Hamować czy skręcać czyli o metodologii fizyki

Hamować czy skręcać
czyli o dydaktyce fizyki
Piotr Kurzynowski
Instytut Fizyki
Politechnika Wrocławska
Lekcja jako dyskusja
•
•
•
•
„Kowalski, podejdź i rozwiąż to zadanie”
„Kto chciałby rozwiązać to zadanie?”
Nauczyciel jako moderator dyskusji o problemie
Próby odwołania się do doświadczenia życiowego
ucznia i ubrania tegoż w język praw fizyki
• Wszyscy rozwiązują to zadanie
• Uczeń przedstawia rozwiązanie zadania klasie,
nie nauczycielowi
• Liczy się sposób rozwiązania zadania, a nie jego
wynik (gdy brak omówienia wyniku)
Zadanie
Przez przewodnik o oporze 5 omów płynie prąd o natężeniu
2 amperów. Oblicz napięcie przyłożone do tego opornika.
Kierowca jadącego samochodu spostrzega w pewnej chwil
przed sobą mur. Który manewr jest bezpieczniejszy:
hamowanie czy skręcanie?
Sposób rozwiązania zadania
•
•
•
•
Z jakimi zjawiskami mam do czynienia?
Jaki przyjąć model zjawisk?
Jak opisać matematycznie te zjawiska?
Co oznacza wynik, który uzyskałem?
Z jakimi zjawiskami mam do czynienia?
• Co się dzieje teraz?
(chwila początkowa)
• Co się będzie działo wkrótce?
(hamowanie/skręcanie)
• Co się zdarzy (lub nie) na końcu?
(zderzenie/niezderzenie)
Teraz
•
•
•
•
Definicja warunków początkowych
Prędkość w chwili spostrzeżenia muru: V0
Odległość samochodu od muru: s
Mur nieskończony prostoliniowy
Wkrótce - hamowanie/skręcanie
•
•
•
•
Dzięki czemu te zjawiska mogą zaistnieć?
Zjawisko/siła tarcia
II zasada dynami Newtona
Model hamowania
– Ruch jednostajnie opóźniony
• Model skręcania
– Ruch jednostajny po okręgu
Zderzenie/niezderzenie
• Hamowanie
– Droga hamowania h powinna być mniejsza niż
odległość początkowa s samochodu od muru
• Skręcanie
– Promień skrętu R powinien być mniejszy niż
odległość początkowa s samochodu od muru
Hamowanie
Wzory
F  ma  fmg
a  fg

at 2
 h  V0 t 
2

V  V  at
0

V02
V02
hmax 

s
2a 2 f h g
V02
fh 
2 gs
Komentarze
II zasada dynamiki Newtona
wniosek
równania ruchu
obliczenie
wynik
Skręcanie
Wzory
V02
F m
 fmg
R
V02
Rmax 
s
fR g
V02
fR 
gs
Komentarze
II zasada dynamiki Newtona
wniosek
wynik
Hamować czy skręcać?

V02
 fh 
2 gs


2
 f  V0
 R gs
fR  2 fh
porównanie wyników
wynik końcowy
Co oznacza ten wynik?
Odpowiedź: żebym ewentualnie uniknął zderzenia z murem
to lepiej żebym hamował (bez skręcania) niż skręcał (bez hamowania).
Szczegółowa analiza
f  fh  fR
„Żebym nie wiem co zrobił
I tak wyląduję na murze”
fh  f  fR
„Hamuję!
fh  fR  f
„Obojętnie co zrobię
i tak uniknę zderzenia”
Uczeń jako odkrywca
Niech uczniowie poczują, że sami
odkryli prawa fizyki, niech staną się na
chwilę Newtonami, Einstainami, może
z tej chwili zrobi się całe ich życie.