PROPOZYCJA WYKORZYSTANIA PROGRAMIKU
"Karuzela"
ZGODNIE Z PROGRAMEM WYDAWNICTWA ZamKor

UWAGI DLA NAUCZYCIELI FIZYKI W GIMNAJUM

W gimnazjum ruch po okręgu opisujemy jakościowo, jednakże wyrażenie na wartość siły dośrodkowej pojawia się w podręczniku "Fizyka dla gimnazjum, część 1" M., R. Rozenbajgier, J. M. Kreiner na str. 152, w ramce "Czy wiesz, że". Program pomoże nauczycielowi w przekonaniu uczniów, że siła dośrodkowa NIE JEST JEDNĄ Z SIŁ działających na ciało, poruszające się po okręgu ze stałą szybkością, ale JEST WYPADKOWĄ tych sił.

Chcielibyśmy przestrzec nauczycieli przed pewną “kłopotliwą” sytuacją, która zawsze wystąpi w klasie podczas omawiania ruchu po okręgu i siły dośrodkowej. Sytuacja ta stawia nauczyciela wobec konieczności zajęcia jasnego i zdecydowanego stanowiska. Uczniowie lubią używać pojęcia siły odśrodkowej, co więcej, twierdzą, że siła ta na pewno działa na ciało poruszające się po okręgu, a skutki jej widać “gołym okiem”. Np. łańcuchy obracającej się karuzeli, na której wiszą krzesełka, odchylają się od pionu tym bardziej, im większa jest szybkość obrotu karuzeli – to odchylenie powoduje siła odśrodkowa.

Uczniowie mają rację! Więc jak to w końcu jest, czy na ciało poruszające się po okręgu działa siła dośrodkowa, czy odśrodkowa? Problem ten jest dość trudny. Odpowiedź zależy od tego, jaki układ odniesienia wybieramy do opisu ruchu. W podręczniku milcząco zakładamy, że opisujemy ruch po okręgu z punktu widzenia obserwatora, który nie bierze udziału w tym ruchu, jest “na boku”. W fizyce mówimy, że obserwator związany jest z układem inercjalnym. Obserwator ten stwierdza że ciało wykonuje ruch jednostajny po okręgu i wówczas wypadkowa wszystkich sił nań działających jest siłą dośrodkową. Jeśli ciało nie utrzymuje się na okręgu, to dzieje się tak dlatego, że brak odpowiedniej siły dośrodkowej. Np. łańcuch karuzeli musiał się odchylić od pionu, aby mogła powstać odpowiednia siła dośrodkowa do utrzymania krzesełka na okręgu (jest to wypadkowa siły ciężkości krzesełka i siły sprężystości łańcucha).
Jeśli jednak obserwatora umieścimy w układzie odniesienia związanym z obracającym się układem (czyli w tzw. układzie nieinercjalnym), np. posadzimy go na krzesełku obracającej się karuzeli lub w samochodzie, który właśnie “bierze zakręt”, to sprawa wygląda inaczej. Obserwator ten przede wszystkim stwierdzi, że względem niego krzesełka karuzeli, pasażer w samochodzie, a także sam samochód pozostają w spoczynku. Zatem siły działające muszą się równoważyć (zakładamy, że obserwator ten zna i chce stosować zasady dynamiki Newtona). Jakie to siły? Jedną z nich jest siła odśrodkowa! Pozostałe siły są dokładnie te same, które wymienia obserwator w układzie inercjalnym.
Siła odśrodkowa w układzie inercjalnym nie występuje. Nie jest to bowiem - jak mówimy - siła rzeczywista, nazywamy ją (pseudo-)siłą bezwładności. Nie możemy wskazać źródła tej siły.



Uwagi na temat wykorzystania tego programiku w liceum przygotujemy po opracowaniu programu nauczania i podręcznika do 3-letniego zreformowanego liceum profilowanego.



© Jadwiga Salach, Piotr Sagnowski, 17.04.2001
Wydawnictwo ZamKor
URL: http://www.zamkor.com.pl