Τα θεμέλια κατανόησης της Φυσικής είναι τρία:
·
Έννοιες
·
Μεγέθη
· Μονάδες μέτρησης
Ξε Ξεκινώντας την κινηματική της μηχανικής, συναντάμε τρεις αλληλένδετες έννοιες που σχηματίζουν το Ιψενικό τρίγωνο του Κασσέτα:
- Χώρος
- Χρόνος
- Κίνηση
Η έννοια του Χώρου είναι συνυφασμένη με δύο ερωτήσεις, πού; βρίσκεται ένα αντικείμενο και πόσο απέχει; ένα αντικείμενο από ένα
άλλο. Στις ευθύγραμμες κινήσεις η απάντηση δίνεται μέσω ενός χωρικού
χάρακα.
Ομοίως η έννοια του Χρόνου είναι συνυφασμένη με τις ερωτήσεις,
πότε; έλαβε χώρα ένα γεγονός και πόσο διαρκεί; η εξέλιξή του. Η απάντησή
δίνεται μέσω ενός χρονικού χάρακα.
Οι ερωτήσεις στην έννοια κίνηση είναι πόσο γρήγορα; και πόσο πιο
γρήγορα; κινείται ένα κινητό.
Ο κάθε μελετητής μπορεί να τοποθετήσει το χάρακά του όπου θέλει με αποτέλεσμα να διαφωνούν μεταξύ τους στο που; και πότε; αλλά σίγουρα θα συμφωνούν στο πόσο απέχει; και πόσο διαρκεί; αν χρησιμοποιούν την ίδια μονάδα μέτρησης.
Οι έννοιες, οι ερωτήσεις, τα μεγέθη που χρησιμοποιούμε και
οι μονάδες τους, βρίσκονται στον παρακάτω πίνακα.
|
Μέγεθος |
Ερώτηση |
Μέγεθος |
Μεταβολή μεγέθους |
Ρυθμός μεταβολής μεγέθους |
Μονάδες |
|
Χώρος |
Πού; |
x |
|
|
m |
|
Πόσο απέχει; |
|
dx |
|
||
|
Χρόνος |
Πότε; |
t |
|
|
s |
|
Πόσο διαρκεί; |
|
dt |
|
||
|
Κίνηση |
Πόσο γρήγορα; |
v |
|
dx/dt |
m/s |
|
Πόσο πιο γρήγορα; |
a |
|
dv/dt |
m/s2 |
Οι πέντε πρώτες ερωτήσεις μπορούν να συζητηθούν στην τάξη της
Β’ γυμνασίου και της Α’ λυκείου μετά το επόμενο πείραμα.
Πρόταση
με ev3 της Lego
Πολλά Γυμνάσια και Λύκεια έχουν είδη τον εξοπλισμό Mindstorms της
Lego.
Εύκολα λοιπόν κατασκευάζουμε μονοκινητήριο όχημα για τη μελέτη της ευθύγραμμης κίνησης.
Για παράδειγμα το όχημα 50 από το Building Instructions for Science Models
και προσθέτουμε δύο διακόπτες, ένα μπροστά κι έναν πίσω,
συνδεδεμένους στις θύρες 1 και 2.
- Τοποθετούμε το
όχημα ώστε ο πίσω διακόπτης να ακουμπά σε ένα εμπόδιο
- Στο τραπέζι,
κάτω από τον πρόσθιο διακόπτη κολλάμε την αρχή μιας μετροταινίας
- Τοποθετούμε ένα
δεύτερο εμπόδιο στα 20cm
- Πιέζουμε το
διακόπτη εκκίνησης και το όχημα ξεκινάει να κινείται μέχρι ο πρόσθιος
διακόπτης αγγίξει το δεύτερο εμπόδιο
- Το όχημα
αναστρέφει κίνηση μέχρι ο πίσω διακόπτης αγγίξει το πρώτο εμπόδιο,
σταματάει και αναγράφει στην οθόνη του, το χρόνο σε δευτερόλεπτα που
χρειάστηκε για όλη τη διαδρομή, πήγαινε - έλα.
- Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία με το δεύτερο εμπόδιο στα 40, 60, 80 και100cm.
Ένα κατάλληλο πρόγραμμα είναι το παρακάτω:
Ακολουθείται η γνωστή διαδικασία με πίνακα τιμών μετρήσεων, γραφική παράσταση και ο υπολογισμός της ταχύτητας του οχήματος.
|
x (cm) |
2x (cm) |
t (s) |
v (cm/s) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
μέσος όρος |
Παράδειγμα:
|
x (cm) |
2x (cm) |
t (s) |
v (cm/s) |
|
20 |
40 |
3,3 |
12,1 |
|
40 |
80 |
6,7 |
11,9 |
|
60 |
120 |
9,9 |
12,1 |
|
80 |
160 |
13,0 |
12,3 |
|
100 |
200 |
16,3 |
12,3 |
|
μέσος όρος |
12,2 |
Σε επόμενο μάθημα, έχοντας υπολογίσει την ταχύτητα του
οχήματος και εκμεταλλευόμενοι την ικανότητα του ev3 να εκτελεί πράξεις, το εκπαιδεύουμε
να αναγράφει στην οθόνη του, εκτός του χρόνου πήγαινε – έλα (πόσο διαρκεί;) και την απόσταση (πόσο απέχει;) με το παρακάτω πρόγραμμα:
Ευκαιρία είναι να τονίσουμε ότι η Φυσική, εκτός από την ύλη
(όχημα πήγαινε – έλα ), ασχολείται και με την ενέργεια (πακετάκι υπέρηχου
πήγαινε – έλα)
Με αντίστοιχο πρόγραμμα:
Και ακολουθείται η προηγούμενη διαδικασία με πίνακα τιμών
μετρήσεων, γραφική παράσταση και ο υπολογισμός της ταχύτητας του ήχου, με
επακόλουθο να αναγράφει στην οθόνη του, εκτός του χρόνου πήγαινε – έλα (πόσο διαρκεί;) και την απόσταση (πόσο απέχει;).
Ειδικά για τον υπέρηχο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε και το Arduino, όπως περιγράφεται
στο κείμενο:
Arduino – Ultrasonic.
