Γιώργος Βαλατσός Φυσικός Msc

Transcript

1 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 1 Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ Αναγνώριση δυνάμεων Στο προηγούμενο κεφάλαιο, έχετε μάθει πώς να περιγράφετε την κίνηση των αντικειμένων. Θυμάστε πως για να βρούμε εάν ένα αντικείμενο κινείται πιο γρήγορα από ένα άλλο συγκρίνουμε την απόσταση που διανύουν τα δύο αντικείμενα στον ίδιο χρόνο. Μπορεί, επίσης, να γνωρίζετε ότι η ταχύτητα ενός κινούμενου αντικειμένου, όπως για παράδειγμα μιας μπάλας που κινείται στο έδαφος, μειώνεται σταδιακά και στο τέλος μηδενίζεται. Ακόμη, τις περισσότερες φορές η κατεύθυνση (διεύθυνση και φορά) της κίνησης της μπάλας αλλάζει κατά τη διάρκεια της κίνησής της. Ποια είναι όμως η αιτία για την αλλαγή της ταχύτητας μιας μπάλας του ποδοσφαίρου; Για παράδειγμα, πώς δρα/ενεργεί ένας τερματοφύλακας για να διώξει τη μπάλα που κατευθύνεται στη γωνιά του τέρματος (να αλλάξει την κατεύθυνσή της για να μην μπει γκολ); Μήπως αναρωτηθήκατε ποτέ, τι κάνει ένα αντικείμενο να κινηθεί πιο γρήγορα ή πιο αργά, ή να αλλάξει την κατεύθυνση της κίνησής του; Μια μπάλα και γενικότερα ένα αντικείμενο αρχίζει να κινείται πιο γρήγορα ή πιο αργά ή αλλάζει η κατεύθυνση της κίνησής του, αν ασκηθούν σε αυτό μια ή περισσότερες δυνάμεις. Αν δεν ασκείται καμιά δύναμη στη μπάλα, η μπάλα θα συνεχίζει να κινείται διαρκώς το ίδιο γρήγορα και προς την ίδια κατεύθυνση. Δυνάμεις ασκούνται σε ένα αντικείμενο κάθε φορά που αλλάζει η κίνησή του. Δυνάμεις όμως, όπως το βάρος, ασκούνται στα αντικείμενα ανεξάρτητα από το αν κινούνται ή όχι. Η κατανόηση του πώς οι δυνάμεις δημιουργούνται και περιγράφονται είναι θεμελιώδους σημασίας για την κατανόηση της φύσης. Η έννοια της δύναμης έχει διαμορφώσει μέρος της κατανόησης των ανθρώπων για την αιτία της κίνησης των αντικειμένων, από τα αρχαία χρόνια. Εικόνα 3-1: Πώς μπορούμε να μεταβάλουμε το μέτρο, τη διεύθυνση και τη φορά της ταχύτητας μιας μπάλας; Τι είναι η δύναμη; Σπρώξιμο και τράβηγμα. Δράσεις όπως το πιάσιμο ενός αντικειμένου, το άνοιγμα ενός παραθύρου, το κλείσιμο μίας πόρτας, το κλότσημα μίας μπάλας, το χτύπημα σε μία πόρτα, η ανύψωση ενός κουβά με νερό, το τίναγμα ενός ρούχου, το σπρώξιμο ενός αυτοκινήτου, το τράβηγμα ενός αυτοκινήτου, οδηγούν συνήθως σε κάποια μεταβολή στην κίνηση του αντικειμένου. Παρατηρούμε ότι καθεμιά από τις πιο πάνω δράσεις μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο κατηγορίες: σε τράβηγμα ή σε σπρώξιμο.

2 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 2 (α) Ο τερματοφύλακας αποκρούει τη μπάλα. Δηλαδή, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι για να αλλάξουμε την κίνηση ενός αντικειμένου, πρέπει να το σπρώξουμε ή να το τραβήξουμε. Στη Φυσική το σπρώξιμο ή το τράβηγμα σε ένα αντικείμενο ονομάζεται δύναμη. Στις Εικόνες 3-2 φαίνονται μερικά παραδείγματα γνωστών καταστάσεων που περιλαμβάνουν αλλαγές στην κίνηση διάφορων αντικειμένων. Μπορείτε να σκεφτείτε και άλλα παραδείγματα; Εργασία: Ιστορικό ένθετο Πολλοί άνθρωποι από την αρχαιότητα πίστευαν διαισθητικά ότι τα πράγματα κινούνται με σταθερή ταχύτητα μόνο όταν ασκείται σε αυτά μια σταθερή δύναμη. Ποια είναι η δική σας άποψη; (β) Ποδοσφαιριστής κλωτσάει τη μπάλα. (γ) Το αγόρι ξεκινά να σπρώχνει ένα καροτσάκι. Εικόνα 3-2: Παραδείγματα καταστάσεων που περιλαμβάνουν αλλαγές στην κίνηση. Οι Δυνάμεις οφείλονται σε αλληλεπίδραση Ο άνθρωπος της Εικόνας 3-3 (α) στέκεται πίσω από ένα σταθμευμένο αυτοκίνητο. Το αυτοκίνητο θα κινείται λόγω της παρουσίας του; Ασφαλώς όχι. Εννοείται ότι για να μετακινηθεί το αυτοκίνητο πρέπει ο άνθρωπος να το σπρώξει. Aς υποθέσουμε ότι ο άνθρωπος αρχίζει τώρα να σπρώχνει το αυτοκίνητο όπως δείχνει η Εικόνα 3-3 (β), που σημαίνει ότι ασκεί δύναμη σε αυτό. Το αυτοκίνητο αρχίζει να κινείται προς την κατεύθυνση της δύναμης, δηλαδή προς τα αριστερά. Εικόνα 3-3: (α) Στην εικόνα στα αριστερά το αυτοκίνητο είναι χαλασμένο. (β) Στη δεξιά εικόνα, το αυτοκίνητο σπρώχνεται για να μετακινηθεί.

3 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 3 Η Εικόνα 3-4 φαίνονται τρεις καταστάσεις που μπορεί να σας είναι γνωστές. Μπορείτε να αποφασίσετε ποιος τράβα και ποιος σπρώχνει σε αυτές τις περιπτώσεις; Στην Εικόνα 3-4 (α), και τα δύο κορίτσια φαίνεται να σπρώχνουν το ένα το άλλο, ενώ το ζεύγος των κοριτσιών στην Εικόνα 3-4 (β), προσπαθούν να τραβήξουν το ένα το άλλο. Ομοίως, ο σκύλος και το παιδί στην Εικόνα 3-4 (γ), φαίνεται να τραβά ο ένας τον άλλο. Τα κορίτσια στις δύο περιπτώσεις που εμφανίζονται εδώ ασκούν δύναμη η μια στην άλλη. Το ίδιο συμβαίνει και με το παιδί και τον σκύλο. Από αυτά τα παραδείγματα, συμπεραίνουμε ότι οι δυνάμεις προκύπτουν ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο σωμάτων. Δηλαδή, όταν λέμε ότι σε ένα αντικείμενο ασκήθηκε δύναμη, θα πρέπει να έχουμε υπόψη μας ότι η δύναμη προέκυψε από την αλληλεπίδραση αυτού του αντικειμένου με κάποιο άλλο αντικείμενο. (α) Ποιο κορίτσι σπρώχνει ποιο; (β) Ποιο κορίτσι τραβά ποιο; Στη φύση οι δυνάμεις εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη. Δεν υπάρχει περίπτωση ένα σώμα να ασκεί δύναμη σε ένα άλλο σώμα χωρίς να δέχεται και αυτό μια δύναμη. Δηλαδή, αυτό που συμβαίνει πάντοτε είναι ότι όταν ένα σώμα επιδρά (δράση) πάνω σε ένα άλλο σώμα ασκώντας του μια δύναμη, τότε ταυτόχρονα το δεύτερο επιδρά (αντίδραση) και ασκεί μια δύναμη στο πρώτο σώμα. Για τον λόγο αυτό, όταν εμφανίζονται δυνάμεις ανάμεσα σε δύο σώματα, λέμε ότι τα σώματα αλληλεπιδρούν. Έτσι, ερμηνεύονται πολλά φαινόμενα της καθημερινής ζωής. Για παράδειγμα, αν σπρώξετε έναν τοίχο με τα δάχτυλά σας συμβαίνει κάτι περισσότερο από το σπρώξιμο στον τοίχο. Αλληλεπιδράτε με τον τοίχο, και ο τοίχος ταυτόχρονα σπρώχνει εσάς. Αυτό θα ήταν πιο εμφανές αν ο μαθητής της Εικόνας 3-5 φορούσε πατίνια. Το σπρώξιμο σας στον τοίχο και το σπρώξιμο του τοίχου σε σας είναι ίσο σε μέτρο (ποσότητα) και αντίθετο στην κατεύθυνση. Το ζεύγος των δυνάμεων αποτελεί το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης. Όταν βαδίζουμε, ασκούμε με τα πόδια μας δύναμη στο πάτωμα προς τα πίσω και εκείνο μας ασκεί δύναμη προς τα εμπρός. Όταν κολυμπάμε, σπρώχνουμε με τα χέρια μας το νερό προς τα πίσω και το νερό μας σπρώχνει προς τα εμπρός. Όταν δύο μαθητές που φοράνε πατίνια σπρώχνουν ο ένας τον άλλο, ή τραβούν ο ένας τον άλλο με σχοινί, ανεξάρτητα από το ποιος σπρώχνει ή τραβάει ποιον, κινούνται και οι δύο μαθητές. Δηλαδή, ασκείται στον κάθε μαθητή μια δύναμη, αφού αλλάζει ο τρόπος με τον οποίο κινούνται. (γ) Ποιος τραβά ποιον; Εικόνα 3-4: Οι δυνάμεις προκύπτουν από την αλληλεπίδραση μεταξύ δύο σωμάτων. Εικόνα 3-5: Όταν γέρνετε στον τοίχο, ασκείτε μια δύναμη σε αυτόν. Ο τοίχος ασκεί ταυτόχρονα μια αντίθετη δύναμη σε σας. Έχουμε την τάση να σκεφτόμαστε ότι μόνο τα έμβια όντα σπρώχνουν και τραβούν, αλλά και τα άψυχα πράγματα μπορούν να κάνουν το ίδιο. Επομένως, πρέπει να αποδεχτούμε την ιδέα του άψυχου τοίχου να σπρώχνει πίσω σε μας. Μας σπρώχνει προς τα πίσω, όπως ακριβώς και ένα άλλο άτομο σπρώχνει προς τα πίσω όταν το σπρώχνουμε εμείς.

4 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 4 ασκεί δύναμη στο Σώμα Α ταυτόχρονα ασκεί δύναμη στο Σώμα Β «Όταν δυο σώματα αλληλεπιδρούν, καθένα από αυτά ασκεί στο άλλο μια δύναμη. Οι δυνάμεις αυτές έχουν το ίδιο μέτρο, την ίδια διεύθυνση και αντίθετη φορά.» Διάγραμμα 3-1: Διαγραμματική αναπαράσταση της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο σωμάτων. Πώς δημιουργούνται οι δυνάμεις; Οι δυνάμεις δημιουργούνται με πολλούς τρόπους. Για παράδειγμα, οι μύες δημιουργούν μια δύναμη όταν κτυπούμε με τη ρακέτα το μπαλάκι του τένις. Η βαρύτητα της Γης δημιουργεί μια δύναμη που ονομάζεται βάρος και τραβά όλα τα σώματα που βρίσκονται πάνω ή γύρω από αυτήν. Όταν φυσά άνεμος, η κίνηση του αέρα μπορεί να δημιουργήσει δυνάμεις. Αυτό το καταλαβαίνουμε από την αλλαγή στην κίνηση των κλαδιών ενός δέντρου. Καθεμιά από αυτές τις δράσεις μπορεί να δημιουργήσει δύναμη, επειδή σε όλες τις περιπτώσεις υπάρχει αλλαγή στην κίνηση ενός αντικειμένου. Εικόνα 3-6: Οι μύες, ο κινούμενος αέρας (άνεμος) και τα σώματα μεγάλης μάζας, όπως οι πλανήτες, δημιουργούν δυνάμεις των οποίων τα αποτελέσματα μπορούμε να παρατηρήσουμε. Εικόνα 3-7: Το μήλο ασκεί δύναμη περίπου 1 Ν στο χέρι μας. Μονάδα μέτρησης της Δύναμης Η μονάδα μέτρησης της δύναμης στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων είναι το Νιούτον (Newton), προς τιμή του Άγγλου Φυσικού Isaac Newton (Ισαάκ Νεύτωνας). Το σύμβολο της μονάδας μέτρησης της δύναμης είναι το Ν. Το Νιούτον ορίζεται σε σχέση με το πόση δύναμη χρειάζεται για να αλλάξει η κίνηση ενός αντικειμένου. Συγκεκριμένα, δύναμη 1Ν είναι η δύναμη που απαιτείται για να αλλάξει η ταχύτητα ενός αντικειμένου μάζας 1 kg κατά 1 m/s σε ένα δευτερόλεπτο. Αυτό προκύπτει από τους νόμους του Νεύτωνα που θα μελετήσετε την επόμενη χρονιά. Ένα μήλο που κρατάμε στο χέρι μας σπρώχνει το χέρι μας προς τα κάτω με δύναμη περίπου ίση με 1 Newton. Ένα άτομο με μάζα 70 kg θα σπρώχνει το πάτωμα προς τα κάτω με δύναμη 700 N. Εικόνα 3-8: Isaac Newton,

5 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 5 Η δύναμη συμβολίζεται με το αγγλικό γράμμα F, από την αγγλική λέξη «Force» που σημαίνει «Δύναμη». Το όργανο μέτρησης της δύναμης είναι το δυναμόμετρο. Η δύναμη ως διάνυσμα Στην Εικόνα 3-10 φαίνονται δύο μαθητές που ξεκινούν να σπρώχνουν ένα ακίνητο κιβώτιο ο καθένας. Στην Εικόνα 3-10(α) ο μαθητής σπρώχνει το κιβώτιο προς τα δεξιά με δύναμη 10 Ν και ο μαθητής στην Εικόνα 3-10 (β) σπρώχνει προς τα αριστερά ένα όμοιο κιβώτιο με δύναμη 10 Ν. Η κατεύθυνση της κάθε δύναμης παίζει σημαντικό ρόλο στον τρόπο που αλλάζει η κίνηση των δύο κιβωτίων. Συγκεκριμένα, το κιβώτιο στην Εικόνα 3-10 (α) θα αρχίσει να κινείται προς τα δεξιά και το κιβώτιο στην Εικόνα 3-10(β) προς τα αριστερά. Εικόνα 3-9: Διαφορετικοί τύποι δυναμομέτρων Ν - 10 Ν (α) (β) Εικόνα 3-10: Οι δύο μαθητές ασκούν οριζόντια δύναμη ίσου μέτρου στο ξύλινο κιβώτιο. Στην εικόνα (α) η δύναμη ασκείται προς τα δεξιά και στην εικόνα (β) προς τα αριστερά. Έτσι, για να περιγράψουμε πλήρως μια δύναμη πρέπει να προσδιορίσουμε πόσο μικρή ή μεγάλη είναι η δύναμη (το μέτρο της δύναμης) και ποια είναι η κατεύθυνσή της (η διεύθυνση και η φορά της). Δηλαδή η δύναμη είναι διανυσματικό μέγεθος όπως είναι η ταχύτητα, η θέση και η μετατόπιση που μελετήσαμε στην προηγούμενη ενότητα. Παριστάνουμε τις δυνάμεις γραφικά με τον ίδιο τρόπο που παριστάναμε τη θέση και τη μετατόπιση στο προηγούμενο κεφάλαιο, χρησιμοποιώντας βέλη. Το μήκος του βέλους σχετίζεται με το μέτρο της δύναμης και η κατεύθυνση του βέλους δείχνει την κατεύθυνση της δύναμης. Οι δυνάμεις μπορεί να πάρουν θετικές και αρνητικές τιμές. Το πρόσημο χρησιμοποιείται για τον καθορισμό της κατεύθυνσης της δύναμης. Συνήθως επιλέγουμε τις θετικές τιμές να αναπαριστούν δυνάμεις που κατευθύνονται προς τα πάνω, προς τα δεξιά, βόρεια ή ανατολικά. Για παράδειγμα, για τις δυνάμεις που ασκούν οι δύο μαθητές στην Εικόνα 3.10, μπορούμε να πούμε ότι η δύναμη που ασκεί ο μαθητής στο κιβώτιο της Εικόνας 3.10 (α) είναι «+10 Ν» (γιατί η δύναμη έχει κατεύθυνση προς τα δεξιά) και η δύναμη που ασκεί ο μαθητής στο κιβώτιο της Εικόνας 3.10 (β) είναι «-10 N» (γιατί έχει κατεύθυνση προς τα αριστερά).

6 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 6 Κλίμακα 1cm =4 N Εικόνα 3-11: Για να σχεδιάσετε ένα διάνυσμα πρέπει να χρησιμοποιήσετε κλίμακα. Σχεδιασμός του διανύσματος της δύναμης Όπως είδαμε και πιο πάνω, ορισμένες φορές είναι χρήσιμο να αναπαριστούμε μια δύναμη με ένα διάνυσμα (με ένα βέλος). Το διάνυσμα της δύναμης έχει (α) ως σημείο εφαρμογής το σημείο στο οποίο ασκείται η δύναμη, (β) για διεύθυνση την ευθεία πάνω στην οποία βρίσκεται (π.χ. οριζόντια ή κατακόρυφη διεύθυνση) και (γ) για φορά το προς τα πού δείχνει η δύναμη. Για παράδειγμα, μια δύναμη με κατακόρυφη διεύθυνση μπορεί να έχει φορά προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Το μήκος του βέλους σχετίζεται με το μέτρο της δύναμης μέσω μιας κλίμακας. Όταν σχεδιάζετε το διάνυσμα της δύναμης, θα πρέπει να επιλέγετε την κατάλληλη κλίμακα. Για παράδειγμα, εάν θα σχεδιάσετε ένα διάνυσμα που θα παριστάνει μια δύναμη 20 N με διεύθυνση την κατακόρυφο και φορά προς τα πάνω, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την κλίμακα 1 cm = 4 N. (Προσοχή: Αν χρησιμοποιήσετε την κλίμακα 1 cm = 1 Ν θα συναντήσετε πρόβλημα γιατί το διάνυσμα που θα σχεδιάσετε πιθανόν να μην χωράει στην κόλλα του τετραδίου σας.) Συνεπώς, στη συγκεκριμένη περίπτωση θα πρέπει να σχεδιάσετε ένα διάνυσμα με μήκος 5 cm, με κατακόρυφη διεύθυνση (άξονας y, στα μαθηματικά) και με φορά προς τα πάνω (Εικόνα 3-11). Μία δύναμη με μέτρο 4 Ν στην οριζόντια διεύθυνση (άξονας x, στα μαθηματικά) με φορά προς τα δεξιά, φαίνεται στην Εικόνα Κλίμακα 1cm = 1 N Εικόνα 3-12: Το διάνυσμα αναπαριστά δύναμη με μέτρο 4 Ν, οριζόντιας διεύθυνσης και φοράς προς τα δεξιά. Εικόνα 3-13: Στο κουτί ασκείται μια δύναμη F προς τα δεξιά. F Η Εικόνα 3-13 δείχνει μια δύναμη που ασκείται σε ένα κουτί. Το βέλος που αναπαριστά τη δύναμη έχει σημείο εφαρμογής πάνω στο κουτί, έχει οριζόντια διεύθυνση και φορά προς τα δεξιά. ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΑΠΟ ΕΠΑΦΗ Εικόνα 3-14: Η ρακέτα του τένις ασκεί δύναμη επαφής (σπρώξιμο) στην μπάλα όταν κτυπά σε αυτήν. Όταν δύο σώματα βρίσκονται σε επαφή αλληλεπιδρούν. Τις δυνάμεις που ασκεί το ένα σώμα στο άλλο τις ονομάζουμε δυνάμεις επαφής. Οι δυνάμεις επαφής είναι πάντα τράβηγμα ή σπρώξιμο, αλλά μερικές φορές αναφέρονται με διάφορα άλλα ονόματα, ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο εμφανίζονται. Για παράδειγμα, μια δύναμη που τεντώνει ένα αντικείμενο, όπως για παράδειγμα το τράβηγμα σε ένα σχοινί ή το τέντωμα των μυών των ποδιών σας, ονομάζεται τάση.

7 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 7 Μια άλλη κατηγορία δυνάμεων επαφής είναι οι δυνάμεις που τείνουν να αντιτίθενται στην κίνηση των αντικειμένων. Αυτές οι δυνάμεις ονομάζονται δυνάμεις τριβής. Παραδείγματα δυνάμεων επαφής είναι οι δυνάμεις που αναπτύσσονται ανάμεσα σε ένα τεντωμένο νήμα και ένα σώμα που είναι δεμένο σε αυτό, οι δυνάμεις ανάμεσα στα ελαστικά του αυτοκινήτου και το οδόστρωμα, οι δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά τη διάρκεια μιας κρούσης κ.λπ. Μυϊκή δύναμη Μπορείτε να σπρώξετε ή να σηκώσετε ένα βιβλίο που βρίσκεται σε ένα τραπέζι χωρίς να το αγγίξετε; Μπορείτε να σηκώσετε έναν κουβά με νερό χωρίς να τον ακουμπήσετε; Γενικώς, για να ασκήσετε δύναμη σε ένα αντικείμενο, θα πρέπει να είσαστε σε επαφή με το αντικείμενο. Η επαφή μπορεί να γίνει επίσης με τη βοήθεια μιας ράβδου ή ενός κομματιού σχοινιού. Όταν σπρώχνουμε ένα αντικείμενο, όπως μια σχολική τσάντα, ή ανασηκώνουμε έναν κουβά με νερό, από πού προέρχεται η δύναμη; Αυτή η δύναμη προκαλείται από τη δράση των μυών στο σώμα μας. Η δύναμη που προκύπτει λόγω της δράσης των μυών ονομάζεται μυϊκή δύναμη. Επειδή μυϊκή δύναμη μπορεί να ασκείται μόνο όταν ένας άνθρωπος είναι σε επαφή με ένα αντικείμενο, ονομάζεται δύναμη επαφής. Υπάρχουν και άλλα είδη δυνάμεων επαφής; Ας μάθουμε. Εικόνα 3-15: Ένα παιδί σέρνει ένα παιγνίδι με ένα σχοινί. Το σχοινί ασκεί δύναμη επαφής (τράβηγμα) στο παιχνίδι. Εικόνα 3-16: Μαθητής στην προσπάθειά του να σηκώσει μια τσάντα. Δυνάμεις από σχοινιά και ελατήρια Συχνά χρησιμοποιούνται σχοινιά και ελατήρια για την εξάσκηση δύναμης σε αντικείμενα. Τα σχοινιά χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δυνάμεων ή για την αλλαγή της κατεύθυνσής τους. Τα ελατήρια χρησιμοποιούνται για άσκηση και για έλεγχο των δυνάμεων. Η δύναμη που δημιουργείται από ένα ελατήριο έχει τέτοια κατεύθυνση που να τείνει να επαναφέρει το ελατήριο στο φυσικό του μήκος (Εικόνα 3-17). Όταν επιμηκύνουμε ένα ελατήριο τραβώντας το, το ελατήριο τραβά το χέρι μας προς την αντίθετη κατεύθυνση. Το ίδιο συμβαίνει και όταν συσπειρώσουμε ένα ελατήριο σπρώχνοντάς το. Το ελατήριο σπρώχνει το χέρι μας και πάλι προς την αντίθετη κατεύθυνση, όπως δείχνει το διπλανό σχήμα. Η δύναμη που δημιουργείται από ένα ελατήριο είναι ανάλογη της συσπείρωσης ή της επιμήκυνσής του. Εάν ένα ελατήριο επιμηκυνθεί δύο φορές περισσότερο, τότε η δύναμη που δημιουργεί είναι δύο φορές πιο ισχυρή. Όταν επιμηκύνετε το ελατήριο, το ελατήριο ασκεί μία ίσου μέτρου και αντίθετης φοράς δύναμη στο χέρι σας Όταν συσπειρώσετε το ελατήριο, το ελατήριο ασκεί μία ίσου μέτρου και αντίθετης φοράς δύναμη στο χέρι σας. Εικόνα 3-17: Όταν ασκήσουμε δύναμη σε ένα ελατήριο, τότε το ελατήριο ασκεί δύναμη στο χέρι μας.

8 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 8 Τα ελατήρια χρησιμοποιούνται σε πολλές συσκευές για τον έλεγχο των δυνάμεων. Οι δύο τύποι ελατηρίων που χρησιμοποιούμε συνήθως είναι τα ελατήρια που επιμηκύνονται και αυτά που συσπειρώνονται (Εικόνα 3-18). Τα ελατήρια που επιμηκύνονται έχουν συχνά άγκιστρα στα άκρα τους. Σε αντίθεση, τα άκρα των ελατηρίων που σχεδιάζονται για εφαρμογές στις οποίες τα ελατήρια χρειάζεται να συσπειρώνονται, είναι επίπεδα. Στη διπλανή εικόνα φαίνονται οι δύο τύποι ελατηρίων. Εικόνα 3-18: Ελατήριο που συσπειρώνεται (αριστερά) και ελατήριο που επιμηκύνεται (δεξιά). Τάση = 100 Ν 100 Ν 100 Ν Εικόνα 3-19: Οι δύο μαθητές τραβούν τις άκρες ενός σχοινιού. Ο κάθε μαθητής τραβά τον άλλον με δύναμη 100 Ν. Έτσι η τάση του σχοινιού είναι 100 Ν. Τα ελατήρια χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία και τον έλεγχο των δυνάμεων. Ένα ελατήριο ασκεί δύναμη όταν το επιμηκύνουμε ή όταν το συσπειρώνουμε (το συμπιέζουμε). Δηλαδή όταν αλλάζουμε το μήκος του τραβώντας το ή σπρώχνοντάς το αντίστοιχα. Το τράβηγμα που μεταφέρεται με το σχοινί ονομάζεται τάση. Η τάση του σχοινιού ασκείται πάντα στην κατεύθυνση του σχοινιού. Ένα σχοινί μεταφέρει τη δύναμη της τάσης όταν είναι πολύ τεντωμένο και ασκεί (τραβά) ίση δύναμη σε κάθε άκρο του. Για παράδειγμα, ο κάθε μαθητής στη διπλανή εικόνα τραβά το σχοινί με δύναμη 100 N. Η τάση στο σχοινί είναι 100 N. Τα σχοινιά, τα νήματα και τις χορδές δεν μπορούμε να τα σπρώξουμε. Με άλλα λόγια δεν μπορούμε να μεταφέρουμε δυνάμεις με ένα σχοινί σπρώχνοντάς το.

9 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 9 ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ (ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΠΕΔΙΟΥ) Όταν δύο σώματα που αλληλεπιδρούν δεν βρίσκονται σε επαφή, τότε τις δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ τους τις ονομάζουμε δυνάμεις από απόσταση ή δυνάμεις πεδίου. Παραδείγματα δυνάμεων από απόσταση είναι οι δυνάμεις μεταξύ των πλανητών, οι δυνάμεις ανάμεσα σε δύο μαγνήτες και οι δυνάμεις ανάμεσα σε ηλεκτρικά φορτία που μελετήσαμε σε προηγούμενα μαθήματα. Ηλεκτροστατικές δύναμεις Έχετε στη διάθεση σας δύο πλαστικά καλαμάκια. Το ένα είναι κρεμασμένο με κλωστή από σταθερό σημείο (π.χ. σε τραπέζι ή σε ορθοστάτη) όπως στην Εικόνα Το άλλο το τρίβετε σε νάιλον σακούλι. Τι θα συμβεί εάν πλησιάσετε το δεύτερο καλαμάκι στο καλαμάκι που κρέμεται, χωρίς όμως να αγγίζουν τα δύο καλαμάκια; Τι θα συμβεί εάν τρίψετε και τα δύο καλαμάκια με νάιλον σακούλι και επαναλάβετε το ίδιο όπως προηγουμένως; Όταν ένα πλαστικό καλαμάκι έχει τριφτεί με ένα νάιλον σακούλι, λέγεται ότι έχει αποκτήσει ηλεκτρικό φορτίο. Ένα τέτοιο καλαμάκι είναι παράδειγμα ενός ηλεκτρικά φορτισμένου σώματος. Η δύναμη που ασκείται από ένα φορτισμένο σώμα σε ένα άλλο φορτισμένο ή μη φορτισμένο σώμα είναι γνωστή ως ηλεκτροστατική δύναμη. Αυτή η δύναμη ασκείται, ακόμα και όταν τα σώματα δεν είναι σε επαφή. Συνεπώς, η ηλεκτροστατική δύναμη είναι παράδειγμα μιας δύναμης από απόσταση. Εικόνα 3-20: Όταν τρίψουμε ένα καλαμάκι με νάιλον σακούλι έλκει ένα άλλο αφόρτιστο καλαμάκι. Μαγνητική δύναμη Σε προηγούμενο κεφάλαιο μάθαμε ότι ένας μαγνήτης τραβά τα αντικείμενα που είναι φτιαγμένα από κάποιο σιδηρομαγνητικό υλικό. Επιπλέον, είδαμε ότι δύο μαγνήτες μπορεί να έλκουν ο ένας τον άλλο ή να απωθούν ο ένας τον άλλο ανάλογα με τον προσανατολισμό τους. Η δύναμη που ασκείται μεταξύ των μαγνητών ή ενός μαγνήτη και σιδηρομαγνητικών υλικών είναι γνωστή ως μαγνητική δύναμη. Οι μαγνήτες έλκουν σιδηρομαγνητικά υλικά, αλλά δεν έχουν καμία επίδραση σε μη σιδηρομαγνητικά υλικά. Η δύναμη που ασκεί ένας μαγνήτης μπορεί να είναι σπρώξιμο ή τράβηγμα. Για να ασκηθεί αυτή η δύναμη πρέπει να φέρουμε τους μαγνήτες σε επαφή; Ένας μαγνήτης μπορεί να ασκήσει μια δύναμη σε έναν άλλο μαγνήτη χωρίς να βρίσκονται σε επαφή. Η δύναμη που ασκείται από ένα μαγνήτη είναι ένα παράδειγμα μιας δύναμης από απόσταση. Εικόνα 3-21: William Gilbert,

10 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 10 Εικόνα 3-22: Από το βιβλίο «De Magnete» του William Gilbert. Έκδοση του O Άγγλος Φυσικός William Gilbert ( ) έκανε αρκετά πειράματα μελέτης των μαγνητικών δυνάμεων. Ο Gilbert στο βιβλίο που έγραψε σχετικά με τον μαγνητισμό, «De Magnete», έκανε σύγκριση των αποτελεσμάτων του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού, ξεκαθάρισε τις ιδιότητες του στατικού ηλεκτρισμού και μαγνητισμού και κατέληξε στα εξής συμπεράσματα: 1. Αντικείμενα παρουσιάζουν ηλεκτρικά φαινόμενα, μόνο μετά από πρόσφατη τριβή. Τα αντικείμενα που είναι μαγνητισμένα δεν χρειάζεται να τριβούν. Η μαγνήτιση αποτελεί μόνιμη ιδιότητα, ενώ η ηλέκτριση γίνεται μετά από τριβή. 2. Τα ηλεκτρισμένα αντικείμενα έλκουν μικρά κομμάτια από πολλά είδη αντικειμένων. Τα μαγνητικά αντικείμενα έλκουν μόνο μερικά είδη αντικειμένων (μόνο σιδηρομαγνητικά υλικά). 3. Η μαγνητική έλξη δεν εμποδίζεται από ένα φύλλο χαρτί, ενώ η ηλεκτρική εμποδίζεται. Ο μαγνήτης, έλκει και μέσα από νερό, ενώ το φορτισμένο σώμα δεν έλκει όταν υπάρχει υγρασία. 4. Τα μαγνητικά αντικείμενα εμφανίζονται να έχουν δύο πόλους, ενώ τα ηλεκτρισμένα αντικείμενα έλκουν αντικείμενα προς μια περιοχή. Βαρύτητα Εκατομμύρια άνθρωποι είχαν δει μήλο να πέφτει, αλλά ο Νεύτωνας ήταν ο μόνος που αναρωτήθηκε «ΓΙΑΤΙ». BERNARD BARUCH Εικόνα 3-23: Λέγεται ότι ο Νεύτωνας διατύπωσε τη θεωρία της Βαρύτητας όταν είδε ένα μήλο να πέφτει. Ένα κέρμα ή ένα στυλό πέφτει στο έδαφος, όταν γλιστράει από το χέρι σας. Τα φύλλα το Φθινόπωρο ή τα φρούτα όταν ωριμάσουν επίσης πέφτουν στο έδαφος. Έχετε ποτέ αναρωτηθεί γιατί συμβαίνει αυτό; Όταν κρατάτε ένα κέρμα στο χέρι σας, το κέρμα βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας. Μόλις το αφήσετε, αρχίζει να κινείται προς τα κάτω. Είναι σαφές ότι η κατάσταση της κίνησης του κέρματος μεταβάλλεται. Μπορεί να συμβεί αυτό χωρίς τη δράση μιας δύναμης σε αυτό; Ποια είναι η δύναμη αυτή; Αντικείμενα ή πράγματα πέφτουν προς το έδαφος, διότι τα έλκει (τραβά) η Γη. Αυτή τη δύναμη με την οποία η Γη έλκει τα σώματα που βρίσκονται πάνω της, ή γύρω της, ο Νεύτωνας την ονόμασε δύναμη της βαρύτητας, ή απλά βάρος. Υπάρχει η άποψη δεν αποδείχθηκε ιστορικά- ότι ο Νεύτωνας ονόμασε αυτή τη δύναμη βάρος, όταν είδε ένα μήλο να πέφτει από μια μηλιά κάτω στο έδαφος. Ο Νεύτωνας είχε την άποψη ότι η Γη αλληλεπιδρά με αντικείμενα, όπως τα μήλα, με τέτοιο τρόπο ώστε να ασκείται σε αυτά μια ελκτική δύναμη.

11 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 11 Το βάρος, ως διανυσματικό μέγεθος, καθορίζεται πλήρως όταν γνωρίζουμε το μέτρο, τη διεύθυνση και τη φορά του. Το μέτρο του βάρους, δηλαδή με πόσο μεγάλη δύναμη η Γη έλκει ένα σώμα, το βρίσκουμε με το όργανο μέτρησης κάθε δύναμης, το δυναμόμετρο. Η διεύθυνση του βάρους είναι η διεύθυνση της κατακόρυφου του τόπου και η φορά του είναι πάντοτε προς το κέντρο της Γης. Το βάρος ενός σώματος αλλάζει από τόπο σε τόπο και ελαττώνεται όσο αυξάνεται το ύψος από την επιφάνεια της Γης. Για παράδειγμα, ένας ορειβάτης που έχει βάρος 600Ν στην επιφάνεια της θάλασσας, στην κορυφή του Έβερεστ θα έχει βάρος 598 Ν. Εικόνα 3-24: Η διεύθυνση του βάρους σε έναν τόπο είναι η κατακόρυφος και η φορά του είναι προς το κέντρο της Γης. Το βάρος ενός ορειβάτη στην κορυφή του Έβερεστ είναι 598 Ν Το βάρος ενός ορειβάτη στην επιφάνεια της θάλασσας είναι 600 Ν Εικόνα 3-265: Στην ψηλότερη κορυφή της Γης, κυματίζει από τις εννέα το πρωί στις , η σημαία της Κυπριακής Δημοκρατίας. Ο ορειβάτης Γιώργος Ανδρέου, είναι ο πρώτος Κύπριος στην ιστορία της παγκόσμιας ορειβασίας, που κατόρθωσε να φτάσει με επιτυχία στην ψηλότερη κορυφή του κόσμου. Η δύναμη της βαρύτητας δεν είναι μια ιδιότητα της Γης μόνο. Στην πραγματικότητα, κάθε αντικείμενο στο σύμπαν, είτε μικρό είτε μεγάλο, ασκεί μια δύναμη σε κάθε άλλο αντικείμενο. Η δύναμη αυτή είναι γνωστή ως βαρυτική δύναμη. Όταν ένα σώμα φύγει μακριά από τη Γη και βρεθεί στο διάστημα, τότε η βαρυτική έλξη της Γης σε αυτό, δηλαδή το γήινο βάρος του, ελαττώνεται πάρα πολύ και πρακτικά ισούται με μηδέν. Έτσι, όταν ένα σώμα βρεθεί στην επιφάνεια της Σελήνης ουσιαστικά έχει αμελητέο γήινο βάρος αλλά έχει βάρος εξαιτίας της έλξης της Σελήνης. Από πειράματα που έγιναν στη Σελήνη διαπιστώθηκε ότι το «Σεληνιακό» βάρος ενός σώματος είναι ίσο με το 1/6 του γήινου βάρους που έχει το σώμα όταν βρίσκεται στην επιφάνεια της Γης, επειδή η βαρύτητα στη Σελήνη είναι ασθενέστερη από αυτή της Γης. Σε έναν πλανήτη με μεγαλύτερη μάζα, το βάρος του σώματος θα ήταν μεγαλύτερο. Στο διάστημα το σώμα δε θα έχει βάρος (αυτό δε σημαίνει ότι δε θα έχει μάζα). ΓΗ ΣΕΛΗΝΗ Εικόνα 3-256: Το βάρος ενός σώματος στη Σελήνη είναι 6 φορές μικρότερο από το βάρος του στη Γη.

12 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 12 Η βαρύτητα λειτουργεί σε όλο το σύμπαν. Ο σχηματισμός των πλανητών στο ηλιακό σύστημα και η κίνηση των γαλαξιών και των σμηνών των γαλαξιών οφείλεται στη βαρύτητα. Η βαρύτητα δεν είναι η ίδια σε όλους τους πλανήτες. Όπως είπαμε πιο πάνω όταν δυο σώματα αλληλεπιδρούν, καθένα από αυτά ασκεί στο άλλο μια δύναμη. Οι δυνάμεις αυτές έχουν το ίδιο μέτρο, την ίδια διεύθυνση και αντίθετη φορά. Έτσι, συμπεραίνουμε ότι ο Ήλιος έλκει τη Γη και η Γη τον Ήλιο. Ομοίως, η Γη έλκει τη Σελήνη και η Σελήνη τη Γη και έτσι καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι όλοι οι πλανήτες αλληλοεπηρεάζονται στις κινήσεις τους. Μάζα Βάρος (Δύναμη) Εικόνα 3-27: Στην επιφάνεια της Γης σε κάθε σώμα με μάζα 1 kg ασκείται δύναμη ίση με 9.8 Ν από τη Γη. Η δύναμη της βαρύτητας εξαρτάται από τη μάζα του σώματος; Η δύναμη της βαρύτητας που ασκείται σε ένα αντικείμενο, όπως είπαμε, ονομάζεται βάρος. Στην επιφάνεια της Γης, η βαρύτητα ασκεί δύναμη 9,8 Ν για κάθε χιλιόγραμμο μάζας. Αυτό σημαίνει ότι ένα αντικείμενο μάζας 1 κιλού έχει βάρος 9,8 Ν, μάζας 2 κιλών έχει βάρος 19,6 Ν κ.λπ. Στην επιφάνεια της Γης, το βάρος ενός αντικείμενου είναι η μάζα του πολλαπλασιασμένη επί 9,8 N / kg. Βάρος και μάζα δεν είναι τα ίδια φυσικά μεγέθη Πολλές φορές στην καθημερινή γλώσσα, οι έννοιες του βάρους και της μάζας συγχέονται. Ωστόσο, το βάρος και η μάζα δεν είναι το ίδιο μέγεθος. Στη γλώσσα της φυσικής, η μάζα και το βάρος ενός σώματος είναι διαφορετικές έννοιες. Η μάζα ενός σώματος είναι η ποσότητα της ύλης που έχει το σώμα και είναι ανάλογη του πόσο εύκολα ή δύσκολα μπορεί να αλλάξει η ταχύτητα του σώματος, ενώ το βάρος είναι η δύναμη που ασκεί η Γη στο σώμα. Η μάζα είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα της ύλης και μετριέται σε χιλιόγραμμα (kg). Το βάρος είναι μια δύναμη που προκαλείται από τη μάζα. Έχετε βάρος, επειδή η τεράστια μάζα της Γης είναι δίπλα σας. Είναι εύκολο να συγχέουμε τη μάζα με το βάρος, διότι βαριά αντικείμενα (περισσότερο βάρος) έχουν μεγάλη μάζα και ελαφριά αντικείμενα (λιγότερο βάρος) έχουν μικρή μάζα. Το βάρος είναι δύναμη, μετριέται σε Newton (N) και εξαρτάται από τη μάζα και τη βαρύτητα. Πίνακας 3-1:Βασικές Διαφορές Μάζας και Βάρους Μάζα Βάρος είναι το μέτρο της αδράνειας ενός σώματος είναι μονόμετρο μέγεθος παραμένει σταθερή σε οποιοδήποτε τόπο μονάδα μέτρησης είναι το 1 kg όργανο μέτρησής της ο ζυγός είναι η δύναμη που ασκεί η Γη στο σώμα είναι διανυσματικό μέγεθος αλλάζει από τόπο σε τόπο μονάδα μέτρησης είναι το 1 Ν όργανο μέτρησής του το δυναμόμετρο

13 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 13 ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΠΟΥ ΑΝΤΙΤΙΘΕΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ Τριβή Η τριβή είναι μια δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση των σωμάτων. Αισθανόμαστε τα αποτελέσματα της τριβής όταν κολυμπούμε, όταν είμαστε σε ένα αυτοκίνητο, όταν περπατάμε με τα πόδια, ακόμα και όταν καθόμαστε σε μια καρέκλα. Η τριβή ασκείται σε ένα αντικείμενο όταν αυτό κινείται ή όταν είναι σε κατάσταση ηρεμίας (ακίνητο). Η τριβή οφείλεται κυρίως στις ανωμαλίες, τα μικροσκοπικά «όρη» και τις «κοιλάδες» που υπάρχουν στις επιφάνειες των αντικειμένων τα οποία βρίσκονται σε επαφή. Όσο λεία και αν βλέπετε ή νιώθετε μια επιφάνεια κινώντας το χέρι σας πάνω σ αυτήν, αν την παρατηρήσετε κάτω από ένα μικροσκόπιο θα εντοπίσετε αμέτρητες ανωμαλίες. Θα μοιάζει λίγο πολύ με την επιφάνεια του τριχωτού μέρους μιας οδοντόβουρτσας. Καθώς η επιφάνεια του ενός σώματος ξεκινά να κινείται σε σχέση με την επιφάνεια του άλλου σώματος, τα μικροσκοπικά «όρη» και οι «κοιλάδες» που αποτελούν τις δύο επιφάνειες, «συγκρούονται» δημιουργώντας έτσι δυσκολία στη μετακίνηση των σωμάτων, όπως φαίνεται στην Εικόνα Μπορείτε να σκεφτείτε το εξής μοντέλο: προσπαθείτε να μετακινήσετε δύο οδοντόβουρτσες, το τριχωτό μέρος των οποίων βρίσκεται σε επαφή. Η μετακίνηση γίνεται κατά μήκος της επιφάνειας των δύο οδοντόβουρτσων. Κατά την προσπάθεια μετακίνησης των δύο οδοντόβουρτσων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3-29, οι ίνες από τις δύο οδοντόβουρτσες «συγκρούονται» μεταξύ τους ή/ και οι ίνες από την κάθε οδοντόβουρτσα μπαίνουν ανάμεσα στα κενά που σχηματίζονται ανάμεσα στις ίνες της άλλης οδοντόβουρτσας. Εικόνα 3-28: Τα μικροσκοπικά όρη και κοιλάδες που αποτελούν τις επιφάνειες των δύο σωμάτων είναι η αιτία για την εμφάνιση της δύναμης της τριβής. Εικόνα 3-29: Μοντέλο για την ερμηνεία της προέλευσης της δύναμης της τριβής. Η τριβή είναι παρούσα σε κάθε κίνηση στην καθημερινή μας ζωή. Υπάρχουν περιπτώσεις όπου η δύναμη της τριβής είναι επιθυμητή και άλλες που είναι ανεπιθύμητη. Από τη μια, η τριβή αντιστέκεται στην κίνηση των σωμάτων, προκαλεί φθορές όπως για παράδειγμα στα ελαστικά των αυτοκινήτων, στα μέρη της μηχανών που κινούνται, όπως επίσης και στις σόλες των παπουτσιών. Από την άλλη, όμως, η τριβή είναι η δύναμη που μας βοηθάει να βαδίσουμε, να πιάσουμε αντικείμενα και αποτελεί την απαραίτητη δύναμη ώστε να μπορέσουν να κυλίσουν οι τροχοί ενός αυτοκινήτου, να ανάψουν τα σπίρτα και τόσα άλλα που μπορείτε να σκεφτείτε. Εικόνα 3-30: Η τριβή είναι χρήσιμη για το φρενάρισμα των οχημάτων.

14 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 14 Αντίσταση Αέρα (α) (β) Εικόνα 3-31: (α) Αντίσταση του αέρα όταν πετά το αεροπλανάκι και (β) αντίσταση του αέρα σε ένα χαρτόνι όταν κινείται προς τα κάτω. Εικόνα 3-32: Τα δελφίνια έχουν αεροδυναμικό σχήμα. Εικόνα 3-33: Τα αεροπλάνα έχουν αεροδυναμικό σχήμα, όπως και τα πουλιά. Όπως γνωρίζουμε, ο πλανήτης μας περιβάλλεται από ένα στρώμα αέρα που ονομάζεται ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα εκτείνεται εκατοντάδες χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της Γης, όπως είδατε κατά τη διάρκεια της περσινής χρονιάς. Γνωρίζετε, επίσης, ότι ο αέρας είναι πολύ ελαφρύς και πολύ αραιός. Ο αέρας είναι μια πραγματική ουσία, έστω και αν δεν μπορούμε να τον δούμε. Ωστόσο, ο αέρας ασκεί δύναμη τριβής σε όλα τα αντικείμενα που κινούνται μέσα σε αυτόν. Για παράδειγμα, η αντίσταση του αέρα επιβραδύνει τα αντικείμενα που αφήνονται να πέσουν από κάποιο ύψος από το έδαφος. Είναι δύναμη την οποία ασκεί ο αέρας σε ένα αυτοκίνητο που κινείται. Η αντίσταση του αέρα έχει κατεύθυνση αντίθετη από εκείνη της κίνησης του σώματος. Όταν δηλαδή το σώμα πέφτει η αντίσταση του αέρα έχει κατεύθυνση προς τα πάνω. Η αντίσταση του νερού και άλλων υγρών είναι επίσης ένας τύπος τριβής. Επιβραδύνει τα αντικείμενα που κινούνται μέσα στο νερό. Σίγουρα νιώσατε την αντίσταση του νερού στην προσπάθειά σας να κινήσετε γρήγορα το χέρι σας στο νερό της θάλασσας. Τα υγρά και τα αέρια ανήκουν στην κατηγορία των ρευστών. Η δύναμη τριβής που ασκείται σε ένα αντικείμενο που κινείται μέσα σε ένα ρευστό εξαρτάται από την ταχύτητα του αντικειμένου σε σχέση με το ρευστό, από το σχήμα του αντικειμένου, από το μέγεθος του αντικειμένου και από τις ιδιότητες του ρευστού. Είναι προφανές ότι για να κινηθούν τα αυτοκίνητα, τα αεροπλάνα ή και οι άνθρωποι μέσα σε ένα ρευστό, θα πρέπει η δύναμη που ασκείται σε αυτά από έναν κινητήρα ή από τους μύες του ανθρώπου αντίστοιχα, να είναι μεγαλύτερη ή ίση με τη δύναμη της τριβής που τους ασκείται. Σε αυτή τη διαδικασία τα αντικείμενα αυτά χάνουν ενέργεια. Έτσι, η προσπάθεια των κατασκευαστών αυτοκινήτων και αεροπλάνων, είναι να ελαχιστοποιήσουν τη δύναμη της τριβής που ασκείται στα οχήματα, κυρίως δίνοντάς τους ειδικά σχήματα τα οποία ονομάζονται αεροδυναμικά. Από πού νομίζετε ότι εμπνεύστηκαν οι επιστήμονες για αυτά τα σχήματα; Από τη φύση, φυσικά. Πουλιά και ψάρια μετακινούνται συνεχώς μέσα στον αέρα και το νερό. Οι οργανισμοί έχουν εξελίξει τη μορφή τους με τρόπο που να μειώνουν στο ελάχιστο τη δύναμη της τριβής που ασκείται σε αυτά κατά την κίνησή τους. Κοιτάξτε προσεκτικά το σχήμα του αεροπλάνου (Εικόνες 3-32, 3-33). Βλέπετε κάποια ομοιότητα στο σχήμα του αεροπλάνου και στο σχήμα ενός πουλιού;

15 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 15 Από την άλλη, μερικές φορές χρησιμοποιούμε προς όφελός μας την αντίσταση του αέρα. Για παράδειγμα, όταν το αλεξίπτωτο που φοράει ο αλεξιπτωτιστής ανοίξει, αυξάνεται η αντίσταση του αέρα. Αυτό επιβραδύνει την κάθοδο των αλεξιπτωτιστών και τους επιτρέπει να προσγειωθούν με ασφάλεια (Εικόνα 3-34). Αν δεν υπήρχε αέρας, τότε όλα τα αντικείμενα, ανεξάρτητα από τη μάζα και το σχήμα τους, θα έπεφταν το ίδιο γρήγορα το ένα δίπλα από το άλλο. Ο Αστροναύτης David Scott το απόδειξε αυτό αφήνοντας ένα σφυρί και ένα φτερό να πέσουν από το ίδιο ύψος από την επιφάνεια της Σελήνη τον Αύγουστο του Εικόνα 3-34: Η αντίσταση του αέρα είναι χρήσιμη στην ασφαλή πτώση ενός αλεξιπτωτιστή. Εικόνα 3-35: Ο αστροναύτης David Scott άφησε ελεύθερα να πέσουν ένα σφυρί και ένα φτερό στη Σελήνη. Στη Γη, λόγω της ατμόσφαιρας που την περιβάλλει, ο αέρας ασκεί δύναμη στα σώματα που κινούνται σε αυτόν. Παραδείγματος χάριν, εάν αφήσουμε μια τσαλακωμένη κόλλα και μια ανοικτή κόλλα από το ίδιο ύψος, τότε η ανοικτή κόλλα πέφτει αργότερα από τη τσαλακωμένη, λόγω της αντίστασης του αέρα. Εικόνα 3-36: Στη Γη λόγω της ατμόσφαιρας της, όταν αφήσουμε ταυτόχρονα μία τσαλακωμένη κόλλα χαρτιού και μια ανοικτή κόλλα δεν φτάνουν ταυτόχρονα στο έδαφος.

16 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 16 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΣΤΑ ΣΩΜΑΤΑ Παραμόρφωση ελατηρίου cm Εικόνα 3-37: Ελατήριο αναρτημένο σε ορθοστάτη. Τις δυνάμεις τις μετράμε μέσω των αποτελεσμάτων που προκαλούν στα σώματα στα οποία ασκούνται, π.χ. μπορούμε να μετρήσουμε τη δύναμη μέσω της παραμόρφωσης που προκαλεί σε ένα ελατήριο. Την ιδιότητα αυτή των ελατηρίων την εκμεταλλευόμαστε στην κατασκευή δυναμομέτρων, δηλαδή των οργάνων που μετρούν τις δυνάμεις. Όπως γνωρίζετε, όταν τραβούμε ένα ελατήριο τότε αυξάνεται το μήκος του, δηλαδή η δύναμη προκαλεί επιμήκυνση στο ελατήριο. Το ίδιο συμβαίνει όταν κρεμάσουμε βαρίδια στο ελεύθερο άκρο ενός κατακόρυφου ελατηρίου που είναι στερεωμένο σε ακλόνητο σημείο, π.χ. σε ορθοστάτη, όπως φαίνεται στην Εικόνα Το βάρος των βαριδιών, που είναι η δύναμη με την οποία η Γη έλκει τα βαρίδια, προκαλεί επιμήκυνση στο ελατήριο. Όταν γνωρίζουμε τη μάζα των βαριδιών υπολογίζουμε τη δύναμη αυτή. Με ένα βαρίδιο με μάζα 100 g η Γη τραβά το βαρίδιο με δύναμη 1 Ν και ταυτόχρονα το βαρίδιο τραβά το ελατήριο. Άρα μάζα 100 g αντιστοιχεί σε δύναμη 1 Ν, 200 g σε 2 Ν κ.λπ. Στην Εικόνα 3-37 φαίνεται ότι όταν ασκούμε στο ελατήριο δύναμη F 1 = 1 Ν προκαλείται επιμήκυνση στο ελατήριο ίση με Δx 1 = 2 cm. Όταν ασκούμε δύναμη F 2 =2 Ν προκαλείται επιμήκυνση Δx 2 = 4 cm, ενώ δύναμη F 3 =3 Ν θα προκαλέσει επιμήκυνση Δx 3 =6 cm κ.λπ. Στη Φυσική όταν κάνουμε πειράματα καταχωρούμε τις μετρήσεις σε πίνακες τιμών. Για τις πιο πάνω μετρήσεις έχουμε τον Πίνακα τιμών 3-2, που ακολουθεί. Πίνακας 3-2: Πίνακας τιμών Εικόνα 3-38: Μέτρηση επιμήκυνσης που προκαλούν τα σταθμά (βαράκια). Α/Α Δύναμη (N) Επιμήκυνση (cm)

17 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 17 Με τις τιμές του πίνακα τιμών χαράσσουμε τη γραφική παράσταση της επιμήκυνσης (Δx) σε σχέση με τη δύναμη (F). 8 Δx (cm) F (Ν) Γραφική Παράσταση 3-1: Γραφική παράσταση επιμήκυνσης ενός ελατηρίου σε σχέση με τη δύναμη που ασκείται σε αυτό. Από τη Γραφική Παράσταση 3-1, εξάγουμε το συμπέρασμα ότι η επιμήκυνση Δx στο ελατήριο είναι ανάλογη με τη δύναμη που προκαλεί αυτή την επιμήκυνση. Αυτή η πρόταση είναι γνωστή ως Νόμος του Hooke. Τον νόμο του Hooke αξιοποιούμε για να κατασκευάσουμε τα όργανα μέτρησης δυνάμεων, τα δυναμόμετρα.

18 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 18 Ασκήσεις 1. Να αναφέρετε δύο παραδείγματα άσκησης δύναμης στα οποία η δύναμη προκαλεί μεταβολή στην κινητική κατάσταση των αντικειμένων. 2. Να αναφέρετε δύο παραδείγματα άσκησης δύναμης στα οποία η δύναμη προκαλεί αλλαγή στο σχήμα ενός αντικειμένου. 3. Να συμπληρώσετε τα κενά στις ακόλουθες δηλώσεις: α) Για να αντλήσετε νερό από ένα πηγάδι θα πρέπει να το σχοινί που είναι δεμένος ο κουβάς. β) Ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα ένα αφόρτιστο σώμα προς την κατεύθυνσή του. γ) Για να μετακινήσετε ένα γεμάτο καρότσι θα πρέπει να το. δ) Ο βόρειος πόλος ενός μαγνήτη τον βόρειο πόλο ενός άλλου μαγνήτη. 4. Να ονομάσετε τρεις περιπτώσεις στις οποίες δημιουργείται δύναμη. Να περιγράψετε την αιτία της δύναμης σε κάθε περίπτωση. 5. Ένας τοξότης τεντώνει το τόξο του σημαδεύοντας έναν στόχο. Αφήνει ελεύθερο το βέλος να κινηθεί, το οποίο αρχίζει να κινείται προς την κατεύθυνση του στόχου. Με βάση αυτές τις πληροφορίες να συμπληρώσετε τα κενά στις ακόλουθες προτάσεις με τις ακόλουθες λέξεις: μυϊκής, επαφής, βάρος, τριβή, σχήμα, ελκτικής α) Για να τεντώσει το τόξο, ο τοξότης ασκεί μια δύναμη που προκαλεί αλλαγή στο του. β) Η δύναμη που ασκείται από τον τοξότη για να τεντώσει το τόξο είναι ένα παράδειγμα δύναμης. γ) Ο τύπος της δύναμης που είναι υπεύθυνη για την αλλαγή στην κινητική κατάσταση της κίνησης του βέλους είναι ένα παράδειγμα μιας δύναμης. δ) Κατά τη διάρκεια της κίνησης του βέλους προς τον στόχο του, οι δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό είναι το και η που οφείλεται στον αέρα. 6. Γιατί η δύναμη θεωρείται διανυσματικό μέγεθος; 7. Για να ασκηθεί μια δύναμη από ένα σώμα σε ένα άλλο σώμα είναι πάντοτε απαραίτητο να βρίσκονται τα σώματα σε επαφή; Να γράψετε δύο παραδείγματα σωμάτων που ασκούν δυνάμεις χωρίς να βρίσκονται σε επαφή. 8. Ένας σιδεράς κτυπά ένα αρκετά θερμό κομμάτι σίδερο, για να κάνει ένα εργαλείο. Η δύναμη που ασκείται από τον σιδερά τι αποτέλεσμα έχει στο κομμάτι σιδήρου; 9. Ένα φουσκωμένο μπαλόνι αφού έχει τριφτεί με ένα κομμάτι από συνθετικό ύφασμα, αφέθηκε σε έναν τοίχο. Παρατηρούμε ότι το μπαλόνι «κολλά» στον τοίχο. Ποια δύναμη θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για την έλξη μεταξύ του μπαλονιού και του τοίχου;

19 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ Να ονομάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται σε έναν κουβά που περιέχει νερό, τον οποίο κρατάτε με το χέρι σας πάνω από το επίπεδο του εδάφους. Να εξηγήσετε γιατί οι δυνάμεις που ασκούνται στον κουβά δεν μεταβάλλουν την κινητική του κατάστασή. 11. Να γράψετε πώς ορίζεται η δύναμη στη Φυσική. 12. Ποια από τις παρακάτω μονάδες μέτρησης είναι η μονάδα μέτρησης της δύναμης; (α) kg (β) N (γ) m (δ) s 13. Ένα σχοινί χρησιμοποιείται για να ασκήσει δύναμη σε ένα κουτί. Ποιο σχήμα δείχνει ορθά το διάνυσμα της δύναμης που ασκείται στο κουτί; (α) (β) (γ) 14. Ένα ελατήριο είναι τεντωμένο, όπως φαίνεται στο σχήμα. Ποιο σχέδιο δείχνει τη δύναμη που ασκείται από το ελατήριο στο χέρι; (α) (β) 15. Σε ποιες κατηγορίες διακρίνουμε τις δυνάμεις; Να αναφέρετε ένα παράδειγμα για κάθε κατηγορία. 16. Να γράψετε ποιες δυνάμεις ασκούνται στα παρακάτω σώματα. α) Στη Σελήνη καθώς περιστρέφεται γύρω από τη Γη. β) Σε ένα μήλο όταν βρίσκεται στη μηλιά. γ) Σε ένα μήλο όταν πέφτει από τη μηλιά. δ) Σε ένα μπαλόνι που είναι κολλημένο στον τοίχο αφού προηγουμένως έχει τριφτεί. ε) Σε ένα μαγνητάκι που είναι κολλημένο στο ψυγείο. 17. Να γράψετε δίπλα από τις πιο κάτω δηλώσεις ανάλογα Σωστό/Λάθος. α) Ένα σώμα μπορεί να εξασκεί δύναμη σε ένα άλλο μόνο όταν τα δύο σώματα βρίσκονται σε επαφή. β) Ένα σώμα μπορεί να εξασκεί δύναμη σε ένα άλλο μόνο όταν τα σώματα βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους. γ) Ένα σώμα μπορεί να ασκεί δύναμη σε ένα άλλο τόσο όταν τα δύο σώματα βρίσκονται σε επαφή όσο όταν βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους.

20 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ α) Μια δύναμη F 1 = 20 N προκαλεί επιμήκυνση σε ένα ελατήριο ίση με x 1 = 4 cm. Αν ασκηθεί στο ελατήριο μια δύναμη F 2 = 50 N πόση θα είναι η νέα επιμήκυνση x 2 ; β) Μια δύναμη F 1 = 12 N προκαλεί επιμήκυνση σε ένα ελατήριο ίση με x 1 = 3 cm. Αν ασκηθεί στο ελατήριο μια δύναμη F 2 η οποία προκαλεί επιμήκυνση x 2 =15 cm, πόση είναι η δύναμη F 2 ; γ) Να συμπληρώσετε τον πίνακα: Δύναμη F (N) Συσπείρωση x (cm) 6 8 Προτεινόμενα Projects 1. Αναζήτηση πληροφοριών στο διαδίκτυο για το πώς ερμήνευαν οι επιστήμονες πριν από τον Νεύτωνα (Αριστοτέλης, Buridan) το γεγονός ότι ένα κινούμενο σώμα σταματά. 2. Ιστορική εξέλιξη της δύναμης. 3. Τρόποι μείωσης της τριβής. 4. Μελέτη για τα αεροδυναμικά σχήματα σε σχέση με τα αντίστοιχα στον φυσικό κόσμο. 5. Κατασκευή Χόβερκραφτ.

21 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ 21 Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ Δραστηριότητα 3-1: Ανίχνευση ιδεών για τη έννοια της δύναμης 1. Να γράψετε τέσσερις περιπτώσεις όπου ασκήσατε δύναμη από τη στιγμή που μπήκατε στην τάξη. 2. Πώς καταλάβατε ότι ασκήσατε δύναμη; 3. Πόσο ισχυρή δύναμη νομίζετε ότι μπορείτε να ασκήσετε; 4. Να γράψετε τι μπορεί να συμβεί σε ένα αντικείμενο όταν ασκείται πάνω του μια δύναμη. 5. Τι νομίζετε ότι εννοούμε με τον όρο «δύναμη»;

22 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 22 Αναγνώριση δυνάμεων Δραστηριότητα 3-2: Αναγνώριση δυνάμεων Ο πιο κάτω πίνακας δίνει μερικά παραδείγματα από γνωστές καταστάσεις που περιλαμβάνουν αλλαγή στην κίνηση διάφορων αντικείμενων. Να προσπαθήσετε να εντοπίσετε τη δράση που εμπλέκεται σε κάθε περίπτωση ως ένα σπρώξιμο και / ή τράβηγμα. Έχει δοθεί ένα παράδειγμα για να σας βοηθήσει. Α/Α Κατάσταση Δράση (σπρώξιμο/ τράβηγμα/ ανέβασμα/ χτύπημα/ ανύψωση/ κατέβασμα/ πέταγμα/ κλότσημα/ ρίξιμο/ κλείσιμο/ τίναγμα) Οι δράσεις μπορεί να ομαδοποιηθούν Περιγραφή Εικόνα Σπρώξιμο Τράβηγμα 1 Κίνηση ενός βιβλίου που είναι σε ένα τραπέζι Σπρώξιμο Τράβηγμα Ανύψωση Ναι Ναι Κλείσιμο ή άνοιγμα μίας πόρτας Ανύψωση ενός κουβά νερού από πηγάδι Ένας ποδοσφαιριστής εκτελεί ένα πέναλτι 5 6 Ένας μπασκετμπολίστας εκτελεί ελεύθερη βολή Κίνηση ενός αμαξιού υπεραγοράς 7 Άνοιγμα ενός συρταριού 8 9 Ένας τερματοφύλακας αποκρούει ένα σουτ Ένα παιδί ρίχνει ένα γράμμα σε γραμματοκιβώτιο 10 Ξεβίδωμα του πώματος μίας μπουκάλας γλυκού 1. Να γράψετε τι παρατηρείτε από την ομαδοποίηση των πιο πάνω δράσεων.

23 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 23 Από τον πίνακα μπορούμε να συμπεράνουμε ότι για να μετακινηθεί ένα αντικείμενο, πρέπει να το τραβήξουμε ή να το σπρώξουμε. Στη Φυσική, το σπρώξιμό ή το τράβηγμα ενός αντικείμενου ονομάζεται δύναμη. Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι η δράση μιας δύναμης κάνει τα ακίνητα σώματα να αρχίσουν να κινούνται. 2. α) Προς ποια κατεύθυνση αρχίζουν να κινούνται τα αντικείμενα όταν εξασκείται μία δύναμη μέσω «τραβήγματος»; β) Προς ποια κατεύθυνση κινούνται τα αντικείμενα που βρίσκονται σε ηρεμία, όταν εξασκείται μία δύναμη μέσω «σπρωξίματος»; γ) Οι δυνάμεις είναι διανυσματικά μεγέθη; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. 3. Πόσα σώματα χρειάζεται να αλληλεπιδράσουν ώστε να ασκείται μια δύναμη; Από αυτά τα παραδείγματα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι πρέπει να αλληλεπιδρούν τουλάχιστον δύο σώματα για να υπάρξει μία δύναμη. Έτσι, η δύναμη μεταξύ δύο σωμάτων, είναι αποτέλεσμα μιας αλληλεπίδρασης ενός σώματος με ένα άλλο σώμα. Η δύναμη ως διάνυσμα Δραστηριότητα 3-3: Αναπαράσταση δυνάμεων Μία δύναμη μπορεί να αναπαρασταθεί με ένα διάνυσμα. Το διάνυσμα είναι ένα ευθύγραμμο τμήμα με ένα βέλος. Η αρχή του είναι μία τελεία. Η τελεία δείχνει το σημείο εφαρμογής της δύναμης (το σημείο που ασκείται η δύναμη). Το ευθύγραμμο τμήμα δείχνει τη διεύθυνση της δύναμης. Το μήκος του βέλους δείχνει το μέτρο της δύναμης (το πόσο μικρή ή μεγάλη είναι η δύναμη). Η μύτη του βέλους δείχνει τη φορά της δύναμης..

24 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 24 Μονάδα μέτρησης της δύναμης στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων είναι το Newton το οποίο συμβολίζεται με Ν. Το όργανο μέτρησης της δύναμης είναι το δυναμόμετρο. Παράδειγμα: Ένα διάνυσμα με μήκος ίσο με το μήκος που έχει ένα τετραγωνάκι αντιπροσωπεύει δύναμη με μέτρο ένα Newton (1 Ν). Το διάνυσμα στη διπλανή εικόνα παρουσιάζει μία δύναμη με μέτρο 5 Ν προς τα δεξιά. 1. Να δικαιολογήσετε τον διανυσματικό χαρακτήρα της δύναμης. 2. Να συμπληρώσετε τον πίνακα στα δεξιά με τα στοιχεία των δυνάμεων που είναι σχεδιασμένες στην εικόνα στα αριστερά. Α/Α Μέτρο Δύναμης, (Ν) Φορά (δεξιά, αριστερά, πάνω, κάτω) Να σχεδιάσετε το κάθε διάνυσμα στο παρακάτω διάγραμμα. Η αρχή του διανύσματος να είναι μια τελεία. Κάθε τετράγωνο αντιπροσωπεύει ένα Ν δύναμης. α) 7 Ν προς τα δεξιά β) 5Ν προς τα αριστερά

25 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 25 γ) 10 Ν προς τα πάνω δ) 3 Ν προς τα κάτω

26 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 26 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΔΥΝΑΜΕΩΝ Αποτελέσματα της άσκησης δυνάμεων σε ελατήρια Δραστηριότητα 3-4: Αποτελέσματα δυνάμεων 1. Έχετε στη διάθεσή σας ελατήρια (που επιμηκύνονται και συσπειρώνονται). α) Να πιέσετε το ελατήριο με τα δύο σας χέρια. Να γράψετε τις αλλαγές παρατηρείτε στο ελατήριο και τι αισθάνεστε εσείς. β) Να τραβήξετε το ελατήριο με τα δύο σας χέρια. Να γράψετε τις αλλαγές που παρατηρείτε στο ελατήριο και τι αισθάνεστε εσείς. γ) Να σχεδιάσετε στο πιο κάτω σχήμα τις δυνάμεις που ασκούν τα ελατήρια πάνω στα χέρια σας. Συσπειρωμένο ελατήριο Επιμηκυμένο ελατήριο 2. Να κρατήσετε ένα φουσκωμένο μπαλόνι ανάμεσα στα χέρια σας. α) Να πιέσετε το μπαλόνι με το πάνω χέρι προς τα κάτω και με το κάτω χέρι προς τα πάνω. Να γράψετε τι συμβαίνει στο μπαλόνι και τι αισθάνεστε στα χέρια σας. β) Να εξαγάγετε συμπέρασμα για τη δύναμη που δέχεται το χέρι σας από το μπαλόνι και να τη σχεδιάσετε στο διπλανό σχήμα. 3. α) Να πιέσετε προς τα κάτω ένα φουσκωμένο μπαλόνι που ακουμπά στον πάγκο με το χέρι σας και να αισθανθείτε τη δύναμη που δέχεται το χέρι σας από το μπαλόνι.

27 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 27 β) Να εξαγάγετε συμπέρασμα για τη δύναμη που δέχεται το χέρι σας από το μπαλόνι και να τη σχεδιάσετε στο διπλανό σχήμα. γ) Να γράψετε τις ομοιότητες και τις διαφορές με την προηγούμενη περίπτωση. 4. α) Να πιέσετε προς τα κάτω μία σφαίρα πλαστελίνης που ακουμπά στον πάγκο με το χέρι σας και να αισθανθείτε τη δύναμη που δέχεται το χέρι σας από την πλαστελίνη. β) Να εξαγάγετε συμπέρασμα για τη δύναμη που δέχεται το χέρι σας από την πλαστελίνη και να τη σχεδιάσετε στο διπλανό σχήμα. γ) Να γράψετε τις ομοιότητες και τις διαφορές με την προηγούμενη περίπτωση. 5. α) Να δοκιμάσετε να βυθίσετε μια μπάλα σε δοχείο με νερό και να αισθανθείτε τη δύναμη που δέχεται το χέρι σας από τη μπάλα. β) Να εξαγάγετε συμπέρασμα για τη δύναμη που δέχεται η μπάλα από το νερό και να τη σχεδιάσετε στο διπλανό σχήμα. 6. α) Να σπρώξετε μία ακίνητη μπάλα με το χέρι σας (ή το πόδι σας). β) Τι σημαίνει σπρώχνω; γ) Ποιο είναι το αποτέλεσμα της δράσης σας;

28 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ α) Να σπρώξετε μία κινούμενη μπάλα με το χέρι σας (ή το πόδι σας), προς την ίδια κατεύθυνση στην οποία κινείται η μπάλα. β) Ποιο είναι το αποτέλεσμα της δράσης σας; 8. α) Να σπρώξετε μία κινούμενη μπάλα με το χέρι σας (ή το πόδι σας), προς την αντίθετη κατεύθυνση στην οποία κινείται η μπάλα. β) Ποιο είναι το αποτέλεσμα της δράσης σας; 9. Από τα πιο πάνω πειράματα να γράψετε ποια είναι τα αποτελέσματα της άσκησης δύναμης στα σώματα. 10. Από τις πιο πάνω δραστηριότητες, η δύναμη μπορεί να ορισθεί ως: «η δράση ενός σώματος σε άλλο που έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή της κινητικής του κατάστασης (ή την παραμόρφωσή του)».

29 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 29 ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΑΠΟ ΕΠΑΦΗ Δραστηριότητα 3-5: Δυνάμεις επαφής 1. Με ποια από τα αντικείμενα καρέκλα, τετράδιο, σχολική τσάντα, θα μπορούσατε να έχετε άμεση επαφή; 2. Θα μπορούσατε να ασκήσετε μία δύναμη σε αυτά τα αντικείμενα; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. 3. α) Να σπρώξετε μία καρέκλα. β) Να τραβήξετε ένα χαρτί μέσα από την τσάντα σας. γ) Να σηκώσετε τη σχολική σας τσάντα. 4. Οι δυνάμεις που ασκούνται όταν δύο σώματα έρχονται σε επαφή, πώς θα μπορούσε να ονομάζονται; 5. Οι δυνάμεις που ασκούνται όταν δύο σώματα δεν είναι σε επαφή και βρίσκονται σε κάποια απόσταση, πώς θα μπορούσε να ονομάζονται; Δραστηριότητα 3-6: Διελκυστίνδα μεταξύ μαθητών με χρήση δυναμόμετρων Υλικά: Δυναμόμετρα Κομμάτι σπάγκου Ένας μαθητής τραβά έναν κοντύτερό του μαθητή προς το μέρος του. Ένας μαθητής τραβά έναν ελαφρύτερό του μαθητή προς το μέρος του. 1. Οι μαθητές επαναλαμβάνουν το ίδιο έχοντας τώρα ο καθένας ένα δυναμόμετρο, το οποίο μπορεί να συνδεθεί με ένα άλλο δυναμόμετρο, με τα άγκιστρά τους. Να παρατηρήσετε τις τιμές της δύναμης σε κάθε δυναμόμετρο και να τις συγκρίνετε.

30 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ Τι συμβαίνει με τις δυνάμεις, αν ένα άτομο τραβήξει λιγότερο; 3. Να στερεώσετε κάπου (σε ακίνητο αντικείμενο) το ένα δυναμόμετρο και να το τραβήξετε με το άλλο δυναμόμετρο. Να γράψετε τι παρατηρείτε σχετικά με τις τιμές της δύναμης σε κάθε δυναμόμετρο και να τις συγκρίνετε. 4. Σε ποιο συμπέρασμα καταλήγετε;. Διαμορφωτική Αξιολόγηση Να γράψετε εάν είναι ορθές ή λανθασμένες οι πιο κάτω προτάσεις. α) Ένα σώμα, δέχεται δύναμη όταν είναι σε επαφή με ένα άλλο. Ασκεί, όμως, ταυτόχρονα δύναμη στο άλλο σώμα. Ορθή / Λάθος β) Αν η απάντησή σας στο προηγούμενο ερώτημα είναι Ορθή, τότε: i) αυτές οι δυνάμεις εξαρτώνται από το μέγεθος των σωμάτων Ορθή / Λάθος ii) Έχουν ίσο μέτρο, όποιο και αν είναι το μέγεθος των σωμάτων. Ορθή / Λάθος Δραστηριότητα 3-7: Δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ αμαξιδίων που έχουν έμβολα με ελατήριο 1. Να τοποθετήσετε τα δύο αμαξάκια που έχουν ίση μάζα το ένα απέναντι στο άλλο έτσι ώστε τα έμβολα να αγγίζουν το ένα με το άλλο. α) Να συμπιέσετε τα ελατήρια και να τα ασφαλίσετε. β) Να απελευθερώσετε το εμβολο του ενός αμαξιού και να παρατηρήσετε την κίνηση του κάθε αμαξιού. γ) Να επαναλάβετε την ίδια διαδικασία με το άλλο αμάξι. Να γράψετε τις παρατηρήσεις σας.

31 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ Να συγκρίνετε τη δύναμη (το σπρώξιμο) που ασκεί το ένα αμαξάκι στο άλλο στην κάθε περίπτωση. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. 3. Να ελευθερώσετε ταυτόχρονα τα έμβολα στα δύο αμαξάκια. Να γράψετε τις παρατηρήσεις σας σε σχέση με την κίνηση των αμαξιών. 4. α) Να κρατήσετε το ένα αμαξάκι στη θέση του, και με το άλλο αμαξάκι να το σπρώξετε. β) Μετά να κρατήσετε το ένα αμαξάκι στη θέση του και να το σπρώξετε με τα χέρια σας. Να γράψετε τις δυνάμεις που εμπλέκονται στις δύο περιπτώσεις. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. 5. Ποια συμπεράσματα εξάγονται σχετικά με τα μεγέθη των δυνάμεων με βάση τα πιο πάνω πειράματα;

32 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 32 ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ Βαρύτητα Δραστηριότητα 3-8: Δύναμη της βαρύτητας 1. Να κρατήσετε ψηλά ένα σβηστήρι και να το αφήσετε ελεύθερο. Ακριβώς το ίδιο συμβαίνει με ένα μήλο που όταν ωριμάσει, πέφτει από τη μηλιά. 2. Γιατί νομίζετε πέφτουν το σβηστήρι και το μήλο; 3. Μήπως υπάρχει κάποια δύναμη που τραβάει τα πράγματα προς τη Γη; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. 4. Ας υποθέσουμε ότι η μηλιά ψήλωνε και έφτανε μέχρι τη Σελήνη. Το μήλο θα έπεφτε και πάλι προς τη Γη; 5. Γιατί όμως δεν πέφτει η Σελήνη στη Γη; Στη φωτογραφία φαίνεται ο πλανήτης μας και η Σελήνη όπως φωτογραφήθηκε από τη διαστημοσυσκευή Galileo στον δρόμο της για τον πλανήτη Δία το (Πηγή: NASA). Τις ίδιες απορίες είχε και ο Ισαάκ Νεύτωνας περίπου πριν 300 χρόνια. Ο Νεύτωνας σκέφτηκε ότι η Σελήνη δεν πέφτει στη Γη, ούτε απομακρύνεται στο διάστημα και αυτό εξαιτίας αυτής της «αόρατης δύναμης».

33 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ Για να κατανοήσετε καλύτερα τι σκέφτηκε ο Νεύτωνας, να πάρετε μια μικρή μπάλα και να τη δέσετε με ένα σπάγκο. Μετά να τη στριφογυρίσετε σε κύκλο όπως φαίνεται στο σχήμα. 7. Τι νιώθετε καθώς περιστρέφεται η μπάλα; 8. Εάν αφήσετε τον σπάγκο ελεύθερο τότε η μπάλα θα φύγει μακριά. Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και στη Σελήνη που περιστρέφεται γύρω από τη Γη. Όπως η μπάλα που καθώς την περιστρέφετε τείνει να φύγει μακριά, αλλά «κάτι» την κρατά στη θέση της. Τη μπάλα την κρατά ο σπάγκος. Τι κρατά όμως τη Σελήνη στη θέση της; Η «αόρατη δύναμη» με την οποία τραβά η Γη τη Σελήνη. Η Γη τραβά όλα τα σώματα με μια δύναμη την οποία ονομάζουμε βαρύτητα ή απλά βάρος. Σχεδιασμός πειράματος 9. α) Εάν αφήσετε να πέσουν ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος από το πάτωμα, ένα βαρύ αντικείμενο και ένα ελαφρύ αντικείμενο, ποιο νομίζετε ότι θα προσκρούσει πρώτο στο έδαφος; β) Να σκεφτείτε και να πραγματοποιήσετε ένα πείραμα για να διερευνήσετε εάν η απάντησή σας είναι σωστή. Αφού πραγματοποιήσετε το πείραμα να γράψετε τη διαδικασία εκτέλεσής του, τις παρατηρήσεις σας και το συμπέρασμα που εξάγεται από αυτές. Διαμορφωτική Αξιολόγηση 1. Όταν κρατήσετε ένα σώμα σε κάποιο ύψος από το έδαφος και το αφήσετε ελεύθερο, προς ποια κατεύθυνση αρχίζει να κινείται; 2. Τι είναι αυτό που το κάνει να κινηθεί προς αυτή την κατεύθυνση;

34 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ Να βρείτε στην υδρόγειο σφαίρα την Αυστραλία ή τη Νέα Ζηλανδία. Τι θα συμβεί σε μια πέτρα, όταν την αφήσετε ελεύθερη στην Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία; Θα πέσει στο διάστημα; 4. Εάν δεν υπήρχε η βαρύτητα στη Γη πόσο διαφορετικά νομίζετε ότι θα ήταν τα πράγματα στη Γη; 5. Εάν η βαρύτητα στη Γη ήταν μεγαλύτερη από ότι στην πραγματικότητα, πώς νομίζετε θα ήταν τα πράγματα στη Γη;

35 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 35 Μαγνητική δύναμη Δραστηριότητα 3-9: Δυνάμεις σε μαγνήτες 1. Να πάρετε ένα ζευγάρι ραβδόμορφους μαγνήτες. Να τοποθετήσετε το μεγαλύτερο μέρος ενός από τους μαγνήτες πάνω σε τρία στρογγυλού σχήματος μολύβια ή ξύλινους κυλίνδρους, όπως φαίνεται στη διπλανή εικόνα. 2. Να φέρετε το ένα άκρο του άλλου μαγνήτη κοντά στο άκρο του μαγνήτη που είναι τοποθετημένος πάνω στα μολύβια. Να βεβαιωθείτε ότι οι δύο μαγνήτες δεν αγγίζουν ο ένας τον άλλο. 3. Στη συνέχεια, να φέρετε το άλλο άκρο του μαγνήτη, κοντά στο ίδιο άκρο του μαγνήτη που είναι τοποθετημένος πάνω στα μολύβια. 4. Να γράψετε τι συμβαίνει στον μαγνήτη που είναι τοποθετημένος πάνω στα μολύβια, κάθε φορά που προσεγγίζετε έναν άλλο μαγνήτη, κοντά σε αυτόν. 5. Να επαναλάβετε το ίδιο πείραμα τοποθετώντας πάνω στα μολύβια ένα σιδερένιο σώμα και μετά ένα ξύλινο σώμα και να γράψετε τι συμβαίνει. 6. Να γράψετε το συμπέρασμα που εξάγετε από τις παρατηρήσεις που έχετε κάνει. Ηλεκτροστατικές δυνάμεις Δραστηριότητα 3-10: Ηλεκτροστατικές δυνάμεις 1. Να πάρετε δύο μπαλόνια. Να δέσετε το ένα μπαλόνι με ένα νήμα και να το κρεμάσετε σε έναν ορθοστάτη, όπως φαίνεται στη διπλανή εικόνα. 2. Να τρίψετε το άλλο μπαλόνι με ένα πλαστικό σακούλι και να το φέρετε κοντά στο μπαλόνι που κρέμεται στον ορθοστάτη. Να βεβαιωθείτε ότι τα δύο μπαλόνια δεν αγγίζουν το ένα το άλλο.

36 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 36 Να γράψετε τις παρατηρήσεις σας. 3. Στη συνέχεια, να τρίψετε το ένα μέρος του μπαλονιού που κρέμεται στον ορθοστάτη με ένα πλαστικό σακούλι. Να πάρετε πάλι το ελεύθερο μπαλόνι, να το ξανατρίψετε και να το φέρετε κοντά στην πλευρά του αιωρούμενου μπαλονιού που έχετε τρίψει. Να γράψετε τις παρατηρήσεις σας. 4. Να κόψετε μικρά χαρτάκια και να τα αφήσετε στον πάγκο σας. Να πάρετε πάλι το ελεύθερο μπαλόνι και να το ξανατρίψετε. Να φέρετε το μπαλόνι κοντά στα χαρτάκια, χωρίς όμως να ακουμπήσει στον πάγκο. Να γράψετε τις παρατήσεις σας. 5. Να γράψετε το συμπέρασμα που εξάγετε από τις παρατηρήσεις που έχετε γράψει. Διαμορφωτική αξιολόγηση Να γράψετε εάν είναι ορθές ή λανθασμένες οι πιο κάτω προτάσεις. α) Ένα ηλεκτρισμένο μπαλόνι μπορεί να ασκεί δύναμη σε άλλο ηλεκτρισμένο μπαλόνι χωρίς να δέχεται από το άλλο δύναμη μόνο όταν δέχεται και από το άλλο μπαλόνι δύναμη Ορθή / Λάθος Ορθή / Λάθος β) οι ηλεκτρικές δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ ηλεκτρισμένων μπαλονιών: έχουν το ίδιο μέτρο εξαρτώνται από το βάρος των μπαλονιών Ορθή / Λάθος Ορθή / Λάθος

37 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 37 Διαφοροποίηση μαγνητικής και ηλεκτροστατικής δύναμης Δραστηριότητα 3-11: Διαφοροποίηση μαγνητικής και ηλεκτροστατικής δύναμης Υλικά: Πιατάκι με μικρά κομματάκια από χαρτί Πιατάκι με ζάχαρη Πιατάκι με ρινίσματα σιδήρου 1. Να φέρετε σε μικρή απόσταση πάνω από το πιατάκι με τα ρινίσματα σιδήρου έναν μαγνήτη. Να επαναλάβετε το ίδιο με ένα μπαλόνι. Να γράψετε τις παρατηρήσεις σας. 2. Να τρίψετε ένα μπαλόνι με ένα νάιλον σακούλι και να το περάσετε σε μικρή απόσταση πάνω από τα τρία πιατάκια. Να επαναλάβετε το ίδιο με έναν μαγνήτη. Να γράψετε τις παρατηρήσεις σας. 3. α) Να τρίψετε ένα μπαλόνι με νάιλον σακούλι και να το φέρετε σε μικρή απόσταση πάνω από το πιατάκι με τα ρινίσματα σιδήρου. Να επαναλάβετε το ίδιο, αλλά μεταξύ των ρινισμάτων και του μπαλονιού να τοποθετήσετε μία κόλλα χαρτί. Να γράψετε τις παρατηρήσεις σας. β) Να φέρετε σε μικρή απόσταση πάνω από το πιατάκι με τα ρινίσματα σιδήρου ένα μαγνήτη. Να επαναλάβετε το ίδιο αλλά μεταξύ των ρινισμάτων και του μαγνήτη να τοποθετήσετε μία κόλλα χαρτί. Να γράψετε τις παρατηρήσεις σας. 4. Από τις πιο πάνω παρατηρήσεις να γράψετε τις διαφορές μεταξύ της μαγνητικής και της ηλεκτροστατικής δύναμης.

38 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 38 ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΠΟΥ ΑΝΤΙΤΙΘΕΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ Αντίσταση του αέρα Δραστηριότητα 3-12: Αντίσταση του αέρα 1. Να πάρετε δύο φύλλα χαρτιού του ίδιου μεγέθους. Το ένα φύλλο να το τσαλακώσετε με τα χέρια σας και να κάνετε μία μπάλα. 2. Να κρατήσετε το τσαλακωμένο χαρτί και το επίπεδο χαρτί ψηλά στο ύψος των ματιών σας. Να τα αφήσετε ταυτόχρονα ελεύθερα να πέσουν. Η δύναμη της βαρύτητας, όπως μάθαμε προηγουμένως, τραβά και τα δύο προς τα κάτω. 3. Ποιο χαρτί πέφτει στο έδαφος πρώτο; 4. Τι νομίζετε ότι καθυστερεί το ένα φύλλο χαρτιού, σε σχέση με το άλλο, να φτάσει στο έδαφος; 5. Να τοποθετήσετε ένα φύλλο χαρτί σε επίπεδη θέση πάνω στην παλάμη του χεριού σας. Να γυρίσετε το χέρι προς τα κάτω απότομα και να το κινήσετε προς τα κάτω πολύ γρήγορα. Να γράψετε τι νιώθετε και τι παρατηρείτε στο χαρτί. 6. Να κρατήσετε ανοικτή τη χάρτινη μπάλα στην παλάμη σας. Να γυρίσετε πάλι το χέρι σας απότομα και να σπρώξετε τη μπάλα πολύ γρήγορα προς τα κάτω, όπως φαίνεται στη διπλανή εικόνα. Να γράψετε τι νιώθετε και τι παρατηρείτε όσον αφορά το χαρτί. 7. Εάν επαναλαμβάναμε το ίδιο πείραμα στη Σελήνη τι νομίζετε ότι θα παρατηρούσαμε; Να γράψετε την άποψή σας.

39 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ Επειδή δεν μπορούμε να πάμε στη Σελήνη εμείς, μελετούμε ένα αντίστοιχο πείραμα που έκανε ο αστροναύτης David Scott τον Αύγουστο του 1971 στη διαστημική αποστολή Apollo 15. Ο αστροναύτης αυτός, άφησε ελεύθερα να πέσουν ένα σφυρί και ένα φτερό στη Σελήνη. Τι νομίζετε ότι παρατήρησε ο αστροναύτης και όλη η ανθρωπότητα τότε; Να γράψετε την άποψη σας. 9. Να παρακολουθήσετε το βίντεο και να γράψετε μία εξήγηση γι αυτό που παρατηρήσατε. 10. Να γράψετε το συμπέρασμα που εξάγεται από αυτή τη δραστηριότητα. Διαμορφωτική Αξιολόγηση 1. Για κάθε ζεύγος από τις παρακάτω εικόνες να σχεδιάσετε βέλη που να δείχνουν την κατεύθυνση και το μέγεθος της αντίστασης του αέρα. Το μέγεθος του κάθε βέλους που θα σχεδιάσετε θα πρέπει να σχετίζεται με το μέτρο της δύναμης που ασκείται στους αλεξιπτωτιστές που φαίνονται στις εικόνες. 2. Κάτω από κάθε ζεύγος να γράψετε μια πρόταση που να περιγράφει τι προκαλεί η αντίσταση του αέρα. Να γράψετε, επίσης, εάν νομίζετε ότι η αντίσταση του αέρα είναι χρήσιμη ή δημιουργεί πρόβλημα. Αλεξιπτωτιστής. Το αλεξίπτωτο ΔΕΝ είναι ανοικτό Αλεξιπτωτιστής με ανοικτό το αλεξίπτωτο.

40 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 40 Ποδήλατο με υψηλό τιμόνι Ποδήλατο με χαμηλό τιμόνι Φορτηγό με καμπίνα χωρίς γωνιές Φορτηγό με πλατεία καμπίνα με γωνιές 3. Πώς νομίζετε πρέπει να είναι το σχήμα των σωμάτων για να ελαττωθει η αντίσταση του αέρα;

41 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 41 Τριβή Δραστηριότητα 3-13: Τριβή 1. Να φυλλομετρήσετε δύο βιβλία ταυτόχρονα όπως φαίνεται στη διπλανή εικόνα, ώστε να ανακατευτούν τα φύλλα τους και να τα κλείσετε. Μετά να προσπαθήσετε να τα ξεχωρίσετε τραβώντας τα βιβλία. 2. Θυμηθείτε μερικές εμπειρίες από την καθημερινή σας ζωή. Μία μπάλα που κυλά σε οριζόντιο έδαφος επιβραδύνεται σταδιακά ώσπου στο τέλος σταματά. Όταν σταματάμε να γυρίζουμε τα πετάλια του ποδήλατου, αυτό θα επιβραδύνεται και στο τέλος, θα σταματήσει. Ένα αυτοκίνητο ή μία μοτοσικλέτα σταματά αφού σβήσουμε τη μηχανή τους. Ομοίως, μία βάρκα σταματά να κινείται αν σταματήσουμε να κωπηλατούμε. Μπορείτε να γράψετε και άλλες τέτοιες εμπειρίες. 3. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις δεν φαίνεται να ασκείται δύναμη στα αντικείμενα, αλλά η ταχύτητά τους μειώνεται σταδιακά και σταματούν μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. α) Τι προκαλεί την αλλαγή της κινητικής τους κατάστασης; β) Μήπως ασκείται κάποια δύναμη σε αυτά; γ) Προς ποια κατεύθυνση νομίζετε ότι ασκείται η δύναμη αυτή; 4. Να σπρώξετε απαλά ένα βιβλίο πάνω στον πάγκο σας. Να γράψετε τις παρατηρήσεις σας. 5. Να επαναλάβετε το ίδιο σπρώχνοντας το βιβλίο από την αντίθετη κατεύθυνση. α) Μήπως το βιβλίο σταματά και αυτή τη φορά; β) Μπορείτε να σκεφτείτε μια εξήγηση;

42 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 42 γ) Μπορούμε να πούμε ότι ασκείται δύναμη στο βιβλίο με φορά αντίθετη στην κίνησή του; Γιατί; Η δύναμη που απαιτείται για την αλλαγή της κινητικής κατάστασης των αντικειμένων σε όλα αυτά τα παραδείγματα είναι η δύναμη της τριβής. Είναι η δύναμη της τριβής μεταξύ της επιφάνειας του βιβλίου και του πάγκου που κάνει το κινούμενο βιβλίο να σταματήσει. Ομοίως, η τριβή μεταξύ του νερού και του σκάφους σταματά την κίνηση της βάρκας μόλις σταματήσετε να κωπηλατείτε. Η δύναμη της τριβής δρα πάντα σε όλα τα κινούμενα αντικείμενα και η κατεύθυνσή της είναι πάντα αντίθετη προς την κατεύθυνση της κίνησης. δ) Η δύναμη τριβής είναι δύναμη επαφής ή δύναμη από απόσταση; Να δικαιολογήσετε την άποψή σας.

43 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 43 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΣΤΑ ΣΩΜΑΤΑ Παραμόρφωση ελατηρίου Δραστηριότητα 3-14: Αποτελέσματα δυνάμεων. Παραμόρφωση Ελατήριου Σκοπός Αυτό το πείραμα έχει σχεδιαστεί για να σας βοηθήσει να μάθετε πώς ένα ελατήριο επιμηκύνεται όταν ασκείται σε αυτό μια δύναμη. Υλικά: Ελατήριο Βαρίδια μάζας 100 g Χάρακας Ορθοστάτης Σφιγκτήρας Διαδικασία εκτέλεσης πειράματος 1. Να μετρήσετε το μήκος του ελατηρίου και να καταγράψετε αυτή την τιμή. Μήκος ελατηρίου l= Να πραγματοποιήσετε τη διάταξη όπως φαίνεται στο πιο πάνω σχήμα και να κρεμάσετε στο κάτω άκρο του ελατηρίου ένα βαρίδιο 100g. Με το βαρίδιο αυτό η Γη τραβά το ελατήριο με δύναμη 1Ν. 3. Να μετρήσετε το νέο μήκος του ελατηρίου και στη συνέχεια να υπολογίσετε πόσο έχει επιμηκυνθεί. Να καταγράψετε το αποτέλεσμά σας. Επιμήκυνση Δl= Να επαναλάβετε την ίδια διαδικασία προσθέτοντας κάθε φορά ένα από τα βαρίδια μέχρι περίπου 700 g (δύναμη 7 Ν) ανάλογα με το ελατήριο σας. Να καταγράψετε τα αποτελέσματά σας στον πιο κάτω πίνακα. Α/Α Δύναμη (N) Μήκος ελατηρίου (cm) Επιμήκυνση (cm)

44 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ Να χαράξετε τη γραφική παράσταση της επιμήκυνσης του ελατηρίου σε σχέση με τη δύναμη που ασκείται σε αυτό. Διαμορφωτική αξιολόγηση 1. Να χρησιμοποιήσετε τη γραφική παράσταση για να βρείτε πόση δύναμη χρειάζεται για να επιμηκυνθεί το ελατήριο κατά 0,2 m (20 cm). F= 2. Να κρεμάσετε ένα αντικείμενο και να γράψετε πώς νομίζετε ότι μπορείτε να βρείτε τη δύναμη που ασκεί αυτό στο ελατήριο. 3. Να σχολιάσετε τη μορφή της γραφικής παράστασης. 4. Να γράψετε το συμπέρασμα που εξάγεται από την πιο πάνω πειραματική διαδικασία. ΠΗΓΗ:ΦΥΣΙΚΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΥΠΡΟΥ