Wyjaśnij 4-latkowi, jak działają magnesy

Moja 4-letnia córka chciałaby wiedzieć: „ Jak magnesy magnesują na rzeczy? ”

Jak mogę to wyjaśnić na poziomie, który rozumie?

(Zadaję to tutaj, a nie fizyki.SE, ponieważ jest to zasadniczo pytanie, jak wyjaśnić moje dzieciom, a nie pytanie fizyki. Nie pytam, jak działają magnesy, pytam, jak to zrobić wyjaśnić 4-latkowi, jak działają magnesy).

Znajomy skierował mnie do tego filmu Feynmana: https://m.youtube.com/watch?v=wMFPe-DwULM, co jest świetne, ale mój 4-latek nie zrozumiałby tego.

Jakieś sugestie? Jakieś postępy w mojej obecnej 4-letniej interpretacji filmu Feynman, czyli „Just Just Do”?

powiedz „dowiedzmy się razem”. Następnie zbierz kilka różnych magnesów, niektóre przedmioty magnetyczne i niemagnetyczne, coś, na co można przenieść magnetyzm (śrubokręt lub pin). Przydałby się też pewien rodzaj elementów do budowy kompasu. Golenie metalu byłoby przydatne do pokazania pola magnetycznego.

Następnie wykonaj eksperymenty, jeśli to możliwe, pozwól dziecku odgadnąć wynik z wyprzedzeniem i zasugeruj rzeczy, które możesz wypróbować przy użyciu posiadanych przedmiotów.

Baw się dobrze, świetnie, że Twoje dziecko zadaje pytania na temat mechaniki fizycznej tego, jak działa otaczający je świat.

Pierwszą rzeczą, którą bym zrobił, to przeczytanie o magnetyzmie. Wydaje mi się, że pamiętam, że jest to relatywistyczny efekt prądów elektrycznych, ale o to chodzi. Pomimo tego, co powiedziałem w moim komentarzu, postaram się udzielić możliwie najlepszej i dokładnej odpowiedzi. (Mów o atomach, elektronach krążących w kółko - och, co za uproszczenie…) Z mojego doświadczenia wynika, że ​​dzieci są bardzo otwarte na zabawne pomysły, takie jak wyginanie przestrzeni, i nie mają pożytku z (złych) uproszczeń. I jak powiedziałem w komentarzu, budowanie praktycznej wiedzy jest zawsze świetne, więc zgadzam się z Ericiem. Zbuduj kompas, przejdź do Wikingów.

Po pierwsze, odpowiedzi @Eric i Peter Schneider są już dobre. Zamiast zawsze wyjaśniać rzeczy słowami, niech dzieci starają się dowiedzieć jak najwięcej, jeśli to możliwe. Poprowadź ich, zachęć do wypróbowania tego i tego, a jeśli twierdzą o tym, pozwól im to udowodnić. Tak właśnie działa prawdziwa nauka (oczywiście bez wskazówek). A jeśli dzieci chcą wiedzieć więcej, wyjaśnij to na poziomie, który rozumieją - chociaż podstawowe mechanizmy są często trudne do zrozumienia, nawet dla dorosłych.

Czasami istnieją pośrednie wyjaśnienia jako przykład śliskiego lodu z filmu Feynmana, który można wytłumaczyć cienką warstwą wody, stopionej z lodu pod ciśnieniem. Ale następny krok, dlaczego woda tak się zachowuje, podczas gdy inne substancje nie, jest już bardziej skomplikowany.

Czasami nie ma również dobrego kroku pośredniego. Jednym z najważniejszych pytań jest „Dlaczego niebo jest niebieskie?”, Na które większość dorosłych nie ma odpowiedzi. Jako fizyk wiem, że chodzi o rozpraszanie światła słonecznego w atmosferze przez Ramana i Rayleigha, ale tak naprawdę nie mam pojęcia, jak to wytłumaczyć dorosłemu, a nawet dziecku. Mogę tylko powiedzieć, że światło słoneczne jest rozproszone i że dzieje się to bardziej z niebieskim niż z innymi kolorami ... co nie jest zbyt satysfakcjonujące.

Wracając do magnesów, wyjaśniłbym to w następujący sposób:

Dzieciak powinien już wiedzieć, że magnes ma biegun północny i południowy, i że bieguny mogą się odpychać lub przyciągać, a to już działa z pewnej odległości.

Teraz magnes składa się z wielu wielu bardzo małych mini-magnesów, które są ustawione w tym samym kierunku i nie mogą się poruszać / obracać.
Jednym z dowodów na to jest rozbicie magnesu na dwie części, z których każda jest idealna dla magnesów z biegunem północnym i południowym.

Żelazo zawiera również te mini-magnesy, ale nie są one wyrównane i mają losowe orientacje. Kiedy magnes zostanie umieszczony w pobliżu żelazka, mini-magnesy zaczną się obracać i ustawiać w kierunku magnesu. Wynika to z tego, że bieguny magnesu przyciągają przeciw-bieguny mini-magnesów. Żelazo staje się magnetyczne i przyciąga magnes (i odwrotnie). Jeśli magnes zostanie usunięty, każdy z mini-magnesów ponownie zacznie się przesuwać do losowej orientacji, a żelazo straci swoje właściwości magnetyczne.

Wewnątrz stali mini-magnesy nie mogą się tak łatwo obracać, robią to tylko wtedy, gdy jest blisko nich magnes. W rezultacie pozostają w swojej orientacji, nawet po usunięciu magnesu. Stal staje się (słabym) magnesem.

Inne materiały mogą nie zawierać żadnych mini-magnesów lub te mini-magnesy nie są wyrównane i absolutnie nie mogą się obracać.

Nie wyjaśnia to jednak, czym są te mini magnesy ani dlaczego istnieją / pola magnetyczne. (I nie ma też fundamentalnej odpowiedzi na pytanie, dlaczego sam magnetyzm istnieje).

Nawiasem mówiąc: czy zauważyłeś kiedyś, że biegun północny Ziemi jest magnetycznym biegunem południowym? Igła kompasu jest magnesem, a jej biegun północny oznaczony jest symbolem N. Tak więc tę stronę przyciąga magnetyczny biegun południowy, który musi znajdować się na geograficznym biegunie północnym.

I ostatni komentarz:
nie wiem, czy wiesz, kim jest Richard Feynman z filmu. Jest jednym z największych fizyków XX wieku i otrzymał nagrodę Nobla za pracę nad kwantową elektro-dynamiką. To bardzo skomplikowane rzeczy i udało mu się nauczyć o tym w jak najbardziej przejrzysty sposób. Jego diagramms Feynmana są standardowy opisać procesy w cząstki i fizyki kwantowej. Więc jeśli potrzebujesz kogoś, kto wyjaśni skomplikowane rzeczy „dla manekinów”, to on jest twoim mężczyzną.

To, o co tak naprawdę pyta, to nie szczegóły dotyczące tego, jak to działa - bieguny, stosunek do odległości itp. To właśnie rozumiemy o magnetyzmie. Ale nie rozumiemy natury magnetyzmu. Feynman konkluduje, że nie może powiedzieć ankieterowi, dlaczego magnetyzm działa, ponieważ wciąż nie wiemy, dlaczego magnetyzm działa. Wiemy, że siły magnetyczne są powiązane z siłami elektrycznymi, ale wciąż nie wiemy, co jest naturą pola elektrycznego lub magnetycznego. Myślę więc, że najlepszą odpowiedzią jest bardzo jasne, że my, ludzie, nadal nie wiemy, jak magnesy magnesują. Gdyby to było moje dziecko (i miałem z nimi podobne rozmowy), byłbym tego jasny, a następnie przejrzałem to, co wiemy, eksperymentując. Ostatnio mój syn i ja wdaliśmy się w dyskusję na temat natury światła,

Poza tym przez cały czas mówiłbym im, że może to oni wymyślą, jak magnesy magnesują. Jeśli zadają pytanie, to jest ten rodzaj dociekliwości, który chcesz zachęcić. Pokazuje trochę sposób myślenia naukowca, więc zachęcaj go, ale nie pchaj go.

Wyjście poza „Po prostu to robią” jest nieco trudne, gdy mamy do czynienia z czterolatkiem.

Pomyśl o niektórych innych substancjach o niezwykłych właściwościach.

• Widać przez szkło i plastik.
• Pumeks unosi się w wodzie / pływają balony helowe.
• Rtęć jest ciekła w temperaturze pokojowej.
• Metal zgina się, ale szkło pęka
• Skały są ciężkie

Zrozumienie tych pojęć wymaga różnych poziomów zrozumienia naukowego. Jednak ludzie na ogół po prostu przyjąć, że są to, jak rzeczy są w życiu codziennym.

Część filmu wideo powiązanego z pytaniem dobrze ilustruje to: Twoje ramię nie spada przez podłokietnik, kiedy go odkładasz. To tylko część tego, jak rzeczy działają.

Tak więc, aby rozwinąć twój opis, może pójdę na lekcję o tym, jak niektóre rzeczy są po prostu takie . Skały są twarde. Woda jest przezroczysta. Gwiazdy są na niebie. Być może nie uczysz lekcji o elektromagnetyzmie, ale nadal będziesz nauczał o tym, jak działa świat.

Teraz, w oparciu o osobiste doświadczenia, możesz także uczyć o biegunach północnych / południowych lub przeciwnościach. Uczyłem mojego trzyletniego (teraz czterolatka), kiedy chcieli wiedzieć, jak działają ich zabawki magnetyczne. Pokazałem im, że kiedy magnesy odpychają się od siebie, są tym samym biegunem (północ i północ lub południe i południe), ale lubią przebywać z różnymi biegunami, więc tylko północ i południe będą się trzymać razem.

Chociaż możesz upaść w króliczej nodze „Dlaczego?”, Odkryłem, że moje dziecko było więcej niż zadowolone z tej szybkiej lekcji, a pięć miesięcy później przypomniało to sobie wystarczająco dobrze, aby wyjaśnić dorosłemu krewnemu.

Uważam, że dla czterolatka najlepiej po prostu wyjaśnić, że magnes przylgnie do przedmiotu, jeśli jest on wykonany ze stali. Dziecko może chodzić po domu, identyfikując, które przedmioty są wykonane ze stali, a które nie, sprawdzając, do czego magnes się przyczepi. Dzieci świetnie się przy tym bawią, a wkrótce nauczą się rozpoznawać, które przedmioty są wykonane ze stali, po prostu przez wygląd lub dotyk, nawet bez magnesu.

Jeśli masz magnesy z oznaczonymi biegunami, możesz także nauczyć ich odpychania magnetycznego i wyjaśnić, że „N” lubi trzymać się „S”, ale 2 N lub 2 S odsuwają się od siebie.

Nie mogę wymyślić żadnego sposobu, w jaki mógłbyś właściwie wyjaśnić „dlaczego” bez tego, że dziecko jest bardzo zdezorientowane.

Praktyczne eksperymenty są naprawdę przyjemniejsze i i tak cenne dla dziecka.

Uwaga: Jak zawsze w przypadku magnesów i dzieci, bądź bardzo bardzo ostrożny! Czterolatka jest wciąż wystarczająco młoda, by swobodnie wkładać rzeczy do ust. Naprawdę musisz wzmocnić, że magnes NIGDY nie może wejść do ust. Szczególnie ważne jest, aby upewnić się, że nigdy nie bawi się maleńkimi i często bardzo potężnymi magnesami ziem rzadkich.

Myślę, że dodając do tego, co powiedziało kilka osób, zrobiłbym eksperyment z rzeczami.

Mówiąc bardzo prosto, pokaż, że magnesy nie mogą „przykleić się” do wszystkiego.
Jednocześnie możesz zrobić to samo z taśmą, zwłaszcza taśmą klejącą. Nie widzą kleju na taśmie klejowej, ale mogą to poczuć. Ale taśma nie może wszystkiego przykleić. Nie może przykleić się do cieczy ani niektórych powierzchni. W końcu ta „lepkość” również zanika, jak w wodzie. Bardzo proste porównanie można wykonać za pomocą magnesów. Nie mogą „trzymać się” wszystkiego i nie widzimy tej części, która sprawia, że ​​„przykleja się”. My też tego nie czujemy (czego nie czujemy kleju po gładkiej stronie taśmy, ale wiemy, że taśma nadal jest taśmą). Niektóre magnesy również ostatecznie się „zużyją”.

Następnie możesz także dowiedzieć się, w jaki sposób wszystko ma pewne „naukowe” właściwości, które możesz klasyfikować i kategoryzować każdy obiekt. Niektóre są ciężkie, ale różne rozmiary, niektóre są duże, niektóre są małe, niektóre są miękkie, niektóre twarde itp. Tak więc magnetyczne lub lepkie mogą być jedną z tych rzeczy.