Οι δυνάμεις του … κόσμου

· Η δύναμη του λόγου

· Μπήκε δυνατά στην τελική ευθεία

· Οι μεγάλες δυνάμεις ορίζουν το μέλλον του κόσμου μας

· Με έχουν εγκαταλείψει οι δυνάμεις μου

· Όταν αναρρώσεις θα ανακτήσεις τις δυνάμεις σου

· Η δύναμη του χρήματος

· Ο Γιάννης οδηγεί ένα δυνατό μηχάνημα

· Ο ελέφαντας έχει μεγάλη δύναμη

· Κέρδισε ένα νοκ-νταόυν με δυνατό αριστερό κροσέ

· Τα τραίνα έχουν πολύ δυνατές μηχανές

και οι Δυνάμεις … της επιστήμης

· Δυο ηλεκτρισμένα αντικείμενα αλληλεπιδρούν με αποτέλεσμα να έλκονται ή να απωθούνται αμοιβαία.

· Δυο μαγνήτες αλληλεπιδρούν με αποτέλεσμα να εκδηλώνονται έλξεις και απώσεις.

· Σε κάθε σώμα γύρω μας ασκείται η βαρυτική δύναμη της Γης

· Ένα παραμορφωμένο ελατήριο ασκεί δύναμη σε ένα σώμα που είναι στερεωμένο στο ένα του άκρο.

· Το πάτωμα ασκεί δύναμη στα παπούτσια μας και στηρίζει.

· Το οδόστρωμα ασκεί δύναμη στους τροχούς του αυτοκινήτου με αποτέλεσμα να το στηρίζει και να το κινεί.

Στις λέξεις δύναμη και μάζα , που δανειστήκαμε από την καθημερινή ομιλία, αποδίδουμε λεπτό επιστημονικό νόημα ασυνήθιστο για τους μαθητές

Οι δύο κύριες διαδικασίες ορισμού της μάζας και της δύναμης

1^η προσέγγιση : ορισμός της αδρανειακής μάζας

Μέθοδος: πειραματική παρατήρηση με τα καροτσάκια.

N S S N

Συμπέρασμα : ο λόγος των (μέσων) επιταχύνσεων είναι ιδιότητα των σωμάτων που αλληλεπιδρούν και όχι του είδους της αλληλεπίδρασης. (α₁/α₂ = σταθ.)

Συλλογισμοί : σε τι διαφέρουν τα καρότσια; Μπορεί να αποδοθεί αυτή η ιδιότητα στο διαφορετικό τους βάρος ή στη διαφορετική μεταβολή της ταχύτητάς τους στον ίδιο χρόνο που έχει σχέση με την αδράνεια τους;

Εισαγωγή νέας έννοιας: η έννοια αδρανειακή μάζα εισάγεται για να ποσοτικοποιήσει την αδράνεια ενός σώματος

Αποτέλεσμα : το γινόμενο mα εκφράζει την ολική δύναμη που ασκείται στο σώμα.

2η προσέγγιση: ορισμός της δύναμης

Παραδοχή: η ηρεμία και η ευθύγραμμη ομαλή κίνηση είναι φυσιολογικές καταστάσεις των σωμάτων και μόνο η αλληλεπίδραση με άλλα σώματα μπορεί να τις μεταβάλει.

Ποιοτικός ορισμός της δύναμης : Η αλληλεπίδραση με άλλα σώματα ,υποδεικνύεται ως λόγος για την μεταβολής της φυσιολογικής κατάστασης ενός σώματος. (νόμος αδράνειας)

Ποσοτικός ορισμός της δύναμης – κλίμακα δύναμης: Μπορούμε να κατασκευάσουμε μια κλίμακα άμεσης μέτρησης της δύναμης, καταγράφοντας τις επιμηκύνσεις που προκαλεί σε ένα συγκεκριμένο ελατήριο. (αλληλεπιδραστικότητα)

Διερεύνηση της σχέσης δύναμης – επιτάχυνσης:

Μέθοδος: εφαρμόζουμε σταθερές δυνάμεις σε ένα καροτσάκι και υπολογίζουμε την επιτάχυνση σε κάθε περίπτωση.

Δυναμόμετρο

α

F

Αποτέλεσμα:

Η επιτάχυνση ενός σώματος είναι ανάλογη με τη δύναμη που δρα σε αυτό. α ~ F

Εισαγωγή νέας έννοιας: Ο λόγος F/α είναι σταθερός και εκφράζει κάποια ιδιότητα του σώματος που ονομάζεται μάζα αδράνειας m.

Δύναμη και μάζα: Οι προϊδεάσεις των μαθητών

Προϊδεάσεις μαθητών	Περιγραφή του προβλήματος	Επιδιωκόμενη διόρθωση
Η δύναμη κινεί ένα σώμα	Το ρήμα κινώ, προκαλεί τους μαθητές να συνδυάσουν άμεσα τη δύναμη με την ταχύτητα και όχι με την επιτάχυνση.	Η δύναμη επιταχύνει ένα σώμα
Κανένα αντικείμενο δεν μπορεί να κινείται χωρίς να το «σπρώχνει» κάποια δύναμη.	Η ευθύγραμμη ομαλή κίνηση είναι φυσιολογική κατάσταση και δε χρειάζεται δικαιολογία.	Οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να κινείται ευθύγραμμα και ομαλά, χωρίς να ασκείται δύναμη σε αυτό.
Για να κινηθεί το σώμα πρέπει η δύναμη να υπερνικήσει την αδράνεια του σώματος	Στην περίπτωση αυτή αποδίδεται στην αδράνεια έννοια δύναμης και όχι έννοια ανεξάρτητης φυσικής ιδιότητας του σώματος	Για να μεταβληθεί η κινητική κατάσταση ενός σώματος, είναι απαραίτητη η ύπαρξη δύναμης.
Η δύναμη επενεργεί σε σώμα	Πρέπει να αντικαταστήσουμε το επενεργεί, για να αποφύγουμε σύγχυση με την έννοια της ενέργειας αργότερα.	Η δύναμη δρα, επιδρά, ασκείται, εξασκείται σε σώμα.
Μάζα και βάρος ταυτίζονται.	Αυθαίρετη εισαγωγή και χρήση των εννοιών μάζα και βάρος.	Η μάζα είναι φυσική ιδιότητα του σώματος, ανεξάρτητη από οποιαδήποτε αλληλεπίδραση ή πεδίο δυνάμεων. Η έλξη της Γης πρέπει να ονομάζεται βαρυτική δύναμη και όχι βάρος.
Βάρος έχουν τα αντικείμενα που νοιώθουμε βαριά, ενώ τα ελαφριά δεν έχουν βάρος	Υποκειμενική αντίληψη για το βάρος από την καθημερινή ζωή.	Είναι σκόπιμο να αντικαταστήσουμε τη λέξη βάρος με το σωστό, δύναμη της βαρύτητας.
Το βάρος ενός βιβλίου, που ισορροπεί πάνω στην οριζόντια επιφάνεια ενός τραπεζιού, ασκείται στο τραπέζι.	Απόλυτο σφάλμα.	Το βάρος του βιβλίου ασκείται στο βιβλίο.
Η δύναμη που ασκεί το τραπέζι στο βιβλίο είναι η αντίδραση του βάρους του.	Απόλυτο σφάλμα.	Η δύναμη που ασκεί το τραπέζι στο βιβλίο είναι η αντίδραση της δύναμης που ασκεί το βιβλίο στο τραπέζι.
Κατά την μετακίνηση ενός αντικειμένου η δύναμη που του ασκούμε, είναι μεγαλύτερη από αυτή που μας ασκεί.	Η δύναμη που μας ασκεί το σώμα εφαρμόζεται στο χέρι μας και δεν εμπλέκεται στην επιτάχυνση του σώματος.	Οι δυνάμεις έχουν ίσα μέτρα
Πως είναι δυνατό να υπάρχει τριβή χωρίς να τρίβεται τίποτα;	Η τριβή, έχει συσχετιστεί με την κίνηση.	Η στατική τριβή ερμηνεύεται μικροσκοπικά και όχι μακροσκοπικά. Εμφανίζεται όταν υπάρχει ισορροπία.
Η δράση και η αντίδραση εξουδετερώνονται	Επειδή ασκούνται σε διαφορετικά σώματα, δεν μπορούν να συντεθούν.	Η δράση και η αντίδραση είναι αντίθετες.
Πως είναι δυνατό ένα τραπέζι να ασκεί δύναμη στο βιβλίο;	Δεν είναι εμφανής η παραμόρφωση της επιφάνειας του τραπεζιού.	Η δύναμη οφείλεται στην μικροσκοπική παραμόρφωση της επιφάνειας του τραπεζιού.
Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα, ισχύει όταν τα σώματα ισορροπούν.		Ισχύει και στην περίπτωση που κινούνται.