Συνέχεια στη Φυσική, 2ος Νομος του Νευτωνα_φαση1

Βασιλης Κολλιας και Θανάσης Νταβαρης

(εικονα απο το you tube, δεν θυμαμαι πια απο που)

Συνεχίζοντας τη συζητησή μας με το Θανάση (http://vkollias.blogspot.gr/2015/01/blog-post_21.html για το παλαιοτερο κομμάτι), μου έστειλε ένα ηλεκτρονικο μήνυμα.
 Τώρα πια ο Θανάσης διαβάζει βιβλία Φυσικής Γυμνασίου για να ακολουθήσει την πεπατημένη.

Όμως συνεχίζοντας να λειτουργει ως μαθητής που ο ίδιος προωθει τα όρια της γνώσης του μου έστειλε σε αυτο το μηνυμα 4 ερωτησεις να τις χρησιμοποιήσω εγω στο μάθημά μου. Ερωτήσεις που αφορούν στην εμφανιση δυνάμεων σε κρουσεις.


Μηνυμα 1:

Ας πούμε οτι βάζεις σε 100 φοιτητές το εξής πρόβλημα:

Έχουμε μια νταλίκα μάζας 2 τόνων, με ταχύτητα 90 χλμ/ώρα η οποία προσκρούει πάνω σε μια άτυχη αρκούδα που βγήκε και περπατούσε στην Εγνατία οδό και έχουμε και μια νταλίκα μάζας 2 τόνων, με ταχύτητα 91 χλμ/ώρα η οποία προσκρούει πάνω σε ένα καναρίνι που πετούσε σε ύψος 1 μέτρου απο το έδαφος.

ερώτηση 1: Η δύναμη που θα ασκηθεί στην αρκούδα είναι:

α) μικρότερη απο τη δύναμη που θα ασκηθεί στο καναρίνι

β) ίση με αυτή που θα ασκηθεί στο καναρίνι

γ) μεγαλύτερη απο αυτή που θα ασκηθεί στο καναρίνι

δ) δεν γνωρίζουμε 

ερώτηση 2: Το σώμα του ζώου που θα παραμορφωθεί περισσότερο απο την πρόσκρουση με τη νταλίκα είναι:

α) του καναρινιού

β) της αρκούδας

γ) το ίδιο και για τα δύο

δ) δεν γνωρίζουμε

ερώτηση 3: Στη νταλίκα 

α)  ασκείται  δύναμη απο το ζώο (όποιο κι αν είναι αυτό)

β) δεν ασκείται δύναμη απο το ζώο (όποιο κι αν είναι αυτό)

ερώτηση 4: Αν δέναμε ένα ελατήριο στο σώμα της αρκούδας και του καναρινιού, στο σημείο όπου έρχεται σε επαφή με τη νταλίκα, θα βλέπαμε το ελατήριο

α) να πιέζεται προς τα μέσα περισσότερο στην περίπτωση της αρκούδας

β) να πιέζεται προς τα μέσα περισσότερο στην περίπτωση του καναρινιού

γ) να μην πιέζεται καθόλου προς τα μέσα στην περίπτωση του καναρινιού και να πιέζεται στην περίπτωση της αρκούδας

δ) να μην πιέζεται καθόλου προς τα μέσα στην περίπτωση της αρκούδας και να πιέζεται στην περίπτωση του καναρινιού

Τι θα απαντούσαν άραγε οι φοιτητές σου και σε τι ποσοστό; Το θέμα βέβαια είναι το πότε θα του βάλεις αυτά τα ερωτήματα. Πριν, κατά τη διάρκεια ή μετά τη διδασκαλία;

Μηνυμα 2 (Διευκρινιστικό)

Βασικά, τώρα που ξαναβλέπω τς ερωτήσεις, μάλλον είναι προτιμότερο να χρησιμοποιήσουμε το παράδειγμα με τη μπάλα του μπάσκετ και το μπαλάκι του πινγκ πονγκ. Αν είναι να χρησιμοποιήσουμε την αρκούδα και το πουλάκι, μάλλον θα πρέπει να πούμε στους φοιτητές να υποθέσουν - καταχρηστικά φυσικά - οτι η αρκούδα και το πουλί έχουν τον ίδιο ακριβώς σωματότυπο, ώστε να μην μπούν σε σκέψεις του στυλ ' το πουλί θα διαλυθεί εντελώς επειδή είναι ...μαλακό ενώ η αρκούδα θα παραμορφωθεί πολύ'  (Ασε που μπορεί και να σοκαριστούν)

--------------------

Συζητηση απο το τηλέφωνο

Πιάσαμε τη συζήτηση απο το τηλέφωνο.

Κατ αρχην ηταν εξαιρετικο σαν κινηση και το να κατασκευάσει τέτοια ερωτήματα αλλά και τα ιδια τα ερωτήματα όπου είχα την αισθηση οτι το ερωτημα 4, βάζοντας το ελατηριο, ειναι ισοδυναμο με το να μεγενθύνει κανεις (πλησιάζοντας στον μικροκοσμο) στο χώρο και να κινηθεί σε αργη κινηση στο χώρο. Για να ειμαι ειλικρινής ζήλεψα την ταχυτητα της προοδου του! Μακαρι να μάθαινα και εγω έτσι γρήγορα!

 Του ζητησα τη δική του απάντηση για το πρώτο ερώτημα. 

Απάντησε ότι περίμενε μεγαλύτερη να ειναι η δυναμη στο καναρινι. Μου φάνηκε οτι αυτο το στήριζε στο οτι το καναρινι (αν δεν διαλυόταν) θα πεταγόταν μακριτερα απο ότι η αρκούδα. Επιχειρηματολόγησα οτι αυτο για το οποιο ένοιωθε σιγουρος ήταν οτι το καναρίνι θα ειχε μεγαλυτερη ταχυτητα (φευγοντας απο την κρουση). Αν πράγματι ξέρουμε οτι το καναρινι πετιέται μακρύτερα τοτε αυτο ηταν κάτι που κανεις δεν θα μπορουσε να αμφισβητίσει. Ωστόσο το αν αυτο σημαίνει και μεγαλυτερη δυναμη στο καναρινι είναι κάτι που έχει να κάνει με το 2ο Νομο του Νευτωνα (τον οποιο ο Θανάσης ουσιαστικά μαθαίνει τώρα, αν και έχει ξανακούσει τη διατύπωσή του). Δηλαδή το τι συμβαίνει με τη δυναμη (που δεν ειναι προφανές το πώς θα μετρηθεί άμεσα στην περιπτωση αυτή ή που δεν είναι προφανές το τι τιμή θα έχει αν μετρηθεί) ήταν περισσότερο μια υπόθεση που έκανε και λιγότερο κάτι δεδομένο.

Ο 2ος Νομος του Νεύτωνα οριζει οτι η δυναμη καθορίζει αμεσως (στιγμιαία) και την επιτάγχυνση. Απο εκει και πέρα ομως παιρνει χρόνο μέχρι η επιτάγχυνση να "μεταφραστεί" σε ταχυτητα. Επισης η επιτάγχυνση εξαρτάται (αντιστροφα) απο τη μάζα του σωματος που δέχεται τη δυναμη.

Αρα μονο και μόνο ξέροντας οτι το καναρίνι πετάγεται μακρίτερα δεν μπορουσε κανεις να συμπεράνει αν αυτο έχει να κάνει με το μέγεθος της δυναμης ή με τη μικρότητα της μάζας του.

Ο Θανάσης ειπε οτι ειχα καταλάβει λάθος και οτι δεν τον επιρέαζε το πέταγμα του πουλιού αλλά η ταχυτητα της νταλίκας που αφου ήταν έστω και λιγο μεγαλύτερη θα ασκουσε μεγαλύτερη δυναμη. Μάλιστα προσθεσε οτι αν η ταχυτητα ήταν ιδια τοτε περιμενε να ειναι ιδιες και οι δυνάμεις

Επειδή ξέρω οτι γνωρίζει τον τρίτο Νομο του Νευτωνα επιχειρηματολογησα οτι στην καθημερινή μας ζωή γνωρίζουμε οτι η ζημια στην νταλίκα θα ειναι μεγαλυτερη στην περιπτωση της αρκούδας παρά στην περιπτωση του καναρινιού. Και αφου αυτο σημαίνει και μεγαλυτερες δυνάμεις και αφου η δράση ειναι ιση με την αντιδραση τοτε αυτο σημαίνει οτι και η αρκουδα θα δέχεται μεγαλυτερη δυναμη.

Το επιχειρημα αυτο το αποδέχθηκε ως ισχυρό. Στη συνέχεια ακολούθησα δυο δρομους θέλοντας να τονισω τη σημασια της μάζας του αντικειμένου που δέχεται τη δυναμη σε σχέση με το πόση δυναμη θα εμφανιστει

α) χρησιμοποιησα το τελικο ερώτημα με το ελατηριο και τη σχέση με το να βλέπει κανεις τη συγκρουση σε αργη κινηση και σε μεγέθυνση. Εκει ειναι φανερό οτι η δυναμη εμφανιζεται σταδιακά και θα εξακολουθει να υπάρχει οσο υπάρχει παραμόρφωση. Αλλα η παραμορφωση υπάρχει οσο το αντικειμενο δεν καταφέρνει να φτάσει σε αρκετη ταχυτητα ώστε να απεμπλακεί απο τη σύγκρουση. Αν αποκτήσει αυτη την ταχυτητα γρηγορα τοτε δεν θα προλάβει να δεχθει και πολυ μεγάλες δυνάμεις (ακουγεται σαν συμπληρωματικο των λογων του γιου του Κρέοντα στον ιδιο για το πώς πρέπει να λυγιζουμε αντι να στεκόμαστε άκαμπτοι)

β) χρησιμοποιησα την εικονα μιας φαγάνας που κινειται αργα. Αν μας βρει στο δρομο μας θα μας "παρασειρει" (μπορουμε να πιαστουμε πάνω της χωρις πολυ πονο) αλλά αν βρει στο δρομο της μια μεγάλη μάζα που δεν κινειται τοτε η μάζα αυτη θα αισθανθει μια πολυ μεγαλυτερη δυναμη πάνω της (επειδή ακριβώς δεν φευγει)

Ολα αυτα ο Θανάσης μπορουσε να τα παρακολουθήσει και να τα βάλει σαν στοχους στη μάθησή του. Ιδιαιτερα ομως ενδιαφέρον ηταν το εξης στο οποιο καταλήξαμε:

Οτι οταν κατασκευαζε επιχειρήματα για την άποψή του περνουσε άνετα απο το διαισθητικο κομμάτι στο κομμάτι που ακολουθουσε αυστηρά τη μεθοδολογία της Φυσικής χωρις ομως να έχει καλη αισθηση του ποιο κομμάτι του συλλογισμου του ήταν στο ένα ειδος και ποιο στο άλλο. Δηλαδή ενώ η διαισθηση αξιζει να ακουγεται και δινει ιδεες (και συνηθως υπαρχουν πολλοί δρόμοι για τη λυση), ωστόσο οταν κανεις έρχεται στο σημείο να "μαζεψει τις σκέψεις του" σε ένα επιχειρημα, εκει πια θα πρέπει να κινηθει με την αυστηρη διαδοχη που οριζει η Φυσική, έτσι που κάθε βήμα να ειναι υπερασπίσιμο σε αμφισβητιση με τέτοιο τρόπο που η διαφορά να μπορει να λυθει με αναφορά στη Φυσική (πώς χαραζονται οι δυνάμεις, ποιος νομος του Νευτωνα χρησιμοποιειται κλπ). Σε αυτο το κομμάτι θα πρεπει να μπροει κανεις να ξεχωριζει καθαρα τη διαισθητική σκέψη απο τη σκέψη που ειναι αυστηρη συνέπεια της προσέγγισης των Φυσικών. 

Και η εικονα στην αρχη αυτου του μηνύματος; Εχει να κάνει με το να πάρει κανεις κάποια απο τις συγκρουσεις σε αργη κινηση στο you tube και να προσπαθήσει να εξηγήσει την κινηση με βάση του νόμους του Νεύτωνα

Απο τη μεριά μου ως δασκάλου νοιώθω πολυ ωραία να λειτουργώ άλλοτε παιρνοντας πρωτοβουλιες και άλλοτε ως απλο "βοήθημα" των πρωτοβουλιών του μαθητή μου (που έχει πάρει τη μάθησή του στα χέρια του)