Interferencija valova učenicima je poznata iz iskustva, primjerice elektromagnetski signal koji stvara uređaj (npr. računalo), a koji ometa prijem radijskih ili televizijskih emisija. Upravo je interferencija elektromagnetskih valova odgovorna za smetnje pri prijenosu Wi-Fi signala.

Jednostavan zoran primjer interferencije valova jest interferencija valova na površini mora ili rijeka. Stoga se istraživanje interferencije može započeti tim primjerima.

Ponovite s učenicima pojavu interferencije valova na vodi. Interferencija valova na vodi može se vidjeti u videozapisu, koji prikazuje pokus s valovima na vodi.

Tijekom gledanja videozapisa razgovarajte s učenicima o tome kada vide interferenciju valova i u kojim okolnostima. Pritom ih potičite da uvažavaju tuđe mišljenje i kada se s njime ne slažu te naglasite da u znanstvenoj raspravi napuštamo svoju hipotezu ako smo suočeni s argumentima koji ju opovrgavaju.

U svakoj raspravi, u znanosti i u društvu, treba poticati dijalog uz međusobno uvažavanje. Potrebno je također izbjegavati da zbog predrasuda prema sugovorniku unaprijed odbacujemo njegov stav.

Raspravite s učenicima o njihovim pretpostavkama kako se interferentna slika dvaju valova mijenja u ovisnosti o udaljenosti između izvora valova te o valnoj duljini valova. Neka pretpostavke provjere pomoću simulacije Interferencija valova u e-Škole DOS Fizika 4, Modul 1, Jedinica 2. Podijelite ih u parove tako da pri radu mogu međusobno nadopunjavati opažanja i nastaviti prethodno započetu raspravu. Neka opišu što su radili te svoja zapažanja podijele pomoću alata Padlet.

Pomoću interaktivne PhET simulacije učenici mogu pomnije razmotriti utjecaj razmaka (separation) između dvaju izvora svjetlosti, valne duljine odnosno frekvencije (frequency) i amplitude valova pri interferenciji.

Kao i u prethodnoj simulaciji, moguće je mijenjati veličine koje uvjetuju izgled interferentne slike. Također, unutar dijela o interferenciji valova (Wave interference) neka učenici usporede interferenciju valova na vodi (klikom na crtež slavine u desnom izborniku), zvučnih valova (klikom na crtež zvučnika) i svjetlosnih valova (klikom na crtež lasera).

Svoje bilješke o istraživanju interferencije mehaničkih (na vodi i zvučnih) i svjetlosnih valova neka učenici podijele s ostalim učenicima u razredu.

Na kraju raspravite zajedno o opažanjima i zaključcima.

Napomena: opisano istraživanje pomoću simulacija može se učenicima zadati i prilikom nastave u mrežnom okruženju uz prethodne upute što trebaju istražiti i kako da se koriste simulacijom.

Tijekom izvođenja aktivnosti učenike možete pitati je li im pojam interferencija poznat i iz drugih područja. Možete ih uputiti na poveznice o interferenciji na stranicama Google Znalac i Hrvatska enciklopedija, gdje će vidjeti da se pojam pojavljuje i u drugim područjima, a ne samo u fizici.

Primjerice, u psihologiji se pojam interferencije odnosi na situaciju u kojoj stara navika ometa usvajanje nove. Potaknite učenike koje zanima psihologija da istraže tu temu. Motivirajte ih pitanjem mogu li se sjetiti primjera iz vlastitog iskustva.

U odnosima među ljudima i pojavama, pojam interferirati može imati i značenje miješati se u nešto ili sukobiti se, u lingvistici se odnosi na utjecaj jednog jezika na drugi pa možemo reći kako je interferencija među narječjima te interferencija sa susjednim jezicima pridonijela bogatstvu naših lokalnih govora.

Zainteresirane učenike možete uputiti na još jednu sličnu simulaciju. Na njoj je moguće mijenjati razmak među pukotinama i promatrati sliku interferencije.

Kako bi se sadržaj ove aktivnosti prilagodio učenicima s teškoćama u razvoju, uvijek trebate imati na umu da je ta skupina heterogena te da se uz navedene prilagodbe mogu dodati još neke, ovisno o pojedinačnim potrebama učenika. Postupke prilagodbe važno je osmisliti i provoditi u suradnji sa stručnim suradnikom škole, ovisno o vrsti teškoće koju učenik ima (sa psihologom, edukacijskim rehabilitatorom, logopedom...). U svim aktivnostima, a osobito u aktivnostima samostalnog rada osigurajte dodatno vrijeme za učenike s teškoćama.

Najavite strukturu sata i slijed događanja u aktivnostima za učenike s poremećajem iz autističnoga spektra (npr. videozapis, simulacija, pokus).

U aktivnosti Preklapanje i prožimanje učenicima s teškoćama pripremite podsjetnike s ključnim riječima iz prethodnih lekcija, kao i činjenice o interferenciji valova. Što se tiče simulacije Interferencija valova, učenicima objasnite i pokažite kako se simulator koristi. Posebnu pozornost obratite na učenike s oštećenjem vida kako biste se uvjerili da mogu vizualno doživjeti simulaciju. Ako to nije moguće ni kada su posve blizu računalu, potrebno im je objasniti što se u simulaciji događa.

Poveznicu s videozapisom prikaza interferencije valova bilo bi poželjno poslati učenicima s teškoćama nekoliko dana prije sata. Također bi trebalo pojasniti sadržaj videozapisa i pripremiti natuknice teksta koji ga prati. Pri korištenju interaktivnom PhET simulacijom važno je osigurati jasne upute, osobito učenicima sa specifičnim teškoćama u učenju i učenicima s poremećajem aktivnosti i pažnje (npr. pripremite obrazac za bilježenje). Prije nego što učenici počnu raditi na simulaciji, potrebno im je pokazati kako će se njome koristiti te osigurati vršnjačku potporu za učenike koji se sporije i teže služe alatima.

Dodatne informacije o postupcima potpore učenicima s teškoćama u razvoju možete potražiti u priručniku Didaktičko-metodičke upute za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama. Također, potražite Smjernice za rad s učenicima s teškoćama i savjete učiteljima na stranicama Hrvatske udruge za disleksiju.

U prirodi postoji niz primjera pojave interferencije svjetlosti.

Učenike koji žele znati više, a snalaze se sa sadržajima na engleskom jeziku uputite na poveznicu, gdje je objašnjena pojava boje tankih listića na primjeru sapunice.

Primjeri animacija mogu se pogledati na ovoj poveznici.

Neka učenici prouče materijal i kreiraju prezentaciju u alatu Genially te objasne pojavu drugim učenicima.

Neka u prezentaciji povežu priču o interferenciji u prirodi s temama vezanim za očuvanje prirode (mrlje od ulja na površini vode, boje na rijetkim vrstama ptica ili kukaca kojima prijeti izumiranje i slično).

Na prethodnom satu učenike uputite na e-Škole DOS Fizika 4, Modul 1, Jedinica 2, gdje se nalaze teorijske osnove pojave interferencije, sadržaji za samostalno istraživanje i zadatci za vježbu.

Neka učenici vode bilješke u kojima će opisati interferenciju svjetlosti kao pojavu te riječima i matematički opisati uvjete konstruktivne i destruktivne interferencije. Osim toga, neka objasne Youngov pokus te primjere interferencije u prirodi i njezine primjene u tehnologiji.

Bilješke mogu podijeliti alatu Word Online sustava Office 365. Zajednički raspravite o njihovim bilješkama.

Potom učenicima pokažite pokus. Ukrstite svjetlosne snopova iz dvaju različitih izvora, primjerice baterijskih svjetiljki ili laserskih pokazivača. Raspravite s učenicima o sljedećem:

Zašto se ne opaža međusobno djelovanje svjetlosnih snopova?
Koji uvjeti moraju biti ispunjeni?

Neka učenici na temelju proučenih izvora objasne što vide.

Razgovarajte o tome jesu ili pratili Festival svjetla odnosno jesu li mu prisustvovali, te koristi li se ondje pojava interferencije. Razgovarajte i o tome gdje se sve u prirodi susrećemo s interferencijom svjetlosti. Primjerice, prelijevanje boja na CD-u, boje na opni mjehura sapunice, na ulju razlivenom na vodi, što je često rezultat nepažnje. Neka pokušaju navedene primjere načelno objasniti na osnovi izvora znanja koje su proučili.

Dodatno, učenicima koji se služe engleskim jezikom možete za ponavljanje ili proširivanje znanja ponuditi i sadržaj na poveznici, gdje mogu pogledati animaciju interferencije valova na vodi (Young’s experiment with water waves) i opis Youngova pokusa izvedenog pomoću laserskih dioda (Young’s experiment with laser light).

Nakon što su učenici, koristeći se digitalnim obrazovnim sadržajem, samostalno objasnili interferenciju svjetlosti i Youngov pokus, provedite eksperimentalni zadatak koji će izraditi u grupama.

U znanstvenim istraživanjima, kao i u mnogim drugim područjima ljudskog djelovanja, često se radi u timu. Svaki član tima preuzima dio odgovornosti na sebe i u dogovorenom vremenu napravi ono što je preuzeo. Nužno je da se svi međusobno uvažavaju unatoč mogućim razlikama u mišljenjima o pojedinom aspektu rada, a dvojbe rješavaju argumentiranim razgovorom. Također, potrebno je izbjegavati predrasude i stereotipe (primjerice, „znanost nije za žene“, „ti si umjetnički tip, ti ovo ne razumiješ“ i slično).

Pokus: Youngov pokus

Youngov pokus vrlo je jednostavno izvesti u učionici uporabom koherentne svjetlosti laserskih pokazivača ili laserskih dioda. Učenike podijelite u skupine od četiri do pet učenika.

Youngove pukotine za pokus s interferencijom svjetlosti moguće je jednostavno unaprijed izraditi i prirediti za rad u grupama. Uzmite stakalca za objektiv mikroskopa i poprskajte ih crnom mat bojom. Kad se prvi sloj boje osuši, ponovite postupak tako da je stakalce u konačnici prekriveno s dvama do trima slojevima boje. Taj se dio ne preporučuje dati učenicima da sami naprave na satu, zbog prostora i mjera sigurnosti, pa to priredite unaprijed.

Iskoristite priliku da s njima razgovarate o potrebi pridržavanja mjera zaštite pri izvođenju pokusa. Na satu im dajte po dva žileta (pazeći pritom na mjere zaštite) i ravnalo. Žilete neka prislone jedan uz drugi i uz ravnalo postavljeno na mikroskopsko stakalce pomoću žileta neka iscrtaju dvostruku pukotinu. Skica izrade pukotina prikazana je na poveznici.

Pomoću žileta prislonih jedan uz drugi i uz ravnalo postavljeno na pripremljeno mikroskopsko stakalce (obojeno crnom mat bojom) iscrtava se dvostruka pukotina.

Ako se pomoću pomične mjerke odredi debljina žileta, poznat je razmak između pukotina.
Eksperimentalni postav prikazan je na skici.

Laserski pokazivač i nosač s dvostrukom pukotinom postave se pomoću stativa i stativnog pribora. Početno su udaljeni nekoliko desetaka centimetara. Na udaljenosti od 1 do 1,5 m od pukotina postavljen je zaslon. Laserskom svjetlošću obasjava se dvostruka pukotina i na zaslonu se opaža pojava interferencije.

Kako bi se što više pri opažanju izbjegao učinak ogiba na pukotinama, uputite učenike da se usredotoče na središnji ogibni maksimum i u njemu opažaju pojavu interferencije.

Razgovarajte s učenicima o slici na zastoru.

Raspravite s njima o tome kako bi odredili valnu duljinu svjetlosti.

Na osnovi mjerenja udaljenosti između pukotina i zaslona, te već utvrđenim razmakom između pukotina i mjerenjem razmaka između dviju susjednih tamnih (ili svijetlih) pruga, neka odrede valnu duljinu izvora svjetlosti.

Opis pokusa, podatke mjerenja kao i njihovu analizu i zaključke neka podijele pomoću alata Word Online sustava Office 365. Na kraju zajedno raspravite o opažanjima i zaključcima.

Kako bi se sadržaj ove aktivnosti prilagodio učenicima s teškoćama u razvoju, uvijek trebate imati na umu da je ta skupina heterogena te da se uz navedene prilagodbe mogu dodati još neke, ovisno o pojedinačnim potrebama učenika. Postupke prilagodbe važno je osmisliti i provoditi u suradnji sa stručnim suradnikom škole, ovisno o vrsti teškoće koju učenik ima (sa psihologom, edukacijskim rehabilitatorom, logopedom...). U svim aktivnostima, a osobito u aktivnostima samostalnog rada osigurajte dodatno vrijeme za učenike s teškoćama.

Prilikom vođenja bilješki o interferenciji svjetlosti, dajte učenicima s teškoćama jasne upute što se od njih očekuje. Učenicima s disleksijom i poremećajem aktivnosti i pažnje, učenicima s intelektualnim teškoćama, učenicima s poremećajem iz autističnoga spektra te učenicima s oštećenjem sluha pripremite natuknice ili ključne riječi koje će im trebati pojasniti.

Učenike s poremećajem aktivnosti i pažnje poželjno je uključiti u izvođenje pokusa. Raspravite s učenikom o ulozi koju će imati tijekom rada u skupini. Svakom učeniku s teškoćama osigurajte vršnjaka koji će mu pomoći u izvršavanju zadataka bude li mu to potrebno. Posebnu pozornost obratite na sigurnost učenika s poremećajem aktivnosti i pažnje ili poremećajem iz autističnoga spektra s obzirom na to da se u pokusu koriste oštri i opasni predmeti. Neposredno prije izvođenja pokusa dogovorite pravila ponašanja i mjere opreza te ih po potrebi ponavljajte i tijekom pokusa. Pravila ponašanja prikažite vizualno, što je osobito važno za učenike s poremećajem iz autističnoga spektra.

Dodatne informacije o postupcima potpore učenicima s teškoćama u razvoju možete potražiti u priručniku Didaktičko-metodičke upute za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama. Također, potražite Smjernice za rad s učenicima s teškoćama i savjete učiteljima na stranicama Hrvatske udruge za disleksiju.

Brojne su primjene interferencije. Primjerice, interferometri su precizni mjerni instrumenti koji valove primaju pomoću dvaju detektora pa s pomoću pruga interferencije provode precizna mjerenja – u graditeljstvu, gdje su precizna mjerenja potrebna da se postigne sigurnost građevina, u seizmologiji, astronomiji i tako dalje.

Pomoću interferometra Albert Abraham Michelson i Edward Williams Moreley izveli su povijesni pokus, kojim su pokazali nepostojanje etera (zamišljenog sredstva koje pomaže prijenosu elektromagnetskih valova) te koji je pridonio spoznaji da je brzina svjetlosti univerzalna konstanta, što je u sljedećim desetljećima dovelo do novog poimanja prostora i vremena, koje se razlikuje od onog prihvaćenog u Newtonovoj fizici.

To je dobar primjer koji vam može poslužiti za raspravu o tome kako je za razvoj znanosti presudna volja da se odbace pretpostavke za koje se eksperimentom pokažu da nisu dobre. U znanosti, ali i u svim životnim situacijama, spremnost da odustanemo od mišljenja kada smo suočeni s argumentima koji mu se protive, vodi napretku i dijalogu.

Prvi primjer interferometra bio je eksperimentalni postav za Youngov pokus.

U ovoj aktivnosti s učenicima provedite mjerenje pomoću interferencije služeći se priom videozapisom sa snimljenim pokusom.

Učenicima dajte zadatak u kojem će odrediti valnu duljinu svjetlosti laserske diode u Youngovu pokusu s Fresnelovom biprizmom. Po potrebi, prethodno ponovite potrebne sadržaje iz geometrijske optike.

Pokus: Youngov pokus s Fresnelovom biprizmom

Zadatak je odrediti valnu duljinu svjetlosti laserske diode. Učenike podijelite u parove kako bi tijekom rada razvijali suradničko ozračje.

Prije izvođenja pokusa opišite učenicima zadatak i zatražite da iznesu prijedloge kako bi se moglo provesti mjerenje valne duljine laserske svjetlosti te što bi im od pribora bilo potrebno. Također, neka iznesu prijedloge kako bi odredili razmak između virtualnih izvora. Neka o tome argumentirano rasprave.

Pripremite u razrednoj bilježnici alata OneNote stranicu s materijalima za pokus, a zatim ju podijelite sa svim učenicima u njihovu osobnom prostoru u navedenoj razrednoj bilježnici.

Snimku pokusa s Fresnelovom biprizmom upotrijebite kao osnovu za rad. Iz snimke je moguće očitati sva potrebna mjerenja.

Pribor u snimljenom pokusu sastavljen je prema skici.

Divergentna leća postavi se neposredno ispred laserskog pokazivača. Na udaljenosti od 10 do 20 cm postavi se Fresnelova biprizma. Razmak između Fresnelove biprizme i zaslona iznosi oko dva do tri metra. Između Fresnelove biprizme i zaslona (Z) može se postaviti i namjestiti konvergentna leća (povećalo).

Svjetlost iz laserskog pokazivača pada na brid biprizme. Kako bismo mogli opaziti interferenciju, laserski snop proširimo pomoću leće od –10 dioptrija.

Kada se na zastoru dobije zadovoljavajuća interferentna slika, pomoću lupe još jedanput proširimo snopove iza biprizme. Slika se dodatno poboljša ako se ispred biprizme doda još jedna divergentna leća.

Mjerenjem udaljenosti pukotina ili slika izvora do zaslona (L), razmaka između dviju susjednih svijetlih pruga (x), i određivanjem razmaka između pukotina odnosno dvaju virtualnih izvora (d), može se odrediti valna duljina laserske svjetlosti.

Razmak d između virtualnih izvora I₁ i I₂ određujemo tako da pomoću konvergentne leće nađemo na zastoru realne slike I´₁ i I´₂ , kao što je prikazano na slici.

Fresnelovu biprizmu postavimo na udaljenosti od nekoliko desetaka centimetara od zaslona (Z). Između Fresnelove biprizme i zaslona postavimo konvergentnu leću.

Mjerenjem razmaka b i udaljenosti m i n izračunamo razmak d. Iz izraza za određivanje razmaka između dviju susjednih svijetlih interferentnih pruga izračunamo valnu duljinu.

Nakon što učenici u bilježnici alata OneNote podijele svoje bilješke u kojima su navedeni opis rada, mjereni podatci i analiza mjerenih podataka te zaključci, povedite zajedničku raspravu o rezultatima.

Neka zapišu u kojim se dijelovima postupak koji su proveli podudara s njihovim prijedlogom iznesenim u raspravi prije izvođenja. Potaknite ih i da zapišu prijedloge poboljšanja postupka ako ih imaju.

Tijekom rada potičite kod učenika odgovorno i suradničko učenje s naglaskom na međusobnom poštovanju bez isključivosti te argumentiranoj razmjeni stavova i mišljenja. Podsjetite ih na razumijevanje njihovih prava i odgovornosti u radu u paru i u razredu, čineći ih osjetljivima za prava drugih bez obzira na međusobne razlike.

Kako bi se sadržaj ove aktivnosti prilagodio učenicima s teškoćama u razvoju, uvijek trebate imati na umu da je ta skupina heterogena te da se uz navedene prilagodbe mogu dodati još neke, ovisno o pojedinačnim potrebama učenika. Postupke prilagodbe važno je osmisliti i provoditi u suradnji sa stručnim suradnikom škole, ovisno o vrsti teškoće koju učenik ima (sa psihologom, edukacijskim rehabilitatorom, logopedom...). U svim aktivnostima, a osobito u aktivnostima samostalnog rada osigurajte dodatno vrijeme za učenike s teškoćama.

Nekoliko dana prije nastavnoga sata pošaljite učenicima s teškoćama poveznicu na videozapis kako bi ga mogli pogledati i pripremiti se za aktivnosti. Prije gledanja videozapisa učenika s oštećenjem vida smjestite blizu računala i osigurajte uvjete osvjetljenja i položaja u učionici koji će tom učeniku pomoći da bolje vidi. Prije gledanja videozapisa učenicima s teškoćama objasnite što će se od njih tražiti nakon gledanja. Posebice učenicima s disleksijom, diskalkulijom i poremećajem aktivnosti i pažnje te učenicima s intelektualnim teškoćama podijelite podsjetnike s formulama kojima će se trebati koristiti te im omogućite korištenje kalkulatorom.

Prije korištenja bilježnice alata OneNote uvjerite se da se učenici s teškoćama znaju njome koristiti. Tijekom rasprave o rezultatima potaknite učenike s teškoćama na sudjelovanje, ali nije poželjno prozivati učenike s poremećajem u ponašanju i osjećanju te učenike s oštećenjem jezično-govorne glasovne komunikacije, osim ako se samoinicijativno ne jave.

Dodatne informacije o postupcima potpore učenicima s teškoćama u razvoju možete potražiti u priručniku Didaktičko-metodičke upute za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama. Također, potražite Smjernice za rad s učenicima s teškoćama i savjete učiteljima na stranicama Hrvatske udruge za disleksiju.