Φυσική (ΔΕ) (Γυμνάσιο)
Κατεβάστε σε μορφή PDF
 2 ώρες

Δυναμική Ενέργεια -Κινητική Ενέργεια-Διατήρηση της Μηχανικής Ενέργειας

30 λεπτά

Δραστηριότητες με Εικονικό Πείραμα

Φύλλα Εργασίας

Θεωρία:

Δυναμική ενέργεια είναι η ενέργεια που αποθηκεύεται σε ένα σύστημα. Υπάρχει όταν ένα αντικείμενο έχει μια συγκεκριμένη θέση σε ένα πεδίο δυνάμεων. Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα είναι της θέσης ενός αντικειμένου στο γήινο βαρυτικό πεδίο. Σε αυτήν την περίπτωση η βαρυτική ενέργεια (κοντά στην επιφάνεια της γης)δίνεται από τον τύπο:

U=mgh

Όπου      U- δυναμική ενέργεια σε J

                m- μάζα σε kg

                g- επιτάχυνση της βαρύτητας (9,8m/s2)

h- ύψος από την επιφάνεια της γης σε m

 

Κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια που έχει ένα αντικείμενο που κινείται. Σε αυτήν την περίπτωση δίνεται από τον τύπο:

Κ=½ mυ2

Όπου      Κ- Κινητική ενέργεια σε J

                m- μάζα σε kg

                υ- ταχύτητα σε m/s

Το άθροισμα κινητικής και δυναμικής ενέργειας ονομάζεται μηχανική ενέργεια.

Θεώρημα Διατήρησης της Μηχανικής Ενέργειας: όταν σε ένα σώμα ή σύστημα σωμάτων επιδρούν μόνο βαρυτικές, ηλεκτρικές ή δυνάμεις ελαστικής παραμόρφωσης, η μηχανική του ενέργεια διατηρείται σταθερή.

Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας: Η ενέργεια ποτέ δεν παράγεται από το μηδέν και ποτέ δεν εξαφανίζεται. Μπορέι να μετατρέπεται από τη μια μορφή στην άλλη ή να μεταφέρεται από  ένα σώμα σε άλλο

Περιγραφή δραστηριοτήτων:

1.Οι μαθητές ανά δύο εργάζονται σε έναν υπολογιστή στο εργαστήριο πληροφορικής. Εναλλακτικά ελλείψει δυνατότητας χρήσης υπολογιστή το μάθημα γίνεται στην τάξη ή στο εργαστήριο Φυσικών Επιστημών. Απαραίτητη είναι η χρήση ενός βιντεοπροβολέα ή ενός διαδραστικού πίνακα  και ενός υπολογιστή ώστε να γίνει προβολή της προσομοίωσης και να το δουν όλοι οι μαθητές από εκεί.

Χρησιμοποιούν τη  σχετική προσομοίωση σε εικονικό περιβάλλον http://phet.colorado.edu/el/simulation/energy-skate-park-basics

2.Οι μαθητές ακολουθούν διερευνητική προσέγγιση του θέματος. Μέσω της χρήσης της προσομοίωσης οι μαθητές ανακαλύπτουν ότι η ενέργεια ενός αντικειμένου (στη συγκεκριμένη περίπτωση ενός σκιέρ) εξαρτάται από τη θέση, τη μάζα και την ταχύτητά του. Επίσης ανακαλύπτουν ότι η κινητική μετατρέπεται σε δυναμική και το αντίστροφο. Σε κάθε περίπτωση η συνολική ενέργεια διατηρείται. Με αυτόν τον τρόπο εισάγεται η Αρχή Διατήρησης της Μηχανικής Ενέργειας. Στη συνέχεια ακολουθεί συζήτηση  με τα ευρήματα των μαθητών. Η διαδικασία υποστηρίζεται από το φύλλο εργασίας 1

3.Στη συνέχεια οι μαθητές σε ζεύγη των δύο ανά υπολογιστή(αν η φάση διεξάγεται στο εργαστήριο πληροφορικής) ανοίγουν την προσομοίωση την οποία ο καθηγητής έχει στην επιφάνεια εργασίας http://phet.colorado.edu/el/simulation/energy-skate-park-basics

Ο ένας μαθητής έχει το ρόλο του «οδηγού» και ο άλλος το ρόλο του «πλοηγού».

[Ο «πλοηγός» διαβάζει τις οδηγίες στο φύλλο εργασίας και καθοδηγεί τον «οδηγό». Ο «οδηγός» είναι υπεύθυνος για το χειρισμό του υπολογιστή και ακολουθεί τις οδηγίες του «πλοηγού». Είναι πολύ σημαντικός ο συντονισμός του ζεύγους]

Ο καθηγητής δίνει λίγο χρόνο  στους μαθητές για να εξοικειωθούν με την προσομοίωση. Οι μαθητές απαντούν στις σχετικές ερωτήσεις του ΦΕ. Επιτρέπει στους μαθητές να μοιραστούν τι ανακάλυψαν. Πρέπει να γίνει κατανοητή η χρήση των επιλογών «Reset all» και «Slow Motion». Υποδεικνύει στους μαθητές να παίξουν τους ρόλους τους(οδηγός-πλοηγός) Τους συνιστά να αλλάξουν ρόλους στα μισά της διαδικασίας έτσι ώστε να έχουν τη δυνατότητα όλοι οι μαθητές να χρησιμοποιήσουν τον υπολογιστή και την προσομοίωση.

Με τη βοήθεια της προσομοίωσης οι μαθητές συμπληρώνουν  τις αντίστοιχες ερωτήσεις  στο ΦΕ. Συζητούνται τα αποτελέσματα στην τάξη.

Στη συνέχεια οι μαθητές μαζί με τον καθηγητή καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η κινητική αλλάζει σε δυναμική και αντίστροφα δηλαδή έχουμε μετατροπές ενέργειας από τη μια μορφή στην άλλη. Έτσι όλοι μαζί καταλήγουν στην Αρχή διατήρησης της Μηχανικής Ενέργειας. Οι μαθητές συμπληρώνουν τις αντίστοιχες ερωτήσεις  του ΦΕ.

Δίνεται χρόνος στους μαθητές να συμπληρώσουν την τελευταία ερώτηση του ΦΕ. Τα αποτελέσματα συζητιούνται στην ολομέλεια. 

4.Αν δεν υπάρχει η δυνατότητα χρήσης του εργαστηρίου πληροφορικής οι δραστηριότητες γίνονται στην τάξη ή στο εργαστήριο φυσικών επιστημών. Η διεξαγωγή των βημάτων στην προσομοίωση όπως περιγράφεται στο φύλλο εργασίας γίνεται από τον καθηγητή ή από κάποιον/ους μαθητές

Διαδικτυακή προσομοίωση

Σχόλιο: 
προσομοίωση από το διαδίκτυο από το πανεπιστήμιο Colorado των ΗΠΑ(εξελληνισμένο)
Δημιουργός Σεναρίου: ΜΑΡΙΑ ΧΟΥΠΗ (Εκπαιδευτικός)
Έλεγχος Σεναρίου με τα Προγράμματα Σπουδών: ΚΕΡΑΜΙΔΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ (Σχολικός Σύμβουλος)
Έλεγχος Επιστημονικής Επάρκειας Σεναρίου: ΚΑΛΚΑΝΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ (Συντονιστής)