Del I. Inledning. Utkast

Transkript

1 Del I Inledning 1

2 Innehåll I Inledning 1 1 Vad är Fysik? Objekt och Rörelse Kan du förutsäga (komplettera) rörelser?

3 1 Vad är Fysik? Till frågan om vad fysik är har bland annat givits svaret: Fysik är kunskapen om energin i alla dess former. Detta är ett klassiskt svar som förekommer ofta i diskussioner om fysikens innehåll. Den text du har framför dig har utgått från ett annat möjligt svar: Fysik är berättelsen om hur människan beskriver världen. Utifrån människans tänkande om världen fokuseras kvalitativa aspekter hos fysik: Vilka begrepp, skapade av människan, fysiken använder; Hur begreppen hänger ihop; Hur man bygger en koherent fysikalisk föreställning om världen; Ditt eget tänkande (just nu och utifrån dina förutsättningar) om världen jämfört med fysikens (vår samlade kunskap) modell av världen. De valda utgångspunkterna innebär inte att framställningen är fri från matematik, vilket kanske antas eftersom begrepp är i fokus; ej heller innebär det en total relativisering i lososk mening, trots påståendet om Ditt eget tänkande. 1.1 Objekt och Rörelse Objekt och rörelse är två mycket grundläggande begrepp för tolkning av världen, och är också två grundläggande begrepp i fysiken. Dessa två begrepp är så grundläggande att vi ofta inte är medvetna om antaganden som vi gör angående dem. För att förstå något om vår uppfattning om objekt och rörelse kan vi gå tillbaka till vår barndom och fundera över hur vi lär oss vad ett objekt är och hur lär vi oss vad rörelse är. Det lilla barnet uppfattar förmodligen sina synintryck som ett antal fält med olika intensiteter och även olika färger. Det är svårt att föreställa sig hur världen upplevs utan objekt och rörelse, men en känsla för denna upplevelse kan kanske delvis erhållas genom att betrakta viss konst, se 1.1 eller t. ex. Mondrians verk. Med några målningars hjälp kan en gissning göras om hur världen upplevs med synsinnet hos det lilla barnet. De färgade fälten är ännu inte objekt utan just färgade fält eller upplevelser av färg med en viss form. Framför och bakom existerar till exempel inte, ej heller en del av något. Ett fält som inte är på samma plats hela tiden i det område som man betraktar är ett fält som rör sig. Att fältet rör sig i det betraktade området kan bero på att fältet rör sig i förhållande till iakttagaren eller att den som ser rör sig. Denna möjlighet till två olika tolkningar redes ut så småningom med hjälp av information från kroppens olika delar. 3

4 Figur 1.1: Till vänster färgfält. Till höger en bild från wikimedia commons av Hendrik Hendrik. Ett fält som föryttas i det betraktade området ger upphov till rörelsebegreppet. Men ett fält som föryttas ger också upphov till en inledande förståelse av vad ett objekt är, en helhet som föryttas. Naturligtvis ska synintrycket samordnas med koordinationen av kroppen och den sensoriska upplevelsen av föremålen. Ett föremål, ett ting, är något som man inte kan komma in i, handen stannar på ytan och man får sensorisk information. En kloss är ett objekt ty när det föryttas gör det det som en helhet i synfältet och med min känsel märker jag att jag inte kan komma in i det. Så småningom dierentieras förståelsen och man förstår att objekt t.ex. kan dölja varandra. Övning För oss vuxna är inte frågan om vad ett objekt är besvarad en gång för alla. Är ett moln ett objekt? Är vatten ett objekt? Är ljus ett objekt? Är en elektron ett objekt? Tillämpa följande frågor på eventuella objekt: Föryttar det sig som en helhet? Går det att komma in i det? Ett objekt är således något som är starkt relaterat till vår perception, både syn och känsel. Vi kommer att få problem med dessa föreställningar när vi kommer till kvantmekaniken, men mer om det då. När vi så lyckas se rörelse och objekt så lär vi oss också något om den värld där vi existerar. Vi lär oss att identiera ett fält (en färgad yta) som hammare och ett annat som bok. När vi ser fältet bok och en bit av fältet hammare utgår vi från att resten av fältet hammare nns bakom fältet bok. Hammaren kan vi sedan greppa på grund av att vi inte kan komma in i den (repulsion). När vi lagt fast begreppen objekt och rörelse nns det många rörelser att analysera och vi drar tidigt slutsatser om hur vår värld fungerar. När vi ser en boll rulla bakom en kudde och sedan rulla fram igen antar vi att det är samma boll. Vi kallar detta för objektkonstans. En boll som rör sig är en(1) boll inte era bollar efter varandra som dyker upp och försvinner, även om det rent lososkt är en möjlig beskrivning. c Leif Karlsson 4 leif.karlsson@mah.se

5 Figur 1.2: Hammare delvis dold av bok. Ett ertal undersökningar är gjorda på små barn (ca: 4 månader gamla) för att försöka få fram kunskap om deras förväntningar på världen, d.v.s. vilka slutsatser de dragit om världen. Denna typ av undersökningar grundar sig på att barn ser en längre tid på händelser som intresserar dem. Genom att mäta tiden de betraktar olika föremål eller fenomen i sin omgivning kan vi få information om deras intresse; ju längre betraktelsetid desto större intresse. Vi tittar på en typisk undersökning. Två skärmar 1.3, placerade sida vid sida med ett mellanrum, nns framför barnet. En boll rör sig från vänster in bakom 1:a skärmen, ut i mellanrummet, in bakom 2:a skärmen. Bollen passerar bakom 2:a skärmen och kommer ut till höger om den, vänder och går tillbaka in bakom 2:a skärmen, passerar mellanrummet, in bakom 1:a skärmen osv. Barnet tittar på detta tills det tröttnar. Tolkningen som en vuxen gör är naturligtvis så som jag beskrivit det, en(1) boll rör sig fram och tillbaka bakom skärmarna. Om skärmarna tas bort och om en boll visas ser barnen inte länge på den. Om däremot två bollar visas tittar de länge. Innebär detta att de blir förvånade, hade de en förväntning på vad som hände fast de inte kunde se hela förloppet, drog de slutsatser?? Figur 1.3: Två skärmar. En eller två bollar? En variant på experimentet är att ingen boll syns i mellanrummet. En vuxen resonerar som så att det då måste röra sig om två bollar. Om barnen i detta experiment visas två bollar ser de inte länge på dem; det stämmer med deras förväntan. Om de däremot visas en boll ser de länge på den! Är detta ett tecken på att de redan vid fyra månaders ålder har förväntningar på världen? Ett föremål kan inte röra sig från en plats till en annan utan att vara på platserna där c Leif Karlsson 5 leif.karlsson@mah.se

6 emellan. Liknande experiment har utförts när det gäller andra begrepp såsom objekt, kausalitet, antal och person. En av frågorna som man söker svar på är om dessa begrepp är medfödda eller inlärda? Denna typ av experiment utföres av kognitionsforskare och psykologer. Hur denierar en psykolog ett objekt eller föremål? Susan Carey ger en kort beskrivning av vad ett objekt/föremål är i inledningen till en artikel som heter The origin and evolution of everyday concepts, hon säger [Carey, 1990]: By objects, I mean bounded, coherent wholes that endure through time and move on spatio-temporally continuous paths. Bounded innebär att objektet har en begränsning; är avgränsat från rummet i övrigt. Coherent att det yttar sig som en helhet genom tiden. Det ska också ha en kontinuitet (continuous) i rummet (spatio) och tiden (temporally), inga hopp i rummet eller tiden är tillåtna. Ofta brukar det också tilläggas att ett objektet ska ha soliditet, de ska inte kunna passera genom varandra. Det barnet i ovanstående experiment (med två skärmar) redan vet om föremål är att de måste röra sig kontinuerligt i rummet: spatio-temporally continous paths. D.v.s. om ingen boll passerar mellanrummet måste det vara två bollar. Man kan inte gå från A till B utan att passera området mellan A och B. Observera att ovanstående experiment med två skärmar är hämtat från aktuell forskning och därför nns det alltid tvister om tolkningen av experimenten[johnson and Brenner, 2003]. På följande site nns er exempel på försök med små barn och deras uppfattning av objekt: Att fylla ut gapen i händelseförlopp eller förutsäga vad som kommer att ske är en viktig förmåga. Vi gör detta ofta. Att komplettera/förutsäga en rörelse under en tid då ett föremål inte syns klarar man från 4-6 månaders ålder. Förmågan har ett klart överlevnadsvärde. 1.2 Kan du förutsäga (komplettera) rörelser? Du lärde dig komplettera rörelser som liten och även under din uppväxt, men det nns alltid brister i förmågan. Din uppfattning om rörelse kan dierentieras mer. På skoj har jag några rörelser/händelser som du kan försöka förutsäga; lycka till! Placera som på bilden nedan en mindre boll ovanpå en större, det ska vara kontakt mellan dem. Håll dem framför dig, en hand på varje boll. Släpp dem samtidigt och låt dem falla mot golvet så den understa studsar mot golvet. Vad händer med den lilla bollens fart efter studsen? c Leif Karlsson 6 leif.karlsson@mah.se

7 En liten metallkula rullas längs en böjd plåtbit. Hur rör sig kulan när plåtbiten tar slut? Vilken av de svarta kurvorna stämmer bäst? En våg med ett glas vatten på. En liten kork stoppas ner i vattnet och hålles nere; eller korken får yta i vattnet. Vad händer med vågens utslag? Håll på cirka en meters avstånd från golvet en boll och ett papper som du skrynklat i handen till samma storlek som bollen. Om du släpper dessa samtidigt, vilken når golvet först? c Leif Karlsson 7 leif.karlsson@mah.se

8 Litteraturförteckning Susan Carey. The origin and evolution of everyday concepts. In Giere R., editor, Cognitive Models of Science, volume XV of Minnesota Studies in the Philosophy of Science, pages University of Minnesota Press, Hendrik. By Hendrike 05:56, 24 July 2007 (UTC) (own illustrator) [GFDL ( or CC-BY-SA-3.0 ( via Wikimedia Commons. URL S. P. Johnson and J. G. Brenner. Infant's perception of object trajectories. Child Development, 74(1):94108, January, February