
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;
![]()
Γράφω με μαθητικές εκφράσεις τον ισχυρισμό που αναφέρεται στην ανάρτηση, ώστε ο ισχυρισμός να διευκρινιστεί:
Έχουμε λοιπόν:
“Η μείωση της αρχικής δυναμικής δεν είναι ισόποση με την αύξηση της κινητικής. Ένα μέρος αυτής γίνεται θερμική.” Άρα: ΔU=ΔΚ1+ΔΕθ.
όπου ΔUδ είναι η μεταβολή της δυναμικής ενέργειας, ΔΕθ η μεταβολή της θερμικής που προκύπτει από την ελάττωση της δυναμικής ενέργειας και ΔΚ1 το μέρος της κινητικής ενέργειας που προκύπτει από την ελάττωση της δυναμικής ενέργειας
Ταυτόχρονα έχουμε:
“το αίτιο της δύναμης μέσω του έργου αυτής, αναπληρώνει τη θερμική απώλεια.” Άρα ΔW=ΔΚ2
όπου ΔW το έργο της δύναμης F και ΔK2 το μέρος της κινητικής ενέργειας που προστίθεται από την F μέσω του έργου της.
Η μαθητική ερώτηση λοιπόν είναι: Με ποιο πείραμα επιβεβαιώνεται ότι πράγματι ισχύει η σχέση: ΔU=ΔΚ1+ΔUθ;
Στο προηγούμενο σχόλιό μου όπου “μαθητικές” εννοώ μαθηματικές!
Απάντηση στους επίμονους μαθητές:
Αν μετρήσουμε την ελάττωση της δυναμικής ενέργειας και την αύξηση της κινητικής, θα διαπιστώσουμε ότι οι δύο ποσότητες είναι συνεχώς ίσες μεταξύ τους.
Ακόμη και σύμφωνα με τον ισχυρισμό που αναφέρεται στην ανάρτηση, δηλαδή ότι κάθε στιγμή “το αίτιο της δύναμης μέσω του έργου αυτής, αναπληρώνει τη θερμική απώλεια και έτσι μπορεί να διατηρείται η μηχανική“, προκύπτει ότι κάθε στιγμή η μείωση της αρχικής κινητικής ενέργειας είναι ισόποση με την αύξηση της κινητικής.
Επομένως ο ισχυρισμός “η μείωση της αρχικής δυναμικής ενέργειας δεν είναι ισόποση με την αύξηση της κινητικής ενέργειας” διαψεύδεται πειραματικά και γι’ αυτό ο μηχανισμός αναπλήρωσης της μηχανικής ενέργειας πρέπει να απορριφθεί.
Σε σχόλιο που υπάρχει εδώ αυτή η απόρριψη χαρακτηρίστηκε διδακτικά επικίνδυνη και εκφράστηκε με επιμονή ότι θα πρέπει να διδάσκεται ο μηχανισμός αναπλήρωσης. Ωστόσο όπως είδαμε η ύπαρξη ενός τέτοιου μηχανισμού δεν επιβεβαιώνεται πειραματικά. Άρα το να επιμένουμε να διδάσκουμε κάτι το οποίο δεν επιβεβαιώνεται πειραματικά, αυτό είναι επικίνδυνο.
Θα μπορούσαμε βεβαίως να το διδάξουμε μόνο για να δείξουμε ότι πρέπει να απορρίπτουμε οποιοδήποτε ισχυρισμό δεν στηρίζεται στα γεγονότα. Κι αυτό είναι ωφέλιμο όχι μόνο στη Φυσική αλλά και στη ζωή.
Ευχαριστούμε Ανδρέα.Καλή απαντηση
Καλημέρα σε όλους.
Ανδρέα Θύμιο, σας ευχαριστώ κι εγώ.
Καλή συνέχεια.
Βασίλη και Θύμιο καλημέρα.
Συμφωνούμε ότι: “ “η μείωση της αρχικής δυναμικής ενέργειας είναι ισόποση με την αύξηση της κινητικής ενέργειας”. Επιπλέον ισχυρίζεστε ότι αυτό “είναι μια οριακή περίπτωση που ΔΕΝ ΣΥΝΙΣΤΑ ΑΡΧΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ.“
Ποιου πράγματος είναι “οριακή περίπτωση”;
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 οριακή – ειδική 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.
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;
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
Κωνσταντίνε γειά χαρά!
Όπως και να χαρακτηρίσουμε αυτήν την ποσότητα, στο εργαστήριο θα μετράμε πάντοτε τη ίδια τιμή. Δεν νομίζω ότι η Φυσική μπορεί να πει κάτι περισσότερο.
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.
Βασίλη γράφεις:
“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.“
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.
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.
Βασίλη καλημέρα.
Γράφεις:
Όμως δε διατυπώθηκε ποτέ:
“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.“
Τα σώματα που φαίνονται στο σχήμα κινούνται χωρίς τριβές. Ασκούνται σ’ αυτά μη συντηρητικές δυνάμεις; Πόσο είναι το έργο τους; Ισχύει η ΑΔΜΕ;
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!
Βασίλη σε ευχαριστώ για τον υποδειγματικό διάλογο!
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
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:
Άρα αν υπήρχε μόνο η τριβή, η μηχανική ενέργεια θα μειωνόταν.
Όμως εδώ:
Άρα:
Επομένως: W(F)+Wτρ=0
Άρα η τριβή αφαιρεί μηχανική ενέργεια, αλλά η εξωτερική δύναμη προσφέρει ακριβώς ίση ποσότητα.
Για μαθητές Α΄ Λυκείου:
χωρίς ανάλυση έργων, θα δημιουργηθεί σύγχυση.
Διότι:
Και αυτό είναι το κρίσιμο διδακτικό σημείο.
Δηλαδή:
Αυτό είναι βαθιά διαφορετικό διδακτικά.
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.