Obok dodałem nowy kamień, który ma dwa razy większą masę niż ten pierwszy. Oczywiście, nowy kamień spadnie w dwa razy krótszym czasie.

Powyższe nie jest prawdą. Jest to powszechne mylne rozumowanie (ang. misconception) wśród osób, które nie są zaznajomione z fizyką. Mimo to należy okazać tym osobom należyty szacunek. Takie błędne rozumowanie wynika często z intuicji opartej na codziennych doświadczeniach. Nauka podstaw fizyki to korekta „systemu wierzeń”, a nie test na inteligencję. Moje wieloletnie doświadczenie w analizie literatury z zakresu psychologii nauczania fizyki pozwoliło mi zrozumieć, jak uczynić proces edukacyjny efektywnym i jak radzić sobie z typowymi błędnymi przekonaniami, które formują się w trakcie dorastania.

Jeśli zgadzasz się z przedstawioną animacją, to prawdopodobnie masz błędne przekonanie, że czas spadania jest związany z masą. To w porządku. Wiele osób mylnie to zakłada. Moim celem jest stworzenie środowiska, które angażuje i pomaga pozbyć się takich mylnych koncepcji, znacząco przyspieszając proces edukacyjny. Dzięki temu łatwiej osiągniesz swoje cele edukacyjne. (Każda osoba ma inny cel — wielu ludzi mówiło mi, że chcą uczyć się fizyki, ponieważ marzą o wynalezieniu teleportu!)

Obejrzyj poniższy film, na którym astronauci Apollo upuszczają młotek i pióro na Księżycu. Jak myślisz, co się stanie? Zobacz filmik i sprawdź swoje przewidywania.

Wróćmy na chwilę na Ziemię. Wiadomo, że jeśli powtórzymy ten eksperyment na Ziemi, to piórko spada wolniej od młotka. Na Ziemi występują także opory powietrza, których na Księżycu nie ma.

Na Ziemi można sztucznie osiągnąć próżnię w szczelnym pomieszczeniu. W takich warunkach pióro i młot spadłyby identycznie. W poniższym filmie pokazano takie specjalne pomieszczenie! Zobacz fragment od 0:00 do 3:50.

Chcesz inny rodzaj uzasadnienia?

Podstawową zasadą naukowego dociekania jest to, że teorie powinny być poparte jak największą ilością niezależnych dowodów. Im więcej niezależnych dowodów posiadamy, tym bardziej wiarygodna staje się teoria.

Do tej pory przedstawiłem tylko dowody eksperymentalne. Czy mamy jakiś inny powód, by sądzić, że wszystko opada w takim samym czasie? Jak najbardziej! Sprawdźmy, co zaproponował Galileusz w 1590 roku w swojej książce „De motu” („O ruchu”).

Swoją drogą Galileusz był jednym z pierwszych osób na świecie, która dojrzale rozumiała, że naukę należy prowadzić zgodnie ze wspomnianą kluczową zasadą (zasada niezależnych dowodów). Jest to tak oczywiste dla obecnych badaczy, że gdy się ich o to zapyta, mogą mieć problem z jej wyrażeniem słowami. Nieświadomie dążą do uzyskania jak największej liczby niezależnych wyników. Ja sam świadomie zrozumiałem to 2 lata po ukończeniu studiów w Oxfordzie — i tylko dlatego, że zgłębiałem filozofię nauki.

Gotów, aby poznać pięknie prosty argument Galileusza?

Masz jeden kamień, który spadnie w określonym czasie. Bierzemy drugi identyczny kamień i połączymy go z pierwszym za pomocą cienkiej nitki.

Teraz mamy układ o dwa razy większej masie niż wcześniej. Dodanie nitki pomiędzy kamieniami, nie skróci magicznie dwukrotnie czasu spadania! Stąd czas spadania nie zależy od masy układu! Cudownie proste i eleganckie rozumowanie.

I teraz już rozumiesz, dlaczego animacja z początku była podpuchą. Zobacz, że najlepsze filmy mają zawsze twist fabularny. Nigdy nie zapomnę, jak podczas jednego wykładu na moich studiach inżynierskich w Oxfordzie, wykładowca pod koniec godzinnego wykładu powiedział, że „w sumie ten omawiany model rozwalania metali nie zgadza się z wynikami eksperymentów i nikt go nie stosuje”. Uwielbiam wprowadzać takie twisty edukacyjne, aby wywołać u ciebie emocjonalny stosunek do procesu edukacyjnego. Według neurodydaktyków, im więcej różnych bodźców w procesie uczenia się, tym efektywniejsze jest uczenie się. Od lat kształcę się z zakresu neurodydaktyki, co pozwala mi projektować efektywne procesy edukacyjne. Wróćmy do spadających ciał!

Co nam z samego rozumowania (teorii) Galileusza? To dobre pytanie. Ten badacz był także jednym z pierwszych, który dojrzale rozumiał, że eksperyment może mieć jakieś znaczenie, tylko gdy interpretujemy go pod kątem przygotowanej teorii. Kiedy teoria i wyniki eksperymentów zazębiają się — rodzi się naukowa wiarygodność.

Spójrzmy na dwa ostatnie przykłady.

Jako pierwszy przykład, zobacz klip z gry Bearnard. Widać, że wszystkie kamyki spadają dokładnie w takim samym tempie — niezależnie od wielkości (masy).

Michał, twórca gry Bearnard, specjalnie dla Prometeuszy Fizyki przygotował wiele plansz w świecie swojej gry! W zadaniu z poniższym klipem możesz obliczyć, z jaką prędkością kamulec uderzył w przeciwnika. Masz inny pomysł albo inną grę czy film do analizy? Super, napisz na forum społeczności, a ja i inni się temu przyjrzymy!

No to ekstra! Ten poniższy klip jest wykorzystywany w module dotyczącym zderzeń (zasada zachowania pędu). W tym zadaniu obliczysz, czy trafienie w beczkę spowoduje odpowiednią zmianę ruchu beczki, aby wleciała w przeciwnika. To zadanie, tak jak wszystkie inne, można rozwiązać samodzielnie albo z pomocą wskazówek krok po kroku (takich jak te w demie).

Zobacz filmik z gry Evil West.

Animatorzy (pozdrawiam polskie studio Flying Wild Hog!) nałożyli teksturę wody na obiekt poruszający się ze stałą prędkością. Oczywiście woda powinna poruszać się coraz szybciej w trakcie spadania.

Porównaj to z rzeczywistym filmikiem wodospadu. Gdy patrzę na dół strumienia po lewej stronie, jestem naprawdę przerażony potęgą tej wody. Na górze woda płynie wolniej. Aby łatwo dostrzec różnicę prędkości, skup swój wzrok na górze wodospadu, a następnie szybko spójrz na dół wodospadu.

Podsumujmy.

Na naszej planecie podczas spadania zyskujemy \( 9,\!8 \, \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \) dodatkowej prędkości w każdej jednej sekundzie opadania. Można też powiedzieć, że przyspieszenie swobodnego spadania wynosi \( 9,\!8 \, \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s^2}} \). Dla przykładu: rzuć czymś prosto w górę. Powiedzmy, że ciało osiąga najwyższy punkt trajektorii lotu w ciągu jednej sekundy, następnie jedną sekundę później ląduje na dłoni. Oznacza to, że obiekt został rzucony z prędkością około \( 9,\!8 \, \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \) i wylądował na dłoni z prędkością około \( 9,\!8 \, \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \).

Właśnie ci uświadomiłem, że masz niewidzialny prędkościomierz w swojej dłoni!

Czujesz moje metody i wartości? Spełnij swoje marzenia związane z fizyką poprzez dołączenie do platformy Prometeusze Fizyki. Zrozumiesz fizykę we własnym tempie i od podstaw. Jest jeszcze wiele do odkrycia! Na przykład w powyższej dyskusji pominąłem opór powietrza, który czasem odgrywa ważną rolę — np. gdy coś ma odpowiedni kształt. Jeśli masz niedosyt, zrobiłem kiedyś o tym filmik na moim kanale na YT.