Μελέτη της Άνωσης — Η Αρχή του Αρχιμήδη

To εκπαιδευτικό υλικό που αναρτάται εδώ δημιουργήθηκε σε συνεργασία με τον συνάδελφο Παναγιώτη — Χαρίλαο Κουτεντάκη στο πλαίσιο της επιμόρφωσης Β1′ Επιπέδου ΤΠΕ, Συστάδα Β1.2 — Φυσικές Επιστήμες. Αφορά στη δύναμη της άνωσης που δέχεται ένα αντικείμενο βυθισμένο σε ένα ρευστό. Η κατανόηση της άνωσης είναι σημαντική για πολλούς τομείς της φυσικής και της μηχανικής, από την κατασκευή πλοίων και αεροπλάνων μέχρι την ανάπτυξη υποβρυχίων και άλλων υποθαλάσσιων συσκευών.
ΨΗΦΙΑΚΟ ΒΙΒΛΙΟ
4.5 Άνωση — Αρχή του Αρχιμήδη
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ
Οι δραστηριότητες που περιλαμβάνονται στο παρόν πόνημα αφορούν στη Φυσική της Β’ Τάξης Γυμνασίου, Κεφάλαιο 4 — Πίεση, Παράγραφο 4.5 Άνωση — Αρχή του Αρχιμήδη.
Γνώσεις και αντιλήψεις των μαθητών
Για την πραγματοποίηση των δραστηριοτήτων του μαθήματος οι μαθητές/τριες πρέπει να γνωρίζουν:
- Να σχεδιάζουν μία δύναμη.
- Να υπολογίζουν τη συνισταμένη δύο ή περισσότερων συγγραμμικών δυνάμεων.
- Να εφαρμόζουν τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα και συγκεκριμένα τη συνθήκη ισορροπίας.
- Να επιλύουν τον τύπο της πυκνότητας και να υπολογίζουν τη μάζα ενός σώματος.
- Να υπολογίζουν το βάρος σώματος δεδομένης μάζας.
Εναλλακτικές αντιλήψεις μαθητών:
- Η άνωση εξαρτάται από το υλικό του σώματος που βυθίζεται στο υγρό.
- Η άνωση ελαττώνει το βάρος ενός σώματος.
- Η άνωση εξαρτάται από το βάθος που βυθίζεται ένα σώμα.
- Η άνωση εξαρτάται από το βάρος του αντικειμένου.
- Η άνωση δρα μόνο στα αντικείμενα που επιπλέουν.
- Η άνωση δεν εξαρτάται από το υγρό που βυθίζεται το σώμα.
Στόχοι
Σκοπός της δραστηριότητας είναι να κατανοήσουν οι μαθητές/τριες την έννοια της άνωσης, τον τρόπο με τον οποίο αυτή εξαρτάται από τον όγκο και την πυκνότητα των υλικών, καθώς και να αντιληφθούν τις επιπτώσεις της άνωσης στα αντικείμενα που βυθίζονται σε υγρά. Επιμέρους στόχοι είναι οι μαθητές/τριες να:
- εξηγούν την σχέση μεταξύ βυθισμένου όγκου και άνωσης
- αναγνωρίζουν πως η άνωση εξαρτάται από την πυκνότητα του ρευστού
- υπολογίζουν την άνωση χρησιμοποιώντας την σχέση που συνδέει την άνωση με τα παραπάνω μεγέθη
Λογισμικό — συνδυασμός λογισμικών
Για την διεξαγωγή των δραστηριοτήτων θα χρησιμοποιηθούν τα ακόλουθα λογισμικά:
- Ηλεκτρονική τάξη https://eclass.sch.gr/ ή προσωπική ιστοσελίδα εκπαιδευτικού.
- Βίντεο αφόρμησης Άνωση από το κανάλι Noesis Science Center.
- Google forms
- Προσομοίωση Άνωση ενός σώματος στον αέρα και σε διαφορετικά υγρά από το Φωτόδεντρο. Η προσομοίωση αυτή δίνει την δυνατότητα να μεταβάλλουμε το υλικό του σώματος που βυθίζεται αλλά και το ρευστό στο οποίο βυθίζεται ένα σώμα και να μετράμε την δύναμη του ελατηρίου από το οποίο είναι αναρτημένο το βυθισμένο σώμα.
- Λογισμικό προβολής παρουσίασης (π.χ. Microsoft Office ή Libre Office Impress) ή εναλλακτικά πλατφόρμα Canva
- Βίντεο Πώς επιπλέουν τα πλοία; από το YouTube κανάλι “Καθημερινή Φυσική”.
Διάρκεια
Η δραστηριότητα αναμένεται να υλοποιηθεί σε μία διδακτική ώρα.
Οργάνωση τάξης & απαιτούμενη υλικοτεχνική υποδομή
Η υλοποίηση των δραστηριοτήτων γίνεται στο σχολικό εργαστήριο φυσικών επιστημών. Οι μαθητές/τριες χωρίζονται σε τετραμελείς ανομοιογενείς ομάδες.
Εξοπλισμός
- Κεντρικός υπολογιστής με προτζέκτορα ή διαδραστικός πίνακας.
- Ένα τάμπλετ συνδεδεμένο στο σχολικό δίκτυο σε κάθε πάγκο εργασίας.
Για την υλοποίηση της συγκεκριμένης δραστηριότητας προτείνεται η διερευνητική μέθοδος.
Η περιπέτεια γνωριμίας με τη δύναμη της άνωσης ξεκινάει από το σπίτι! Πραγματοποίησε τις δραστηριότητες που περιγράφονται στα ακόλουθα βήματα ώστε να είσαι έτοιμος/η για τις δραστηριότητες που θα πραγματοποιηθούν στο εργαστήριο του σχολείου μας.
Όλα τα αντικείμενα που είναι πλήρως ή εν μέρει βυθισμένα σε κάποιο ρευστό δέχονται από αυτό μία δύναμη που ονομάζεται άνωση. Πού οφείλεται άραγε η δύναμη αυτή και από ποιους παράγοντες εξαρτάται;
Το παιχνίδι που ακολουθεί θα σε βοηθήσει να εξακριβώσεις πόσο καλά γνωρίζεις την άνωση.
Παρακολούθησε το βίντεο Άνωση από το κανάλι του Πλανηταρίου Θεσσαλονίκης Noesis Science Center.
Εφόσον παρακολούθησες το βίντεο για την Άνωση, απάντησε στις ερωτήσεις που περιλαμβάνει το Quizizz που ακολουθεί.
1η Φάση
Συζήτηση εργασίας «Πριν το μάθημα»
Παρουσιάζουμε — σχολιάζουμε τις δραστηριότητες που έγιναν στο σπίτι. Καταγράφουμε τις ιδέες και τις προβλέψεις μας.
2η Φάση
Προαπαιτούμενες γνώσεις
Ας θυμηθούμε τις προαπαιτούμενες γνώσεις για την υλοποίηση του μαθήματος (σχεδίαση δύναμης, εύρεση συνισταμένης συγγραμμικών δυνάμεων, πυκνότητα κλπ.).
3η Φάση
Υλοποίηση δραστηριοτήτων εικονικού εργαστηρίου
Κάθε ομάδα — πάγκος εργασίας παίρνει ένα φύλλο εργασίας για την αξιοποίηση της προσομοίωσης του πειράματος της Άνωσης από το Φωτόδεντρο. Εργαζόμαστε ομαδοσυνεργατικά και πραγματοποιούμε τις σύντομες πειραματικές δραστηριότητες που μας έχουν ανατεθεί. Το ζητούμενο είναι να παρατηρήσουμε τις δυνάμεις που ασκούνται στο βυθισμένο σώμα και εφαρμόζοντας τη συνθήκη ισορροπίας να διερευνήσουμε :
♦ την παρουσία της δύναμης της άνωσης,
♦ τη σχέση άνωσης και πυκνότητας υγρού,
♦ τη σχέση άνωσης και όγκου εκτοπιζόμενου υγρού,
♦ τη σχέση άνωσης και βάρους εκτοπιζόμενου υγρού,
♦ τη σχέση βάθους βύθισης και άνωσης,
♦ τη σχέση υλικού βυθισμένου σώματος και άνωσης.
Προσομοίωση
4η Φάση
Παρουσίαση αποστελεσμάτων Διατύπωση συμπερασμάτων
Κάθε ομάδα παρουσιάζει τα ευρήματα/συμπεράσματά της στην ολομέλεια. Με τη βοήθεια του/της εκπαιδευτικού προσδιορίζουμε τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η άνωση, διατυπώνουμε την Αρχή του Αρχιμήδη και εξάγουμε τη μαθηματική σχέση που την εκφράζει.
Το μάθημα εμπλουτίζεται με τη χρήση παρουσίασης σχεδιασμένης με τη βοήθεια της εφαρμογής TN Gamma και του Canva.
Παρουσίαση
H‑Dynamh-ths-Anwshs.pptx από Dimitra
5η Φάση
Αριθμητική εφαρμογή
Επιχειρούμε αριθμητική εφαρμογή της Αρχής του Αρχιμήδη, υπολογίζουμε τη δύναμη της άνωσης με χρήση του μαθηματικού τύπου και συγκρίνουμε τις τιμές που βρήκαμε με τα αποτελέσματα του εικονικού εργαστηρίου.
6η Φάση
Αναστοχασμός/Εφαρμογές από την Καθημερινή Ζωή
Επεξεργαζόμαστε ερωτήσεις αναστοχασμού και εξετάζουμε πρακτικές εφαρμογές της άνωσης για την βαθύτερη κατανόηση των υπό μελέτη εννοιών.
Φύλλο Εργασίας
7η Φάση
Φύλλο Αξιολόγησης
Στην τελευταία φάση του μαθήματος απανταμε τις ερωτήσεις σύντομου φύλλου αξιολόγησης.
Φύλλο Αξιολόγησης
Η φυσική περιγράφει φαινόμενα που συναντάμε στο μεγάλο μας κόσμο. Από τον κανόνα αυτό φυσικά δεν ξεφεύγει η άνωση και η Αρχή του Αρχιμήδη.
Aναζητήστε ένα παράδειγμα εφαρμογής της αρχής του Αρχιμήδη από τον αληθινό κόσμο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε σχετικές πηγές στο διαδίκτυο ή βιβλία ή ακόμη να ρωτήσετε κάποιον ενήλικα.
Περιγράψτε συνοπτικά το παράδειγμα που επιλέξατε. Εναλλακτικά μπορείτε να φτιάξετε ένα σχετικό σχήμα στο οποίο θα πρέπει να φαίνονται οι δυνάμεις που εμπλέκονται στο φαινόμενο.
Παρακολουθήστε το ολιγόλεπτο βίντεο «Πώς επιπλέουν τα πλοία;» από το κανάλι «Καθημερινή Φυσική» και στη συνέχεια απαντήστε στις ερωτήσεις κλειστού τύπου που περιλαμβάνονται στο ακόλουθο quiz.
https://forms.gle/7KCxHCKSrDRzFUGX6
Χρησιμοι Συνδεσμοι