ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3 ΤΑΞΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ Εκτιμώμενη διάρκεια: 1 διδακτική ώρα Σχεδιασμός σύνθεση δυνάμεων

Transcript

1 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3 ΤΑΞΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ Εκτιμώμενη διάρκεια: 1 διδακτική ώρα Σχεδιασμός σύνθεση δυνάμεων Στόχοι: Να ονοματίσετε επιπλέον δυνάμεις που ασκούνται στη φύση. Να ανακαλύψετε τους τρόπους σχεδιασμού των δυνάμεων στα σώματα. Να ανακαλύψετε ότι οι δυνάμεις συντίθενται. 1. Και άλλες απαραίτητες δυνάμεις Τι θα συνέβαινε στην κυρία της φωτογραφίας αν δεν υπήρχε η καρέκλα; Ένα σώμα παραμένει στο τραπέζι ακίνητο. Αν δεν υπήρχε το τραπέζι τι θα συνέβαινε στο σώμα;... Δηλαδή ποια δύναμη ασκείται στο σώμα ώστε να κινηθεί προς το έδαφος; Άρα όταν το σώμα βρίσκεται ακίνητο στο τραπέζι πρέπει εκτός από το βάρος να ασκείται πάνω του και κάποια άλλη δύναμη η οποία αναιρεί αυτή του βάρους και ονομάζεται Αντίδραση. Συμβολίζεται συνήθως με N ή F N και η μονάδα της στο SI είναι το... Όλα τα σώματα που ακουμπούν κάπου δέχονται αυτή τη δύναμη. Η διεύθυνσή της είναι πάντοτε κάθετη στο επίπεδο που ακουμπά το σώμα και η φορά αντίθετη της φοράς που βρίσκεται το επίπεδο. Στο βαριδάκι του νήματος της στάθμης που αναφέρατε στο προηγούμενο φύλλο εργασίας ασκείται η δύναμη του. Δηλαδή αν κόψετε το νήμα το βαρίδι θα κινηθεί προς Επομένως για να παραμένει το βαρίδι στη θέση που βλέπετε ακίνητο, πρέπει να ασκείται πάνω του εκτός από το βάρος και μια άλλη δύναμη η οποία έχει φορά... για να εξουδετερώνει τη δύναμη του βάρους. Αυτή η δύναμη ονομάζεται Τάση νήματος. Σαν δύναμη που είναι συμβολίζεται με F και μονάδα της στο SI είναι το Εκτός από κάποιο νήμα ή σχοινάκι ασκείται και σε λεπτό σύρμα. Διεύθυνση της τάσης είναι η διεύθυνση του νήματος και φορά της, αντίθετη από τη φορά που προσπαθεί το σώμα που είναι δεμένο να κινηθεί. Θα πρέπει να καταλαβαίνετε επίσης ότι η τάση νήματος ασκείται όταν το νήμα είναι τεντωμένο. Τα ελατήρια είναι απαραίτητα σε πολλές εφαρμογές. Τα χρησιμοποιούμε σε αυτοκίνητα, μοτοσυκλέτες, όργανα γυμναστικής, γκαραζόπορτες κτλ. [1]

2 Όλα έχουν ένα φυσικό μήκος και το ένα άκρο τους μπορεί να είναι αναρτημένο από οροφή ή από το έδαφος σε κατακόρυφη διεύθυνση, ή δεμένο σε τοίχο σε οριζόντια διεύθυνση. Όταν όμως στο άλλο άκρο αναρτήσετε κάποιο σώμα το ελατήριο τεντώνεται ή συσπειρώνεται λίγο και το σύστημα ελατήριο σώμα ακινητοποιείται. Τι πιστεύετε ότι θα συμβεί αν αφαιρέσετε το σώμα από το ελατήριο είτε αυτό βρίσκεται στην κάτω πλευρά είτε στην επάνω;.... Τι προσπαθεί επομένως να κάνει το ελατήριο όταν του αφαιρέσετε το σώμα που είναι αναρτημένο;..... Η δύναμη που προσπαθεί να επαναφέρει το τεντωμένο ή συσπειρωμένο ελατήριο στο φυσικό του μήκος όταν του αφαιρείτε το αναρτημένο σώμα, ονομάζεται δύναμη επαναφοράς, έχει τη διεύθυνση του ελατηρίου και φορά προς την πλευρά που ισορροπεί έχοντας το φυσικό του μήκος χωρίς το σώμα. Αν δεν αφαιρέσετε το σώμα και εκτρέψετε το σύστημα από τη θέση ισορροπίας, αυτό θα κάνει ταλάντωση με τη δύναμη επαναφοράς να έχει φορά πάντοτε προς την κατεύθυνση που ισορροπεί το σύστημα. Επειδή η δύναμη επαναφοράς είναι δύναμη συμβολίζεται με F και μονάδα της στο SI είναι προφανώς το 2. Πως σχεδιάζουμε τις δυνάμεις; Στα σώματα ασκούνται πολλές δυνάμεις. Χάριν ευκολίας τα απλοποιείτε σχεδιάζοντάς τα με ένα τετράγωνο ή ορθογώνιο αλλά στην πίσω πλευρά του μυαλού σας σκέπτεστε ότι είναι υλικά σημεία. Σχεδιάζετε τις δυνάμεις πάντα με σημείο εφαρμογής στο κέντρο του σώματος. Η πορεία που ακολουθείτε για το σχεδιασμό είναι η εξής: Επιλέγετε το σώμα που σας ενδιαφέρει. Σχεδιάζετε τις δυνάμεις που ασκούνται από απόσταση στο σώμα. Εντοπίζετε τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή και σχεδιάζετε τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα από τα υπόλοιπα με τα οποία έρχεται σε επαφή. Μία από τις απλές περιπτώσεις είναι ένα σώμα ακίνητο πάνω σε τραπέζι. Ποια δύναμη ασκείται στο σώμα από μακριά; Σχεδιάστε την. Με ποιο άλλο αντικείμενο έρχεται σε επαφή το σώμα μας; Προς ποια φορά (κατεύθυνση) προσπαθεί το τραπέζι να κινήσει το σώμα; Σχεδιάστε τη δύναμη. Πως ονομάζεται αυτή;... [2]

3 Ας προσπαθήσουμε σε άλλες δύο απλές περιπτώσεις. Το νήμα της στάθμης και το σύστημα ελατήριο σώμα.. Ποια δύναμη ασκείται στο βαριδάκι από μακριά και στις δύο περιπτώσεις;.. Σχεδιάστε τες. Με ποιο άλλο αντικείμενο έρχεται σε επαφή το βαριδάκι στις δύο περιπτώσεις; Προς ποια φορά (κατεύθυνση) προσπαθεί το σχοινί και το ελατήριο να κινήσει το βαριδάκι; Σχεδιάστε τις δυνάμεις. Πως ονομάζονται αυτές στις δύο περιπτώσεις; Θα πρέπει να προσέχετε την περίπτωση που το σώμα έρχεται σε επαφή με επιφάνεια. Αν αυτή είναι λεία, δεν υπάρχει τριβή και η δύναμη που ασκείται στο σώμα από την επιφάνεια είναι κάθετη στην επιφάνεια με φορά από την επιφάνεια προς το σώμα και ονομάζεται Αν η επιφάνεια είναι τραχιά τότε υπάρχει τριβή και εκτός από την κάθετη δύναμη ασκείται και η δύναμη της τριβής. 3. Οι δυνάμεις συντίθενται. Οι δύο άνθρωποι σπρώχνουν το αυτοκίνητό τους μετά από μια βλάβη. Θα μπορούσε ένας δυνατότερος να κάνει την ίδια δουλειά;.... Το κοριτσάκι της φωτογραφίας θέλει να πάρει τη μπάλα από τον μικρότερο αδελφό της και την τραβάει με δύναμη προς το μέρος της. Θα τα καταφέρει; Όπως είδατε προηγουμένως, πολλές φορές στα σώματα ασκούνται περισσότερες από μία δυνάμεις. Αυτές για τη διευκόλυνσή σας μπορείτε να τις αντικαταστήσετε με μία που ονομάζεται «συνισταμένη» και η οποία δημιουργεί το ίδιο αποτέλεσμα με τις υπόλοιπες που ονομάζονται «συνιστώσες». Οι άνθρωποι σπρώχνουν το αυτοκίνητο με δύο δυνάμεις που ονομάζονται... Αυτές όμως θα μπορούσαν να αντικατασταθούν με μία από έναν δυνατότερο άνθρωπο που ονομάζεται. Τι διεύθυνση και φορά θα έχει αυτή η συνισταμένη σε σχέση με τις συνιστώσες;... Το κοριτσάκι και ο αδελφός της ασκούν δύο δυνάμεις με.. φορές που ονομάζονται. Τελικά το κοριτσάκι παίρνει τη μπάλα αφού ασκεί μεγαλύτερη δύναμη. Η επιπλέον δύναμη που την έκανε να κερδίσει τη μπάλα ονομάζεται.. Τι διεύθυνση και φορά έχει αυτή η συνισταμένη σε σχέση με τις συνιστώσες; Σε κάθε περίπτωση η συνισταμένη δύο ή περισσότερων ομόρροπων δυνάμεων που ασκούνται στο ίδιο σώμα, έχει [3]

4 μέτρο το άθροισμα των μέτρων των συνιστωσών, διεύθυνση τη διεύθυνση των συνιστωσών και φορά την ίδια με τις συνιστώσες. F ολ = F 1 + F 2 Για να βρείτε τη συνισταμένη δύο ή περισσότερων αντίρροπων δυνάμεων που ασκούνται στο ίδιο σώμα, ορίζετε θετική φορά προς τα δεξιά, και υπολογίζετε το μέτρο παίρνοντας το αλγεβρικό άθροισμα των συνιστωσών. Διεύθυνση της συνισταμένης είναι η διεύθυνση των συνιστωσών και φορά αυτή που προκύπτει από το πρόσημο του μέτρου. Αν η συνισταμένη είναι θετική η φορά θα είναι προς τα δεξιά, και αν είναι αρνητική η φορά θα είναι προς τα αριστερά. F ολ = F 1 F 2 Αν οι δυνάμεις (συνιστώσες) σχηματίζουν γωνία 90 ο η συνισταμένη προκύπτει από το Πυθαγόρειο Θεώρημα. Yπολογείστε το μέτρο της.. Αν η γωνία των συνιστωσών είναι οποιαδήποτε, η συνισταμένη υπολογίζεται με τον κανόνα του παραλληλογράμμου. Σχηματίζετε δηλαδή παραλληλόγραμμο με πλευρές τα διανύσματα που παριστάνουν τις δυνάμεις. Η διαγώνιος του παραλληλογράμμου που περνάει από την κοινή αρχή των διανυσμάτων, παριστάνει τη συνισταμένη. Το μέτρο της συνισταμένης, με το οποίο δε θα ασχοληθούμε στο Γυμνάσιο, δίνεται από τον τύπο: Αξιολόγηση Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται στο παιδάκι και να τις ονομάσετε. 2. Να σχεδιάστε τις δυνάμεις που ασκούνται στη σφύρα του αθλητή και να τις ονομάσετε. 3. Στη διελκυστίνδα η δύναμη που ασκούν οι λουόμενοι προς την αριστερή πλευρά είναι 1500Ν και αυτοί από τη δεξιά πλευρά 1200Ν. Ποιοι θα νικήσουν. Δώστε μία εξήγηση; 4. Βρείτε τη συνισταμένη των δυνάμεων στα τρία σώματα. [4]

5 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. [5]