ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2 ΤΑΞΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ Εκτιμώμενη διάρκεια: 1 διδακτική ώρα Μέτρηση δύναμης Δύο δυνάμεις σε ρόλο πρωταγωνιστή

Transcript

1 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2 ΤΑΞΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ Εκτιμώμενη διάρκεια: 1 διδακτική ώρα Μέτρηση δύναμης Δύο δυνάμεις σε ρόλο πρωταγωνιστή Στόχοι: Να ανακαλύψετε έναν τρόπο μέτρησης των δυνάμεων και να διαπιστώσετε τον τρόπο λειτουργίας του δυναμομέτρου. Να ανακαλύψετε δύο σημαντικές δυνάμεις που υπάρχουν στη φύση και να προσδιορίσετε σε γενικές γραμμές τα χαρακτηριστικά τους. 1. Μετρώ τη δύναμη Έχετε τρία σώματα. Πλαστελίνη, λαστιχάκι, ελατήριο. Τι θα συμβεί στα σώματα αν ασκήσετε δυνάμεις και κατόπιν σταματήσετε να τις ασκείτε; Σώμα Πλαστελίνη Τι συμβαίνει στο σώμα τη στιγμή που ασκείται η δύναμη. Τι συμβαίνει στο σώμα τη στιγμή που σταματάτε τη δύναμη. Ελατήριο Λαστιχάκι Επομένως υπάρχουν ελαστικά σώματα τα οποία όταν ασκείτε δύναμη και όταν σταματάτε να ασκείτε δύναμη... ή ορισμένα.... Την περασμένη χρονιά για να μετρήσετε τη μάζα ενός σώματος εκτός από το ζυγό χρησιμοποιήσατε και.... Δηλαδή κρεμάσατε τρία σώματα διαφορετικής... μετρήσατε την επιμήκυνσή του κάθε φορά και σχεδιάσατε γραφική παράσταση η οποία είναι. που σχηματίζει γωνία με τον οριζόντιο άξονα. Όταν κρεμάσατε το σώμα στο ελατήριο ταυτόχρονα ασκήσατε σε αυτό μία.. Άρα εκτός από τη μέτρηση της μάζας ενός σώματος με το ελατήριο, μπορείτε να μετρήσετε και τη δύναμη που ασκείται, εκμεταλλευόμενοι το αποτέλεσμα που προκαλεί σε αυτό δηλαδή την.. του. Το αποτέλεσμα είναι ίδιο με αυτό του προσδιορισμού της μάζας. Αν ασκήσετε δύναμη F, η επιμήκυνση (παραμόρφωση) του ελατηρίου είναι [1]

2 Χ. Αν ασκήσετε διπλάσια δύναμη 2F, η επιμήκυνση είναι 2Χ. Αν ασκήσετε δύναμη 3F, η επιμήκυνση θα είναι 3Χ. Δηλαδή όταν διπλασιάζεται η δύναμη και η επιμήκυνση. Τριπλασιάζεται η δύναμη η επιμήκυνση του ελατηρίου κοκ. Τα μεγέθη δύναμης επιμήκυνσης τότε λέγονται... Σχεδιάζοντας τη γραφική παράσταση, αυτή είναι ευθεία που σχηματίζει γωνία με τον οριζόντιο άξονα που διέρχεται από την αρχή των αξόνων. Στο συμπέρασμα αυτό κατέληξε τον 17ο αιώνα ο Άγγλος φυσικός Robert Hook ( ). Η επιμήκυνση του ελατηρίου είναι ανάλογη με τη δύναμη που ασκείται σε αυτό. F=kx. Η σταθερά «k» έχει σχέση με το υλικό του ελατηρίου. Την παραπάνω ιδιότητα των ελατηρίων εκμεταλλευόμαστε στην κατασκευή οργάνων μέτρησης δυνάμεων: των δυναμόμετρων. Στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) η μονάδα μέτρησης της δύναμης είναι ίση με 1Newton (1N) προς τιμή του μεγάλου Άγγλου Φυσικού, Μαθηματικού και Φιλόσοφου Sir Isaac Newton ( ). Για να καταλάβετε καλύτερα τη μονάδα Newton σκεφτείτε ότι αν ανεβείτε στην πλάτη του μπαμπά ή της μαμάς σας και έχετε, όπως λέμε, βάρος 60 κιλά, ή δύναμη που ασκείτε είναι κατά προσέγγιση 600Ν. Καθόλου ευκαταφρόνητη!!! Γι αυτό δεν αντέχει η μέση μας. 2. Μια δύναμη με ρόλο πρωταγωνιστή. Το βάρος Σηκώνετε το βιβλίο σας σε κάποιο ύψος από το τραπέζι και μετά το αφήνετε. Τι παρατηρείτε; Τι είναι αυτό που κάνει ένα αεροπλάνο να πέφτει στο έδαφος μετά από μια μηχανική βλάβη; Τα μετέωρα είναι βράχοι διαφόρων μεγεθών που ταξιδεύουν στο διάστημα και όταν πλησιάζουν τη γη πέφτουν με φαντασμαγορικό τρόπο στο έδαφος. Τι είναι αυτό που τα κάνει να πέφτουν στη γη; Σε όλες τις περιπτώσεις τα σώματα καταλήγουν στο έδαφος. Αν δεν έχουν ταχύτητα (βιβλίο) πέφτουν.... αν όμως έχουν ταχύτητα (μετέωρο) πέφτουν.. [2]

3 Η αιτία όλων των παραπάνω γεγονότων (πτώσεων) είναι μια δύναμη που ασκείται σε όλα τα σώματα, ονομάζεται «βάρος», είναι διανυσματικό μέγεθος, συμβολίζεται με το γράμμα W (weight) ή Β (βάρος) και μετριέται στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) σε Newton (N). Ας δούμε τώρα τι είναι αυτό που δημιουργεί τη δύναμη του βάρους. Γιατί ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (International Space Station, ISS), περιστρέφεται σε τροχιά γύρω από τη γη και δεν απομακρύνεται ώστε να χαθεί στο διάστημα;. Αν απομακρυνόσασταν σε πολύ μεγάλη απόσταση από τη γη θα είχατε βάρος;. Αν πλησιάζατε κάποιον πλανήτη (της γης συμπεριλαμβανομένης) θα είχατε βάρος; Όλοι επομένως οι πλανήτες και τα άστρα (ήλιοι) δημιουργούν βάρος στα σώματα που πλησιάζουν σε αυτά. Τα έλκουν δηλαδή. Γενικεύοντας, οι βαρυτικές δυνάμεις ασκούνται μεταξύ όλων των σωμάτων στο σύμπαν. Πάρτε ένα σκοινάκι, δέστε στο ένα άκρο του ένα βαρίδι και το άλλο άκρο κρατήστε το με το χέρι σας ή κρεμάστε το από ένα σημείο. Αφήστε το να ηρεμήσει. Στο βαρίδι ασκείται από τη γη μια δύναμη που την ονομάσατε Τι διεύθυνση έχει το σχοινί με το βαρίδι;.... Το σύστημα σχοινί βαρίδι ονομάζεται νήμα της στάθμης και το χρησιμοποιούν οι εργάτες όταν χτίζουν τους τοίχους ώστε αυτοί να έχουν κατακόρυφη διεύθυνση. Η κατακόρυφη προς το έδαφος διεύθυνση του σχοινιού, είναι η διεύθυνση του βάρους όλων των σωμάτων που βρίσκονται στη γη ή σε απόσταση από το έδαφος. Το βάρος των σωμάτων ελαττώνεται όσο αυξάνεται το ύψος τους από την επιφάνεια του εδάφους. Ποια είναι η φορά (κατεύθυνση) του βάρους;.. Δείτε τη διπλανή εικόνα. Σε κάθε τόπο το βάρος έχει τη διεύθυνση της... της γης και φορά προς το. της. Η διεύθυνση της ακτίνας της γης στο συγκεκριμένο τόπο ονομάζεται κατακόρυφος του τόπου και αισθητοποιείται με το νήμα της στάθμης. Δηλαδή αν είχατε ένα τρυπάνι και τρυπούσατε το έδαφος στη διεύθυνση του νήματος, που θα φτάνατε; Με όσα διδαχτήκατε μέχρι τώρα η πρόταση «το βάρος μου είναι 65 κιλά», είναι σωστή; Ποια θα έπρεπε να είναι η πρόταση; Κανείς όμως δεν διατυπώνει σωστά την πρόταση διότι για τον απλό άνθρωπο οι διαφορές μάζας βάρους φαίνονται δυσδιάκριτες. Βέβαια αν τολμήσει κάποιος να καθιερώσει τη σωστή έκφραση το λιγότερο που θα κάνουν οι υπόλοιποι, είναι να τον αγνοήσουν. Γι αυτό εσείς θα γνωρίζετε τις διαφορές, όπως τις βλέπετε παρακάτω, και θα χαμογελάτε σιωπηρά για την άγνοια των υπολοίπων. [3]

4 Μάζα Είναι η ποσότητα της ύλης ενός σώματος. Είναι μονόμετρο μέγεθος Μετριέται σε κιλά (Kg) Μετριέται με το ζυγό ή το ελατήριο Είναι ίδια παντού Βάρος Είναι η δύναμη που έλκει η γη το σώμα Είναι διανυσματικό μέγεθος Μετριέται σε Newton (Ν) Μετριέται με το δυναμόμετρο (ελατήριο) Διαφέρει από τόπο σε τόπο. 3. Μια δύναμη με ρόλο συμπρωταγωνιστή. Η τριβή Φανταστείτε ένα κόσμο όπου η παραμικρή αύρα μπορεί να μετακινήσει οτιδήποτε δεν είναι ριζωμένο στη γη σαν τα φυτά ή θεμελιωμένο γερά όπως τα σπίτια, από το χαλίκι του μονοπατιού ως το παρατημένο σκαμνάκι της αυλόπορτάς σας. Φανταστείτε πολιτείες και χωριά με λείους, τέλεια οριζόντιους δρόμους, αυλές πλατείες γεμάτες στηρίγματα. Φανταστείτε αντί για σκάλες, λογής λογής τσουλήθρες. Φανταστείτε δρόμους με έλκηθρα αντί για αυτοκίνητα, με πατίνια αντί για ποδήλατα. Φανταστείτε σπίτια με έπιπλα καρφωμένα και χαλιά κολλημένα στο πάτωμα, με διάφορα αντικείμενα στερεωμένα με κάθε λογής βεντούζες και βεντουζάκια στα τραπέζια και στα ράφια. Φανταστείτε τέλος τους ανθρώπους να τσουλάνε να πατινάρουν αν προτιμάτε ανάμεσα σε όλα αυτά, ανάλαφρα και χαριτωμένα οι νέοι και οι γέροι. Ναι! Ένας κόσμος χωρίς τριβή. Ή ένας κόσμος χωρίς πολλά προβλήματα, ένας κόσμος χωρίς ξεθεωτικές ανηφόρες αλήθεια πως θα μπορούσε κανείς να ανέβει μιαν ανηφόρα χωρίς τριβή; Ένας κόσμος όπου θα ανεβαίναμε μόνο με ανελκυστήρες. Ένας κόσμος με λιγοστά αυτοκίνητα, τουτέστιν ένας κόσμος με ελάχιστα καυσαέρια, ελάχιστους θορύβους, καθόλου μποτιλιαρίσματα στους δρόμους και επιπλέον, με ήρεμους, ξεκούραστους γερούς ανθρώπους. Γιατί οι άνθρωποι ενός τέτοιου κόσμου θα πήγαιναν στις δουλειές τους περπατώντας συγγνώμη τσουλώντας, ήθελα να πω και μάλιστα μόνο στις κατηφόρες και στο ίσωμα και όλοι βεβαίως ξέρουμε πόσο καλό κάνει στην υγεία μια άσκηση σαν το πατινάζ. Ένας κόσμος χωρίς τριβή! Χωρίς λιπαντικά, χωρίς τηλεοπτικές διαφημίσεις του είδους: «Ένα λάδι για επαγγελματίες!». Σχολιάστε το παραπάνω κείμενο. Σπρώξτε το βιβλίο σας και κατόπιν σπρώξτε μια μπίλια πάνω στο θρανίο. Ποιο από τα δύο σώματα σταματάει ευκολότερα; Γιατί πιστεύετε ότι συμβαίνει αυτό;.. Θα σας φανεί παράξενη η επόμενη ερώτηση αλλά. τι είναι αυτό που σας δίνει τη δυνατότητα να πιάνετε αντικείμενα όπως το πιρούνι για να φάτε, να περπατάτε ή να τρέχετε, να στεκόσαστε όρθιοι ή να κάθεστε σε μια καρέκλα για να ξεκουραστείτε και να ξαπλώνετε στο κρεβάτι;.... [4]

5 Η δύναμη που ασκείται στις παραπάνω περιπτώσεις και αντιστέκεται στις κινήσεις σωμάτων ή μας βοηθάει να πιάνουμε σώματα, να βαδίζουμε, να καθόμαστε ή να ξαπλώνουμε, ονομάζεται «τριβή», είναι διανυσματικό μέγεθος, συμβολίζεται με το γράμμα Τ (Τριβή) και μετριέται στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) σε Newton (N). Εφόσον η δύναμη της τριβής αντιστέκεται στην κίνηση των σωμάτων, ποια είναι η σκέψη σας για την φορά της (κατεύθυνση); Δηλαδή όταν ένα σώμα κινείται προς τα αριστερά η τριβή θα ασκείται προς τα Όταν το σώμα κινείται προς τα πάνω η τριβή θα ασκείται προς τα... Υπάρχουν δύο ειδών τριβές κατά την κίνηση των σωμάτων. Μια είναι αυτή που δημιουργείται όταν ένα σώμα κινείται και ολισθαίνει (σέρνεται) πάνω σε μια άλλη επιφάνεια. Ονομάζεται τριβή ολίσθησης. Η δεύτερη είναι αυτή που δημιουργείται όταν το σώμα κινείται και κυλίεται (ρολάρει) πάνω σε μια άλλη επιφάνεια (ρόδα, μπίλια). Ονομάζεται τριβή κύλισης. Τι συμβαίνει όμως όταν το σώμα δεν κινείται όπως όταν καθόσαστε στην καρέκλα; Ασκείται ή όχι τριβή πάνω σας;... Αν δεν υπήρχε τριβή θα μπορούσατε να καθίσετε στην καρέκλα και να ξεκουραστείτε, να πιάσετε το πιρούνι και να φάτε, να ξαπλώσετε στο κρεβάτι και να κοιμηθείτε; Άρα όταν τα σώματα μένουν ακίνητα ασκείται δύναμη τριβής με τα σώματα που εφάπτονται. Αν δεν υπήρχε αυτή η δύναμη τα σώματα στην προσπάθειά σας να τα πιάσετε ή να τα ακουμπήσετε θα γλιστρούσαν και άντε να σας έβλεπα τότε πως θα τρώγατε ή θα ξεκουραζόσασταν; Αυτού του είδους η τριβή ονομάζεται στατική τριβή. Με όσα ανακαλύψατε παραπάνω μπορείτε να σκεφτείτε ποια είναι η φορά της στατικής τριβής; Αν προσπαθείτε να σπρώξετε ένα πολύ βαρύ κιβώτιο προς τα δεξιά και αυτό παραμένει ακίνητο, ποια θα είναι η κατεύθυνση της τριβής;.... Ποιο είναι επομένως το συμπέρασμά σας για τη φορά της στατικής τριβής;..... [5]

6 Όταν ένα σώμα μένει ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο παράλληλο στο έδαφος, δεν ασκείται τριβή. Αν προσπαθήσετε να το κινήσετε και αυτό δεν «ακούει», η τριβή έχει φορά αντίθετη από τη φορά που προσπαθείτε να το κινήσετε. Μπορείτε να σκεφτείτε τη φορά της στατικής τριβής στο παρκαρισμένο αυτοκίνητο σε δρόμο με μεγάλη κλίση; Αξιολόγηση Στη γραφική παράσταση βλέπετε τη σχέση μεταξύ δύναμης (σε Kg!) και μετατόπισης (σε mm) των ελατηρίων, των πιστονιών μοτοσυκλέτας κατά την οδήγησή της (επιτάχυνση, φρενάρισμα κτλ). Αν σε ένα φρενάρισμα η συσπείρωση των ελατηρίων είναι 50mm πόση είναι η ασκούμενη δύναμη στο σασί της μηχανής σε Newton; 2. Από το συννεφάκι στο βόρειο ημισφαίριο της γης πέφτουν οι σταγόνες της βροχής προς το έδαφος. Σχεδιάστε τις σταγόνες της βροχής που θα πέσουν στο έδαφος από τα δύο συννεφάκια στο νότιο ημισφαίριο της γης. 3. Το αυτοκίνητο κινείται προς τα δεξιά και αυξάνει συνεχώς την ταχύτητά του. Σκεφτείτε τη φορά των δυνάμεων τριβής που ασκούνται μεταξύ των ελαστικών και του δρόμου. 4. Το αυτοκίνητο κινείται προς τα αριστερά και φρενάρει μπλοκάροντας τους τροχούς. Σκεφτείτε τη φορά των δυνάμεων τριβής που ασκούνται μεταξύ των ελαστικών και του δρόμου. [6]

7 Βιβλιογραφία. Rosalind Driver, Ann Squires, Peter Rushworth, Valerie Wood-Robinson, Οικο-Δομώντας τις Έννοιες των Φυσικών Επιστημών, Μια Παγκόσμια Σύνοψη των Ιδεών των Μαθητών, Τυπωθήτω, Αθήνα Π.Β. Κόκκοτα, «Διδακτική των Φυσικών Επιστημών», Γρηγόρη, Αθήνα Φυσική Β Γυμνασίου, Ν. Αντωνίου, Π Δημητριάδη, Κ. Καμπούρη, Κ. Παπαμιχάλη, Λ. Παπατσίμπα. ΥπΕΠΘ, Παιδαγωγικό Ινστιτούτο. Φυσική Α Τάξη Ενιαίου Πολυκλαδικού Λυκείου, 2 ο τεύχος, Ν. Δαπόντε, Αν. Κασέτα, Σ. Μουρίκη, Μ. Σκιαθίτη, Ο.Ε.Δ.Β. Εικόνες από το διαδύκτιο. [7]