Φάση Σεναρίου
Φυσική (ΔΕ) (Γενικό Λύκειο)
Ανάλυση δεδομένων και Εφαρμογή στο Γανυμήδη
Εξηγούμε ότι όσα βρήκαμε μέχρι τώρα βασίζονται σε μια υπόθεση: ότι η ΑΑΤ ταυτίζεται με τη προβολή της ΟΚΚ σε μια διάμετρο. Θεωρώντας ότι είναι σωστή αυτή υπόθεση βρήκαμε τις εξισώσεις της κίνησης. Απομένει τώρα να αποδειχτεί η ορθότητα των όσων βρήκαμε. Ζητάμε από τους μαθητές να σχεδιάσουν πειράματα που να το αποδεικνύουν. Παρακάτω παρουσιάζονται δύο πειράματα επαλήθευσης στα οποία είναι λογικό να καταλήξουν και οι μαθητές. Ακόμα κι αν δε καταλήξουν σε αυτά η συζήτηση που θα γίνει θα αποβεί χρήσιμη. Τα Φύλλα Εργασίας τα δίνουμε αφού ολκληρωθεί η συζήτηση. Όταν οι μαθητές βρουν την εξίσωση απομάκρυνσης του Γανυμήδη παρουσιάζουμε την εφαρμογή της Geogebra "4 φεγγάρια" και εξηγούμε ότι ο Γανυμήδης κινείται στην ΑΑΤ, στην εφαρμογή αυτή ακριβώς σύμφωνα με την εξίσωση αυτή. Δείχνουμε την εξίσωση στη Geogebra στη στήλη αριστερά - Σημεία -Γανυμήδης και βάλουμε το mouse από πάνω του χωρίς να το πατήσουμε μας δείχνει Γανυμήδης: (1070.412ημ(0.8782), 0), όπου 1070.412 είναι η μέγιστη απομάκρυνση σε χιλιάδες km και 0.878 η γωνικαή ταχύτητα σε rad/μέρα, ενώ το τελευταίο 0 δείχνει ότι κινείται μόνο στον άξονα xx'. Ο Γανυμήδης δηλαδή εμφανίζεται σαν ένα σημείο (x, y) με x που μεταβάλλεται με το χρόνο και y = 0. Η εφαρμογή αυτή της Geogebra χρησιμεύει κυρίως να φανεί πως με τα μαθηματικά και τις ΤΠΕ μπορούμε να αναπαραστήσουμε με ακρίβεια ότι συμβαίνει στο φυσικό κόσμο, επειδή ακριβώς έχουμε ανακαλύψει τους νόμους που τον διέπουν. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σαν εικονικό αστεροσκοπείο, γιαπαράδειγμα να μετρηθεί ο χρόνος διέλευσης του Γανυμήδη μπροστά από το δίσκο του Δία, αλλά προτιμούμε για το σκοπό αυτό τις εικόνες από το Stellarium σαν πιο άμεση παρατήρηση.
Φύλλο Εργασίας 1. Κάνουμε μια εφαρμογή σε ένα φεγγάρι του Δία, το Γανυμήδη. Αφού μάθουμε πως να εξάγουμε τη μαθηματική εξίσωση της ΑΑΤ, την εφαρμόζουμε στη περίπτωση του Γανυμήδη και προβλέπουμε με βάση την εξίσωση πόσο χρόνο θα κάνει για περάσει ο Γανυμήδης μπροστά από το δίσκο του Δία. Κατόπιν ελέγχουμε τη πρόβλεψή μας με το Stellarium. Δίνεται η διάμετρος του Δία 140.000 km (https://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter). Στο Φύλλο Εργασίας 2 δίνονται οι απαντήσεις.
Η μέγιστη απομάκρυνση του Γανυμήδη υπολογίζεται από την εικόνα "Μέγιστη απομάκρυνση Γανυμήδη", μετρώντας με το χάρακα τη διάμετρο του Δία και την απομάκρυνση του Γανυμήδη και χρησιμοποιώντας αναλογίες.
Η περίοδος υπολογίζεται από τις δύο εικόνες "Περίοδος κίνησης του Γανυμήδη 1 και 2" που τραβήχτηκαν από το λογισμικό Stellarium και δείχνουν το Γανυμήδη στην ίδια θέση σε σχέση με το Δία (και με την ίδια κατεύθυνση κίνησης). Φαίνεται επίσης η ημερομηνία και η ώρα λήψης της εικόνας.
Υπολογίζεται η χρονική στιγμή t1 που ο Γανυμήδης βρίσκεται στην άκρη του δίσκου του Δία (δηλαδή y1= -70.000 km) και η χρονική στιγμή t2 που βρίσκεται στην άλλη άκρη (y2 = +70.000 km), καθώς και η διαφορά των χρόνων Δt.
Από τις εικόνες "Είσοδος και Έξοδος του Γανυμήδη στο δίσκο του Δία" βρίσκουμε τους χρόνους και τους αφαιρούμε. Συγκρίνουμε το Δt.
Υπολογίζουμε το σφάλμα μεταξύ των δύο τιμών και προτείνουμε τρόπους περιορισμού του.
Σαν εργασία στο σπίτι μπορούμε να δώσουμε την επανάληψη της όλης διαδικασίας, όπου οι μαθητές θα πρέπει μόνοι τους, από το Stellarium και το Celestia να βρουν όλα αυτά τα στοιχεία κι όχι από έτοιμες εικόνες που έχει τραβήξει ο καθηγητής.
Στο Φύλλο Εργασίας 2 δίνονται οι λύσεις. Το Φύλλο αυτό το δίνουμε αφού απαντήσουν οι μαθητές στο Φύλλο Εργασίας 1 ή το δίνουμε για διάβασμα στο σπίτι, αντί το να κρατούν οι μαθητές σημειώσεις την ώρα που το εξηγούμε. Είναι πολύ πιθανόν οι περισσότεροι μαθητές να έχουν καταφέρει να απαντήσουν σωστά ήδη στο Φύλλο Εραγσίας 1.
Στο σημείο αυτό διακόπτεται η φάση αυτή για τη πρώτη διδακτική ώρα και συνεχίζεται στη δεύτερη.
Φύλλο Εργασίας 3. Στη δεύτερη ώρα δίνουμε στους μαθητές το Φάση 4 Φύλλο Εργασίας 3 που περιέχει φωτογραφίες της Ιούς και του Δία από το Stellarium. Στις φωτογραφίες φαίνεται ο χρόνος λήψης τους. Αν η υπόθεσή μας είναι σωστή θα πρέπει η Ιώ να βρίσκεται στη σωστή θέση το σωστό χρόνο. Οι μαθητές θα πρέπει να ορίσουν τη θέση y = 0 και να βρουν τη στιγμιαία απομάκρυνση της Ιούς συγκρίνοντας με τη διάμετρο του Δία που τη βρίσκουμε στο internet (ψάξιμο στο Google: Io moon wikipedia).
Κατόπιν υπολογίζουν από το τύπο της απομάκρυνσης το θεωρητικό y και συγκρίνουν. Στο Φύλλο Εργασίας 4 δίνονται οι απαντήσεις για χρήση όπως και στο Φύλλο Εργασίας 2.