Πανελλήνιο Σχολικό Δίκτυο Μιχαηλίδης Ευστάθιος

Γατάκια Ας Ανακρίνουμε τη φύση

ΕΚΦΕ ΑΝ. ΑΤΤΙΚΗΣ

Υπ. Κ. Παπαμιχάλης

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ

Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά ενός φύλλου εργασίας που συνοδεύει την πειραματική δραστηριότητα των μαθητών;

1)      Η συμπλήρωση φύλλου εργασίας από τους μαθητές είναι απαραίτητη, είτε η πειραματική δραστηριότητα έχει τη μορφή πειράματος επίδειξης, είτε πειράματος που διεξάγεται από ομάδες μαθητών (μετωπικό εργαστήριο).

2)      Ένα τυπικό, πλήρες φύλλο εργασίας περιλαμβάνει:

a)      Τους στόχους της δραστηριότητας.

b)      Επισημάνσεις, που αφορούν στο θεωρητικό υπόβαθρο της πειραματικής διαδικασίας ή στη λειτουργία της πειραματικής διάταξης.

c)      Τα όργανα που απαιτούνται για τη συναρμολόγηση και τη λειτουργία της πειραματικής διάταξης.

d)      Μικρό σύνολο οδηγιών για την εκτέλεση του πειράματος.

e)      Επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Συγκεκριμένα:

i)        Πίνακες μετρήσεων, που συμπληρώνονται από το μαθητή κατά τη διεξαγωγή της πειραματικής διαδικασίας.

ii)       Άξονες για το σχεδιασμό πειραματικών γραφικών παραστάσεων.

iii)     Ερωτήσεις που αφορούν στην περιγραφή των παρατηρούμενων φαινομένων, με τους όρους της επιστημονικής γλώσσας που έχει διδαχθεί ο μαθητής.

iv)     Ερωτήσεις που αφορούν στη διατύπωση συμπερασμάτων που προκύπτουν από την επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων.

v)      Ερωτήσεις που αφορούν στη διατύπωση θεωρητικών προβλέψεων και επικύρωσή τους ή όχι από τα αποτελέσματα του πειράματος.

vi)     Αιτιολόγηση των αποκλίσεων μεταξύ της θεωρητικής πρόβλεψης και των πειραματικών δεδομένων: [Η πειραματική διάταξη ικανοποιεί τις απαραίτητες προϋποθέσεις και συνθήκες για τη διεξαγωγή του πειράματος, ώστε τα πειραματικά δεδομένα να είναι αξιόπιστα; Τα αποτελέσματα του πειράματος επηρεάζονται σημαντικά από παράγοντες που αγνοήσαμε στη θεωρητική ερμηνεία των αποτελεσμάτων; κλπ].

3)      Το μέρος του φύλλου εργασίας που αφορά στην πειραματική διαδικασία συμπληρώνεται από το μαθητή μέσα στην τάξη (μετρήσεις, γραφικές παραστάσεις, περιγραφές φαινομένων). Το υπόλοιπο (συμπεράσματα, ερωτήσεις αξιολόγησης κλπ), εφόσον δεν επαρκεί ο χρόνος, συμπληρώνεται στο σπίτι.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΟΡΜΗΣ

Τάξη και τμήμα: _________

Ημερομηνία: _________________

Όνομα μαθητή: ________________________________

Στόχος

Με την πειραματική δραστηριότητα που διεξάγουμε, επιδιώκουμε να ελέγξουμε πειραματικά ορισμένες θεωρητικές προβλέψεις που προκύπτουν από την εφαρμογή του νόμου της διατήρησης της ορμής σε ένα σύστημα δύο αμαξιδίων, τα οποία αλληλεπιδρούν και κινούνται σε οριζόντιο επίπεδο.

Τι προβλέπει η θεωρία

Τα δύο αμαξάκια του σχήματος μπορούν να αλληλεπιδρούν και να κινούνται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο. Κατά την κίνησή τους ασκείται πάνω τους τριβή. Ωστόσο, οι ωθήσεις των δυνάμεων, που αναπτύσσονται στα αμαξίδια κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασής τους είναι αρκετά μεγαλύτερες σε σχέση με την ώθηση της τριβής στον ίδιο χρόνο. Επιπλέον, εφόσον περιοριστούμε σε αρκετά μικρές μετατοπίσεις των αμαξιδίων (<40cm), η ώθηση της τριβής μεταβάλλει ελάχιστα την ορμή τους. Έτσι, το σύστημα των δύο αμαξιδίων μπορεί να θεωρηθεί ως μονωμένο.

Στο σύστημα μπορεί να εφαρμοστεί η αρχή της διατήρησης της ορμής:

Αν τη χρονική στιγμή t=0 τα αμαξίδια ήταν ακίνητα, τότε κάθε χρονική στιγμή ισχύει η σχέση:

m₁v₁=m₂v₂                (1)

όπου m₁, m₂, v₁, v₂ οι μάζες και οι ταχύτητες των αμαξιδίων την ίδια χρονική στιγμή.

Μέσα σε απειροστό χρονικό διάστημα Δt, τα αμαξίδια έχουν μετατοπιστεί αντίστοιχα κατά:

Δx₁=v₁Δt   Δx₂=v₂Δt     (2)

Από τις σχέσεις (1) και (2), προκύπτει:

m₁Δx₁=m₂Δx₂

οπότε, για τις συνολικές μετατοπίσεις (x₁, x₂) των αμαξιδίων μέσα σε χρόνο t, έχουμε:

m₁x₁=m₂x₂     (3)

Α) Απόδειξε τις σχέσεις 1 και 3, για ένα απομονωμένο σύστημα αμαξιδίων, που μπορούν να κινούνται σε άξονα. (Τα αμαξίδια αλληλεπιδρούν και οι αρχικές τους ταχύτητες είναι μηδέν.)

_____________________________________________________________________  

_____________________________________________________________________  

_____________________________________________________________________  

_____________________________________________________________________  

_____________________________________________________________________  

Β) Σύμφωνα με τη σχέση (3), αν γνωρίζουμε τις μάζες των δύο αμαξιδίων και τη θέση του ενός τη χρονική στιγμή t, (για παράδειγμα το x₁), τότε μπορούμε να προβλέψουμε που θα βρεθεί την ίδια χρονική στιγμή το άλλο (δηλαδή να βρούμε το x₂): Συμπλήρωσε την 4^η στήλη του πίνακα Α.

ΠΙΝΑΚΑΣ Α m1 m2 x1 cm x2  cm (θεωρητική πρόβλεψη) m m 30   m 2m 40   m 3m 30   m 4m 10

_____________________________________________________________________  

_____________________________________________________________________  

_____________________________________________________________________  

Πειραματική διαδικασία

Απαιτούμενα όργανα:

1)      Εργαστηριακό αμαξίδιο με ελατήριο και απλό αμαξίδιο.

2)      Μεταλλικές πλάκες που συνοδεύουν τα εργαστηριακά αμαξίδια.

3)      [Ζυγός τριπλής φάλαγγας.]

4)      Μετροταινία.

Έλεγξε πειραματικά τις θεωρητικές προβλέψεις της 4^ης στήλης του πίνακα Α: Τοποθέτησε δύο αμαξίδια που αλληλεπιδρούν μέσω ελατηρίου σε οριζόντια επιφάνεια, όπως στο σχήμα. Φρόντισε ώστε οι μάζες των αμαξιδίων να έχουν τις τιμές m₁ και m₂ των γραμμών του πίνακα Α (χρησιμοποίησε όπως μεταλλικές πλάκες που τα συνοδεύουν). Τοποθέτησε δύο εμπόδια σε αποστάσεις x₁ και x₂ (βλέπε πίνακα Α) από κάθε αμαξάκι αντίστοιχα. Έλεγξε αν μετά την αλληλεπίδρασή όπως, τα αμαξάκια φτάνουν στα εμπόδια ταυτόχρονα, ακούγοντας τον ήχο όπως πρόσκρουσης.

Τα αμαξίδια φτάνουν στα εμπόδια ταυτόχρονα;

1^η γραμμή του πίνακα Α: ΝΑΙ – ΟΧΙ

2^η γραμμή του πίνακα Α: ΝΑΙ – ΟΧΙ

3^η γραμμή του πίνακα Α: ΝΑΙ – ΟΧΙ

4^η γραμμή του πίνακα Α: ΝΑΙ – ΟΧΙ

Ποιοι είναι κατά τη γνώμη σου οι πιο σημαντικοί λόγοι όπως (όποιας) παρατηρούμενης απόκλισης μεταξύ όπως θεωρητικής πρόβλεψης και των πειραματικών αποτελεσμάτων; (Διάλεξε μέχρι δύο απαντήσεις)

1)      Ο νόμος όπως διατήρησης όπως ορμής δεν περιγράφει με ακρίβεια τα φαινόμενα όπως αλληλεπίδρασης δύο σωμάτων.

2)      Το σύστημα των δύο αμαξιδίων δεν είναι απομονωμένο.

3)      Οι αποκλίσεις οφείλονται στη δράση εξωτερικών δυνάμεων, πάνω στα αμαξίδια, που δεν λάβαμε υπόψη, όπως η τριβή και η αντίσταση του αέρα.

4)      Το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένα τα αμαξίδια επηρέασε τα αποτελέσματα του πειράματος.

Κ_ΠΜ