Пізнаємо природу. 5 клас. Кравченко

Тиждень 3. Завдяки чому природу можна вивчати?

KNS.karazin.ua/5_I_c/

Теоретична частина

Навіщо ми вимірюємо час?

Вас запитали: «Котра година?» Завдяки чому ви відповіли на це запитання? Яке значення має це питання для нашого життя?

Вам добре відомо, що в добі — 24 години. Годинники вимірюють час та показують нам, скільки годин вже минуло. Наше життя побудовано відповідно до часу доби. Уявіть собі, що ми перестанемо вимірювати час... До чого це призведе?

Без узгодження розкладу вся транспортна система порине у безлад, і це — ще не найгірший наслідок відмови від вимірювання часу!

Вимірювання часу вносить порядок у наше життя. Це — величезний здобуток нашої культури!

Вас не дивує, що ваш домашній годинник і годинник у школі узгоджені? Без цього ми б не змогли працювати за розкладом. Але є дещо більш дивне. Не лише різні годинники йдуть «у ногу». Злагоджено з годинниками рухається сама Земля! Чому?

Завдяки чому ми можемо вимірювати час?

Звісно, не Земля «слухається» годинника, а годинник підлаштовано під рух Землі. Ми можемо вивчати природу саме тому, що вона підпорядковується певним правилам. Зміна часу протягом доби є наслідком обертання Землі навколо своєї осі. Наш поділ доби на години є способом описати цю закономірність.

У ті часи, коли добу розділили на 24 години, вважали, що то Сонце обертається навколо Землі. Зараз ми знаємо, що це Земля рухається навколо Сонця й обертається навколо своєї осі. У будь-якому разі, рух у системі «Сонце — Земля» є закономірним. Якби Земля та Сонце не були частинами однієї системи, положення Сонця на небі не було б мірилом часу.

Явища в природі відбуваються не як заманеться, а за чіткими законами. Світ, у якому події відбуваються без зв’язку одна з одною, у безладі, уявити собі важко. У такому світі не існувало б складних систем, і нас у тому числі. Зате у світі, де події пов’язані, розуміння закономірностей цього зв’язку надає можливість передбачати майбутнє!

Навіщо передбачати майбутнє?

Уявіть собі життя амеби. Це — одноклітинний хижак, що живе в мулистій водоймі десь поблизу вашого дому.

Амеба має хімічне чуття (назвемо його смаком чи нюхом). На її поведінку впливає голод — нестача поживних речовин. Хижак установлює зв’язок (прояв закономірності) між «смаком» їжі та втамуванням голоду. А де шукати поживу? Серед можливої здобичі амеби — водорості, яким потрібне світло. Тому амеба повзтиме не лише в напрямку розповсюдження «запаху», а ще й в освітлений бік, де більше можливостей зустріти поживу.

Амеба полює на мікроскопічну водорість

Але деякі події амеба передбачити не зможе. У разі швидких змін середовища (колеса автівки розбризкали воду, і крапля з амебою висохла) вона, ймовірно, загине.

Ми розумніші за амебу? Звісно. Одним з проявів цього є те, що ми краще за неї передбачаємо зміни в природі. Загалом, ми виникли як вид тварин, які дуже успішно знаходили закономірності в природі та використовували їх у своїх інтересах. Розвиток культури значно посилив нашу здатність заздалегідь знати, чого слід очікувати.

Як ми передбачаємо майбутнє?

Що зараз відбудеться? Якою буде доля хлопчика, що пиляє під собою гілку? Який звук супроводжуватиме цю подію?

Розгляньте фото.

Ви відповіли на питання у підпису до фото? Як? Ви ж не бачили ці події особисто? Ба більше, коли робили цю світлину, хлопчик, який позував фотографу на дереві, насправді не пиляв гілку й нікуди не падав. Але ж ви майже почули звук зламаної гілки та падіння! Як це пояснити?

Усе відбулося у вашій уяві. І саме в уяві ви зрозуміли, чим закінчиться взаємодія в системі «хлопчик — гілка — пилка». Для цього потрібно, щоб у нашій уяві також було створено систему з уявного хлопчика, уявної гілки та уявної пилки! Якщо зв’язки в цій уявній системі відповідатимуть зв’язкам у справжній системі, властивості цих двох систем будуть подібними.

Чим корисні моделі?

Порівняйте дві системи. Перша, природна система, яку ми досліджуємо, — це зразок. Друга, що існує в нашій уяві, у нашому внутрішньому світі, — модель. Те, що відбувається в обох системах, залежить від зв’язку їх частин. Саме тому модель дозволяє зробити передбачення, прогноз того, що відбуватиметься зі зразком.

Чи всяка модель є уявною? Звісно, ні. Для моделювання того, що відбувається на фото, ви можете залізти на гілку дерева, узяти пилку та... Ні, утримайтеся, пошкодуйте і себе, і дерево!

У нашому прикладі система-зразок складається з важкої людини, гілки, що її утримує, та пилки, що перерізає гілку. Взаємодія цих частин призведе до падіння людини. Система-модель, уявна чи побудована насправді, повинна мати подібний зв’язок між своїми частинами. Зверніть увагу: взаємодія між частинами системи важливіша за те, з чого ці частини «зроблені», існують вони в природі або в культурі, у зовнішньому чи у внутрішньому світі!

Далі ви познайомитеся з різноманіттям моделей і дізнаєтесь, наскільки різними вони бувають.

Те, що ми можемо моделювати події у своєму внутрішньому світі, — найсильніша риса людини. Інші тварини також здатні до прогнозування наступних подій завдяки моделюванню, але ми, люди, у цьому неперевершені.

Головні думки

• Світ навколо нас складається із систем, і завдяки цьому виникають певні правила та закони його існування. Наприклад, постійна тривалість доби є наслідком закономірностей руху нашої планети.

• Властивості частин однієї системи закономірно пов’язані.

• Щоб зрозуміти ці закономірності в системах, які нас цікавлять, ми будуємо моделі — системи із частин, пов’язаних подібним чином.

• У своєму внутрішньому світі ми моделюємо світ навколо нас. Це дозволяє нам прогнозувати розвиток подій і заздалегідь підготуватися до того, що нас очікує.

• Для моделювання взаємодія між частинами системи важливіша за те, з чого зроблена модель, існує вона в природі або в культурі, у зовнішньому чи у внутрішньому світі.

Практична частина

Творці науки

Люди створюють моделі світу, моделі природи. Наука — це теж модель світу, точніше, складна система з моделей. Ці моделі — результат роботи, що тривала протягом тисячоліть. На наші уявлення про природу вплинули видатні вчені. Пам’ятайте тих, хто зробив внесок у сучасні наукові погляди! Це дозволить нам сприймати наукові моделі як щось, що перебуває в невпинному розвитку.

Ми назвемо кількох учених, яким зобов’язані сучасному розумінню природи. Порадьтеся з учителем і зробіть повідомлення про них або інших дослідників. Добре, якщо в пошуку цієї інформації ви будете користуватися інтернетом. Багато цікавого ви знайдете просто у Вікіпедії — найбільшій мережевій енциклопедії, спільній праці сотень тисяч користувачів інтернету з усього світу.

Ісаак Ньютон

(1643-1727)

Англійський вчений, фізик та математик, що заклав основи сучасних природничих наук та наукового методу. Відкрив закони руху та взаємодії тіл. Деякі з найважливіших результатів в історії науки отримав під час спричиненого чумою карантину (1665-1667).

Володимир Вернадський

(1863-1945)

Дослідник кругообігу хімічних елементів у природі та складу гірських порід. Народився в Росії, дитинство провів в Україні, вчився в гімназії у Харкові. Перший президент Академії наук України (з 1918 р.). Автор уявлень про біосферу як перетворену організмами оболонку Землі; узяв участь у створенні вчення про ноосферу — етап взаємодії людства і природи, де головною причиною розвитку стають розум і культура.

Марія Склодовська-Кюрі

(1867-1934)

Польська та французька науковиця в галузі хімії та фізики. Одна з перших дослідниць явища радіоактивності, відкрила хімічні елементи Полоній та Радій. Єдина людина у світовій історії, яка двічі удостоєна Нобелівської премії (найвагомішої нагороди в сучасній науці) у двох різних галузях наук: фізиці та хімії. Загинула від променевої хвороби, спричиненої її роботою.

Альберт Ейнштейн

(1879-1955)

Німецькій, швейцарський, потім американський фізик. Автор теорії відносності, що докорінно розширила та доповнила модель Всесвіту, основи якої були закладені Ісааком Ньютоном. Імовірно, є людиною, яка найбільше вплинула на розвиток сучасної фізики.

Людвиг фон Берталанфі

(1901-1972)

Австрійський біолог, з 1949 працював у США та Канаді. Створив загальну теорію систем, яка вивчає виникнення нових властивостей систем. Вивчав організми людини та інших тварин як приклади систем. Довів, що системи, які складаються з частин, поєднаних подібним чином, мають спільні властивості.

Стівен Гокінг

(1942-2018)

Англійський фізик. Попри хворобу, що прикувала його до інвалідного візка та позбавила можливості розмовляти, зробив значний внесок у дослідження чорних дір та інших питань космології. Автор багатьох науково-популярних книжок і навіть науково-популярних казок про Джорджа та Всесвіт.

Опануйте поняття

• Модель
• Прогноз

Питання для закріплення матеріалу

1. Причиною подібності системи-зразка та системи-моделі є те, що

• А обидві є системами
• Б вони зроблені з одного матеріалу
• В вони складаються з частин, пов’язаних подібним чином
• Г модель повністю, у всіх деталях повторює зразок

2. Яку систему-зразок можна змоделювати, обертаючи кулю на ланцюжку навколо себе?

• А Сонячну систему
• Б рух Місяця навколо Землі
• В обертання колеса
• Г політ гарматного ядра

3. Чим ви займаєтеся протягом дня у той чи інший час? На яких природних закономірностях засноване те, що ви робите? Як ви це враховуєте?

4. Людина вміє прогнозувати плин часу в добі та пори року. Наведіть приклади такого пристосування для тварин.

Теми для обговорення і виконання

• Історія технологій, що поліпшують повсякденне життя.

• Ми користуємося переважно десятковою системою числення. Ви розумієте, чому як основу для підрахунків було обране число 10? Старіші способи підрахунку використовують число 12, адже воно ділиться націло: на 2, 3, 4 та 6 (а 10 — лише на 2 та 5). З іншого боку, людину, яка має 10 пальців, легше навчити рахувати до десяти. Поділ доби на години виник ще тоді, коли для підрахунку часто ділили щось на 12 частин, а не на 10. Годину розділили на 60 хвилин тому, що 60 ділиться на 2, 3, 4, 5 і 6 (а також на 10, 12, 15, 20 і 30). Але чому ж у добі — 24 години, 2 рази по 12?