Imię i nazwisko autora:

Przemysław Michalski

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Jak wygląda ruch w układzie nieinercjalnym?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem;
15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;

II. Mechanika. Uczeń:
9) rozróżnia układy inercjalne i nieinercjalne; posługuje się pojęciem siły bezwładności.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;

II. Mechanika. Uczeń:
18) rozróżnia układy inercjalne i nieinercjalne; omawia różnice między opisem ruchu ciał w układach inercjalnych i nieinercjalnych; posługuje się pojęciem siły bezwładności.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. wyjaśnia różnice między opisem ruchu ciała w układzie inercjalnym i nieinercjalnym,

2. dostrzega i wyjaśnia korzyści wynikające z użycia układów nieinercjalnych,

3. stosuje wiedzę na temat sił bezwładności do analizy ruchu ciał w układach nieinercjalnych,

4. wyjaśnia związek między przyczepnością kół samochodu (tj. współczynnika tarcia statycznego kół o nawierzchnię drogi) a maksymalną bezpieczną prędkością na zakręcie o zadanych parametrach,

5. analizuje ruch samochodu na wyprofilowanych zakrętach.

Strategie nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna

Metody nauczania:

- pokaz multimedialny,
- eksperyment.

Formy zajęć:

praca zespołowa

Środki dydaktyczne:

kamera (np. w telefonie), elementy z zestawu do doświadczeń z mechaniki

Materiały pomocnicze:

brak

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Na poprzedniej lekcji nauczyciel poprosił uczniów o przypomnienie wiadomości nt. siły bezwładności i siły dośrodkowej.

Na początku lekcji nauczyciel prosi uczniów o podanie kilku przykładów takich sił. Cennymi przykładami są: człowiek w poruszającej się windzie, biedronka na płycie gramofonowej i dziecko na karuzeli. Nauczyciel poprosi uczniów o wyjaśnienie, jakie siły działają na człowieka, biedronkę i dziecko, oraz o rozrysowanie tych sił na tablicy.

Faza realizacyjna:

Analiza tych samych zjawisk w układzie inercjalnym i nieinercjalnym. Przykładowe pomysły:

1. Ruch obrotowy: na płycie, która może wirować, mocujemy kamerę (np. z telefonu) oraz jakiś inny obiekt, np. kulkę z plasteliny. Kamera jest „obserwatorem” w układzie nieinercjalnym. Drugą kamerą nagrywamy równolegle to samo zjawisko, obserwowane z układu inercjalnego. Zadanie uczniów polega na porównaniu ruchu na obydwu filmach. Kwestie do rozważenia: dlaczego w układzie inercjalnym widoczny jest ruch ciała, a w nieinercjalnym nie? Jakie siły działają w każdym przypadku?

2. Badanie wartości siły odśrodkowej: na wirującym dysku umieszczamy samochodzik (lub coś innego, co da małą siłę tarcia) i mocujemy siłomierzem do osi obrotu. Badamy wartość wskazania siłomierza w zależności od odległości od osi.

3. Ruch postępowy: na dużym wózku ustawiamy mały wózek i łączymy go z dużym za pomocą siłomierza. Na dużym wózku montujemy również jedną kamerę, drugą nagrywamy obraz z układu inercjalnego. Duży wózek wprawiamy w ruch przyspieszony. Analizujemy siły w obydwu układach, na podstawie wskazań siłomierza próbujemy określić przyspieszenie układu.

Faza podsumowująca:

Omówienie wykonanej analizy ruchu, odpowiedzi na ewentualne pytania uczniów.

Praca domowa:

Rozwiązanie zadań dołączonych do e‑materiału.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Multimedium można wykorzystać na lekcji dotyczącej działania sił bezwładności. Umożliwia ono omówienie sił bezwładności, sił tarcia oraz rozkładu wektorów sił na składowe. Można też skupić się na badaniu wpływu pojedynczego parametru (np. kąta lub współczynnika tarcia) na zachowanie się symulowanego pojazdu. Można również zlecić uczniom samodzielne opracowanie tematyki siły odśrodkowej w domu przy wykorzystaniu symulacji.