Warto przeczytać

Jakie są więc rozmiary atomów, a jakie jądra atomowego? Po wybraniu w Google hasła „Atom” masz natychmiastową informację z Wikipedii „Atomy mają rozmiary rzędu $10^{-10}m$”. Kiedy wpiszesz „Jądro atomowe”, dowiadujesz się, że „Jądra mają rozmiary rzędu $10^{-14}m$ – $10^{-15}m$”. Stosunek rozmiarów jądra atomowego do rozmiarów atomu to 4 rzędy wielkości lub więcej.

To dużo czy mało? Jak to sobie wyobrazić?

Cztery rzędy wielkości to tak, jakbyś porównywał ze sobą dwa przedmioty, z których jeden jest sto razy większy od jednego metra, a drugi jest sto razy mniejszy.

A teraz popatrz na rysunekRysunekrysunek poniżej (Rys. 1.). Jeśli atom miałby rozmiary boiska do piłki nożnej (długość takiego boiska wynosi 105 m), to rozmiary jądra atomowego byłyby porównywalne z rozmiarami piłki i to nie nożnej, a tej do ping‑ponga lub jeszcze mniejszej.

RsKgCMSSFR4TC

Rys. 1. Na rysunku pokazany jest plan boiska do piłki nożnej, a obok znajduje się piłeczka pingpongowa. Rysunek poglądowy przedstawia symboliczne porównanie różnic w rozmiarach atomu i jądra atomowego.

To dopiero są właściwe proporcje i powinniśmy mieć tego świadomość, patrząc na obrazki symbolizujące strukturę atomu, które choć ładnie wyglądają, pokazują zupełnie nieprawdziwe proporcje. Dopiero patrząc na ten „sportowy model struktury atomu” uświadamiamy sobie, że materia z której się składamy, i my i wszystko na świecie, jest tak naprawdę pusta, bo warto dodać, że jądro atomowe skupia 99,9% masy atomu.

Jest to przykład odpowiedzi na pytanie: jak za pomocą odpowiednio dobranego intuicyjnego rysunkuRysunekrysunku można zilustrować prawdziwe relacje pomiędzy rozmiarami obiektów trudnych do bezpośredniego porównania?

Ze wszystkiego powiedzianego wyżej można wyciągnąć wnioski natury ogólnej:

1. Przedstawienie graficzne ma wielką moc oddziaływania na nasze postrzeganie rzeczywistości i w konsekwencji na naszą wyobraźnię.

2. Stanowi dlatego bardzo użyteczny sposób opisu zjawiska lub problemu, wspomagający lub wręcz zastępujący opis słowny.

3. Może jednak zarówno zafałszować obraz zjawiska, jak i wydobyć jego prawdziwe i istotne cechy.

Dla pełności informacji warto jednak dodać jeszcze jeden komentarz. Powyższe uwagi krytyczne względem graficznego przedstawienia atomu nie oznaczają, że nie powinno się ich nigdy używać. Można, ale w znaczeniu symbolu atomu, np. w logo instytucji zajmującej się atomistyką, jak te zmieszczone tutaj (Rys. 2.), ale nie w prezentacji obiektu, jakim jest atom.

RvAPMFi7GtFSl

Rys. 2. Rysunek poglądowy przedstawia logotypy (znaki graficzne) instytucji zajmujących się atomistyką - Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej, Państwowa Agencja Atomistyki i Narodowe Centrum Badań Jądrowych. W każdym z tych znaków graficznych widać eliptyczne orbity, symbolizujące orbity elektronów w atomie.

Weźmy inny przykład.

Na ogół ludzie boją się promieniowania jądrowego, bo to kojarzy się z Hiroszimą i Czarnobylem. Często nie wiedzą jednak, że różne rodzaje promieniowania mają różną przenikliwość i różny zasięg w materiałach. Aby o tym poinformować, można podać dane liczbowe o współczynnikach pochłaniania różnych rodzajów promieniowania i wartości ich zasięgów w materiałach. Czy będzie to jednak zrozumiałe? Czy z tego będzie widać, który rodzaj promieniowania jest groźny i w jakich przypadkach jest groźny?

R1WcHRRs26aw7

Rys. 3. Na rysunku od prawej strony narysowano 4 poziome, różnobarwne linie proste, symbolizujące wiązki promieniowania różnego rodzaju. Linia czerwona oznaczona jest literą grecka alfa, linia zielona – grecką litera beta, linia pomarańczowa – grecką literą gamma, a linia niebieska oznaczona jest napisem neutrony. Na drodze tych wiązek promieniowania znajduje się rysunek przedstawiający dłoń. Linia czerwona kończy się na dłoni, co oznacza, że promieniowanie alfa zostało pochłonięte. Pozostałe linie przechodzą przez dłoń. Dalej wiązki trafiają na płytę podpisana jako aluminium. Na tej płycie kończy się linia zielona, co oznacza, że promieniowanie beta zostało pochłonięte. Kolejna płyta na drodze wiązek jest podpisana jako ołów. Na tej płycie kończy się linia pomarańczowa, co oznacza, że promieniowanie gamma zostało pochłonięte. Ostatnia, najgrubsza płyta jest podpisana jako beton. Na tej płycie kończy się linia niebieska, co oznacza, że promieniowanie neutronowe zostało pochłonięte.

Kiedy jednak przedstawione to jest na rysunku, podobnym do Rys. 3., nasza percepcja tego problemu, pobieranie i przetwarzanie informacji, będzie o wiele bardziej przekonująca.

Jedno spojrzenie wystarczy, by zobaczyć, że najmniej przenikliwe jest promieniowanie alfa, bo zatrzymuje je naskórek ręki, promieniowanie beta zatrzyma płyta aluminiowa, aby zmniejszyć intensywność promieniowanie gamma, potrzebna jest gruba płyta ołowiana, zaś dla spowolnienia neutronów trzeba zastosować nie ołów, ale grubą warstwę betonu.

Chociaż rysunek nie zawiera informacji ilościowych, to jakościowe cechy zjawiska może prezentować lepiej niż wartości liczbowe.

A oto przykład, który demonstruje wartość połączenia w jedną całość tekstu i grafiki.

Ilustracja (Rys. 4.) pokazuje w schematycznym przekroju Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w Europejskim Laboratorium CERN.

Czego dowiedziałeś się patrząc na tę ilustrację? Zapewne powiesz, że to jakaś duża i długa rura, a w niej dwie małe, na pewno wszystko bardzo skomplikowane.

R1OVtTDVU54ma

Rys. 4. Na zdjęciu widać długi tunel, w którym znajduje się gruba rura, zawierająca w środku dwie cieńsze rury.

Jeśli obok będą wymienione dane techniczne tego urządzenia, to niewiele więcej wniosków wyciągniesz.

A teraz połączmy razem informację słowną i graficzną na Rys. 4a.

R1bo51xpSDom5

Rys. 4a. Na zdjęciu widać długi tunel, w którym znajduje się gruba rura, zawierająca w środku dwie cieńsze rury. Do cienkich rur dodano strzałki, w lewej rurze strzałka skierowana jest do tyłu, a w prawej do przodu. Niektóre elementy zdjęcia są podpisane. Podpis do całego zdjęcia: CERN LHC – Wielki Zderzacz Hadronów Napis dotyczący obu cienkich rur: W tych rurach krążą protony. Ich prędkość to 0,999999991 c, gdzie c to prędkość światła. Energia równa 7 teraelektronowoltów. Napis dotyczący wnętrza cienkiej rury: Temperatura litera wielkie T równa 1,9 Kelwina lub minus 271,2 stopnia Celsjusza. Napis dotyczący obwodu cienkiej rury: Magnesy nadprzewodzące: prąd elektryczny wielkie I równe 11700 amperów, pole magnetyczne wielkie B równe 8,7 tesli. Napisy dotyczące tunelu: Długość tunelu akceleratora wielkie L równe 27 kilometrów, głębokość tunelu wielkie H równe 100 metrów.

Wprawdzie napisy przesłaniają nieco grafikę, ale to, co najważniejsze – widać. Nad tym obrazkiem nie można przejść obojętnie. Dwie strzałki skierowane w przeciwne strony mówią, że w tych małych rurach krążą protony w przeciwnych kierunkach, a ich prędkości są o milionowe części mniejsze od prędkości światła.

Nie będę tu omawiał innych informacji zawartych na tym rysunku, choć są nie mniej rewelacyjne. Nie o to tu teraz chodzi, ale przyznać musisz, że uzasadniają one ogólną konkluzję – „LHC to prawdziwa księga rekordów Guinnessa”.

Płynie stąd kolejny wniosek.

Połączenie grafiki i tekstu zasadniczo poprawia „siłę ekspresji” prezentowanej ilustracji.

I jeszcze jeden przykład zaczerpnięty z Wikipedii.

R1TP6MXUjbQNw

Rys. 5. Na ilustracji widać górę lodową zanurzoną w oceanie. Nad powierzchną wody wystaje bardzo mała część lodu. Część góry lodowej widoczna pod powierzchnią wody jest około 10 razy większa niż część nad powierzchnią.

Chociaż na lekcjach fizyki uczyliśmy się o tym, że gęstość lodu jest nieco mniejsza od gęstości wody, to przyznasz, że ta kompozycja graficzna w jednej chwili nie tylko uzmysławia ci ten fakt, ale także pokazuje jego konsekwencje. Przypominasz sobie tragedię Titanica i symboliczne powiedzenie o „wierzchołku góry lodowej”.

Na tym rysunku (Rys. 5.) widzimy połączenie fotografii i ilustracji graficznej w jeden schematSchematschemat obrazujący określone zjawisko fizyczne – pływanie ciał o gęstości niewiele mniejszej niż gęstość cieczy, w której są zanurzone.

I znowu uogólniając stwierdzamy, że

Umiejętne połączenie różnych rodzajów grafiki wzmacnia ekspresję przekazu informacji i tłumaczy efekty wymagające niekiedy długich opisów słownych.

A teraz przykład wzięty „żywcem” z laboratorium fizycznego. Fotografia (Rys. 6.) pokazuje układ pomiarowy do badania tzw. efektu Comptona.

R1KfrdEGqeVOA

Rys. 6. Na zdjęciu widać aparaturę pomiarową, zamocowana na okrągłym stole.

Efekt ten dotyczy oddziaływania z materią fotonów, które w tym przypadku zachowują się jak kulki bilardowe rozpraszając się na elektronach. Samo zjawisko jest niezwykle ciekawe, a studenci badają jego kinematykę, stosując wzory na dodawanie wektorów.

Schemat pokazujący główne elementy układu pomiarowego oraz kinematykę efektu Comptona przedstawia Rys. 7.

RnOdjU1JakLeR

Rys. 7. Na ilustracji pokazano schemat pomiarowy doświadczenia badającego efekt Comptona. Na obwodzie koła z prawej strony znajduje źródło promieniotwórcze umieszczone w ołowianej tubie. Z otworu tuby wychodzi w lewo pozioma, niebieska strzałka, która symbolizuje wiązkę fotonów. Strzałka celuje w punkt, będący środkiem koła. Z tego punktu wychodzą 3 strzałki symbolizujące wektory pędów cząstek. Wektor pędu fotonu padającego jest poziomy i skierowany w lewo. Wektor pędu fotonu rozproszonego jest skierowany ukośnie w lewo i dół, a wektor pędu elektronu jest skierowany ukośnie w lewo i w górę. Wektory pędów elektronu i fotonu rozproszonego są bokami równoległoboku, którego przekątną jest wektor pędu fotonu padającego.

Bez trudu rozpoznasz na nim podstawowe elementy układu. Z prawej strony źródło promieniotwórcze w osłonie ołowianej z otworem przepuszczającym fotony, które na ilustracji symbolizuje czarna przerywana linia. Przez K oznaczono kryształ, na którego elektronach rozpraszają się fotony. Literą D oznaczono obrotowy detektor fotonów. SchematSchematSchemat wektorowy pokazuje kinematyczne relacje pomiędzy fotonem padającym o pędzie ${\overrightarrow{p}}_0$, fotonem rozproszonym, ${\overrightarrow{p}}_1$ i elektronem, na którym nastąpiło rozproszenie, o pędzie ${\overrightarrow{p}}_e$.

Ten przykład zestawienia różnych rodzajów grafiki nie tylko ilustruje badane zjawisko, ale także tłumaczy problem fizyczny będący przedmiotem analizy i pokazuje kinematyczne relacje, umożliwiając wyznaczenie wartości liczbowych charakteryzujących badany efekt.

Znów, uogólniając, konkludujemy:

Zestawienie różnych rodzajów grafiki w jedną spójną całość niesie większą i bardziej precyzyjną dawkę informacji, niż to samo prezentowane oddzielnie.

A teraz możesz zobaczyć konkretny przykład wykorzystania elementów multimedialnych: tekstu, fotografii, rysunków i schematów w celu zademonstrowania konkretnych zjawisk i problemów.

Słowniczek