Kopper Bence szerint a fizika

Azt gondolom, hogy a fizika úgy vesz bennünket körül, hogy észre sem vesszük. Amikor lecsapja a biztosítékot a hajszárító, vagy lemerül a mobiltelefon, vagy amikor megcsúszik az autó, mert hirtelen megnyomjuk a gázt. Azt látom, hogy az emberek szembesülnek egészen egyszerí fizikai jelenségekkel – például leesik az alma a fáról –, de nem tudnak mit kezdeni vele. Egyre bonyolultabb technikai eszközökkel találkoznak, de nem is gondolnak bele, hogy ez miért lehet, hogyan míködik, és miként befolyásolja az életüket.Szerintem nagyon érdekes beszélni arról, bizonyos emberek, tudósok hogyan látják ezeket a dolgokat.Kopper Bence a Szinyei Merse Pál Gimnázium matematika-fizika tanára először autótervezőnek, majd operatőrnek készült, mégis az ELTE Természettudományi Karán annyira magával ragadta a tanítás, főként a fizika világa, hogy ma is nagy örömmel tanít. A tanítás mellett kutatásra is marad ideje, készülő Phd-disszertációjában az emberi mozgás törvényszeríségeit vizsgálja

Az egyetem ötödik évében, a tanítási gyakorlatom alatt fogott meg igazán a gyerekekkel való kommunikáció. Kíváncsi lettem arra, miről hogyan gondolkoznak, érdekelt a világnézetük és megosztottam velük a saját álláspontomat. Rájöttem, hogy igazán jóleső érzés rávezetni őket arra, hogy bizonyos dolgok milyen értelemmel bírnak és rávenni őket a gondolkodásra, a problémamegoldásra. Nagyon izgalmas fejleszteni a világról alkotott elképzelésüket, a világlátásukat, a gondolkodásmódjukat. Szerintem a gyerekek régen elfelejtették azt, amivel középiskolában én is csak ritkán szembesültem, hogy tanulni nagyon jó, csak játékosan kell tenni. Másrészt nem kell feltétlenül mindenért megszenvedni, hiszen fizikai jelenségek között élünk, körülvesznek bennünket, csupán meg kell ismernünk azokat.

Fontosnak tartom, hogy beszéljünk arról, mi miért míködik, és hogyan változtatja meg az életünket. 15 évvel ezelőtt még nem volt mobiltelefon és normál telefonon kellett megbeszélni egy találkozót. Manapság ha egy hétig nincs az embernél a mobilja, már elveszettnek érzi magát. Az internettel ugyanez a helyzet, alig tudunk meglenni nélküle. Életünk szerves része lett, ám valószíníleg sokan nem tudják, hogy az internethálózatot hogyan tervezték meg. Nagyon sokat gondolkodtak azon, hogy miként találhatják meg az összeköttetés legrövidebb útvonalát (először a telefon, majd az internet esetében). Majd úgy oldották meg a kérdést, hogy szappanhálót feszítettek ki az adott országrész makettje fölött. A szappanhártya ugyanis mindig úgy feszül meg, hogy egy minimális felületet hozzon létre, azaz a felszín méretének lokális minimumát keresi meg, ezt nevezzük minimálfelületnek. Fogtak tehát egy nagy térképet, és az adott városok helyére szögeket vertek be, majd belerakták a szappanhártyába, ami úgy feszült meg, hogy kirajzolta a kábelek, illetve vezetékek legrövidebb útvonalát. Természetesen ezt ma már számítógéppel végzik, de 100 évvel ezelőtt ez még elképzelhetetlen volt. Viszont a problémát meg kellett oldani, hiszen egy távvezetéknél nem mindegy, hogy 150 km-rel többet építenek vagy sem.

Közelmúltbeli non plus ultra számomra az optikai kábel, amin az internetet futtatják a normál kábel helyett. Az optikai kábelben fény megy, így nem rozsdásodik, mint az elektromos kábel. Rájöttek arra, hogy a legideálisabb hely a kábel végigvezetésére a csatorna. Képzeljük csak el, hogy az a kábel, amely végigmegy a csatornán az internet-hozzáférésünkkel a mi WC-nkből bújik ki… Érdekes, hogy a fizika mennyi kérdésre tudja a választ. Moszkvai utam során felmentem a Lomonoszov Egyetem tornyába, ami úgy mozgott, hogy az embernek halálfélelme volt. Tajvanban van egy zseniális építmény: a Taipei 101, amely 508 méter és 101 emelet magas. Rendkívül érdekes kérdés, hogyan tudják megakadályozni a felhőkarcoló túlságosan nagy kilengését. Egy olyan hatalmas ingát építettek be az épületbe, amilyen egy ingaórában van. Az inga, – ide-oda mozgásával – az épülettel ellentétesen leng,  és ezzel kiegyenlíti az ingadozást. Körbesétálva látható az inga míködése.
Az építészetnek figyelembe kell vennie bizonyos természeti-fizikai jelenségeket. Tragikus példa a rezonanciakatasztrófára a Tacoma-híd leomlása, ami négy hónappal a felavatás után következett be. 1940. november 7-én a 42 mérföld/órás sebességí szélvihar olyan lengéshullámokat keltett, amelyek a híd leszakadásához vezettek. A katasztrófa fizikai háttere a következő: minden tárgynak van saját frekvenciája, így minden rezeg valamilyen szinten.

Amikor a gyerek hajtja a hintát, egyszerre jelen van a hinta és a gyerek saját frekvenciája és az a kényszerítő frekvencia, amelyet a gyerek gyakorol a hintára. Ezek megpróbálják átvenni egymás rezgését, s ha ez a kettő megegyezik, akkor a hinta saját rezgését erősíti a gyerek, így minden egyes lendülettel nagyobb lesz a kilengése. Ezt hívják rezonanciának vagy végkimenetelét tekintve: rezonanciakatasztrófának. Ugyanis, ha a hinta egyre több energiát vesz át a gyerektől, a végén a gyerek kirepülhet a hintából, vagy elszakadhat a hinta. Szerencsére a gyerek nem tud végtelen nagy sebességig felgyorsulni, hiszen van súrlódás, közegellenállás stb. Nagyjából vízszintesig tudja magát hajtani, mert közben folyamatosan veszít energiát. Abban az esetben, ha több energia kerül be a rendszerbe, mint ami kijön belőle – tehát a súrlódás vagy a közegellenállás kisebb, mint a gerjesztő rendszer energiája –, akkor előfordulhat az, hogy egyre több energiát vesz fel a rendszer, majd a végén szétszakad, szétesik.

A Tacoma-hídnál olyanok voltak a szélviszonyok, mint a Balatonnál: nem folyamatosak, hanem lökésszeríek. Ezt a jelenséget a balatoniak puffosnak vagy pöffösnek nevezik. Amikor a szél lökéshullámai megegyeztek a híd saját frekvenciájával, akkor elkezdték – mint a gyerek a hintát – lökni. Képzeljünk el egy iszonyatosan izmos kisgyereket, aki olyan erővel tud hintázni, hogy szétszakad a hinta. A legérdekesebb az egészben, hogy nem volt nagy szél. Láttam a jelenségről filmeket (interneten is fellelhetők), ezeken látszik, hogy az éppen áthaladó autók pattognak a hídon. Tehát félig még míködött a forgalom, és folyamatosan filmezték az eseményt. A fizikusok számára nagyon érdekes jelenség volt, de senki nem hitte volna, hogy a híd le fog szakadni.
Pontosan ilyen okok miatt nem menetelhetnek a katonák egyetlen hídon sem, mert az általuk gerjesztett rezgés miatt az leszakadna.

A katasztrófák után nézzünk pozitív példákat a rezonanciára: ilyenek a hangszerek, például a hegedí, a zongora, vagy a hangfalak, illetve a most divatos mélynyomó ládák által keltett hangok. Amikor az ember hegedül, akkor a húr rezgését átveszi a rezonátordoboz és felerősíti a hangot. Érdekes kérdés, hogy a Stradivari-hegedík mitől olyan rendkívüliek. Az okok között szerepel, hogy uszadék fából készültek. Mivel a fák nagyon sokáig nedves területen voltak, megszívták a vizet, majd utána kiszárították őket – megnőtt a rugalmasságuk, azaz a rugalmassági tényezőjük. A szárítási idő, a felhasznált lakk minősége, a két tényező együttes hatása olyan speciális tulajdonsággal ruházza fel a fát, hogy szinte optimálisak a rugalmasságtani tulajdonságai. Ezért a hangot nagyon széles skálán, nagyon jól tudja visszaadni. &Aacuteltalában az a probléma, hogy egyes hegedík a mélyebb hangokat adják jobban vissza, a magasabbakat pedig már torzítják, ugyanis a rezonátordobozt minden frekvenciára be kellene állítani.

A jégszekrény/hítőgép míködése is – kívül meleg, belül hideg – fizikai probléma. A jégszekrény gyakorlatilag egy hőszivattyú, ami hőt, azaz energiát tol kifelé. Amennyivel melegíti a környezetét, annyira híti a belsejében lévő levegőt. A hítőszekrény a párolgás elvén míködik. Egy folyadék két módon tud légnemí halmazállapotba váltani: forrás és párolgás által. Ez utóbbi esetében az történik, hogy a részecskék folyamatos ütközése során a nagy energiájú részecskék távoznak a folyadékból, így a megmaradt folyadék kisebb energiájú lesz. Ugyanez történik velünk, amikor izzadunk, és kis folyadékcseppek jelennek meg a bőrünkön. A verejték nagy energiájú részecskéi kirepülnek és megmaradnak a kis energiájú folyadékrészecskék, amik lehítik a szervezetünket. Mivel a hőmérsékletet az alkotórészecskék mozgásának a sebessége határozza meg, így a bőrünkön maradt cseppek hidegebbek lesznek. Az embernél létfontosságú a párolgás, hogy a normál testhőmérsékletet tudja tartani, mert a szervezet állandóan melegíti magát, még a Szaharában is… §