by 
Δοχεία και νερά… γιατί “είμαστε στην πίεση”.
Ένα φύλλο εργασίας για μια εισαγωγική διδασκαλία της έννοιας “υδροστατική πίεση”, στη φυσική της Β’ γυμνασίου.
Πρώτο μέρος με μια ερώτηση που “βγάζει πράμα”, δεύτερο μέρος με περαιτέρω διερεύνηση (και προαιρετική χρήση εξαιρετικής σιτσανλικής προσομοίωσης)
Το φύλλο εργασίας είναι διαθέσιμο εδώ. (ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ Update: Προσοχή, τα σχέδια στο φύλλο εργασίας περιλαμβάνουν λάθος (αναλυτικότερα μπορείτε να διαβάσετε στα σχόλια παρακάτω). Το αφήνω παρόλα αυτά διαθέσιμο, ώστε να γίνονται αντιληπτά όσα περιγράφονται στα σχόλια. Η διορθωμένη εκδοχή του φύλλου εργασίας είναι διαθέσιμη εδώ)
Περισσότερα φύλλα εργασίας στο epsimos.com
Καλησπέρα Γιώργο
Δεν διάβασα όλο το φύλλο ακόμα
αλλά επειδή τα δυο προηγούμενα τα βρήκα πολύ όμορφα (αν και δεν τα σχολίασα )
Ρίξε μια ματιά στο πρώτο ερώτημα … Δεν βλέπω σε κάποιο σχήμα από τα Α,Β,Γ το σωστό για τις πορείες των φλεβών νερού.
Νομίζω υπάρχει παρανόηση … Διότι μακρύτερα φθάνει η φλέβα από το μέσο ύψος ( μάλιστα επειδή οι πάνω και η κάτω είναι συμμετρικές ως προς το μέσο ύψος θα έχουν μικρότερο αλλά ίδιο ματαξύ τους βεληνεκές )
Θα μελετήσω και α υπόλοιπα και θα επανέλθω όταν ολοκληρώσω
Πολύ καλές η δεύτερη και η τρίτη δραστηριότητα …
Οφείλω όμως να υπενθυμίσω την ουσία της παρατήρησης του Πάνου Μουρούζη σε ένα προηγούμενο πολύ καλό φύλλο εργασίας : Είναι κρίμα οι δραστηριότητες που μπορούν να στηθούν με ελάχιστο κόπο στο εργαστήριο να μεταλλάσσονται σε δραστηριότητα με προσομοίωση. Αν η φυσική στο Γυμνάσιο δεν ξεκινά από το πράττω αλλά από το θέωμαι είναι λάθος … πειραματίζομαι δεν σημαίνει απλά παρατηρώ αλλά σχεδιάζω , αναπαράγω υπό έλεγχο, καταγράφω και επεξεργάζομαι …
Ωστόσο οι προτάσεις σου στα δυο αυτά ερωτήματα ( 2ο και 3ο ) με βιντεοπροβολέα θα ήταν μια λύση για φροντιστήρια …
Την πρότασή σου στην πρώτη δραστηριότητα εκτιμω ότι πρέπει να την επεξαργαστείς από την αρχή … ( έτσι είναι λάθος )
Η πρόταση με τις τρύπες στο δοχείο θεραπεύεται αν το δοχείο είναι τοποθετημένο στην έδρα και το νερό πέφτει στο πάτωμα.
Τότε μεγαλύτερο βεληνεκές θα έχει το νερό της κάτω τρύπας.
Με το νερό να πέφτει στο επίπεδο του πάτου, θα πείσουμε τους μαθητές ότι η πίεση είναι μεγαλύτερη στη μέση.
Το σχήμα που συνοδεύει την ανάρτηση είναι λανθασμένο όσον αφορά το weakest jet.
Τώρα για τις παραινέσεις του Μήτσου, του Πάνου, του Βαγγέλη και άλλων φίλων:
-Φοβού τους πειραματικούς και δώρα φέροντας.
(Λαοκόων)
Φαίνεται να αποτελεί συστηματικό διδακτικό πρόβλημα η μονοπαραμετρική διαχείριση του μπουκαλιού με τις τρύπες, στην επίδειξη της σχέσης υδροστατικής πίεσης και απόστασης από την ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού.
Εδώ, μια εναλλακτική πειραματική προσέγγιση του θέματος που ξεπερνά το πρόβλημα που θέτει ο παράγοντας που υποβαθμίζεται, δηλαδή η οριζόντια απόκλιση της φλέβας (από 1:30 ως 2:20).
Σ’ αυτή την περίπτωση εμπλέκεται ενεργά και η πίεση του αέρα, αλλά όταν κάτι κερδίζεις στη διαχείριση των παραμέτρων, θα το πληρώσεις στην εννοιολογική διαπραγμάτευση και στην κατασκευαστική απλότητα της διάταξης.
Δημήτρη, Γιάννη και Γιώργο ευχαριστώ πολύ για τις παρατηρήσεις σας. Το να σχολιάζεται η δουλειά μου είναι ενθαρρυντικό, αλλά ιδιαίτερα στις περιπτώσεις που κάνω κάποιο λάθος, όπως τώρα, η αξία των παρατηρήσεων/διορθώσεων αποκτά πολύ μεγαλύτερη αξία.
Όντως τα σχήματα είναι λάθος και θα χρειαστεί αλλαγή. Η αλλαγή θα αφορά στο σχεδιασμό, ακριβώς με τον τρόπο που προτείνει ο Γιάννης, δηλαδή με τα επίπεδα πάτου του μπουκαλιού και οριζόντιας επιφάνειας πρόσκρουσης των φλεβών σε διαφορετικό ύψος. Με άλλα λόγια, με το μπουκάλι στην έδρα και τα νερά στο πάτωμα.
Δεν θα ακολουθήσω την πρόταση Γιώργου, και λόγω της εμπλοκής της πίεσης του αέρα που περιπλέκει την ερμηνεία, αλλά κυρίως γιατί… μου είναι πιο εύκολο! Μια αλλαγή πειράματος σημαίνει μεγάλη αλλαγή του φύλλου εργασίας και συνεπώς πολύ μεγαλύτερο απαιτούμενο χρόνο, που δυστυχώς στην παρούσα φάση δεν διαθέτω. Είναι όμως ενδιαφέρων ο χειρισμός και δεν τον είχα υπόψη μου.
Δύο ακόμα σχόλια:
α) Αναζητώντας χθες τι θέλει "να πει ο ποιητής-Δημήτρης" που πρωτοσχολίασε το λάθος, έπεσα σε αυτή την σύντομη εργασία που περιγράφει το ερώτημα με πλήρη και σαφή τρόπο. Αν κάποιος θέλει να το ψάξει λίγο αναλυτικότερα, νομίζω είναι μια καλή αρχή. (Στην ίδια εργασία, διαπίστωσα ότι το ίδιο λάθος με μένα έκανε και ο μέγας Νταβίντσι, οπότε…. κόπηκε λίγη από τη ντροπή μου!)
β) Σχετικά με τη συζήτηση "πείραμα Vs προσομοίωση", ας μην παρεξηγηθώ, κι εγώ προτιμώ το πείραμα. Όμως οι χρονικοί (και όχι μόνο) περιορισμοί που έχουμε στο σχολείο, βάζουν κι εδώ τα όρια τους. Ακόμα και προσπερνώντας τον περιορισμένο διδακτικό χρόνο, τα πειράματα της υδροστατικής δημιουργούν τόσο "χαμό" μέσα στο εργαστήριο, που μέχρι τώρα δεν έχω τολμήσει να τα "ανοίξω" τόσο ώστε να μη χρειάζομαι τη βοήθεια μια προσομοίωσης. Βάζω μέσα στο μάθημα νερά, δοχεία και σύριγγες, όμως κάπου λέω "στοπ" (και εν προκειμένω το κάνω στα ζητήματα εξάρτησης της πίεσης από είδος υγρού και σχήμα δοχείου). Σε κάθε περίπτωση, όπως και στο φύλλο εργασίας που έγινε το σχόλιο του Πάνου, την ένταξη της προσομοίωσης την προτείνω με "υποχρεωτικό προαπαιτούμενο" να έχουμε δουλέψει και σε κάποιο σχετικό πείραμα.
Καλησπέρα συνάδελφοι.
Καλησπέρα Γιώργο. Νομίζω πως πράγματι μπορείς και δικαιούσαι να επιλέξεις ως πλεον εύκολη την επίδειξη με ένα δοχείο ανυψωμένο από το έδαφος. Π.χ. ένα εμφιαλωμένο νερό του 1,5 L με τρεις τρύπες σε αποστάσεις της τάξης των 6- 8 cm. Αν το μπουκάλι με το νερό βρίσκεται στην έδρα ή σε θρανίο δηλαδή 80 cm περίπου από το έδαφος τότε πράγματι η διαφορά υψομέτρου των οπών μπορεί ( ως μικρότερη του 10% ) να θεωρηθεί αμελητέα και οι χρόνοι πτώσης περίπου ίσοι για το νερό από κάθε φλέβα. Άρα μπορούμε να αποδόσουμε το προφανώς μεγαλύτερο βεληνεκές της φλέβας από την κάτω τρύπα στην μεγαλύτερη οριζόντια ταχύτητα της φλέβας και άρα της μεγαλύτερης υδροστατικής πίεσης σε μεγαλύτερο βάθος
Όμως θέλω να εκφράσω κάποιες σκέψεις μου από την εμπειρία μου , χωρίς να θεωρώ ότι είμαι ο φορέας της μοναδικής αλήθειας
Δεν πρόκειται να εγείρω θέμα για το γεγονός πως τα παραπάνω υποκρύπτουν την ψευδή παραδοχή κάποιας αναλογίας μεταξύ του μέτρου της ταχύτητας της φλέβας και της υδροστατικής πίεσης . Ούτε θα θέσω ένσταση ως προς μια αναγκαία παράθεση συλλογισμών για διαφορά δυο πιέσεων εντός και εκτός της κάθε πλευρικής οπής και πως αυτό ονομάζουμε υδροστατική πίεση .
Απλά νομίζω πως όταν θέλουμε να κάνουμε επίδειξη μιας διαφοράς πιέσεων δείχνουμε μια προφανή διαφορά πιέσεων που να μην απαιτεί συλλογισμούς για βελενεκές και συσχλετιση με χρόνους πτώσης ή… συσχέτιση διαφοράς πίεσης με ταχύτητα ( με τετράγωνο ταχύτητας ;!)… Δείχνουμε κάτι απλό και προφανές . η πιο εύκολη λύση είναι ένα μανόμετρο ανοικτού σχήματος U ( το οποίο φτιάχτηκε ακριβώς για εκπαιδευτικές επιδείξεις και όχι για μετρήσεις ακριβείας σε τεχνολογικές εφαρμογές )
Κάτι ακόμα πιο προφανές χωρίς να χρειάζεται εξηγήσεις και αρχές λειτουργίας ; Υπάρχει αλλά απαιτεί επιμονή στην κατασκευή :
Τρεις όμοιες οπές λίγο μικρότερες του 1 τετραγωνικού cm στις οποίες κολλάμε υδατοστεγώς τρια ίσα μεταξύ τους κομμάτια μεμβράνης κομμένα από το ίδιο μπαλόνι και χωρίς να το τεντώσουμε . Η διόγκωση των μεμβρανών είναι σαφής ένδειξη της πίεσης … Μόνη δυσκολία που συνάντησα εγώ η υδατοστεγής συγκόλληση. Βλέπετε οι περισσότερες δυνατές κόλλες στιγμής καίνε το πλαστικό των μπαλονιών … Οι οπές μπορούν να ανοιχτούν εύκολα στα μπουκάλια του νερού θερμαίνοντας λίγο ένα μέταλλο Όποιος θέλει να αποφύγει τον κόπο … μανόμετρο και πάλι μανόμετρο
[…] για την υδροστατική πίεση. Η προηγούμενη εκδοχή του, την οποία πόσταρα πριν από κανά μήνα, είχε σοβαρό λάθος στα σχέδια. Τώρα βρήκα το χρόνο να […]