Κλασική Μηχανική – Νευτώνεια Μηχανική: «Πώς ένα μήλο άλλαξε τον κόσμο» (20 λεπτά)
Το εκκρεμές του Foucault είναι ένα από τα πιο εντυπωσιακά πειράματα στην ιστορία της φυσικής, καθώς είναι σε θέση να επιδείξει με απτό τρόπο την περιστροφή της Γης. Το πείραμα, που πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο φυσικό Léon Foucault το 1851, δεν απαιτεί σύνθετες διατάξεις ή ακριβές συσκευές, αλλά βασίζεται σε απλές φυσικές αρχές που μπορούν να παρατηρηθούν από όλους. Το 1851, ο Foucault είχε την ιδέα να χρησιμοποιήσει ένα εκκρεμές για να αποδείξει την περιστροφή της Γης. Το εκκρεμές που χρησιμοποίησε ήταν μια βαριά μάζα, συνήθως μια μεταλλική σφαίρα, η οποία κρέμονταν από ένα μακρύ σύρμα. Στην πρώτη επίδειξη, ο Foucault χρησιμοποίησε ένα εκκρεμές μήκους περίπου 67 μέτρων με μάζα περίπου 28 κιλών, το οποίο εγκαταστάθηκε στον θόλο του Παρισινού Πανθέου.
Όταν το εκκρεμές ξεκινά να αιωρείται, η τροχιά του αρχικά παραμένει σταθερή σε σχέση με τα αστέρια (αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς). Καθώς όμως η Γη περιστρέφεται κάτω από το εκκρεμές, η τροχιά του φαίνεται να μετατοπίζεται σε σχέση με το έδαφος. Στην πραγματικότητα, το εκκρεμές διατηρεί την ίδια κατεύθυνση, αλλά η περιστροφή της Γης προκαλεί την φαινομενική αυτή αλλαγή. Η περιστροφή της Γης γίνεται εύκολα αντιληπτή από την μετακίνηση της επιφάνειας που βρίσκεται κάτω από το εκκρεμές (όπως φαίνεται στην εικόνα).
Ηλεκτρομαγνητισμός: «Δαμάζοντας τους κεραυνούς» (20 λεπτά)
Το χαοτικό εκκρεμές είναι ένα παράδειγμα μηχανικού συστήματος το οποίο εμφανίζει χαοτική συμπεριφορά υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Χαρακτηρίζεται από την ευαισθησία στις αρχικές συνθήκες, πράγμα που σημαίνει ότι ακόμη και μικρές διαφορές στις αρχικές συνθήκες μπορούν να οδηγήσουν σε δραστικά διαφορετικές μελλοντικές συμπεριφορές του συστήματος. Το σύστημα του χαοτικού εκκρεμούς αποτελείται συνήθως από ένα απλό εκκρεμές που ταλαντεύεται γύρω από ένα σταθερό σημείο, με την προσθήκη εξωτερικών δυνάμεων, όπως είναι η δύναμη τριβής ή μια περιοδική εξωτερική δύναμη. Αντί να ακολουθεί μια προβλέψιμη, περιοδική τροχιά, το χαοτικό εκκρεμές μπορεί να εμφανίσει μη περιοδικές, περίπλοκες τροχιές που δεν επαναλαμβάνονται ποτέ ακριβώς με τον ίδιο τρόπο (βασική παρατήρηση). Αυτό το είδος συμπεριφοράς είναι ένα από τα κλασικά παραδείγματα του τι μπορεί να συμβεί σε δυναμικά συστήματα με μη γραμμικές εξισώσεις κίνησης. Το χαοτικό εκκρεμές χρησιμοποιείται συχνά για να μελετηθούν οι αρχές του χάους και της μη γραμμικής δυναμικής.
Οι χαοτικές ταλαντωτικές κινήσεις που επηρεάζονται από μαγνήτες είναι ένα ενδιαφέρον φαινόμενο που συχνά μελετάται σε φυσικά συστήματα όπου η κίνηση ενός αντικειμένου, όπως ενός εκκρεμούς, επηρεάζεται από μαγνητικά πεδία. Αυτά τα συστήματα μπορούν να παρουσιάσουν εξαιρετικά περίπλοκες και απρόβλεπτες κινήσεις λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ των μαγνητικών δυνάμεων και των δυνάμεων επαναφοράς.
Σύγχρονη Φυσική: «Από το απειροστό στο άπειρο» (20 λεπτά)
Αξιώματα Ειδικής Θεωρίας Σχετικότητας – Αϊνστάιν (1905)
- Οι νόμοι της φύσης είναι ίδιοι για όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Ισχύει πως κάθε σύστημα αναφοράς που κινείται με σταθερή ταχύτητα ως προς ένα αδρανειακό σύστημα αναφοράς είναι κι αυτό αδρανειακό.
- Η ταχύτητα του φωτός είναι ίδια σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς.
Ειδική Σχετικότητα
Το κάθε αδρανειακό σύστημα αναφοράς διέπεται από τους ίδιους νόμους και ένας παρατηρητής σ’ αυτό, μπορεί να θεωρεί το σύστημα που βρίσκεται ως “ακίνητο”, ενώ η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή σε όλα τα αδρανειακά συστήματα.
Η κίνηση είναι σχετική καθώς σχετίζεται μόνο σε σχέση με ένα ορισμένο σύστημα αναφοράς. Δηλαδή, όταν ένα σώμα κινείται, τότε αλλάζει η θέση του σχετικά με κάτι άλλο.
Στο έκθεμα υπάρχει ο δίσκος Benham.
Ο Δίσκος του Benham, γνωστός επίσης ως “Δίσκος των Χρωμάτων του Benham” (Benham’s Top), είναι ένα οπτικό παιχνίδι που δημιουργεί την ψευδαίσθηση των χρωμάτων όταν περιστρέφεται. Εφευρέθηκε από τον Charles Benham το 1894 και χρησιμοποιείται για να εξετάσει την ανθρώπινη αντίληψη των χρωμάτων και τη λειτουργία του οπτικού συστήματος