულობას ასხამენ და სკალის საშუალებით ზომავენ სითხის მოცულობას (V₁). შემდეგ სითხეში ჩაუშვებენ გასაზომ სხეულს. სითხის დონე აიწევს და სითხის მოცულობა მოიმატებს სწორედ იმდენით, რა მოცულობაც გააჩნია სითხეში ჩაშვებულ სხეულს. შესაბამისად, სითხის მოცულობის ახალი მაჩვენებლის  V₂-ის  და  V₁-ის სხვაობა გვაძლევს სხეულის მოცულობას:

V_სხ = V₂ – V₁

ერთეულთა სისტემები

ფიზიკური სიდიდეების ერთეულთა ერთობლიობას ერთეულთა სისტემა ეწოდება. მოსახერხებელია ყველა ქვეყანაში ერთი და იმავე ერთეულთა სისტემით სარგებლობა. ამიტომ საერთაშორისო შეთანხმებით, საერთაშორისო სისტემად მიღებული იქნა  ერთეულთა საერთაშორისო სისტემა შემოკლებით SI.

SI სისტემაში სიგრძის ერთეულია 1 მეტრი (მ). 1 მეტრი არის მანძილი იმ ორ შტრიხს შორის, რომელიც  მონიშნულია პლატინა – ირიდიუმის შენადნობისგან დამზადებულ  განსაკუთრებული ფორმის ღეროზე. ეს ღერო წარმოადგენს სიგრძის ეტალონს. ეტალონი ზოგადად ნიშნავს ზომის ზუსტ ნიმუშს, რომლითაც მოწმდება ხმარებაში არსებული საზომი ხელსაწყო-იარაღები.

მასის ერთეულია კილოგრამი – 1კგ. 1 კგ არის ეტალონის მასა. მასის ეტალონი წარმოადგენს პლატინა – ირიდიუმის შენადნობისგან დამზადებულ ცილინდრს, რომლის სიმაღლე დაახლოებით 39 მმ-ია.

სიგრძის და მასის ეტალონები ინახება საფრანგეთში, ზომა-წონის საერთაშორისო მუზეუმში.

სიგრძის და მასის ერთეულებთან ერთად SI სისტემის ძირითად ერთეულს წარმოადგენს დროის ერთეული – 1 წამი (წმ).

2018 წლის ნოემბერში საფრანგეთში, ვერსალში გამართულ ზომა-წონის ერთეულების გენერალურ კონფერენციაზე მეცნიერებმა მხარი დაუჭირეს რეზოლუციას, რომლის მიხედვით იგეგმება 1877 წლის კონვენციაზე ხელის მოწერით მიღებული SI სისტემის გადახედვა. 2019 წლის მაისიდან მოხდება ცვლილება და  SI სისტემა დაეფუძნება ისეთ ფუნდამენტურ მუდმივებს, როგორიცაა სინათლის სიჩქარე, პლანკის მუდმივა, ელექტრონის მუხტი. ასეთ მუდმივებზე დაფუძნებული ერთეულთა სისტემა გაცილებით ზუსტი იქნება, არ დაიშლება, მტვრის ნაწილაკებს არ მიიკრავს და შესამოწმებლად სხვადასხვა ქვეყანას  აღარ დასჭირდება  ეტალონების საფრანგეთში გაგზავნა.

ზემოთ წარმოდგენილი მასალა არის ფიზიკის   მნიშვნელოვანი მიმართულება, მისი ერთგვარი ტექნიკური ნაწილი და ინსტრუმენტი, რომლის გარეშეც მოსწავლე ამ მეცნიერების შესწავლას ვერ მოახერხებს.

ლიტერატურა

1. Measurement helps us make sense of the world around us https://www.npl.co.uk/measure/ ;
2. ა. პერიშკინი, ნ. როდინა. ფიზიკა VII კლასი. 1989 წ ;
3. ელენე სურგულაძე. მანანა კასრაძე. ფიზიკა VII კლასი. 2003 წ ;
4. გიორგი გედენიძე, ეთერ ლაზარაშვილი. ფიზიკა VII კლასი. 2001 წ ;