יותר

1.5: טבע המדע - מדעי הגיאוגרפיה


מבוא

מתישהו בחיים שלך שאלת שאלה על העולם סביבך. כנראה ששאלת הרבה שאלות לאורך השנים. הדרך הטובה ביותר לענות על שאלות על עולם הטבע היא באמצעות מדע. הצעדים ידועים כשיטה המדעית. על ידי ביצוע השיטה המדעית, המדענים מגיעים למידע הטוב ביותר על עולם הטבע. כמדען, אתה צריך לעשות ניסויים כדי לגלות את העולם. אתה צריך גם לתהות, להתבונן, לדבר ולחשוב. כל מה שאנחנו לומדים עוזר לנו לשאול שאלות חדשות וטובות יותר.

שיטה מדעית

השיטה המדעית היא מכלול שלבים שעוזרים לנו לענות על שאלות. כאשר אנו משתמשים בצעדים לוגיים ושולטים במספר הדברים שניתן לשנות, אנו מקבלים תשובות טובות יותר. כשאנחנו בודקים את הרעיונות שלנו, אנו עשויים להעלות שאלות נוספות. רצף הצעדים הבסיסי שבוצע בשיטה המדעית מתואר באיור 1.


איור 1. השיטה המדעית

שאלות

שאלת שאלה היא דרך ממש טובה להתחיל ללמוד על עולם הטבע. אולי ראית משהו שעושה אותך סקרן. כדאי לך לדעת מה לשנות כדי לייצר תוצאה טובה יותר. בוא נגיד שחקלאי סובל מבעיית שחיקה. היא רוצה לשמור עוד אדמה בחווה שלה. החקלאי לומד כי שיטת חקלאות המכונה "חקלאות ללא עיבוד" מאפשרת לחקלאים לשתול זרעים מבלי לחרוש את האדמה. היא תוהה אם נטיעת זרעים ללא חריש תפחית את בעיית הסחף ותסייע בשמירה על אדמה רבה יותר בקרקע החקלאית שלה. שאלתה היא: "האם באמצעות שיטת החקלאות ללא עיבוד יעזור לי לאבד פחות אדמה בחווה שלי?" (איור 2).


איור 2. לעתים קרובות האדמה הולכת לאיבוד מהאדמה שנחרשה.

מחקר

לפני שהיא מתחילה, החקלאי צריך ללמוד עוד על שיטת חקלאות זו. היא יכולה לחפש מידע בספרים ובמגזינים בספריה. היא עשויה גם לחפש באינטרנט. דרך טובה עבורה ללמוד היא לדבר עם אנשים שניסו את דרך החקלאות הזו. היא יכולה להשתמש בכל המידע הזה כדי להבין כיצד היא עומדת לבדוק את שאלתה לגבי חקלאות ללא עבודות עיבוד. מכונות חקלאיות מוצגות באיור 3.


איור 3. במקום לפרק אדמה כמו בתמונה זו, יכול החקלאי לנסות שיטות חקלאות ללא עבודות.

הַשׁעָרָה

לאחר ביצוע המחקר, החקלאי ינסה לענות על השאלה. היא עשויה לחשוב, "אם לא אחרוש את השדות שלי, אאבד פחות אדמה מאשר אם אחרוש את השדות. חריש משבש את האדמה ושובר שורשים המסייעים להחזיק את האדמה במקום. " תשובה זו לשאלתה היא הַשׁעָרָה. השערה היא הסבר סביר. ניתן לבדוק השערה. יתכן שזו התשובה הנכונה, ייתכן שזו תשובה שגויה, אך היא חייבת להיות ניתנת לבדיקה. ברגע שיש לה השערה, השלב הבא הוא לעשות ניסויים כדי לבדוק את ההשערה. ניתן להוכיח או להפריך השערה באמצעות בדיקה. אם השערה נבדקת שוב ושוב ומוצגת כנכונה, אז מדענים מכנים אותה תֵאוֹרִיָה.

לְנַסוֹת

כאשר אנו מעצבים ניסויים, אנו בוחרים רק דבר אחד לשינוי. הדבר שאנחנו משנים נקרא משתנה בלתי תלוי. בדוגמה, החקלאי בוחר שני שדות ואז משנה רק דבר אחד ביניהם. היא משנה כיצד היא חורשת את שדותיה. שדה אחד יעובד ואחד לא. כל השאר יהיה זהה בשני השדות: סוג היבול שהיא מגדלת, כמות המים והדשן בהם היא משתמשת, ושיפוע השדות עליהם היא שותלת. השדות צריכים להיות פונים לאותו כיוון כדי לקבל בערך אותה אור שמש. אלה הניסויים פקדים. אם החקלאי רק משנה את אופן חרישת השדות שלה, היא יכולה לראות את ההשפעה של השינוי היחיד. לאחר סיום הניסוי מדדים מודדים את התוצאה. החקלאי מודד כמה אדמה הולכת לאיבוד מכל שדה. זה משתנה תלוי. כמה אדמה אבודה מכל שדה "תלויה" בשיטת החריש.

נתונים ושגיאת ניסוי

במהלך ניסוי, מדען אוסף נתונים. הנתונים עשויים להיות מדידות, כמו שהחקלאי לוקח באיור 4. המדען צריך לרשום את הנתונים במחברת או במחשב. הנתונים נשמרים בתרשימים המסומנים בבירור. תיוג עוזר למדען לדעת מה מייצג כל מספר. מדען יכול גם לכתוב תיאורים של מה שקרה במהלך הניסוי. בסוף הניסוי המדען בוחן את הנתונים. המדען עשוי ליצור גרף או ציור כדי להציג את הנתונים. אם המדען יכול לדמיין את הנתונים התוצאות עשויות להיות קלות יותר להבנה. אז קל יותר להסיק מסקנות הגיוניות.


איור 4. זוג חקלאים מבצע מדידות קפדניות בשטח.

גם אם המדען באמת נזהר אפשר לטעות. סוג אחד של טעות הוא בציוד. לדוגמה, יתרה אלקטרונית עשויה תמיד למדוד גובה של גרם אחד. כדי לתקן זאת, יש להתאים את היתרה. אם לא ניתן להתאים אותו, יש לתקן כל מדידה. טעות יכולה לבוא אם קשה לבצע מדידה. לדוגמא, המדען עשוי לעצור סטופר מוקדם או מאוחר מדי. כדי לתקן זאת, על המדען להריץ את הניסוי פעמים רבות ולבצע מדידות רבות. ממוצע המדידות יהיה התשובה המדויקת. לפעמים התוצאה מניסוי אחד שונה מאוד מהתוצאות האחרות. אם נקודת נתונים אחת שונה באמת, היא עלולה להיזרק. ככל הנראה נעשתה טעות בניסוי זה.

מסקנות

הבא על המדען ליצור מסקנה. על המדען ללמוד את כל הנתונים. איזו הצהרה מסבירה בצורה הטובה ביותר את הנתונים? האם הניסוי הוכיח את ההשערה? לפעמים ניסוי מראה שהשערה נכונה. פעמים אחרות הנתונים מפריכים את ההשערה. לפעמים אי אפשר לספר. אם אין מסקנה, המדען רשאי לבדוק את ההשערה שוב. הפעם הוא ישתמש בכמה ניסויים שונים. לא משנה מה הניסוי מראה שהמדען למד משהו. אפילו השערה מופרכת יכולה להוביל לשאלות חדשות.

החקלאי מגדל יבולים בשני השדות במשך עונה. היא מגלה כי אדמה גבוהה פי 2.2 בשדה החרוש בהשוואה לשדה הלא חרוש. היא מסיקה שההשערה שלה הייתה נכונה. החקלאי מבחין גם בכמה הבדלים אחרים בשתי החלקות. הצמחים בחלקות העיבוד גבוהות יותר. לחות האדמה נראית גבוהה יותר. היא מחליטה לחזור על הניסוי. הפעם היא תמדוד את לחות הקרקע, את צמיחת הצמחים ואת כמות המים הכוללת שהצמחים צורכים. מעכשיו היא תשתמש בשיטות חקלאיות ללא עבודות עיבוד. היא תחקור גם גורמים אחרים שעשויים להפחית את שחיקת הקרקע.

תֵאוֹרִיָה

כשלמדענים יש את הנתונים והמסקנות, הם כותבים מאמר. הם מפרסמים את המאמר שלהם בכתב עת מדעי. כתב עת הוא כתב עת עבור המדענים המתעניינים בתחום מסוים. לפני שמדפיסים את הנייר, מדענים אחרים מסתכלים עליו כדי לנסות למצוא טעויות. הם רואים אם המסקנות נובעות מהנתונים. זה נקרא ביקורת עמיתים. אם הנייר תקין הוא מודפס ביומן.

מאמרים אחרים מתפרסמים באותו נושא בכתב העת. הראיות בעד או נגד השערה נדונות על ידי מדענים רבים. לפעמים מוצג שוב ושוב כי השערה היא נכונה ומעולם לא הוכח שהיא שקרית. ההיפותזה הופכת אז לתיאוריה. לפעמים אנשים אומרים שיש להם "תיאוריה" כאשר מה שיש להם היא השערה.

במדע הוכח שוב ושוב כי תיאוריה נכונה. תיאוריה נתמכת על ידי תצפיות רבות. עם זאת, ניתן להפריך תיאוריה אם יתגלו נתונים סותרים. תיאוריות חשובות רבות הוכחו כנכונות על ידי תצפיות וניסויים רבים, ואין זה סביר ביותר להיפריך. אלה כוללים את תורת הטקטוניקה של הלוחות ואת תורת האבולוציה.

מודלים מדעיים

מדענים משתמשים במודלים כדי לעזור להם להבין ולהסביר רעיונות. מודלים מסבירים אובייקטים או מערכות בצורה פשוטה יותר. מודלים מראים לרוב רק חלק ממערכת. המצב האמיתי מורכב יותר. מודלים עוזרים למדענים לחזות מערכות מורכבות. דגמים מסוימים הם משהו שאתה יכול לראות או לגעת בו. סוגים אחרים של דגמים משתמשים ברעיון או במספרים. כל סוג שימושי בדרכים מסוימות.

מדענים יוצרים מודלים עם מחשבים. מחשבים יכולים להתמודד עם כמויות עצומות של נתונים. זה יכול לייצג בצורה מדויקת יותר את המצב האמיתי. לדוגמא, האקלים של כדור הארץ תלוי במספר עצום של גורמים. מודלים אקלימיים יכולים לחזות כיצד ישתנה האקלים כאשר גזים מסוימים יתווספו לאטמוספרה. כדי לבדוק עד כמה מודל טוב, מדענים עשויים להתחיל במבחן בכל פעם בעבר. אם המודל יכול לחזות את ההווה זה כנראה מודל טוב. סביר יותר שזה יהיה מדויק בעת חיזוי העתיד.

מודלים פיזיים

א מודל פיזי הוא ייצוג של משהו המשתמש בחפצים. זה יכול להיות תלת מימדי, כמו גלובוס. זה יכול להיות גם ציור דו-ממדי או תרשים. מודלים הם בדרך כלל קטנים ופשוטים יותר מהאובייקט האמיתי. ככל הנראה הם משאירים חלקים מסוימים, אך מכילים את החלקים החשובים. במודל טוב החלקים מיוצרים או נמשכים לפי קנה מידה. מודלים פיזיים מאפשרים לנו לראות, לחוש ולהזיז את חלקיהם. זה מאפשר לנו להבין טוב יותר את המערכת האמיתית.

דוגמה למודל פיזי הוא ציור של שכבות כדור הארץ (איור 5). רישום עוזר לנו להבין את מבנה כדור הארץ. עם זאת ישנם הבדלים רבים בין ציור לדבר האמיתי. גודל הדגם הוא הרבה יותר קטן, למשל. ציור גם לא נותן מושג טוב כיצד חומרים נעים. חצים המראים את הכיוון בו החומר נע יכולים לעזור. מודל פיזי מאוד שימושי אבל הוא לא יכול להסביר את כדור הארץ האמיתי בצורה מושלמת.


איור 5. מרכז כדור הארץ.

רעיונות כדוגמניות

יש מודלים שמבוססים על רעיון שעוזר למדענים להסביר משהו. רעיון טוב מסביר את כל העובדות הידועות. דוגמה היא איך כדור הארץ קיבל את הירח שלו. כוכב לכת בגודל מאדים פגע בכדור הארץ וחומר סלעי התנתק משני הגופים (איור 6). חומר זה הקיף את כדור הארץ ואז התכנס ויצר את הירח. זהו מודל למשהו שקרה לפני מיליארדי שנים. הוא מביא עובדות רבות הידועות ממחקרינו על פני הירח. הוא מסביר את ההרכב הכימי של סלעים מהירח, מכדור הארץ וממטאוריטים. התכונות הפיזיקליות של כדור הארץ והירח מתרחשות גם כן. לא כל הנתונים הידועים תואמים למודל זה, אך הרבה כן. יש גם מידע נוסף שאנחנו פשוט עדיין לא יודעים.


איור 6. התנגשות המציגה מטאור הפוגע בכדור הארץ.

דגמים המשתמשים במספרים

מודלים עשויים להשתמש בנוסחאות או משוואות כדי לתאר משהו. לפעמים מתמטיקה עשויה להיות הדרך היחידה לתאר אותה. לדוגמא, משוואות עוזרות למדענים להסביר מה קרה בימיו הראשונים של היקום. היקום נוצר כל כך מזמן, שמתמטיקה היא הדרך היחידה לתאר אותו. מודל אקלים כולל מספרים רבים, כולל קריאות טמפרטורה, צפיפות קרח, רמות שלג ולחות. מספרים אלה מוכנסים למשוואות כדי ליצור מודל. התוצאות משמשות לחיזוי האקלים העתידי. לדוגמא, אם יש יותר עננים, האם הטמפרטורה העולמית עולה או יורדת? דוגמניות אינן מושלמות מכיוון שהן גרסאות פשוטות למצב האמיתי. למרות זאת, מודלים אלה שימושיים מאוד למדענים. בימינו, מודלים של דברים מורכבים מיוצרים במחשבים.

סיכום שיעור

  • מדענים שואלים שאלות על עולם הטבע.
  • שיטה מדעית היא מכלול שלבים לוגיים שניתן להשתמש בהם כדי לענות על שאלות אלה.
  • השערה היא הסבר סביר למשהו.
  • תיאוריה היא השערה שהוכחה כנכונה פעמים רבות.
  • דוגמניות מייצגות דברים אמיתיים אך פשוטות יותר.

שאלות הרהור

  • איזו מיומנות תוכן זה עוזר לך לפתח?
  • מהם הנושאים המרכזיים המכוסים בתוכן זה?
  • כיצד התוכן בסעיף זה יכול לעזור לך להפגין שליטה במיומנות ספציפית?
  • אילו שאלות יש לך לגבי התוכן הזה?


צפו בסרטון: הדמוגרפיה של המזרח התיכון (אוֹקְטוֹבֶּר 2021).