by 
Δημοσιεύτηκε από τον/την Διονύσης Μάργαρης στις 6 Μάρτιος 2012 και ώρα 9:30
Δίνεται η πειραματική διάταξη του σχήματος, όπου στο δοχείο με θερμομονωτικά τοιχώματα, περιέχεται νερό μάζας 200g σε θερμοκρασία 14,73°C. Αφήνουμε ένα σώμα μάζας 2kg να πέσει από ύψος h=2m, το οποίο φτάνει στο έδαφος με ταχύτητα υ=1m/s, ενώ η περιστροφή των μεταλλικών δακτυλίων αναδεύει το νερό. Επαναλαμβάνουμε την ίδια διαδικασία 10 φορές.
Ποια είναι η τελική θερμοκρασία …
Η συνέχεια στο Blogspot.
ΤΙ ΩΡΑΙΟ ΘΕΜΑ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ... ΔΙΟΝΥΣΗ.
ΜΕΤΑΡΟΠΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ…ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΤΗΣ ΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΝΕΡΟ.
ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ…
ΜΗΠΩΣ ΑΥΤΑ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΤΑ ΝΟΙΩΣΕΙ ΚΑΙ ΝΑ ΤΑ ΚΑΤΑΝΟΗΣΕΙ ΕΝΑΣ ΜΑΘΗΤΗΣ;
ΝΟΜΙΖΩ ΝΑΙ. ΕΤΣΙ ΤΟ ”ΠΕΙΡΑΜΑ” ΤΗΣ ΜΑΘΗΣΗΣ ΕΧΕΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ..Η ΜΗΠΩΣ ΕΙΜΑΙ ΡΟΜΑΝΤΙΚΟΣ;
ΝΑ’ΣΑΙ ΚΑΛΑ ΔΙΟΝΥΣΗ.
Πολύ καλή. Μια ευκολοπαρουσίαστη άσκηση must θα έλεγα.
Όταν θα ξαναδιδάξω στην Α΄ θα την χρησιμοποιήσω.
Μια ερώτηση:
Αν κάνουμε το πείραμα στο εργαστήριο θέλουμε την ταχύτητα με την οποία φτάνει στο έδαφος.
Με μάζα 200g θα μπορούσαμε να την βρούμε από θεώρημα Merton ή (όπως νομίζω) αποκτά οριακή ταχύτητα;
Με μικρή μάζα και πολλές φτερωτές είναι η κίνηση ισοταχής οπότε υ = h/t ;
Ξέρω ότι άλλος είναι ο στόχος της άσκησης αλλά σε διαθεματικά προβλήματα δύσκολα κάνω προσεγγίσεις.
Ο Joule είχε πετύχει πολύ μικρή ταχύτητα;
Η ερώτηση και προς τους πειραματικούς.
Πολύ καλή δουλειά Διονύση.
Μου άρεσε αυτό το “πέρασμα” από τη μηχανική στη θερμοδυναμική!
Γιάννη, Γιώργο, Γιάννη και Γιάννη σας ευχαριστώ.
Η εικόνα της παραπάνω άσκησης, είναι η εικόνα του σχολικού βιβλίου, που περιγράφει το πείραμα του Joule. Η δική μου παρέμβαση είναι στο να δημιουργήσω μια άσκηση, στοχεύοντας να γίνει κατανοητό, ότι μπορείς να “θερμάνεις” ένα σώμα χωρίς θερμότητα, αλλά μέσω έργου.
Δεν έκανα το πείραμα, αλλά δεν μπορείς να μην θαυμάσεις την ικανότητα του ανθρώπου, που με ένα παρόμοιο τρόπο μπόρεσε να αποδείξει ότι 1cal=4,18J!!!
Χρειάστηκε να επαναληφθεί 10 φορές η πτώση σώματος 2kg, για να αυξήσει την θερμοκρασία του νερού, μόλις κατά 0,47 βαθμούς!!!
Υπάρχουν απώλειες; Προφανώς! Αυτή η τροχαλία δεν πήρε κινητική ενέργεια; Πήρε. Βέβαια αυτή μπορεί να υπολογιστεί. Η αντίσταση του αέρα; Υπάρχει, αλλά αν το σώμα είναι ένα μεταλλικό δί-κιλο μπορεί να θεωρηθούν αμελητέες οι απώλειες.
Η κίνηση είναι ευθύγραμμη ομαλή; Μάλλον όχι, αλλά ούτε και για την εκθετική αύξηση της ταχύτητας που να καταλήγει σε οριακή τιμή, μου πάει. Η περιστροφή του νερού είναι τυρβώδης και μάλλον τα μοντέλα δεν πατάνε και πολύ καλά.
Αλλά η τελική ταχύτητα, με τα σημερινά μέσα, νομίζω ότι εύκολα μπορεί να υπολογιστεί. Την εποχή βέβαια του Joule, τα πράγματα δεν ήταν τόσο εύκολα…
Πολύ καλή Διονύση!
Άλλο ένα παράδειγμα έργου σε θερμότητα (για ποικιλία και … διαθεματικότητα) είναι το φούσκωμα του λάστιχου του ποδηλάτου με την τρόμπα χειρός, που μετά από λίγο καίει στο κάτω μέρος της (και μη σου πουν τριβή … το έμβολο είναι γεμάτο γράσσο :-))
Καλημέρα Δημήτρη και Διονύση.
Δημήτρη, δεν ελπίζω… Η εικόνα της φετινής Α΄Λυκείου, δεν είναι καθόλου ενθαρρυντική.
Διονύση, έχουν αλλάξει ο καιροί!!! Όταν τους έφερα την συζήτηση στην τρόμπα του ποδηλάτου, κανείς δεν ήξερε ότι ζεσταίνεται….
Τώρα που το λες …
μέχρι και τη μπάλα την πάνε στο … βενζινάδικο για φούσκωμα!
Σχετικά με αυτό που συζητάτε στην αρχή του video ο Γιάννης Γάτσιος προκαλεί ανάφλεξη του μπαμπακιού με μηχανικό έργο.
[youtube https://www.youtube.com/watch?v=DTliamrfdz8?wmode=opaque%5D
Τρομερό! Με μία κίνηση!
Σκεφτείτε τα … “πρώτα χρόνια” πόσος αγώνας με το τρίψιμο ξύλων για να ανάψουν φωτιά!
Όταν πρωτοσυνάντησα τον Γιάννη κουβαλούσε μαζί του έναν πολύ μακρύτερο σωλήνα. Τον ακούμπησε στο πάτωμα και “έπεσε” σχεδόν πάνω στο έμβολο. Η ανάφλεξη ήταν θεαματικότερη.
Φαίνεται πως για να μεταφέρει ευκολότερα τα πολλά εξαρτήματα που χρησιμοποιεί μίκρυνε τον σωλήνα.
Όσοι δεν τον έχουν δει έχουν χάσει. Μηχανή Stiling από κονσέρβοκούτια , ξηρός πάγος και πολλά άλλα.
Για μια ματιά:
http://ekfe-n-smyrn.att.sch.gr/gatscoll.htm
“αλλά δεν μπορείς να μην θαυμάσεις την ικανότητα του ανθρώπου, που με ένα παρόμοιο τρόπο μπόρεσε να αποδείξει ότι 1cal=4,18J!!!”
Αυτή ήταν η σημαντική δουλειά του Joule, Διονύση!
Η εύρεση της σχέσης ανάμεσα στη “νεροκεντρική” μονάδα της περιχαρακωμένης θερμότητας και στη μονάδα της Μηχανικής και του Ηλεκτρισμού.
Η επισήμανση δεν γίνεται σε κανένα βιβλίο, όλα περιορίζονται σε κάποιες μαθηματικές σχέσεις μόνο, αποσιωπώντας το γεγονός ότι χωρίς τη σχέση που βρήκε ο Joule δεν θα μπορούσαμε να συγκρίνουμε ποσά θερμότητας μεταξύ τους.
Ξέρεις Βαγγέλη, συνηθίζουμε να θαυμάζουμε τους μεγάλους θεωρητικούς μας και καλά κάνουμε, αφού άξιος είναι ο μισθός τους. Αλλά, κάτω από αυτούς, υπάρχουν πολλοί με τεράστια συνεισφορά στην εξέλιξη της επιστήμης, που περνάνε απαρατήρητοι.
Στην περίπτωση του Joule, μπορεί σήμερα να φαίνεται τετριμμένο, αλλά μπορούμε να καταλάβουμε πόσο δύσκολη ήταν η σύνδεσή της θερμότητας, με το έργο και η εύρεση της σχέσης μεταξύ των μονάδων τους;
Συμφωνώ Διονύση και,
επικουρικά, δυο λόγια ακόμη.
Η θερμότητα, ως τμήμα της όλης Φυσικής, “αυτομπλοκαρίστηκε” από τα υπόλοιπα,
κυρίως διότι μπήκε στη ζωή των ανθρώπων αρκετά νωρίς,
χωρίς, εννοείται επιστημονική αυστηρότητα,
βασικά με την ανακάλυψη της φωτιάς,
αλλά και νωρίτερα με τις πυρκαγιές από τα ηφαίστεια και τους κεραυνούς.
Όταν, κάποια στιγμή, έγινε αναγκαία και η ποσοτική προσέγγιση,
επελέγη μονάδα που πρακτικά θα μπορούσε να γίνει κατανοητή από όλους:
“1cal ονομάζεται η ποσότητα θερμότητας …1g νερού … 14,5οC…”
βασικά διότι νερό υπήρχε παντού
(και σε άλλα τμήματα η Φυσική είναι, αρχικά τουλάχιστον, “νεροκεντρική”,
ακριβώς λόγω της ταυτόχρονης ύπαρξης ζωής και νερού,
ορίστηκε 1… η πυκνότητα του νερού, 1… η ειδική του θερμότητα,
βαθμολογήθηκε το θερμόμετρο με βάση το νερό …)
Αυτός, όμως, ο ορισμός, εγκλώβισε τη μονάδα
μόνο για εσωτερική χρήση στην περιοχή της θερμότητας.
Ο Joule με το πείραμά του κατάφερε να την “μεταφράσει” και να βρει τη σχέση:
1cal=4.18J
(η σχέση, σήμερα, φαίνεται σαν δεδομένη, αλλά φυσικά, τότε, δεν υπήρχε)
δίνοντας έτσι τη δυνατότητα στην περιοχή της θερμότητας
να “επικοινωνήσει” με τις άλλες περιοχές της Φυσικής.
Με άλλα λόγια χωρίς το πείραμα του Joule
δεν θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε πόση ώρα πρέπει να θερμαίνουμε
με τη βοήθεια γνωστού ηλεκτρικού κυκλώματος,
μια δεδομένη ποσότητα κάποιου υλικού
για να αποκτήσει μια δεδομένη τελική θερμοκρασία.
Αυτή ήταν η πολύ σημαντική προσφορά του Joule
(και όχι κάποιος τύπος, που προβάλλεται σε όλα τα βιβλία,
ο οποίος και μπορεί να αποδειχθεί εύκολα από μέτριο μαθητή της Γ΄Γυμνασίου …)
και γι αυτήν του αξίζει τιμή.
Ομοίως τιμή αξίζει και στον Torricelli
διότι με τη βοήθεια του πειράματός του “μετέφρασε”
την, απολύτως πρακτική, μονάδα 1Atm
δίνοντας έτσι τη δυνατότητα στην περιοχή της πίεσης της ατμόσφαιρας
να “επικοινωνήσει” με τις άλλες περιοχές της Φυσικής.