Füüsika tunnetuspiirid. Nähtavushorisont.

1. Füüsika tunnetuspiirid. Nähtavushorisont. Konspekt 10. klassile Tarmo Vana VKG Detsember 2011

2. Konspekti koostamisel on kasutatud Indrek Peili abistavat konspekti 10. klassile Füüsikalise looduskäsitluse alused.

3. Füüsik saab looduse kohta teavet vaatluse teel. Kõige lihtsam on vaadelda objekte, mis asuvad meie vahetus ümbruses ja meiega umbes sama suured. Selliseid objekte tajume kõige kergemini. Meist suuremaid ja väiksemaid objekte suudame vaadelda teatud piirini.

4. Ette tulevad piirid on tingitud nii meeleelundite kui teadvuse võimekusest. Näiteks ei suuda me palja silmaga uurida pisikeste tolmukübemete ega kaugete planeetide pinda. Kaugusi, mida ise läbida suudame, kujutame hästi ette. Tajume sisemas, kui palju on maratonijooks pikem 100 meetri sprindist, kuid kaugusi Kuu ja Päikeseni võrrelda ei suuda. Võime küll vastavad arvud teatmikust leida ja arvutada, palju üks teisest suurem on, kuid nende erinevust ette kujutada ei oska.

5. Vaatame enda ümber Asume toas, mis on meist mitu korda suurem. See ruum on osa veel suuremast majast. Majast suurem on linn, sellest omakorda riik. Kui niiviisi ruumis järjest suuremaid objekte nimetada, jõuame varem või hiljem piirini, kus me enam ei oska veel suuremat välja pakkuda. Jõuame ruumilise teadmise ülemise piirini. Vaatleja teadmiste piiri, millest suuremaid ruumiosi ei suudeta teadulikult kirjeldada, nimetatakse välimiseks nähtavushorisondiks.

6. Piir jõuab ette ka siis, kui küsime endalt, et mis on need veel väiksemad asjad, millest uuritav asi koosneb. Piiri, millest väiksemaid objekte me uurida ei suuda, nimetatakse sisemiseks nähtavushorisondiks.

7. Loodust vaatlev inimene asub nähtavushorisontide vahel.  Nii sisemise kui välimise nähtavushorisondi kaugus meist sõltub teadmisest ning abivahenditest. Teaduse ja tehnika arenedes avardub ka tunnetatav maailm. Näiteks mikroskoop võimaldab vaadelda mikroobe, teleskoop võimaldab avastada üha kaugemaid kosmilisi objekte.

8. Tänapäeva füüsika poolt uuritav maailm jääb ruumiliselt vahemikku 10-21 m ... 1025 m. Erinevalt teistest loodusteadustest on just füüsika see, mille ülesandeks on nähtavushorisonte edasi nihutada ning tunnetatavat maailma avardada.

9. Looduse struktuuritasemed Seda osa loodusest, mille objektid on inimesele tajutavad ja tunnetatavad ilma keeruliste tehniliste lisavahenditeta, nimetatakse makromaailmaks (μάκρος — kreeka k. kaugel) Makromaailma moodustavad kehad, mis ei erine mõõtmetelt inimesest enam kui miljon korda. Kui inimese mõõtmed on samas suurusjärgus 1 meetriga, siis makromaailma alumiseks piiriks on tinglikult võetud miljondik meetrit ehk mikromeeter 1 µm (rakkude osad) ja ülemiseks piiriks miljon meetrit ehk megameeter 1 Mm = 1000 km (riigid maakaardil).

10. Ühest mikromeetrist väiksemad on molekulid, aatomid ja nende koostisosakesed ning muud väikesed füüsikalised objektid, mis kokku moodustavad mikromaailma (μικρός — kreeka k. väike). Kosmiliste objektide, Maakera nende hulgas, mõõtmed ja vahekaugused ületavad ühe megameetri ning moodustavad füüsika mõttes megamaailma (μέγας — kreeka k. suur).

11. Makro-, mikro- ja megamaailmad erinevad oma objektide omaduste ja käitumise poolest suurel määral. Seepärast uurivad neid füüsika erinevad harud. Füüsikalise maailma struktuuritasemed  võib esitada järgmise skeemina (l  tähistab uuritavate objektide mõõtmeid): MEGAMAAILM ( l > 1 Mm)MAKROMAAILM (1 µm < l < 1 Mm)MIKROMAAILM ( l < 1 µm)

14. MIKROMAAILM10 – 7 m — suur molekul 10 – 8 m — viirus 10 – 9 m — mikroprotsessori väikseim element 10 – 10 m — aatom 10 – 11 m — röntgenkiirguse lainepikkus 10 – 12 m — gammakiirguse lainepikkus 10 – 13 m — tühi ruum aatomituuma ümber 10 – 14 m — aatomituum 10 – 15 m — prooton ja neutron 10 – 16 m — mesonid 10 – 17 m 10 – 18 m — elektronid ja kvargid 10 – 19 m 10 – 20 m — tehniline piir (kiirendite tegevusulatus)

16. Film suurtest ja väikestest asjadest Järgnev film annab ülevaate maksimaalselt kui kaugeid ja minimaalselt kui pisikesi objekte on tänapäeva füüsika suuteline uurima ja kirjeldama. http://www.fyysika.ee/vorgustik/?p=545 http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/scienceopticsu/powersof10/index.html

17. Kui kaugel on inimene käinud? Päikesesüsteemi läbimõõt? Kui kaugelt näiks Päike tavalise tähena? Kui kaugel on meile lähim täht? Kui kaugelt näivad galaktikad meile täppidena? Kus leiutati mikroskoop? Mis on tänapäeval teadaolevad väikseimad objektid?