web analytics

Οι μαθητές επίμονα ρωτούν

 

4

Σώμα αφήνεται να ολισθήσει πάνω σε πλάγιο επίπεδο, με τριβές, όπως φαίνεται στο σχήμα. Στο σώμα ασκείται συνεχώς μια δύναμη, F, αντίθετη από την τριβή, δηλαδή η F έχει ίσο μέτρο με την τριβή και αντίθετη κατεύθυνση από αυτή.

Εδώ αποδείχθηκε ότι: ‘Η μηχανική ενέργεια του σώματος μένει σταθερή.

Επίσης εδώ διατυπώθηκε ο ισχυρισμός ότι:

Καθώς το σώμα κατεβαίνει: “Η μείωση της αρχικής δυναμικής δεν είναι ισόποση με την αύξηση της κινητικής. Ένα μέρος αυτής γίνεται θερμική. Εφόσον όμως ασκούμε εξωτερική δύναμη, αντίθετη της τριβής ολίσθησης, κάτι που συμβαίνει ειδικά και όχι γενικά, το αίτιο της δύναμης μέσω του έργου αυτής, αναπληρώνει τη θερμική απώλεια και έτσι μπορεί να διατηρείται η μηχανική.”

Οι μαθητές επίμονα ρωτούν: Με ποιο πείραμα επιβεβαιώνεται ότι πράγματι “η μείωση της αρχικής δυναμικής ενέργειας δεν είναι ισόποση με την αύξηση της κινητικής ενέργειας”;

Εμείς τι απαντάμε;

Loading

Subscribe
Ειδοποίηση για
52 Σχόλια
Inline Feedbacks
Όλα τα σχόλια
Θυμιος Τσιτζηρας
08/02/2024 12:24 ΠΜ

Ευχαριστούμε Ανδρέα.Καλή απαντηση

Βασίλειος Μπάφας
08/02/2024 7:42 ΠΜ

Καλημέρα σε όλους.
Ανδρέα Θύμιο, σας ευχαριστώ κι εγώ.
Καλή συνέχεια.

Βασίλειος Μπάφας
08/02/2024 10:36 ΠΜ

Γειά σου Ανδρέα.

ερώτηση: Ποιου πράγματος είναι “οριακή περίπτωση”;

απάντηση: Της σχέσης της F με την τριβή.

Αν δεν είναι αντίθετες, στη γενική δηλαδή περίπτωση δεν έχουμε κάποια ΑΔΜΕ που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε.
Έχουμε το γνωστό ΘΜΚΕ:
Γενικά εφαρμοζόμενο: W(F) + W(T) + W(w) = ΔΚ
Στην οριακήειδική περίπτωση που είναι αντίθετες, τα δυο πρώτα έργα είναι αντίθετα, οπότε:
W(w) = ΔΚ που με εναλλαγή όρων δίνει Εμηχ αρχ = Εμηχ τελ.
Όμως αυτό ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΑΔΜΕ.
Όπως πολύ σωστά είπε και ο Γιάννης (Κυρ), καλημέρα Γιάννη, αν σε ένα σώμα που πέφτει ενεργούν βάρος, αντίσταση αέρα, και μια δύναμη προς τα κάτω τέτοια ώστε α=g, αυτό ΔΕΝ ονομάζεται ελεύθερη πτώση.

Κωνσταντίνος Καβαλλιεράτος

Γεια σου Ανδρεα. Η ποσότητα 1/2mυ^2+mgh oντως μένει σταθερή.
 Επισης το όνομα αυτής της ποσότητας, είναι μηχανική ενέργεια.
Η διαφωνια απ οτι καταλαβα βρισκεται στο αν “σταθερη ποσοτητα” και διατηρησιμη ποσοτητα ειναι ισοδυναμες εννοιες.
Εγω παντως ψαχνοντας σε βιβλια και αλλου για να δω τι οριζουν οι άλλοι βρηκα αυτο :
https://en.wikipedia.org/wiki/Conserved_quantity

Τελευταία διόρθωση2 έτη πριν από Κωνσταντίνος Καβαλλιεράτος
Βασίλειος Μπάφας
08/02/2024 2:27 ΜΜ

Χαιρετώ και πάλι.

Βασίλη συμφωνείς ότι στην ειδική περίπτωση που η F είναι συνεχώς αντίθετη από την τριβή, η ποσότητα 1/2mυ^2+mgh μένει σταθερή. Διαφωνείς για το όνομα αυτής της ποσότητας, δηλαδή είναι μηχανική ενέργεια;

Όχι δε διαφωνώ για το όνομα.
Διαφωνώ στο συλλογισμό:
Στην ειδική περίπτωση που η F είναι συνεχώς αντίθετη από την τριβή, η ποσότητα 1/2mυ^2+mgh (δηλαδή η μηχανική ενέργεια) μένει σταθερή, άρα έχουμε ΑΡΧΗ διατήρησης μηχανικής ενέργειας.

Προτείνοντας το συλλογισμό:
Στην ειδική περίπτωση που η F είναι συνεχώς αντίθετη από την τριβή, η ποσότητα 1/2mυ^2+mgh (δηλαδή η μηχανική ενέργεια) μένει (οριακά, σαν ειδική περίπτωση,…) σταθερή, αλλά ΔΕΝ έχουμε ΑΡΧΗ διατήρησης μηχανικής ενέργειας. Επειδή δεν μπορεί να εφαρμοστεί στη γενική περίπτωση που η F έχει διαφορετικό μέτρο από την τριβή.

Υπενθυμίζω το παράδειγμα της ελεύθερης πτώσης.
Δε διαφωνώ ότι το α (επιτάχυνση) ίση με αυτό που ΟΝΟΜΑζουμε επιτάχυνση βαρύτητας, αλλά ΔΕΝ είναι ελεύθερη πτώση. Δεν είναι το όνομα το θέμα.
Όπως πολύ σωστά αναφέρει τη λέξη ο Κωνσταντίνος, γειά σου Κωνσταντίνε, είναι απλά ίση (μόνο σε αυτή την περίπτωση), όχι διατηρήσιμη.

Τελευταία διόρθωση2 έτη πριν από Βασίλειος Μπάφας
Βασίλειος Μπάφας
08/02/2024 11:08 ΜΜ

Καλησπέρα σε όλους.
Ανδρέα αναφέρεις:
Νομίζω ότι πρέπει να λάβουμε υπόψη μας αυτό που συμβαίνει με την ΑΔΟ: Σε ένα σύστημα που ασκούνται εξωτερικές δυνάμεις, ΑΔΟ δεν ισχύει. Ωστόσο όταν η συνισταμένη των εξωτερικών δυνάμεων είναι μηδενική η ΑΔΟ ισχύει.

Δεν έχει, κατά τη γνώμη μου, καμία σχέση το ένα με το άλλο.
Η ΑΔΟ έχει ως προϋπόθεση τη συνισταμένη να είναι μηδέν και προκύπτει από τον “ισχυρό” δεύτερο νόμο του Νεύτωνα. Δεν είναι ειδική περίπτωση.

Οι φυσικοί έχουν μεριμνήσει για τις ισοδύναμες καταστάσεις.
Γι’ αυτό και λέμε:
Αν σε ένα σώμα δεν ασκούνται δυνάμεις ή ασκούνται με συνισταμένη μηδέν ηρεμεί ή κινείται ευθύγραμμα και ομαλά.
Ή αν σε ένα σύστημα σωμάτων δεν ασκούνται δυνάμεις ή ασκούνται με συνισταμένη μηδέν ….ΑΔΟ.

Όμως δε διατυπώθηκε ποτέ:
Αν σε ένα σώμα ασκείται μόνο το βάρος του ή ασκείται το βάρος του και άλλες δυνάμεις που έχουν συνισταμένη μηδέν, εκτελεί ελεύθερη πτώση.
Ούτε:
Αν σε ένα σώμα ασκούνται μόνο συντηρητικές δυνάμεις ή συντηρητικές και μη συντηρητικές που η συνισταμένη τους είναι μηδέν ή τα έργα τους έχουν αλγεβρικό άθροισμα μηδέν, ισχύει η ΑΔΜΕ.

Βασίλειος Μπάφας
09/02/2024 8:36 ΠΜ

Καλημέρα σε όλους.
Ανδρέα, όλοι φυσικά γνωρίζουν την απάντηση στα ερωτήματα τα τελευταία.
Ασκούνται Ν,Τ. Δεν είναι συντηρητικές – διατηρητικές. Δεν έχουν – εκτελούν έργο. Ισχύει η ΑΔΜΕ.
Καμία σχέση με το θέμα μας.
Δεν είναι οριακή περίπτωση που την προσαρμόζουμε εμείς όπως την F για να γίνει ίση με Τ.
Νομίζω, ότι αυτό δεν εμπίπτει σε αυτό που λέω ότι: “δε διατυπώθηκε ποτέ….”

Ουσιαστικά η περίπτωση που εξετάζουμε εκτιμώ ότι μπορεί να δοθεί ως εξής:
Αν έχω ένα υγρό σε κλειστό δοχείο ακανόνιστου σχήματος σε κάποια στάθμη και το γείρω, το υγρό θα φτάσει σε κάποια άλλη στάθμη, ακριβώς εκεί λόγω της ΑΡΧΗΣ διατήρησης μάζας.
Αν έχω το ίδιο δοχείο με μια βρύση από πάνω να το γεμίζει και μια τρύπα που χάνει, έτσι ώστε η στάθμη να μένει σταθερή, ΔΕΝ το θεωρώ ΑΡΧΗ διατήρησης μάζας.
Οι απ’ έξω σταγόνες (Ν, Τ) που το χτυπούν και δεν μπαίνουν μέσα στο δοχείο δεν παίζουν κανένα ρόλο.

Ωστόσο:
Νομίζω, ότι στα πλαίσια της έρευνας του θέματος, ειπώθηκε ότι είχαμε να πούμε. Τουλάχιστον από τη δική μου την πλευρά.
Επομένως, πιστεύω, σεβόμενοι το χρόνο των άλλων φίλων, οι οποίοι πήραν τα δεδομένα που χρειάζονται για να σχηματίσουν άποψη αν τους ενδιαφέρει το θέμα, μπορούμε να το αφήσουμε και να κρατήσει ο καθένας την θέση του.
Αυτό είναι και το νόημα της αμοιβαίας αλληλεπίδρασης και εκτίμησης.
Να είσαι πάντα καλά!

Θυμιος Τσιτζηρας
09/02/2024 11:22 ΜΜ

Καλησπερα Ανδρέα.
Νομίζω ότι δεν έχω απάντηση στην άποψη: Αν Εμηχ=σταθερή τότε και μόνο τότε ΣF=Wημφ.Διδάσκωντας ότι άν Εμηχ=σταθερή τότε ΣF=Wημφ δημιουργείται στο μαθητή η ψευδαίσθηση της ισχύος της αντίστροφης,αφού λέγοντας F=T το πρώτο συμπερασμά του είναι ότι ΣF=Wημφ οπότε άν ΣF==Wημφ τότε Εμηχ=σταθερη

Θοδωρής Παπασγουρίδης

Αναγκάζομαι να επανέλθω στα παιχνίδια λέξεων αμφίβολης παιδαγωγικής αξίας,
μια και σε λίγες μέρες θα διδάξουμε τριβή και διατήρηση μηχανικής ενέργειας

Τι συμβαίνει φυσικά στο σύστημα;
Το σώμα κατεβαίνει με τριβή ολίσθησης.
Η τριβή:

  • αφαιρεί μηχανική ενέργεια από το σώμα
  • τη μετατρέπει σε θερμική (εσωτερική ενέργεια σώματος–επιπέδου)

Άρα αν υπήρχε μόνο η τριβή, η μηχανική ενέργεια θα μειωνόταν.

Όμως εδώ:

  • Ασκείται δύναμη F
  • Η F έχει ίσο μέτρο με την τριβή
  • Και αντίθετη κατεύθυνση από την τριβή

Άρα:

  • Το έργο της τριβής είναι αρνητικό.
  • Το έργο της F είναι θετικό.
  • Και τα δύο έχουν ίσο μέτρο.

Επομένως: W(F)+Wτρ=0

Άρα η τριβή αφαιρεί μηχανική ενέργεια, αλλά η εξωτερική δύναμη προσφέρει ακριβώς ίση ποσότητα.

Για μαθητές Α΄ Λυκείου:

  • Έχουν μάθει ότι “με τριβές η μηχανική ενέργεια δεν διατηρείται”.
  • Αν ακούσουν απλώς: “Η μηχανική ενέργεια μένει σταθερή

χωρίς ανάλυση έργων, θα δημιουργηθεί σύγχυση.

Διότι:

  • Η τριβή παραμένει μη συντηρητική δύναμη.
  • Η διατήρηση δεν είναι «φυσική ιδιότητα του συστήματος».
  • Είναι αποτέλεσμα ειδικής εξωτερικής παρέμβασης.

Και αυτό είναι το κρίσιμο διδακτικό σημείο.

Δηλαδή:

  • Δεν «διατηρείται επειδή δεν υπάρχουν απώλειες».
  • Διατηρείται επειδή υπάρχει ενεργειακή αναπλήρωση.

Αυτό είναι βαθιά διαφορετικό διδακτικά.

  • Πρέπει να εξηγείται ότι πρόκειται για ειδική περίπτωση εξισορρόπησης έργων.

Η μηχανική ενέργεια δεν είναι κλειστό μέγεθος όταν υπάρχουν μη συντηρητικές δυνάμεις.

Δεν πρόκειται για «νόμο διατήρησης» με την έννοια που διδάσκεται στις συντηρητικές δυνάμεις.

Και αυτό, διδακτικά, είναι ουσιώδες.

 Η αναλυτική διατύπωση:

“Η μείωση της αρχικής δυναμικής δεν είναι ισόποση με την αύξηση της κινητικής. Ένα μέρος αυτής γίνεται θερμική. Εφόσον όμως ασκούμε εξωτερική δύναμη, αντίθετη της τριβής ολίσθησης, κάτι που συμβαίνει ειδικά και όχι γενικά, το αίτιο της δύναμης μέσω του έργου αυτής, αναπληρώνει τη θερμική απώλεια και έτσι μπορεί να διατηρείται η μηχανική.”

Προστατεύει την εννοιολογική καθαρότητα.

Αποτρέπει τη σύγχυση “έχουμε τριβές αλλά διατηρείται η μηχανική”.

Αναδεικνύει τον ρόλο του έργου εξωτερικής δύναμης.