Fyzika sa v Slovensku učí a vyučuje hlavne induktívne. Teda najprv sa učia jednotlivé fakty, z ktorých sa následne vyvodzujú všeobecné závery. Tento prístup sa používa zrejme preto, že v histórii ľudstva väčšina znalostí fyziky vznikla najmä týmto spôsobom. Najmä takto sa totiž fyzika v histórii budovala. Ľudí navyše veľmi bavia príbehy, a väčšina príbehov vo fyzike, ako som už spomínal, bola induktívny spôsob bádania.
Mňa však už od strednej školy zaujal deduktívny prístup, teda z niekoľkých málo základných faktov odvodiť všetky ostatné. A to preto, lebo som si chcel nadobudnuté znalosti v mysli prehľadne usporiadať a uvoľniť si tam miesto aj na iné veci. Ale nájsť knihu či učebnicu klasickej fyziky, kde sa klasická fyzika vysvetľuje deduktívne je ťažké, niekedy až nemožné. (K pojmu klasickej fyziky: hrubé rozdelenie fyziky je na klasickú fyziku, špeciálnu a všeobecnú teóriu relativity a kvantovú teóriu). Preto si myslím, že tento článok, a súvisiaci podrobný text [2] môže niekomu pomôcť.
Deduktívny prístup odporúčam hlavne tým, ktorí majú už množstvo znalostí z fyziky, a chcú si to veľké množstvo informácii z fyziky usporiadať, pretriediť a uvoľniť si vo svojej mysli miesto aj na iné veci. Pri deduktívnom prístupe si totiž môžete pamätať oveľa menej vecí a pomocou logického myslenia si zvyšok odovodíte.
Príkladom je všeobecná teória relativity, kde z Einsteinových rovníc relativity [3], fyzici odvodzujú rôzne ich riešenia (existencia čiernych dier, rozpínajúci sa vesmír, gravitačný kolaps hviezd, … ) už vyše 100 rokov. Dnes je týchto riešení niekoľko stoviek, až tisíce [4]. A tieto riešenia sú vlastne základom celej súčasnej všeobecnej teórie relativity.
Podobne je to v kvantovej teórii kde je niekoľko málo postulátov kvantovej fyziky, na základe ktorých kvantoví fyzici objavujú ďalšie poznatky. Príkladom je aj Euklides, ktorí navrhol základné axiómy matematiky, z ktorých potom odvodzoval ostatné znalosti vtedajšej matematiky.
Aby som oslovil viac ľudí, nevybral som si ani všeobecnú teóriu relativity, ani kvantovú teóriu, ale klasickú Elektrinu a Magnetizmus; a napísal som príklad na deduktívny prístup v Elektrine a Magnetizme. Dá sa stiahnuť tu [2]: https://www.dropbox.com/scl/fi/8rogckuo8e2y8zrdl6fb1/TEACHING_Thesis.pdf?rlkey=8g2ucqk6qylgc5qm7iuej5ue8&st=wityne33&dl=0.
(Dal by som to radšej na vlastnú stránku, ale zatiaľ som nenašiel free webhosting s bezplatným https. Ak by niekto nejaký poznal, dajte mi vedieť 😊).
V texte [2] je odvodených 67 známych rovníc Elektriny a Magnetizmu pomocou 6-tich základných rovníc a 24 definičných rovníc. Definičné rovnice definujú nejakú novú fyzikálnu veličinu, takže tie nemôžeme odvodiť. Definovanie nových fyzikálnych veličín slúži často na zjednodušenie zápisu existujúcich rovníc. Teda napr. aby sme neustále nepísali podiel sily a plochy, F/S, označíme si to ako tlak “p” a tým sme zadefinovali novú fyzikálnu veličinu tlak.
Ani tieto definičné rovnice by však podľa mňa nemali byť vyžadované aby sa učili naspamäť ako básnička. Jednak sa dajú veľmi rýchlo vygoogliť, a jednak si ich človek pri častom používaní aj tak zapamätá. Podobný text ako [2] by mohol vzniknúť aj na iné časti klasickej fyziky, ako sú Optika, Mechanika, Termodynamika, a pod. Optika veľmi úzko súvisí s Elektrinou a Mangetizmom a mnohé jej rovnice vyplývajú z teórie Elektriny a Magnetizmu.
ZÁVER:
· Veľká väčšina rovníc vo fyzike sa dá odvodiť z malého množstva základných rovníc. Odvodiť sa nedajú hlavne definičné rovnice, ktoré definujú nejakú novú fyzikálnu veličinu. Na odvodzovanie je však potrebné ovládať niektoré časti matematiky, a medzi ne pri zložitejších odvodeniach patria aj základy derivácii a integrálov.
· Text [2] je určený hlavne ako pomôcka pre českých a slovenských vysokoškolských študentov, učiteľov fyziky, a stredoškolských riešiteľov fyzikálnych olympiád a seminárov. V texte je odvodených 67 rovníc z učiva Elektriny a magnetizmu, dá sa povedať že väčšinou najznámejších, pomocou 6 základných rovníc a 24 definičných rovníc.
· Základné rovnice a definičné rovnice sú v [2] zvýraznené pri konkrétnych odvodeniach, a v závere práce je uvedená frekvencia s akou boli tieto základné rovnice pri odvodzovaní použité.
· Odvodené rovnice sú v [2] rozdelené na stredoškolské a vysokoškolské, a v závere zhrnuté v dvoch tabuľkách.
· Na poslednej 70. strane dokumentu [2] je uvedený všeobecný postup na riešenie príkladov. Je vhodný hlavne pri ťažších príkladoch, teda hlavne pre posledné dva ročníky stredných škôl a študentov vysokých škôl.
· V [2] je ukázané, že veľké množstvo rovníc v základnom kurze fyziky nie je nutné, ani žiaduce, učiť sa naspamäť. Dajú sa totiž odvodiť z malého počtu iných rovníc.
ZDROJE:
[1] úvodný obrázok z http://www.tapir.caltech.edu/~teviet/Waves/emwave.html [5.8.2023]
[2] Peter Ondáč, Prehľad Odvodení Základných Rovníc Elektriny a Magnetizmu. Dostupné na https://www.dropbox.com/scl/fi/8rogckuo8e2y8zrdl6fb1/TEACHING_Thesis.pdf?rlkey=8g2ucqk6qylgc5qm7iuej5ue8&st=wityne33&dl=0 [24.4.2023]
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein_field_equations [5.8.2023]
[4] Stephani Hans, Exact Solutions of Einstein's Field. Equationshttps://www.enbook.sk/catalog/product/view/id/1798367?gclid=CjwKCAjw5remBhBiEiwAxL2M94BkwwE5SKMhuV01tHR3o3SrKRqzei7qqcou1xkwRKQAAOuoCz1nVBoCA3wQAvD_BwE#detailed-description [5.8.2023]
