2.4 Δύναμη και μεταβολή της ορμής
Σε αυτήν την ενότητα θα μελετήσουμε την επηρροή των δυνάμεων στην διαμόρφωση της ορμής των σωμάτων προσπαθώντας να καταλάβουμε την εξέλιξη των κρούσεων. Θα δούμε έναν γνωστό νόμο με μια νέα ματιά ενώ θα συνδέσουμε την νέα γνώση μας με φαινόεμνα της καθημερινότητας.
Διδακτικοί Στόχοι
- Θα εξάγουμε, μέσα από διαχείριση πειραματικών δεδομένων, τη γενικευμένη μορφή του 2ου νόμου του Νεύτωνα.
- Θα χρησιμοποιήσουμε τη γενικευμένη μορφή του 2ου νόμου του Νεύτωνα για να ερμηνεύσουμε καταστάσεις από την καθημερινή ζωή.
Υπ.1.1 Αφόρμηση (5min) ( Ασύγχρονη Ατομική Μελέτη πριν το μάθημα)
Θα έχετε πιθανόν προσέξει ότι τα δάπεδα σε σύγχρονες παιδικές χαρές είναι από «μαλακές» πλάκες (δάπεδα ασφαλείας), ενώ παλαιότερες είναι γεμισμένες με άμμο. Γιατί
συμβαίνει αυτό; Ίσως υποθέσετε ότι αυτό συμβαίνει για λόγους ασφάλειας. Αυτό είναι αλήθεια. Πώς όμως εξηγείται κάτι τέτοιο με όρους Φυσικής;
Καταγράψτε την θέση σας στον τοίχο και σχολιάστε μία άποψη συμμαθητή σας : https://e-me.edu.gr/groups/Sciencea/wall
Υπ. 2.1 Αφόρμηση (Σύγχρονη)
Συζήτηση για τον τοίχο της ασύγχρονης
Θέτει την ερώτηση:
Ένα τάνκερ κλείνει τις μηχανές του ακόμη και 25 χιλιόμετρα πριν να φτάσει στον προορισμό του. Γιατί;
Οι μαθητές απαντούν ατομικά ώστε να εμφανιστούν οι ιδέες τους.
Παρουσίαση των αποτελεσμάτων της δημοσκόπισης και συζήτηση στην ολομέλεια για τις απαντήσεων των μαθητών. (5 min)
Στην συνέχεια ο εκπαιδευτικός υπενθυμίζει την έννοια «ορμή» και τονίζει ότι εδώ πέρα από την ορμή φαίνεται να εμπλέκεται και η έννοια χρονική διάρκεια.
2.2 Προετοιμασία Πειράματος
Προσομοίωσης εξοικείωσης.
Εισάγουμε την ανακαλυπτική προσέγγιση:
Χωρίζει τους μαθητές με την βοήθεια του πλάνου τάξης και ζητά την συνεργασία για την ανεύρεση :
Χρησιμοποιήστε το ποντίκι για να επιλέξετε τα σημεία
Προσοχή δεν μπορεί να προκαθοριστεί σειρά ερωτήσεων και δεν έχει τίτλο.
Ας μελετήσουμε τι γίνεται κατά την κίνηση του.
Ας δούμε και το εικονικό φαινόμενο.
Στην συνέχεια προβάλλει το βίντεο της ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης και περιγράφει εν τάχει την λειτουργία των φωτοπυλών .
Στην συνέχεια θα μελετήσουμε το πείραμα μέσα από ένα διαδραστικό βίντεο .
ζητά να επεξεργαστούν το διαδραστικό βίντεο και να απαντήσουν στις δραστηριότητες.
Απαντάει σε ενδεχόμενες απορίες, καθοδηγεί στην ορθή διαχείριση του διαδραστικού βίντεο..
Χρησιμοποιούν το interactive video, χωρισμένα σε ομάδες, για να υπολογίσουν τελικά τους ρυθμούς μεταβολής της ορμής του αμαξιδίου. Συμπεραίνουν ότι η ΣF, πέρα από ma ισούται και με Δp/Δt. (10 min)
(να προσθέσουν ερωτήσεις οι επιμορφούμενοι, για τον επιμορφωτή)
Συντονίζει: ποιο συμπέρασμα προκύπτει από την επεξεργασία των δεδομένων; Συζήτηση στην ολομέλεια.
2.3 Εφαρμογές
Εισάγουμε τη σχέση του γενικευμένου 2ου νόμου του Νεύτωνα
Ο εκπαιδευτικός θέτει ερωτήσεις:
Δημιουργούμε σύνδεση με την καθημερινή ζωή.
Ένα παιδάκι πέφτει στο έδαφος
Απαντούν σηκώνοντας το χέρι παίρνοντας τον λόγο στην ολομέλεια ή χρησιμοποιώντας τον τοίχο ή μέσω πολλαπλής επιλογής.
(Είναι χρήσιμο ο εκπαιδευτικός να επισημάνει ότι υποθέτουμε ότι η δύναμη είναι σταθερή σε όλη τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης παιδιού-εδάφους.)
(7 min)
3.1 Ασύγχρονη
Η συνολική αξιολόγηση πέραν της διαρκούς αξιολόγησης που γίνεται κατά την διάρκεια του μαθήματος μπορεί να δοθεί ανάλογα με την προεία της διδασκαλίας, την ομάδα των μαθητών, του χρόνου μελέτης έως την επόμενη διδασκαλία και τις ειδικές συνθήκες που διαμορφώνονται κατα περίπτωση. Έτσι ο εκπαιδευτικός μπορεί να επιλέξει από μια γκάμα εργασιών που πέραν των ασκήσεων του σχολικού εγχειριδίου μπορούν ν απεριλαμβάνουν:
- Αναθέτει ως διερευνητική εργασία για το σπίτι την απάντηση των παρακάτω ερωτημάτων μέσω της αρχικής προσομοίωσης:
- Σε χρονικό διάστημα ίσο με αυτό της αρχικής κίνησης του αμαξιδίου, πόση θα είναι η μεταβολή της ορμής Δp΄ του αμαξιδίου αν προσαρμόσουμε ένα βαρίδιο διπλάσιας μάζας στο νήμα;
- Θα μπορούσε να επιτευχθεί επίσης μεταβολή της ορμής Δp΄ χρησιμοποιώντας όμως το αρχικό βαρίδιο μάζας 50g; Υπό ποιες συνθήκες;
- Θέτει το πρόβλημα (που έθεσε 1ος ο Τορικέλι):
- Αν απαιτείται βάρος 1.000 κιλών για να σπάσει μια πλάκα, πώς είναι δυνατόν ένα σώμα που ζυγίζει 100 κιλά, αν πέσει από κατάλληλο ύψος, να μπορεί να σπάσει την ίδια πλάκα; Αν δεχτείς ότι η κρούση του σώματος στην πλάκα διαρκεί 0,05 sec μπορείς να βρεις το «κατάλληλο» ύψος από το οποίο πρέπει να πέσει το σώμα μάζας 100 χιλιογράμμων για να σπάσει την πλάκα; Θυμίζω ότι η πλάκα σπάζει αν ασκηθεί πάνω της δύναμη ίση με το βάρος πλάκας που έχει μάζα 1000 kg, δηλαδή απαιτείται δύναμη F = mg = 9810 N δεδομένου ότι g = 9,81 m/s2.Απαντούν στον τοίχο.
- Αναθέτει Πρότζεκτ "Αερόσακος αυγού".
Να φτιάξετε μία διάταξη δικής σας επινόησης έτσι ώστε να αφήνετε ένα αυγό από το ύψος των ώμων σας και αυτό να πέφτει στο έδαφος χωρίς να σπάει. (Υπόδειξη:κάτι που να κινείται μαζί με το αυγό ή κάτι στο έδαφος). Να δικαιολογήσετε πώς λειτουργεί η διάταξή σας. Καταθέτουν προτάσεις ηλεκτρονικά για τη λύση του προβλήματος. - Τι συμβαίνει όταν ΣF=0;Ως εφαρμογή της αποκτηθείσας γνώσης σε μία ειδική περίπτωση όπως αυτή, αλλά και προετοιμασίας-εξοικείωσης για το επόμενο μάθημα, δίνεται φύλλο εργασίας μιας πλαστικής κρούσης.
Τοίχος ή e-assignment.
Επαναφέρουμε την προσομοίωση και μελετάμε περιπτώσεις.
- Τι θα συμβεί με την μεταβολή της ορμής αν προσαρμόσουμε ένα βαρίδιο διπλάσιας μάζας στο νήμα μέσα στο ίδιο χρονικό διάστημα?
- Πως μπορούμε να πετύχουμε ίδια μεταβολή της ορμής χρησιμοποιώντας το βαρίδιο μάζας 50gr?
- Ποια είναι η φορά της μεταβολής της ορμής?