Grawitacja w akcji – siły przyciągania wokół nas
Grawitacja w akcji – siły przyciągania wokół nas
Plan lekcji
Przedmiot: Fizyka
Klasa: 7
Czas trwania: 45 minut
Narzędzia i technologie:
Chromebooki dla każdego ucznia lub w parach
Google Classroom
Google Docs
Google Forms
Google Slides
PhET Interactive Simulations
Cele lekcji
Cele ogólne:
Wyjaśnienie zjawiska grawitacji i jego roli w codziennym życiu oraz w skali kosmicznej.
Wykorzystanie technologii cyfrowych do aktywnego i interaktywnego uczenia się fizyki.
Cele szczegółowe/ Kryteria sukcesu - nauczysz się:
Definiować pojęcie siły grawitacji.
Wymienić czynniki, od których zależy siła grawitacji (masa ciał, odległość).
Wyjaśnić, dlaczego przedmioty spadają na ziemię.
Podać przykłady zjawisk, w których siła grawitacji odgrywa kluczową rolę
Wykonać interaktywne ćwiczenia symulujące siłę grawitacji.
Współpracować w grupie, korzystając z narzędzi Google i Chrombooków.
Metody i techniki pracy
Metody:
Problemowa (burza mózgów)
Praktyczna (praca z symulacją)
Prezentacja multimedialna (z wykorzystaniem Google Slides)
Projekt (grupowa praca w Google Docs)
Techniki:
Uczenie się przez doświadczenie (symulacje)
Praca w grupach
Uczenie się poprzez odkrywanie
Uczenie się z wykorzystaniem technologii informacyjno‑komunikacyjnych (TIK)
FAZA 1
Faza wprowadzająca (5 min)
Zapraszamy na fascynującą podróż przez historię jednej z najbardziej powszechnych sił natury, która kształtuje nasz wszechświat.
Wstęp do zajęć
Nauczyciel wita uczniów i prosi o zalogowanie się na Chromebookach do Google Classroom.
Pytanie problemowe:
Nauczyciel rozpoczyna od pytania: „Dlaczego, upuszczony długopis, zawsze spada w dół, na ziemię?”
Burza mózgów:
Uczniowie zgłaszają swoje pomysły. Uczniowie używają aplikacji Canva na swoich Chromebookach, aby na wirtualnej tablicy zapisywać swoje pomysły i szacunkowe odpowiedzi. Każda grupa ma swój kolor „karteczki”.
Siła grawitacji to niewidzialna siła, która przyciąga do siebie wszystkie obiekty, które mają masę.
Ciekawostka
Już w czasach prehistorycznych ludzie zaobserwowali, że przedmioty puszczone spadają. Codzienne potoczne obserwacje wskazują, że obiekty cięższe znajdą się na ziemi wcześniej niż lżejsze. Jeżeli zrzucimy z pewnej wysokości kulkę kamienną lub metalową oraz piórko, to piórko spadnie później. Co więcej istnieją obiekty takie jak np. mgła, dym czy balony, które pozornie bez udziału siły zewnętrznej unoszą się do góry. Podobne codzienne obserwacje, pomijające opór i siłę wyporu powietrza, przekonały greckiego filozofa Arystotelesa, że proces spadania jest zależny od „natury” przedmiotu. Pogląd ten zawarł w swoich dziełach dotyczących fizyki wydanych w latach 355–322 p.n.e. Starożytni w żaden sposób nie kojarzyli opadania ciał na Ziemi z ruchami planet w niebiosach. Istniało powszechne przekonanie, że ziemia i niebo rządzą się całkowicie odmiennymi prawami. (Wikipedia)
FAZA 2
Wartość siły grawitacji można obliczyć, korzystając z prawa powszechnego ciążenia sformułowanego przez Izaaka Newtona. Mówi ono, że siła grawitacji jest wprost proporcjonalna do iloczynu mas dwóch ciał i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami.
Praca z symulacją (10 min)
Nauczyciel udostępnia link do symulacji PhET Interactive Simulations - „Grawitacja” poprzez Google Classroom. Uczniowie, pracując indywidualnie na swoich Chromebookach, eksplorują symulację, zmieniając masy dwóch ciał i odległość między nimi, obserwując, jak zmienia się siła.
Nauczyciel zadaje pytania kierunkujące, np. „Co się dzieje z siłą grawitacji, gdy zwiększacie masę jednego z ciał? A co, gdy je oddalacie?”.
Grupowa praca badawcza (10 min):
Uczniowie dzielą się na 4‑osobowe grupy. Nauczyciel przydziela każdej grupie dokument w Google Docs i link.
Na podstawie obserwacji symulacji PhET, każda grupa ma rozwiązać zadania, a także wspólnie sformułować i zapisać wniosek na temat zależności siły grawitacji od masy i odległości. Wiadomości uzupełniające znajdują się w podręczniku.
Zadanie - rozgrzewka:
Na powierzchni Ziemi, na astronautę wraz ze skafandrem, działa siła ciężkości o wartości 1000 N.
Jaka siła grawitacji działałaby na tego astronautę na powierzchni planety o masie 2 razy większej od masy Ziemi?
Jak zmieniłaby się ta siła, gdyby astronauta wylądował na planecie o masie 2 razy mniejszej?
Jaka siła grawitacji działałaby na tego samego astronautę na planecie o promieniu 2 razy większym od promienia Ziemi i tej samej masie?
Podpowiedź:
Ze wzoru na siłę grawitacji wynika, że siła grawitacji rośnie dwukrotnie, jeśli masa ciała również rośnie dwukrotnie.
Pamiętaj, że siła grawitacji jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości.
W zadaniu 1, siła grawitacji będzie dwukrotnie większa.
W zadaniu 2, siła grawitacji będzie czterokrotnie mniejsza, czyli będzie miała wartość 250 N.
Wniosek: ???
Zadania do obliczenia
Jaka jest siła ciężkości (ciężar) plecaka, który ma masę 5 kg?
Księżyc ma znacznie mniejszą masę niż Ziemia, a jego przyspieszenie grawitacyjne wynosi około 1.6 m/s^2. Oblicz, jaki byłby ciężar 60‑kilogramowego astronauty na Księżycu.
Samochód o masie 1200 kg stoi na Ziemi. Oblicz siłę ciężkości, z jaką Ziemia go przyciąga. Przyjmij, że g = 10 m/s²
Podczas ćwiczeń na orbicie ciężar kosmonauty wynosi 10 N. Jaka jest jego masa? Pamiętaj, że w tym miejscu przyspieszenie grawitacyjne jest znacznie mniejsze niż na Ziemi.
Odpowiedzi do zadań
50 N.
Fg = m * g = 5 kg * 10 m/s² = 50 N96 N.
Fg = m * g = 60 kg * 1.6 m/s² = 96 N12 000 N.
Fg = m * g = 1200 kg * 10 m/s² = 12 000 N60 kg.
Masa jest wielkością stałą, niezależną od miejsca. Jeśli na Ziemi masa kosmonauty wynosiła 60 kg, to na orbicie również wynosi 60 kg, nawet jeśli jego ciężar jest znikomy.
Siła grawitacji jest wprost proporcjonalna do iloczynu mas ciał i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między środkami tych ciał.
Wprost proporcjonalna: Siła grawitacji rośnie wraz ze wzrostem masy jednego lub obu przyciągających się ciał.
Odwrotnie proporcjonalna do kwadratu: Siła grawitacji maleje bardzo szybko wraz ze wzrostem odległości. Przy podwojeniu odległości siła spada do jednej czwartej.
Prawo powszechnego ciążenia Newtona - cała zależność jest opisana wzorem matematycznym.
Doświadczenie z życia codziennego
Weź duży pojemnik i kilka przedmiotów o różnej masie, np. klocek LEGO, gumkę do włosów i korek. Otwórz Dokumenty Google i utwórz tabelę z dwiema kolumnami: „Przedmiot” i „Obserwacje”.
Wstań na krześle, a twój partner niech usiądzie na podłodze, obserwując upuszczane przedmioty.
Na zmianę upuszczajcie przedmioty do pojemnika i obserwujcie, w jaki sposób spadają. Upuszczone przedmioty powinny zostać w pojemniku.
Zanotuj w tabeli swoje obserwacje. Zwróć uwagę na to, co się dzieje, gdy upuszczasz przedmioty.
Odpowiedz na pytanie: „Czy którykolwiek z przedmiotów unosił się w powietrzu lub pozostał w nim?”.
FAZA 3
Faza podsumowująca i ewaluacyjna (15 min)
Uczniowie wykonują prezentację w Google Slides na temat siły grawitacji, zilustrowaną zdjęciami, np. spadającego jabłka, planet krążących wokół Słońca . Prezentacja zawiera definicję definicje i przykłady zjawisk zawarte w celach zajęć.
Ćwiczenie - uzupełnienie tekstu
Uzupełnij poniższe zdania, wybierając odpowiednie słowa: grawitacja, ciężar, masa, niutonów, odległość, kilogramów, Izaak Newton, siła
Wzajemne przyciąganie się ciał posiadających masę to ..................... . (grawitacja)
.................... (Masa) jest wielkością stałą, mierzoną w .................... (kilogramach), natomiast .................... (ciężar) to siła, którą mierzymy w ..................... . (niutonach)
................... (Izaak Newton) to fizyk, który opisał powszechne prawo ciążenia.
Siła grawitacji zależy od masy ciał i .................... (odległości) między nimi.
Ciężar to .................... (siła) z jaką Ziemia (lub inne ciało niebieskie) przyciąga dane ciało.
Zadania typu prawda/fałsz
Oceń, czy poniższe zdania są prawdziwe (P) czy fałszywe (F). Odpowiedzi poprawne.
PRAWDA / FAŁSZ – Siła ciężkości jest mniejsza na Księżycu niż na Ziemi, ponieważ Księżyc ma mniejszą masę.
PRAWDA / FAŁSZ – Grawitacja działa tylko na duże ciała niebieskie, takie jak planety i gwiazdy.
PRAWDA / FAŁSZ – Ciężar ciała zmienia się w zależności od tego, czy jest ono na Ziemi, czy na Marsie.
PRAWDA / FAŁSZ – Masa jest miarą ilości materii w ciele i zawsze wyrażana jest w niutonach.
PRAWDA / FAŁSZ – Siła grawitacji między dwoma ciałami zwiększa się, gdy zwiększamy odległość między nimi.
Quiz
Pytanie 1: Które z poniższych zjawisk jest efektem działania siły grawitacji?
A) Dźwięk rozchodzący się w powietrzu
B) Kule bilardowe, które zderzają się ze sobą
C) Spadające jabłko z drzewa
D) Rozpuszczanie się cukru w wodzie
Poprawna odpowiedź: C) Spadające jabłko z drzewa
Pytanie 2: Siła grawitacji między dwoma ciałami zależy od:
A) ich koloru
B) ich masy i odległości między nimi
C) tylko od ich odległości
D) tylko od ich masy
Poprawna odpowiedź: B) ich masy i odległości między nimi.
Pytanie 3: Co by się stało, gdyby nagle zniknęła siła grawitacji?
A) Wszystkie przedmioty spadłyby na Ziemię.
B) Ludzie zaczęliby latać w powietrzu, a planety opuściłyby swoje orbity.
C) Nic by się nie zmieniło.
D) Wszechświat zacząłby się kurczyć.
Poprawna odpowiedź: B) Ludzie zaczęliby latać w powietrzu, a planety opuściłyby swoje orbity.
Wypełnienie ankiety (5 min):
Uczniowie wypełniają krótką ankietę w Google Forms, odpowiadając na pytania typu: „Co było dla Ciebie najtrudniejsze?”, „Co udało Ci się zrozumieć najlepiej?”, „Czy praca z symulacją była pomocna?”.
