Ενότητα 2    ΟΙ ΝΟΜΟΙ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

Προσδοκώμενα αποτελέσματα

Βασικά θέματα

Ενδεικτικές δραστηριότητες

Εκπαιδευτικό υλικό

Οι μαθητές και οι μαθήτριες:

·         Να αναγνωρίζουν ότι,

σύμφωνα με τη Φυσική,   σε οποιαδήποτε κίνηση που

δεν είναι ευθύγραμμη ομαλή συμβαίνει μεταβολή,

η κίνηση θεωρείται

μεταβαλλόμενη

·      Να αναγνωρίζουν σε διάφορες περιστάσεις της καθημερινής ζωής τη δύναμη ως αίτιο της μεταβολής της κίνησης

·      Να  γνωρίζουν ότι η Φυσική είναι δημιούργημα των Ευρωπαίων του 17ου αιώνα και να αναγνωρίζουν τον Νεύτωνα ως τον βασικό θεμελιωτή της

·       Να  αναγνωρίζουν   ότι  η εξέλιξη των επιστημονικών γνώσεων είναι μια συνεχής και συνεχιζόμενη διαδικασία    

Η δύναμη ως αιτία μεταβολής της κίνησης

 

Ο διδάσκων αποσαφηνίζει ότι η ευθύγραμμη ομαλή κίνηση είναι η μόνη κίνηση στην οποία δεν συμβαίνει «μεταβολή κίνησης»  και  ότι σε οποιαδήποτε άλλη περίπτωση συντελείται  «μεταβολή της κίνησης»,  μεταβάλλεται η ταχύτητα.

Καλεί τους διδασκόμενους να περιγράψουν σε φύλλο εργασίας τρία παραδείγματα κινήσεων στις οποίες εκδηλώνεται μεταβολή. 

Υπενθυμίζει ότι σύμφωνα με τη διδασκαλία στην προηγούμενη τάξη η δύναμη :     α. περιγράφει το σπρώχνω  και το τραβώ

β. προκαλεί παραμόρφωση  γ. έχει μέτρο και κατεύθυνση

Αποσαφηνίζει ότι κατά την παρουσίαση των νόμων της κίνησης ως κινούμενο σώμα θα θεωρείται ένα αντικείμενο με αμελητέες διαστάσεις το οποίο δεν παραμορφώνεται.

Αφηγείται, σε περιβάλλον ΤΠΕ, ότι ο  Isaac Newton, με το βιβλίο του Principia,  συνέβαλε περισσότερο από κάθε άλλον στην οικοδόμηση της Φυσικής Eνώ,  μέχρι εκείνη την εποχή,  η δύναμη εθεωρείτο  «αιτία οποιασδήποτε κίνησης», ο Newton πρότεινε το  «δύναμη λέγεται η αιτία μεταβολής της κίνησης»

Εργαστηριακή εμπειρία.  Δημιουργεί ομάδες καθεμία από τις οποίες εφοδιασμένη  με χρονομετρητή tickertimer μελετά την πτώση ενός σώματος στο έδαφος για να αποφανθεί ότι «η κίνηση δεν είναι ευθύγραμμη ομαλή»,  ότι παρατηρείται δηλαδή μεταβολή της κίνησης  και να αναζητήσει «τη δύναμη που προκάλεσε τη μεταβολή»

Ψηφιακό σχολείο –

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/

 

Φυσική Β΄- Κεφάλαιο 3 – υποενότητα 3.1

Compact disk με διδακτικό υλικό

 

Χρονομετρητής

με χαρτοταινία

 

http://canu.ucalgary.ca/map/content/interaction/glimpse/index.html

 

http://users.sch.gr/kassetas/zzzzzzzNewton.htm

·         Να αναγνωρίζουν ότι,

όταν ένα σώμα ισορροπεί

σε οριζόντια επιφάνεια, το βάρος του εξισορροπείται από δύναμη που του ασκεί η επιφάνεια

·      Να αναγνωρίζουν την τριβή ολίσθησης και την αντίσταση του αέρα ως δυνάμεις που αντιτίθενται στην κίνηση.

·      Σε σώμα που κινείται

σε οριζόντια επιφάνεια,

να αναγνωρίζουν ότι η τριβή ολίσθησης επιβραδύνει το σώμα και τελικά το σταματά

·      Να αναφέρουν τρόπους

ελάττωσης της τριβής και της αντίστασης του αέρα

 

 

Η κάθετη  δύναμη

Δυνάμεις που αντιτίθενται στην κίνηση: τριβή ολίσθησης και αντίσταση του αέρα.

Η τριβή ολίσθησης επιβραδύνει την κίνηση.

 

Η εμπειρία. Ένα μικρό κουτί σε τραπέζι ακίνητο

Ο διδάσκων καλεί τους μαθητές να κάνουν ένα σχήμα και να σημειώσουν τις δυνάμεις που ασκούνται στο αντικείμενο.

Με την καθοδήγησή του οι διδασκόμενοι σημειώνουν την δύναμη βάρος και την κάθετη δύναμη η οποία περιγράφει τη μία πλευρά του ότι «το κουτί και η επιφάνεια του τραπεζιού αλληλοσπρώχνονται».

Οι έρευνες δείχνουν ότι ένα σημαντικό ποσοστό των μαθητών αρνείται να αποδεχθεί την κάθετη δύναμη ως δύναμη.

Ο διδάσκων εμπλουτίζει τις αναπαραστάσεις των διδασκομένων

για την έννοια δύναμη τις βασιζόμενες μόνο στις εμπειρίες του

σπρώχνω και του τραβώ.

Η εμπειρία.  Ο διδάσκων ενεργοποιεί το μικρό κουτί προσδίδοντάς του οριζόντια ταχύτητα. Το κουτί μετακινείται και σταματά.

Καλεί τους μαθητές να κάνουν ένα σχήμα και να  σημειώσουν τις δυνάμεις που ασκούνται στο αντικείμενο σε μια στιγμή της κίνησης.

Επισημαίνει ότι « εφόσον η δύναμη θεωρείται αιτία μεταβολής της κίνησης, μπορούμε να θεωρήσουμε δύναμη και την τριβή ολίσθησης» δεδομένου ότι συμβάλλει στο να επιβραδύνεται το σώμα στο οποίο ασκείται. Στην περίπτωση αυτή στο κινούμενο σώμα δεν επιδρά κάποιο άλλο το οποίο να σπρώχνει ή να τραβά.  Σε παρόμοια λογική προτείνει ως δύναμη και την αντίσταση του αέρα.  Θέτει προς συζήτηση το «τι θα μπορούσαμε να κάνουμε ώστε η τριβή να έχει μικρότερη τιμή» και αντίστοιχα για την αντίσταση του αέρα, με τη βοήθεια φωτογραφιών αυτοκινήτων  και αεροπλάνων.

 

Ψηφιακό σχολείο –

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/

Φυσική Β΄- Κεφάλαιο 3 – υποενότητα 3.2

 

Compact disk με διδακτικό υλικό

 

 

Χρονομετρητής

με χαρτοταινία

 

 

 

 

 

 

Applet από το ψηφιακό σχολείο

Τριβή

friction.swf

·      Να αναγνωρίζουν ότι ακόμα και αν

εξισορροπηθούν όλες οι δυνάμεις, οι ασκούμενες

σε κινούμενο σώμα ,

το σώμα εξακολουθεί να  κινείται.

 

·      Να διατυπώνουν τον πρώτο νόμο της κίνησης

και να τον εφαρμόζουν σε απλές περιπτώσεις

·      Να αναγνωρίσουν

το στοιχείο της ανατροπής που περιέχεται στην αποδοχή του πρώτου νόμου δεδομένου ότι ανέτρεψε μία από τις ακλόνητες πεποιθήσεις των ανθρώπων του 17ου αιώνα 

·      Να ανατρέπουν προηγούμενες δικές τους  βεβαιότητες όπως ότι «δεν είναι δυνατόν ένα σώμα να κινείται χωρίς να ασκείται σε αυτό δύναμη »

Η κίνηση δεν χρειάζεται δύναμη για να συντηρηθεί.

 

Ο πρώτος νόμος του Newton για την κίνηση.

Η ανατροπή μιας ακλόνητης πεποίθησης

Οι σχετικές έρευνες, όχι μόνο στην Ελλάδα,  δείχνουν ότι ένα μεγάλο  ποσοστό των διδασκομένων αρνείται να αποδεχθεί ότι ένα σώμα μπορεί να κινείται χωρίς να ασκείται σε αυτό δύναμη. Η διδασκαλία του  πρώτου νόμου έχει να αντιμετωπίσει  ένα  από τα πιο «σκληρά» εννοιολογικά εμπόδια. 

Ο διδάσκων αφηγείται με τη βοήθεια εικόνων  « Τον Μάρτιο του έτους 1972 εκτοξεύτηκε το διαστημικό σκάφος Pioneer-10. Εκτιμάται ότι το σκάφος εξακολουθεί να ταξιδεύει μακριά από το ηλιακό μας σύστημα.» Θέτει το ερώτημα : Πώς κινείται  το Pioneer-10, τόσα χρόνια μετά την εκτόξευσή του;

Παρουσιάζει σε φύλλο εργασίας τέσσερις απαντήσεις

α. Χρησιμοποιεί πετρέλαιο   

β. Χρησιμοποιεί πυρηνικό καύσιμο

γ. Αξιοποιεί την ηλιακή ακτινοβολία       

δ. Κινείται μόνο του

Καλεί κάθε μαθητή επιλέγοντας μία από αυτές να την καταγράψει  στο φύλλο εργασίας και στη συνέχεια θέτει το θέμα  σε ανοικτή συζήτηση. 

Παρουσιάζει επίσης   α.  το νοητικό πείραμα με κίνηση σώματος σε οριζόντιο επίπεδο συνεχώς ελαττούμενης τριβής

β. Το νοητικό πείραμα του Γαλιλαίου με σφαίρα που κατεβαίνει από κεκλιμένο επίπεδο και  ανεβαίνει σε άλλο κεκλιμένο επίπεδο 

γ. Βίντεο με αστροναύτες στο διάστημα

Θέτει το ερώτημα «τι συμβαίνει σε ένα σώμα όταν δεν ασκούνται σε αυτό δυνάμεις;», περιλαμβάνοντας και την περίπτωση συνισταμένης μηδέν. Καταλήγει στη διατύπωση του πρώτου νόμου του Newton για την κίνηση και τονίζει ότι η αποδοχή του ανέτρεψε μια από τις πλέον ακλόνητες πεποιθήσεις των ανθρώπων της εποχής.

Ψηφιακό σχολείο –

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/

 Φυσική Β΄- Κεφάλαιο 3 – υποενότητα 3.4

Compact disk με διδακτικό υλικό

Διαδικτυο

Φωτογραφίες με το pionneer 10

 

http://valadakisalyk.blogspot.com/2009/02/blog-post_28.html

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Applet από ψηφιακό σχολείο

με  το νοητικό πείραμα  του Γαλιλαίου

galileo.swf

·    Να περιγράφουν την

ιδιότητα αδράνεια και να τη συσχετίζουν με τη μάζα

·      Να περιγράφουν

το φαινόμενο ελεύθερη πτώση  και να αναγνωρίζουν ότι  κατά  εξέλιξή του όλα τα στερεά σώματα πέφτουν ταυτόχρονα  

·   Να απαντούν στο

ερώτημα «γιατί κατά την ελεύθερη πτώση δύο σωμάτων- μολονότι η δύναμη βάρος που ασκείται στο ένα είναι μεγαλύτερη- τα σώματα πέφτουν ταυτόχρονα ;» 

Να  απαντούν στο ερώτημα

 « από τι εξαρτάται το πόσο γρήγορα αλλάζει η ταχύτητα ενός σώματος ;» 

·      Να συνεργάζονται και ,   να τεκμηριώνουν την άποψή τους

·      Να χρησιμοποιούν

·      τις γνώσεις της ενότητας σε  τεχνολογικές κατασκευές

Η αδράνεια των σωμάτων

και η μάζα

 

Το φαινόμενο

ελεύθερη πτώση

 

Δύναμη, μάζα και μεταβολή της κίνησης

 

Ανάκληση γνώσης.  Ο διδάσκων  υπενθυμίζει στους μαθητές ότι στην προηγούμενη τάξη είχαν διδαχθεί την έννοια μάζα  ως έννοια η οποία περιγράφει τη δυσφορία που εκδηλώνει ένα ακίνητο σώμα στο να μετακινηθεί.  Εμπλουτίζει την έννοια λέγοντας ότι η δυσφορία εκδηλώνεται και όταν το σώμα κινείται και επιδιώκεται αλλαγή της κίνησης. Τη γενικότερη δυσφορία στην αλλαγή την ονομάζει  αδράνεια.

Εργαστηριακή εμπειρία.

Ελεύθερη πτώση δύο σωμάτων σε σωλήνα κενού. Διαπιστώνεται ότι το βαρύτερο σώμα πέφτει ταυτόχρονα με το ελαφρότερο.

Φύλλο εργασίας.

Ο διδάσκων θέτει στο φύλλο εργασίας το ερώτημα:

« πώς θα εξηγήσουμε ότι τα δύο σώματα παρουσιάζουν ακριβώς την ίδια μεταβολή ταχύτητας ενώ η δύναμη βάρος που ασκείται  στο ένα από αυτά είναι μεγαλύτερη;» 

Η αναζήτηση οδηγεί στο συμπέρασμα ότι « το πόσο γρήγορα αλλάζει η ταχύτητα  ενός σώματος» εξαρτάται όχι μόνο

α. από την ολική δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά και

β. από τη μάζα του σώματος».Το εμπειρικό γεγονός ότι το βαρύτερο σώμα πέφτει ταυτόχρονα με το ελαφρότερο οδηγεί στη σοβαρότερη επιβεβαίωση του

«ότι το βάρος κάθε σώματος είναι ανάλογο με τη μάζα του».

Υπενθυμίζεται η σχέση βάρος = μάζα Χ ένταση βαρύτητας

Συζήτηση για το ρόλο της ζώνης ασφαλείας στο αυτοκίνητο.

Ψηφιακό σχολείο –

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/

 

Compact disk με  διδακτικό υλικό

Σωλήνας κενού και αντλία

φωτοπύλες,   ηλεκτρονικό χρονόμετρο

http://www.physicsclassroom.com/mmedia/newtlaws/efff.cfm

 

Applets

Πτώση στον αέρα . Πτώση στο κενό

freeFall2.swf

 

Ελεύθερη πτώση

freeFall.swf

 

 

·      Να περιγράφουν την

αλληλεπίδραση δύο σωμάτων προσδιορίζοντας τις

δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ τους

·        Να αναγνωρίζουν ότι, τόσο στην ισορροπία όσο και στην κίνηση, η δράση και η αντίδραση ασκούνται σε διαφορετικά σώματα, έχουν αντίθετες κατευθύνσεις και

ίσα μέτρα

·            Να σχεδιάζουν τις

δυνάμεις σε καθένα από τα δύο σώματα που αλληλεπιδρούν

·         Να εφαρμόζουν τον 3ο  νόμο της κίνησης

·      Να ακολουθούν τις

οδηγίες για  την εκτέλεση μιας δραστηριότητας

·   Να λειτουργούν ως μέλη ομάδας

·   Να διακρίνουν τη

διαφορά ανάμεσα στην εκτίμηση που είχαν πριν ερευνηθεί κάποιο ζήτημα και στην τελική τους άποψη

Η δύναμη είναι μια έννοια που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις

 

3ος νόμος του Νεύτωνα

 

Εργαστηριακή εμπειρία.  Ο διδάσκων παρουσιάζει έναν βαρύ μαγνήτη και ένα σιδερένιο καρφί και ζητεί από τους μαθητές να προβλέψουν

 α. εάν το καρφί έλκει τον μαγνήτη και

β. σε  περίπτωση καταφατικής απάντησης, να συγκρίνουν τη δύναμη που ασκεί ο μαγνήτης στο καρφί με τη δύναμη που ασκεί το σιδερένιο καρφί στον μαγνήτη.

Πείραμα με δύο δυναμόμετρα.  Πείραμα με δύο όμοια μεταλλικά σφαιρίδια, κρεμασμένα με νήματα και αιωρούμενα, τα οποία συγκρούονται 

 

Επικαλείται την εμπειρία. Όταν ένα σώμα σπρώχνει ένα άλλο σώμα Β και το Β σπρώχνει το Α. Το ίδιο ισχύει όταν ένα σώμα τραβά ένα άλλο σώμα. Γενικεύει λέγοντας ότι αυτό ισχύει και για δυνάμεις, όπως η τριβή, που δεν περιγράφουν το σπρώχνω και το τραβώ και  ότι η σε κάθε περίπτωση η δύναμη περιγράφει τη μία όψη μιας αλληλεπίδρασης. Διατυπώνει τον 3ο νόμο της κίνησης δίνοντας έμφαση στην ισότητα των μέτρων των δύο δυνάμεων

Οι έρευνες, όχι μόνο στην Ελλάδα,  δείχνουν ότι ένα σημαντικό ποσοστό  των μαθητών αρνείται να αποδεχθεί ότι κατά τη σύγκρουση ενός σώματος μεγάλης μάζας με ένα σώμα πολύ μικρότερης μάζας ισχύει η ισότητα των μέτρων δράσης και αντίδρασης.  Διαπιστώνεται επίσης ιδιαίτερη αδυναμία στο να εφαρμοστεί ο νόμος σε διάφορα φαινόμενα.

 

Εργαστηριακή εμπειρία.  Ο διδάσκων δημιουργεί ομάδες μαθητών, εφοδιάζει κάθε ομάδα με ένα δοχείο όχι γεμάτο με νερό έναν ζυγό πάνω στον οποίο το δοχείο ακινητεί και μία μεταλλική σφαίρα γνωστού όγκου κρεμασμένη από νήμα. 

Καλεί τους μαθητές κάθε ομάδας, βάσει γραπτών οδηγιών   

α. να ζυγίσουν το δοχείο με το νερό και να καταγράψουν το αποτέλεσμα

β.  να προβλέψουν κατά πόσο θα αλλάξει η ένδειξη εάν η σφαίρα διατηρούμενη στο άκρο του κατακόρυφου νήματος βυθιστεί στο νερό χωρίς να αγγίζει τον πυθμένα

γ. κάποιος να δοκιμάσει να βυθίσει τη σφαίρα στο νερό

δ. να καταγράψουν τη νέα ένδειξη και 

ε. να δώσουν μια ερμηνεία για το αποτέλεσμα.

Ψηφιακό σχολείο –

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/

Φυσική Β΄- Κεφάλαιο 3 – υποενότητα 3.7

 

Compact disk με  διδακτικό υλικό

 

ΕΚΦΕ Αγρινίου

http://ekfe-agrin.ait.sch.gr/uploads/51ba11ec-91ed-9acd.pdf

 

 

 

http://valadakisalyk.blogspot.com/2009/02/3.html

 

Applet  από ψηφιακό σχολείο

dinamometra.swf

 

Διαθεματική εργασία/project

Από την καλογυαλισμένη σανίδα του Γαλιλαίου

στο χωρίς καύσιμα ταξίδι του Pioneer 10 με την πλακέτα  του Sagan.

Διαδρομή μέσα από τους προβληματισμούς του Νεύτωνα.  

 

Φυσική, κοινωνία, ιστορία, διαστημικά ταξίδια

 

 

Η έννοια ΕΝΕΡΓΕΙΑ