Άσκηση 2 (2α Άσκηση εργαστηριακού οδηγού) Μελέτη Ευθύγραμμης Ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης

ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ Οδηγίες: Με αφορμή τις πειραματικές δραστηριότητες σχετικά με τη μελέτη της ευθύγραμμης κίνησης να συζητηθούν – μελετηθούν θέματα όπως η αναγνώριση και ο έλεγχος μεταβλητών και η χρήση των εμπειρικών δεδομένων στην ανάδειξη επιστημονικών συμπερασμάτων

ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ Μεταβλητή: Οποιοσδήποτε παράγοντας μπορεί να αλλάξει στην πορεία μιας διερεύνησης Αναγνώριση μεταβλητών: Ο εντοπισμός και ο καθορισμός των παραγόντων που επηρεάζουν ένα φαινόμενο Έλεγχος μεταβλητών: Διατηρώ κάποιες μεταβλητές σταθερές και αλλάζω μια άλλη (ανεξάρτητη μεταβλητή) για να εξετάσω κατά πόσο επηρεάζεται μια τρίτη μεταβλητή (εξαρτημένη μεταβλητή).

ΕΠΙΠΕΔΑ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ Επίπεδο 1ο : Αναγνωρίζουν την ανάγκη διατήρησης σταθερών παραγόντων Επίπεδο 2ο: Εντοπίζουν παράγοντες που πρέπει να μείνουν σταθεροί Επίπεδο 3ο: Αναγνωρίζουν και περιγράφουν παράγοντες που αλλάζουν με το χρόνο (π.χ. η θέση του αμαξιδίου, η ταχύτητα) Επίπεδο 4ο: Αναγνωρίζουν την πορεία διερεύνησης των μεταβλητών Επίπεδο 5ο: Σχεδιάζουν ένα έγκυρο πείραμα όπου περιγράφει ποια μεταβλητή θα μεταβάλει, ποια θα μετρήσει και ποια θα διατηρήσει σταθερή.

ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΔΕΞΙΟΤΗΤΩΝ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ Δίνουμε το πρόβλημα στους μαθητές και τους κάνουμε ερωτήσεις όπως: - Τι θέλεις να μάθεις; - Τι προσπαθείς να βρεις; - Ποιο πράγμα θα αλλάξει; - Ποιοι παράγοντες δε θα αλλάξουν; - Τι θα χρειαστείς για να κάνεις το πείραμα σου;

Θέματα για συζήτηση και μελέτη στην ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση Αναγνώριση Μεταβλητών Διατύπωση Διερευνήσιμου Ερωτήματος Σχεδιασμός Πειράματος/ Έλεγχος Μεταβλητών Εντοπισμός Σχεδιαστικών Ατελειών Κατασκευή γραφικής παράστασης Ερμηνεία δεδομένων από: Πίνακα (απόδοση αιτιακών σχέσεων) Γραφική παράσταση Συνδυασμό πίνακα-γραφικής παράστασης Μέσω του προγράμματος καλλιεργούνται οι πιο κάτω δεξιότητες:

Η διαδικασία της διερεύνησης μπορεί να συνοψιστεί στο πιο κάτω διάγραμμα, με το οποίο οι μαθητές εξοικειώνονται στο πλαίσιο των τυπικών διεργασιών του παρεμβατικού προγράμματος και χρησιμοποιούν κατά τη διεκπεραίωση των διερευνήσεών τους για το πανηγύρι, δηλαδή στις μη τυπικές διεργασίες.

Παράδειγμα διερεύνησης: Η ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση Διερευνήσιμο Ερώτημα: Πώς μεταβάλλεται η ταχύτητα σε σχέση με το χρόνο; Αναγνώριση Μεταβλητών: Ανεξάρτητη (παράγοντας που αλλάζω): χρόνος Ελεγχόμενες (σταθεροί παράγοντες): το βάρος του αμαξιδίου, η γωνία του κεκλιμένου επιπέδου, η επιτάχυνση Εξαρτημένη (παράγοντας που μετρώ): η μετατόπιση, η ταχύτητα Σχεδιασμός Πειράματος: Πραγματοποιούμε ένα κεκλιμένο επίπεδο με τη βοήθεια μιας σανίδας και ενός τούβλου. Με τη βοήθεια χρονομετρητή μετράμε τη μετατόπιση του αμαξιδίου σε ίσα χρονικά διαστήματα.

Βήματα επεξεργασίας πειραματικών μετρήσεων Κατασκευή πίνακα μετρήσεων / γραφικής παράστασης Ερμηνεία πίνακα/ γραφικής παράστασης Εξαγωγή συμπερασμάτων Εδώ φαίνονται μερικά παραδείγματα από αφίσες που κατασκεύασαν τα παιδιά για τη συγκεκριμένη διερεύνηση.

ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ Χρονομετρητής - Χαρτοταινία - Σφικτήρας τύπου C - μπαταρία 1,5V-δίσκος καρμπόν (d = 5 cm) Αμαξίδιο - σελοτέιπ Ψαλίδι - χάρακας - κόλλα χαρτιού Μια σανίδα μήκου1 μέτρου - ένα τούβλο [ή τροχαλία σε πλαίσιο-μάζα 100g-νήμα 1,2m]

Πειραματική Διαδικασία Πραγματοποιούμε την πειραματική διάταξη της εικόνας (Υπόδειξη εργαστηριακού οδηγού) Εναλλακτικά:

Πειραματική Διαδικασία Σηκώνουμε τη σανίδα ώστε να σχηματίζεται ένα κεκλιμένο επίπεδο τοποθετώντας από κάτω το τούβλο. σανίδα 10-14 εκατοστά

Πειραματική Διαδικασία τοποθετούμε το χρονομετρητή πάνω στη σανίδα και τον στερεώνουμε με το σφιγκτήρα Περνάμε μήκος χαρτοταινίας ίσο με 1m περίπου μέσα από τις δύο υποδοχές (οδηγούς) του χρονομετρητή και κάτω από το καρμπόν

Πειραματική Διαδικασία Κολλάμε το ένα άκρο της χαρτοταινίας στο αμαξίδιο με σελοτέιπ και κρατάμε το ένα άκρο της χαρτοταινίας σταθερά έτσι ώστε το αμαξίδιο να είναι πολύ κοντά στο χρονομετρητή (για να είναι τεντωμένη η ταινία)

Πειραματική Διαδικασία Βάζουμε σε λειτουργία το χρονομετρητή και στη συνέχεια αφήνουμε τη χαρτοταινία ώστε να αρχίσει να κυλάει το αμαξίδιο Το αμαξίδιο πρέπει να το σταματήσουμε όταν φθάσει στη βάση του κεκλιμένου επιπέδου για να μην πέσει κάτω

Πειραματική Διαδικασία Ονομάζουμε 0 την πρώτη ευδιάκριτη κουκίδα της χαρτοταινίας Απαριθμούμε 10 κουκίδες και σημειώνουμε Συνεχίζουμε για όλο το μήκος της χαρτοταινίας

Πειραματική Διαδικασία Τοποθετούμε παράλληλα με την ταινία που έχει τις κουκίδες, τόσες χαρτοταινίες όσες για να πάρουν από δύο ταινίες ο κάθε μαθητής της ομάδας Με το χάρακα σημειώνουμε τις άλλες ταινίες για να τις κόψουμε

Κατασκευή διαγραμμάτων λωρίδων Διάγραμμα ταχύτητας - χρόνου Επιλέγουμε για μονάδα χρόνου τα δέκα τικ του χρονομετρητή και τη συμβολίζουμε με Δt, επομένως : το μήκος κάθε λωρίδας είναι το διάστημα που διανύθηκε σε μια μονάδα χρόνου (που είναι 10 τικ) Επιλέγουμε το πλάτος κάθε λωρίδας να αντιστοιχεί στο διάγραμμα με Δt Το μήκος της κάθε λωρίδας είναι ανάλογο με το μέτρο της μέσης ταχύτητας του αμαξιδίου σε αυτό το χρονικό διάστημα (γιατί το χρονικό διάστημα που απαιτείται για να διανύσει μήκος ίσο με κάθε λωρίδα είναι το ίδιο) Απαντάμε στις ερωτήσεις του τετραδίου εργαστηριακών ασκήσεων

Κατασκευή διαγραμμάτων λωρίδων διάγραμμα διαστήματος –χρόνου Κατασκευή διαγραμμάτων λωρίδων διάγραμμα διαστήματος –χρόνου Επιλέγουμε το πλάτος κάθε λωρίδας να αντιστοιχεί στο διάγραμμα με Δt Το μήκος της πρώτης λωρίδας είναι το διάστημα που διανύθηκε στη μονάδα χρόνου Το διάστημα που διανύθηκε σε χρονικό διάστημα ίσο με δύο μονάδες χρόνου είναι ίσο με το άθροισμα του μήκους της 1η και 2η λωρίδας γι’ αυτό κολλάμε τη 2η λωρίδα συνέχεια με την 1η κ.ο.κ. Απαντάμε στις ερωτήσεις του τετραδίου εργαστηριακών ασκήσεων

Σύμφωνα με τον εργαστηριακό οδηγό οι γραμμές στα διαγράμματα λωρίδων σχεδιάζονται συνδέοντας με μια γραμμή τις κουκίδες που είναι στις πάνω γραμμές των λωρίδων Αφού τα διαγράμματα είναι ποιοτικά αυτό δεν κάνει διαφορά αφού απλά μετατοπίζει τη γραμμή λίγο αριστερά

Συμπληρώνουμε τον ΠΙΝΑΚΑ 1 του τετραδίου εργαστηριακών ασκήσεων

Από τις στήλες 4 και 8 κατασκευάζουμε το διάγραμμα ταχύτητας-χρόνου υ (cm/s) t (s) Κλίση: α=Δυ/Δt= Διάστημα από 0,4s ως 0,8s: s=εμβαδό τραπεζίου=(3,1cm/s+5,8cm/s)·1,78cm/2=1,9cm Οι λωρίδες δίνουν αντίστοιχα α=6,5cm/s2 και s=2,0cm

Μέση ταχύτητα από 0,4s ως 0,8s: υ = (3,2cm-1,0cm)/0,4s = 5,5 cm/s Από τις στήλες 7 και 8 κατασκευάζουμε το διάγραμμα διαστήματος-χρόνου Μέση ταχύτητα από 0,4s ως 0,8s: υ = (3,2cm-1,0cm)/0,4s = 5,5 cm/s

Για να βρούμε την επιτάχυνση από τη χαρτοταινία χωρίς να υπολογίσουμε τις ταχύτητες: Όπου s το συνολικό μήκος της χαρτοταινίας και t ο συνολικός χρόνος παρατήρησης