Forum ŚFiNiA Strona Główna ŚFiNiA
ŚFiNiA - Światopoglądowe, Filozoficzne, Naukowe i Artystyczne forum - bez cenzury, regulamin promuje racjonalną i rzeczową dyskusję i ułatwia ucinanie demagogii. Forum założone przez Wuja Zbója.
 
 FAQFAQ   SzukajSzukaj   UżytkownicyUżytkownicy   GrupyGrupy   GalerieGalerie   RejestracjaRejestracja 
 ProfilProfil   Zaloguj się, by sprawdzić wiadomościZaloguj się, by sprawdzić wiadomości   ZalogujZaloguj 

Czy siła dośrodkowa wykonuje pracę?

 
Napisz nowy temat   Odpowiedz do tematu    Forum ŚFiNiA Strona Główna -> Świat nieożywiony
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Jola




Dołączył: 13 Gru 2009
Posty: 18
Przeczytał: 0 tematów


PostWysłany: Wto 8:19, 23 Lut 2010    Temat postu: Czy siła dośrodkowa wykonuje pracę?

Witam. Na lekcji fizyki nauczyciel podaje definicję pracy W=F*s. Dlaczego twierdzi się, że siła dośrodkowa nie wykonuje pracy, ale jedynie zakrzywia ruch. Zakrzywia to w moim odczuciu przesuwa prostopadle do dotychczasowego kierunku ruchu. Jeżeli jest przesunięcie to jest i praca.
Inny przykład. Czy możemy obliczyć pracę wykonaną przez siłę grawitacji przy spadaniu ciała w polu grawitacyjnym ziemskim? Jeżeli ciało porusza się jednocześnie ruchem poziomym to chyba nie wpływa to na wykonywaną w pionie pracę? I dochodzimy do przypadku granicznego, gdy ciało zaczyna krążyć wokół Ziemi, czyli mamy ruch po okręgu. Co się dzieje z pracą wykonywaną w pionie? Czy przyjęta definicja pracy nie ma ukrytych założeń?
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
bol999




Dołączył: 02 Maj 2008
Posty: 3306
Przeczytał: 0 tematów

Skąd: PIEKŁO z klimatyzacja
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Nie 9:51, 14 Mar 2010    Temat postu: Re: Czy siła dośrodkowa wykonuje pracę?

Jola
Racja. Grawitacja wykonuje pracę a znowu któryś z naukowców głupszy niż ustawa przewiduje.
Zróbmy doświadczenie ;
Podłóżmy krótszy koniec dźwigni pod kamień a na koniec długi układajmy kamienie aż przeważą i długa dźwignia dzięki przyciąganiu ziemskiemu (modnie-grawitacji) zacznie opadać w dół podnosząc kamień i wykonując pracę.
Proste jak Franek Sztacheta pod płotem- durne uczone.
Cytat:
siła dośrodkowa

Siła odśrodkowa następuje jak cokolwiek się kręci i co może odpada na zewnatrz.
Z Ziemi nie odpadamy, pomimo że się kręci co oznacza, że na Ziemi działa siła dośrodkowa, którą nazywamy grawitacją? :rotfl:

Czy oznacza to, że gdy Ziemia zmieni bieguny i będzie się krecić w odwrotnym kierunku, to zacznie działać siła odśrodkowa i zostanie same jądro? Chyba tylko jąderko naukowca w jego portkach :(


Ostatnio zmieniony przez bol999 dnia Nie 10:26, 14 Mar 2010, w całości zmieniany 1 raz
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
wujzboj
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 29 Lis 2005
Posty: 22395
Przeczytał: 6 tematów

Skąd: znad Odry
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Wto 0:06, 16 Mar 2010    Temat postu:

Jola napisał:
Dlaczego twierdzi się, że siła dośrodkowa nie wykonuje pracy, ale jedynie zakrzywia ruch.

Fizycznie: dlatego, że siła dośrodkowa nie zmienia energii ciała, na które działa. Technicznie: dlatego, że siła jest prostopadła do przesunięcia. Matematycznie: praca to iloczyn skalarny wektorów siły i przesunięcia; skoro oba wektory są prostopadłe, to iloczyn ten wynosi dokładnie zero.

Jola napisał:
Czy możemy obliczyć pracę wykonaną przez siłę grawitacji przy spadaniu ciała w polu grawitacyjnym ziemskim?

Oczywiście.

Jola napisał:
Jeżeli ciało porusza się jednocześnie ruchem poziomym to chyba nie wpływa to na wykonywaną w pionie pracę?

Jak najbardziej wpływa. Widać to właśnie na omawianym przypadku: nie ma żadnej pracy "w pionie", bo ciało nie zbliża się do Ziemi, lecz wciąż pozostaje od niej oddalone o tyle samo.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Jola




Dołączył: 13 Gru 2009
Posty: 18
Przeczytał: 0 tematów


PostWysłany: Sob 19:00, 27 Mar 2010    Temat postu:

Przepraszam, że długo nie pisałam, ale padł mi internet.
wujzboj napisał:
siła jest prostopadła do przesunięcia

Właśnie z tym mam problem. Gdyby nie następowało przesunięcie w kierunku działania siły to nie byłoby zakrzywienia ruchu. Jeżeli to zdołam zrozumieć, to z resztą pójdzie już łatwiej (tzn. mam nadzieję, że pójdzie łatwiej :) )


Ostatnio zmieniony przez Jola dnia Sob 19:06, 27 Mar 2010, w całości zmieniany 2 razy
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Michał Dyszyński
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 04 Gru 2005
Posty: 15983
Przeczytał: 121 tematów

Skąd: Warszawa
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Sob 19:04, 27 Mar 2010    Temat postu:

To nie ma znaczenia. Praca jest równa zero, mimo że jakiś inny efekt działania siły jest.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
wujzboj
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 29 Lis 2005
Posty: 22395
Przeczytał: 6 tematów

Skąd: znad Odry
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Sob 19:14, 27 Mar 2010    Temat postu:

Jolu, nie ma przesunięcia w kierunku działania siły ruchu. Dokładnie to znaczy, że jest to siła dośrodkowa: siła działa w kierunku PROSTOPADŁYM do przemieszczenia.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Jola




Dołączył: 13 Gru 2009
Posty: 18
Przeczytał: 0 tematów


PostWysłany: Pon 9:31, 05 Kwi 2010    Temat postu:

wujzboj napisał:
siła dośrodkowa: siła działa w kierunku PROSTOPADŁYM do przemieszczenia.

Nie gniewaj się, ale takie sformułowania mam w każdym podręczniku do fizyki. Wydaje mi się, że są one uproszczeniem istotnej informacji, która przez te uproszczenia nie może się przebić.
1. Rozumiem, że kiedy trzymam jakiś przedmiot w jednym miejscu, to nie wykonuję pracy pomimo włożonego wysiłku.
2. Rozumiem, że nie wykonuję pracy, kiedy działam siłą prostopadle do kierunku ruchu przedmiotu i ten przedmiot pod wpływem tej siły nie zmienia tego kierunku.
3. Nie rozumiem, jak to możliwe, że przedmiot zmienia kierunek ruchu pod działaniem siły (czyli następuje przemieszczenie w kierunku działania siły), a mimo to siła nie wykonuje pracy). Czy w definicji pracy nie ma jakiegoś milczącego założenia (np. o zmianie energii w stosunku do poziomu energii przyjętego za zerowy)?
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
wujzboj
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 29 Lis 2005
Posty: 22395
Przeczytał: 6 tematów

Skąd: znad Odry
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Wto 23:42, 06 Lip 2010    Temat postu:

Przepraszam, przeoczyłem odpowiedź.

Nie, to nie jest uproszczenie żadnej informacji. To jest dość podstawowy fakt. Spróbuję to wyjaśnić.

Jola napisał:
1. Rozumiem, że kiedy trzymam jakiś przedmiot w jednym miejscu, to nie wykonuję pracy pomimo włożonego wysiłku.

Nie. Jeśli wkładasz w to wysiłek, to wykonujesz pracę. Przy czym niekoniecznie musi to być praca mechaniczna.

Przykład: helikopter unoszący się nad dachem budynku na stałej wysokości. Silnik jak najbardziej wykonuje pracę ("wkłada wysiłek"), chociaż nie jest to praca mechaniczna przeciwko sile ciężkości (helikopter nie podnosi się). Kiedy jednak helikopter wyląduje, to żadnej pracy nie musi już wykonywać; ziemia też nie wykonuje żadnej pracy. Po prostu w pierwszym przypadku utrzymywanie wysokości dokonuje się dynamicznie, na skutek ruchu powietrza, które musi pędzić z dużą prędkością wzdłuż łopat śmigieł, aby wytworzyć siłę (biorącą się z różnicy ciśnień) równoważącą siłę grawitacji, a w drugim przypadku utrzymywanie wysokości dokonuje się statycznie, dzięki twardości podłoża (czyli dzięki siłom pomiędzy atomami materiałów tworzących lotnisko i skorupę ziemską). Ty działasz mniej więcej jak śmigłowiec: musisz dostarczać mięśniom energię, żeby mogły pozostać napięte i utrzymać na właściwej wysokości twoją rękę z obciążeniem.

Jola napisał:
2. Rozumiem, że nie wykonuję pracy, kiedy działam siłą prostopadle do kierunku ruchu przedmiotu i ten przedmiot pod wpływem tej siły nie zmienia tego kierunku.

To jest możliwe tylko wtedy, gdy tej sile przeciwstawia się siła dokładnie taka sama, ale przeciwnie skierowana. W przypadku "siły dośrodkowej" sytuacja jest inna: działasz siłą prostopadle do kierunku ruchu przedmiotu i ten przedmiot pod wpływem tej siły zmienia kierunek ruchu! Przywiąż przedmiot na sznurku i zakręć nim poziomo: dokąd trzymasz sznurek, przedmiot porusza się po okręgu, ale gdy tylko sznurek puścisz, przedmiot odleci po linii prostej (OK, po paraboli - bo od tego momentu będzie działała na niego już tylko siła grawitacji; o tej sile możemy zapomnieć, bo nie jest ważna dla zrozumienia zjawiska - możemy sobie nawet wyobrażać, że doświadczenie wykonujemy w stanie nieważkości). Przedmiot zakrzywia swój tor dzięki sile, jaką na niego wywierasz! A ponieważ wywierasz siłę prostopadle do kierunku jego ruchu, to przedmiot porusza się po okręgu ze stałą prędkością kątową (i ze stałą wartością prędkości - jednak ze zmiennym wektorem prędkości), nie zmieniając swojej energii kinetycznej. Nie wykonujesz pracy (poza pokonywaniem sił oporu powietrza i poza wysiłkiem mięśni, który jednak nie związany z przekazywaniem żadnej energii przedmiotowi, podobnie jak silnik helikoptera wiszącego na stałej wysokości nie przekazuje żadnej energii kinetycznej kadłubowi), ale działasz siłą i przedmiot zmienia kierunek.

Energia kinetyczna to połowa masy razy kwadrat wartości prędkości; matematycznie, kwadrat wartości prędkości to iloczyn skalarny wektora prędkości z samym sobą, co jest równe kwadratowi długości tego wektora i nie zależy od jego kierunku. Energia kinetyczna nie zależy od kierunku ruchu.

Natomiast praca to iloczyn skalarny dwóch różnych wektorów: przesunięcia i siły. Iloczyn skalarny dwóch różnych wektorów zależy od wzajemnego kierunku tych wektorów. Jeśli nie zmieniamy długości żadnego z wektorów, a tylko ich kierunek, to iloczyn skalarny jest:
- największy (i równy iloczynowi długości), gdy oba wektory mają ten sam kierunek;
- równy zeru, gdy wektory są prostopadłe do siebie;
- najmniejszy (i równy iloczynowi długości ze znakiem minus), gdy wektory mają przeciwny kierunek.
Praca wykonywana nad kręcącym się przedmiotem przez sznurek jest więc równa zeru i energia przedmiotu się nie zmienia - jedno i drugie zachodzi dlatego, że przesunięcie jest prostopadłe do siły. Gdyby przesunięcie nie było prostopadłe do siły, wtedy siła musiałaby wykonywać pracę i energia przedmiotu musiałaby się zmieniać (chyba, żeby na przedmiot działała dodatkowo siła dokładnie przeciwna, czyli wykonująca pracę identyczną co do wielkości, ale przeciwnego znaku).

Jola napisał:
3. Nie rozumiem, jak to możliwe, że przedmiot zmienia kierunek ruchu pod działaniem siły

Aby kręcić przedmiot na sznurku, musisz go przedtem rozpędzić. Podobnie aby umieścić satelitę na orbicie, trzeba mu przedtem nadać pewną (dużą) prędkość w kierunku prostopadłym do pionu. I w tym jest cała tajemnica! Przedmiot ucieka na bok tak szybko, jak jest przyciągany do środka. W każdej chwili ucieka na bok w innym kierunku, i zawsze jest to kierunek prostopadły do kierunku, w stronę którego przedmiot ten jest przyciągany. Można sobie wyobrazić, że satelita wciąż spada na Ziemię, ale że przy okazji pędzi w prostopadle do środka Ziemi, to nigdy na Ziemię nie spadnie: o ile się w każdej chwili przybliży spadając, o tyle się oddali na skutek tego, że swojej prostopadłej prędkości nie jest w stanie wytracić. Jego odległość od Ziemi nie zmienia się więc właśnie dzięki temu, że jest on w ruchu i swojemu spadkowi dostatecznie szybko ucieka. Ale gdy tarcie atmosferyczne zwolni jego prędkość prostopadłą, wtedy jego ucieczka stanie się zbyt powolna, aż w końcu całkiem wypadnie z orbity i spali się w atmosferze albo (co nie daj Bóg) wyrżnie gdzieś w powierzchnię planety.

Jola napisał:
Czy w definicji pracy nie ma jakiegoś milczącego założenia (np. o zmianie energii w stosunku do poziomu energii przyjętego za zerowy)?

Nie ma. Praca jest tak zdefiniowana, aby to pasowało do zasady zachowania energii: suma prac jest równa zmianie energii.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Jola




Dołączył: 13 Gru 2009
Posty: 18
Przeczytał: 0 tematów


PostWysłany: Pią 17:42, 17 Wrz 2010    Temat postu:

Trzeci cytat jest typową manipulacją.
Jola napisał:
jak to możliwe, że przedmiot zmienia kierunek ruchu pod działaniem siły (czyli następuje przemieszczenie w kierunku działania siły), a mimo to siła nie wykonuje pracy
i tak należy to cytować.
wujzboj napisał:
Jeśli wkładasz w to wysiłek, to wykonujesz pracę.
Tutaj nasze punkty widzenia są zbieżne. Określiłeś to bardziej precyzyjnie. Chciałam po prostu powiedzieć , że nie wykonuję pracy mechanicznej.
wujzboj napisał:
Przedmiot zakrzywia swój tor dzięki sile, jaką na niego wywierasz! A ponieważ wywierasz siłę prostopadle do kierunku jego ruchu, to przedmiot porusza się po okręgu ze stałą prędkością kątową (i ze stałą wartością prędkości - jednak ze zmiennym wektorem prędkości), nie zmieniając swojej energii kinetycznej. Nie wykonujesz pracy (poza pokonywaniem sił oporu powietrza i poza wysiłkiem mięśni, który jednak nie związany z przekazywaniem żadnej energii przedmiotowi
No właśnie o to mi chodziło: pomimo przemieszczenia siła nie wykonuje pracy, bo w jakiś sposób definicja pracy bardziej wiąże się z energią niż z przesunięciem.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
wujzboj
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 29 Lis 2005
Posty: 22395
Przeczytał: 6 tematów

Skąd: znad Odry
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Nie 17:47, 19 Wrz 2010    Temat postu:

Słuchaj, Jolu... Ja ani nie mam powodu, żeby jakimikolwiek wypowiedziami manipulować, ani nie mam tego w zwyczaju. Natomiast inwestuję nieco czasu w odpowiadania na twoje pytania, starając się, aby odpowiedzi były w miarę możliwości przejrzyste i wyczerpujące. Jeśli nie zrozumiałem przyczyny którejś z twoich wątpliwości, to przepraszam; jednakże gdy pytasz nie wiedząc dokładnie, skąd bierze się twój problem, to musisz liczyć się z tym, że adresat pytania też nie będzie wiedział i może przyczynę znaleźć nie tam, gdzie ona jest.

Jola napisał:
w jakiś sposób definicja pracy bardziej wiąże się z energią niż z przesunięciem.

Nie tyle "w jakiś sposób", ile praca jest jedną z wielkości występujących w bilansie energetycznym: to energia przeniesiona z układu do układu za pomocą mechanicznych oddziaływań: zmiana energii układu jest równa ciepłu dostarczonemu do układu plus praca wykonana nad tym układem przez siły zewnętrzne.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Michał Dyszyński
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 04 Gru 2005
Posty: 15983
Przeczytał: 121 tematów

Skąd: Warszawa
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Pią 21:59, 10 Gru 2010    Temat postu:

Jola napisał:
3. Nie rozumiem, jak to możliwe, że przedmiot zmienia kierunek ruchu pod działaniem siły (czyli następuje przemieszczenie w kierunku działania siły), a mimo to siła nie wykonuje pracy). Czy w definicji pracy nie ma jakiegoś milczącego założenia (np. o zmianie energii w stosunku do poziomu energii przyjętego za zerowy)?


Po namyśle uważam, że Jola zadała tu sensowne pytanie. Definicja pracy jest "po coś". Tylko wiedząc po co ona jest, możemy w sposób spójny używać tej definicji.
Bo z ową pracą wszystko do końca oczywiste nie jest.
Oto przykłady problemów do rozwiązania:
1. w przestrzeni kosmicznej leci rakieta z włączonymi silnikami. Silniki nadają rakiecie stałe przyspieszenie. Jak jest praca tych silników?
A konkretnie chodzi o to, ze w różnych układach odniesienia praca liczona jako iloczyn siły i przesunięcia będzie bardzo różny
- w układzie rakiety - zero (nie ma przesunięcia)
- w układzie względem którego rakieta jakiś czas temu spoczywała, ale się oddaliła, na razie z małą prędkością - praca jest.
- w układzie, który rakieta opuściła dawno temu i nabrała już prędkości - mamy duże przesunięcie (takze w jednostce czasu), a w związku z tym obliczymy dużą wartość pracy.
Teraz najsensowniej byłoby wiązać pracę ze zmianą energii kinetycznej. Ale ta zmiana też zależy od układu odniesienia.
Jak zatem pracę należałoby interpretować?

2. Ten przykład Wuja z helikopterem wiszącym w powietrzu i "nie wykonującym pracy" też oczywisty nie jest. Bo chcielibyśmy przecież włączyć ową pracę łopat do blansu energii mechanicznej. Ale musimy robić to jakoś sztucznie, na siłę. Ten sam helikopter, w tym samym miejscu nie wiszący, tylko podparty na jakiejś platformie ewidentnie pracy nie wykonuje.

3. Przykład z siłą dośrodkową wyjaśnia się, jeśli przypomnimy, że zawsze trzeba mówić o wartościach CHWILOWYCH siły i przesunięcia. Wtedy faktycznie mamy prostopadłość i chwilową wartość pracy równą zero. Ale już interpretując cały ruch po okręgu, wzdłuż zadanego kierunku mamy właściwie jakby pulsowanie owej pracy na przemian z wartościami dodatnimi i ujemnymi.

Pytanie jest niebanalne: do czego właściwie dążymy, stosując pojęcie pracy?
- Chyba po to, aby gdzieś połączyć je z energią - potencjalną, kinetyczną. Ale sposób tego połączenia wcale nie jest oczywisty.


Ostatnio zmieniony przez Michał Dyszyński dnia Pią 22:07, 10 Gru 2010, w całości zmieniany 1 raz
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
wujzboj
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 29 Lis 2005
Posty: 22395
Przeczytał: 6 tematów

Skąd: znad Odry
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Sob 0:26, 11 Gru 2010    Temat postu:

Obawiam się niestety, że w szkoła najczęściej nastawiona jest na to, żeby uczeń opanował materiał pamięciowo. Zrozumienie jest uzyskać trudno, bo w większości przypadków wymaga to indywidualnego podejścia do każdego ucznia - wobec tego idzie się na skróty i wszystkim wlewa do głów tę samą papkę, nie zważając na to, czy uczeń interesuje się tematem, czy nie.

Pytania z przykładu 1 byłyby dobre na lekcję fizyki. Można by zacząć od zaznaczenia, że praca ma być - zgodnie z intuicją - miarą wysiłku, czyli miarą zużytej energii. I wobec tego zauważyć, że miara ta nie powinna zależeć od układu odniesienia, bo przecież rachunek za powinniśmy zapłacić ten sam niezależnie od tego, czy firma mierzy nam zużycie energii licznikiem zamontowanym w naszym domu, czy w samolocie, w rakiecie, czy choćby nawet na Kasjopei. A potem można już zastanowić się nad tym, w jaki sposób liczyć energię, żeby jej zmiana nie zależała od układu odniesienia. Kiedy uczeń znajdzie na to odpowiedź, to będzie już sam z siebie wiedział, co jest nie tak z niektórymi sposobami liczenia pracy wykonanej przez silniki rakiety.

Jeśli chodzi o drugi przykład, to muszę zaprotestować :). Nie mówiłem o helikopterze wiszącym w powietrzu i "nie wykonującym pracy"; mówiłem coś dokładnie przeciwnego. Chyba nie przeczytałeś tego akapitu.

Przykład trzeci: nie wydaje mi się, żeby wyjaśnianie dzieciom zjawisk w ruchu po okręgu za pomocą przejść granicznych było właściwym podejściem. Okrąg jest gładki i to powinno wystarczyć :).
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Michał Dyszyński
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 04 Gru 2005
Posty: 15983
Przeczytał: 121 tematów

Skąd: Warszawa
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Wto 12:44, 28 Gru 2010    Temat postu:

wujzboj napisał:
Obawiam się niestety, że w szkoła najczęściej nastawiona jest na to, żeby uczeń opanował materiał pamięciowo. Zrozumienie jest uzyskać trudno, bo w większości przypadków wymaga to indywidualnego podejścia do każdego ucznia - wobec tego idzie się na skróty i wszystkim wlewa do głów tę samą papkę, nie zważając na to, czy uczeń interesuje się tematem, czy nie.

Myślę, że problem jest jeszcze szerszy. Sięga on nawet "wyższej" kadry - w końcu nawet w podręcznikach fizyki dla szkół wyższych można znaleźć dość fundamentalne błędy (np. w uznanym "Hollidayu i Resnicku"). Sam pamiętam jakie głupoty opowiadałem uczniom w niektórych sytuacjach, gdy byłem już paroletnim nauczycielem. Kardynalne błędy odnalazłem też w podręczniku doktora fizyki (z PW) dla szkół średnich. Myślę, że nawet bardzo dobrzy fizycy, zagłębieni często w swoją dość wąską dziedzinę, mają nieprzymyślane dość podstawowe sprawy. Oprócz pojęcia pracy, dobrym przykładem są układy inercjalne i nieinercjalne (o tym błędzie myślę pisząc o podręczniku Holliday-a i Resnicka). Uczeń nie jest w stanie pojąć więcej, bo i jego nauczyciel nie jest tu tak bardzo mądry...





wujzboj napisał:
Pytania z przykładu 1 byłyby dobre na lekcję fizyki. Można by zacząć od zaznaczenia, że praca ma być - zgodnie z intuicją - miarą wysiłku, czyli miarą zużytej energii. I wobec tego zauważyć, że miara ta nie powinna zależeć od układu odniesienia, bo przecież rachunek za powinniśmy zapłacić ten sam niezależnie od tego, czy firma mierzy nam zużycie energii licznikiem zamontowanym w naszym domu, czy w samolocie, w rakiecie, czy choćby nawet na Kasjopei. A potem można już zastanowić się nad tym, w jaki sposób liczyć energię, żeby jej zmiana nie zależała od układu odniesienia. Kiedy uczeń znajdzie na to odpowiedź, to będzie już sam z siebie wiedział, co jest nie tak z niektórymi sposobami liczenia pracy wykonanej przez silniki rakiety.

Problem w tym, że definicja pracy NIE zawiera (w swojej definicji) celu jakiemu to pojęcie ma służyć. Ty podajesz jakąś interpretację łącząc ją (intuicyjnie) z celem, który sobie wyznaczasz. Dla ucznia to wcale nie jest oczywiste, że celem jest owo "zużycie energii licznikiem". Tym bardziej, że za chwilę będziemy rozpatrywać energię potencjalną grawitacyjną jakiegoś orbitującego po stożkowej ciała niebieskiego, gdzie zużycia energii nie będzie (energia jest zachowana), a pojęcie energii i pracy ma zastosowanie (tylko już inne).
Po paru ładnych latach uczenia w szkołach średnich wiele z "mądrych" uwag nauczycieli wobec swoich uczniów, jak to oni "nie wiedzą" tego czy tamtego, albo się "nie nauczyli" uważam po prostu za nie fair. Uczeń myśli w sposób logiczny, wspomagany intuicją. Nauczyciel "wie" jak jest "poprawnie" i odnosi wypowiedzi ucznia do modelu, który został przyjęty w literaturze. Problem w tym, że w całej owej konstrukcji są tysiące luk, które są zapełniane mechanizmem swoistego "zgadywania" - tzn. ostatecznego naginania rozumienia, aby się zgadzało z założonym celem. Dlatego tak trudno jest nauczyć myślenia automaty, bo musiałyby one oderwać się od "konkretu" bieżącej sytuacji i w niejasny sposób odnieść wynikające stąd wnioski i przesłanki do czegoś wyraźnie innego. I to odniesienie jeszcze zmienia się od przypadku do przypadku.


Jeśli chodzi o Twój przykład z helikopterem, to uczciwie przyznaję, że trochę nie załapałem o co Ci w nim chodziło... :oops:
Dlatego wybrałem sam przykład do swojej myśli, nie chcąc zbytnio polemizować. W sumie chodzi mi o to, że patrząc czysto formalnie - tzn. mnożąc przesunięcie helikoptera przez siłę uzyskamy zero. I to jest wynik POPRAWNY.
Z drugiej strony łopaty silnika przepchnęły masy powietrza z góry do dołu, wykonując pracę, czyli pracę mamy różną od zera - to też jest wynik poprawny.
Tym co teraz najtrudniejsze, to połączenie tego razem spójną interpretacją, związaną z CELEM jakiemu ma służyć zastosowanie pojęcia "praca". Bez tego celu nie mamy możliwości wyboru jednej poprawności względem drugiej.
Fizycy "z odpowiednim stażem" w sposób naturalny i oczywisty owe cele wybierają, a potem wszystko im wychodzi bardzo ładnie. Problem w tym, że ogólnie postawiony problem "obliczyć pracę helikoptera" jest nieprawidłowo (nieprecyzyjnie) postawiony.


wujzboj napisał:
Przykład trzeci: nie wydaje mi się, żeby wyjaśnianie dzieciom zjawisk w ruchu po okręgu za pomocą przejść granicznych było właściwym podejściem. Okrąg jest gładki i to powinno wystarczyć .

Uczniowie w szkole średniej pojęcia "gładkości" też jeszcze nie rozumieją (rachunek różniczkowy w ogóle został ze szkół średnich usunięty). Dla niech więc wszystko trzeba tłumaczyć na palcach intuicyjnie. To się pewnie nawet da, bo można pokazać, że w takiej "bardzo krótkiej chwili" przesunięcie jest faktycznie prostopadłe do siły. Potem trzeba jeszcze jakoś byłoby odpowiedzieć na pytanie (zada je pewnie co 100 tysięczny uczeń) dlaczego bierzemy do pracy tę krótką, a nie długą chwilę (i czy zawsze trzeba brać wyłącznie te superkrótkie chwile, bo bez tego pracy nie będzie i właściwie to dlaczego właśnie tak...), aby ostatecznie wyszło nam to co trzeba.

Tu w ogóle można by zacząć interesującą dyskusję na temat CZYM SĄ wielkości fizyczne.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Michał Dyszyński
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 04 Gru 2005
Posty: 15983
Przeczytał: 121 tematów

Skąd: Warszawa
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Pon 13:49, 30 Sty 2012    Temat postu:

Dopisek MD
Zamieszczam tekst, który dostałem na priva (skontaktuję się z administratorami, aby sprawdzili, czemu ktoś nie może umieszczać postów).



Treść posta - e-maila
Bardzo zgadzam się z Pana spostrzeżeniami.
Wydaje mi się że to pytanie Joli jest może trochę źle sformułowane. Z definicju energii kinetycznej oraz z definicji pracy w fizyce Newtona oczywiście siła dośrodkowa nie wykonuje pracy i nie zmienia energii kinetycznej orbitującego ciała. Można nawet powiedzieć że definicje te powstały z obserwacji ruchu obrotowego. Definicje zbdowane na obserwacjach nie mogą być z nimi sprzeczne.

Natomiast można by zapytać czy zakrzywienie prostoliniowej trajektorii n.p. globu ziemskiego do formy okręgu lub elipsy nie wymagało wydatkowania energii? Jeżeli tak to skąd się ona bierze? Założenie, że taka zmiana trajektorii nie wymaga wydatkowania energii czy to z wewnątrz układu czy też z zewnątrz wydaje się absurdalna.

Nie jestem też pewien czy ten przypadek nie jest tym miejscem w fizyce gdzie nie da się rozważać jedynie eksperymentu myślowego a konieczne jest rozważanie rzeczywistych sytuacji t.j. NIE MA IZOLOWANYCH UKŁADÓW.

W wypadku sznurka i kamienia ten wydatek energii jest oczywisty i pochodzi od mięśni i energii chemicznej mięśni. Trzeba więc dostarczać energii (pożywienia)z zewnątrz żeby ten ruch utrzymywać.

W przypadku ruchu planet i gwiazd pojawia sie chyba to podstawowe pytanie o "siłę" grawitacji i bilans energetyczny układu planetarnego n.p. O ile wiem nawet Newton podkreślał że jego sformułowania są jedynie matematycznym opisem a nie wyjaśnieniem natury siły grawitacji. Nawet pojęcie siły jest jedynie koncepcją do opisu ruchów.

Jeżeli chodzi o błędy edykacji nauczania fizyki to muszę przyznać że za największy uważam brak rozróżnienia pomiędzy definicjami i eksperymentami myślowymi a rzeczywistością. Powstały w ten sposób groch z kapustą rozwikłuję dopiero po kilkudziesięciu latach od opuszczenia szkół.

Nie udało mi się z nieznanych powodów (pomimo zalogowania) zamieścić postu na forum


Ostatnio zmieniony przez Michał Dyszyński dnia Pon 13:56, 30 Sty 2012, w całości zmieniany 1 raz
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Michał Dyszyński
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 04 Gru 2005
Posty: 15983
Przeczytał: 121 tematów

Skąd: Warszawa
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Pon 14:03, 30 Sty 2012    Temat postu:

Michał Dyszyński napisał:
Natomiast można by zapytać czy zakrzywienie prostoliniowej trajektorii n.p. globu ziemskiego do formy okręgu lub elipsy nie wymagało wydatkowania energii? Jeżeli tak to skąd się ona bierze? Założenie, że taka zmiana trajektorii nie wymaga wydatkowania energii czy to z wewnątrz układu czy też z zewnątrz wydaje się absurdalna.

Przypadek ze sznurkiem jest tu o tyle nietrafiony, że w rzeczywistości mamy tam pomieszanie dwóch elementów - z jednej strony ruchu po okrętu (jednak przybliżonym, a nie idealnym), a dodatkowo mamy też napędzanie ręką ciężarka, związane z koniecznością uzupełnienia strat energii. I ten ostatni element faktycznie ma związek z przemianami energii.
Trzeba jednak rozróżnić dwa etapy - tworzenie układu z ruchem drgającym i samo podtrzymywanie tego ruchu. O ile tworzenie będzie przebiegało z dostarczeniem/pobraniem jakiejś energii, o tyle idealny ruch po okręgu (choć niekoniecznie tylko taki) nie wymaga już podtrzymywania energią. Gdyby gdzieś w kosmosie umieścić ciężarek na idealnie giętkim sznurku (pole grawitacyjne może pełnić rolę sznurka), to tak stworzony ruch po okręgu powinien trwać miliardy lat bez zauważalnych zmian (konieczności dostarczania energii).
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
pawel




Dołączył: 30 Sty 2012
Posty: 1
Przeczytał: 0 tematów


PostWysłany: Pią 3:14, 03 Lut 2012    Temat postu:

Chodziło mi o to, że wyjaśnienie nie wykonywania pracy przez siłę dośrodkową tym, że działa ona pod katem 90 stopni do przesunięcia nie jest wyjaśnieniem a jedynie powtórzeniem definicji pracy (siła x przesunięcie). Wtedy w uczniu wszystko się burzy. To działa znakomicie w innych przypadkach siły i ruchu. W przypadku ruchu po okręgu dodatkowo uznaje się jako oczywiste że w w chwilowym położeniu (czasie nieskończenie małym) ciała orbitującego nie ma przesunięcia w kierunku środka obrotu. Nie jest to dla mnie wcale oczywiste ponieważ jednocześnie zakłada się że jest przesunięcie (również w czasie nieskończenie małym) w kierunku obrotu (po okręgu). Niewykonywanie pracy przez siłę dośrodkową wydaje się potwierdzone obserwacją – wirujący przedmiot, na ile potrafimy wyeliminować tarcie i inne zewnętrzne efekty, wydaje się że nie potrzebuje energii (pracy) dla podtrzymania ruchu. Kłóci się to z newtonowskim zresztą rozumowaniem: jest efekt (zmiana trajektorii) więc musiał być być wydatek energii na pokonanie inercji poruszającej się masy.

Nie jestem pewien czy nie trzeba rozróżnić dwóch sytuacji:
1. dwa ciała obracające się wokół wspólnego środka i „związane” siłą grawitacji
2. zupełnie wyimaginowany model masy poruszającej się po okręgu przy pmocy teoretycznej siły skierowanej do idealnie nieruchomego środka obrotu

Nie jestem też pewien czy to intuicyjbe rozróżnienie ma coś wspólnego z zasadą równoznaczności Galileusza/Einstaina. Grawitacja według tej zasady nie jest siłą a skoro nie ma siły to nie może też byc pracy w przypadku pierwszym. W przypadku drugim natomiast praca istnieje ponieważ jest przesunięcie i jest siła (zakładając że niezbyt oczywiste jest to 90 stopni do przesunięcia).

Czy rozważania na temat pracy siły dośrodkowej nie było by jedną z dróg do wnioskowania o jednoznaczności pola grawitacyjnego i przyspieszonego układu odniesienia?

Poza tym mam problemy z zastosowaniem tej zasady 90 stopni w innych sytuacjach. Np. kula uderza inną kulę podróżującą po linii prostej pod katem prostym do tej linii. Następuje przkazanie energii kinetycznej (uderzona kula zyskuje), zmiana trajektorii. Czy była wykonana praca?
Czy może być wykonana praca w czasie zderzenia równym 0 (kule idealnie sztywne)? Czy może być przekazanie energii w czasie zero? Kule idealnie sztywne nie istnieją więc była praca w sensie definicji Newtona bo była siła i było przesunięcie (idealnie sprężyste odkształcenie kuli). Czy można zakładać istnienie ciał idealnie sprężystych a nie można zakładać istnienia ciał idealnie sztywnych? Czy zasady Newtona są słuszne dla „idealnych ciał”? Czy zawsze? Czy działanie siły dośrodkowej w czasie zero w danym chwilowym kierunku przesunięcia jest przyczyną niewykonania pracy? I tak dalej. Generalnie - nie nic rozumiem.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Michał Dyszyński
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 04 Gru 2005
Posty: 15983
Przeczytał: 121 tematów

Skąd: Warszawa
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Pią 10:17, 03 Lut 2012    Temat postu:

pawel napisał:
Chodziło mi o to, że wyjaśnienie nie wykonywania pracy przez siłę dośrodkową tym, że działa ona pod katem 90 stopni do przesunięcia nie jest wyjaśnieniem a jedynie powtórzeniem definicji pracy (siła x przesunięcie). Wtedy w uczniu wszystko się burzy. To działa znakomicie w innych przypadkach siły i ruchu. W przypadku ruchu po okręgu dodatkowo uznaje się jako oczywiste że w w chwilowym położeniu (czasie nieskończenie małym) ciała orbitującego nie ma przesunięcia w kierunku środka obrotu. Nie jest to dla mnie wcale oczywiste ponieważ jednocześnie zakłada się że jest przesunięcie (również w czasie nieskończenie małym) w kierunku obrotu (po okręgu). Niewykonywanie pracy przez siłę dośrodkową wydaje się potwierdzone obserwacją – wirujący przedmiot, na ile potrafimy wyeliminować tarcie i inne zewnętrzne efekty, wydaje się że nie potrzebuje energii (pracy) dla podtrzymania ruchu. Kłóci się to z newtonowskim zresztą rozumowaniem: jest efekt (zmiana trajektorii) więc musiał być być wydatek energii na pokonanie inercji poruszającej się masy.

To trochę nie tak. Niuton nie używał pojęcia energii, mówił o siłach, a energia jako mechanizm opisu pojawiła się dopiero (z tego co pamiętam w XIX wieku, podczas gdy Newton zmarł w w 1727 roku).
Mamy więc tak, że siła jest, ale podczas ruchu po okręgu, obiekt przesuwa się po powierzchni ekwiptencjalnej (stałego potencjału, stałej energii). Wszystkie punkty na okręgu mają tę samą energię, zatem nie jest potrzebna praca do zmiany położenia. Praca jest potrzeba tylko wtedy, gdy mamy zmienić energię ciała.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Zobacz poprzedni temat :: Zobacz następny temat  
Autor Wiadomość
Michał Dyszyński
Bloger na Kretowisku



Dołączył: 04 Gru 2005
Posty: 15983
Przeczytał: 121 tematów

Skąd: Warszawa
Płeć: Mężczyzna

PostWysłany: Śro 21:35, 08 Lut 2012    Temat postu:

pawel napisał:
Np. kula uderza inną kulę podróżującą po linii prostej pod katem prostym do tej linii. Następuje przkazanie energii kinetycznej (uderzona kula zyskuje), zmiana trajektorii. Czy była wykonana praca?
Czy może być wykonana praca w czasie zderzenia równym 0 (kule idealnie sztywne)? Czy może być przekazanie energii w czasie zero? Kule idealnie sztywne nie istnieją więc była praca w sensie definicji Newtona bo była siła i było przesunięcie (idealnie sprężyste odkształcenie kuli). Czy można zakładać istnienie ciał idealnie sprężystych a nie można zakładać istnienia ciał idealnie sztywnych? Czy zasady Newtona są słuszne dla „idealnych ciał”? Czy zawsze? Czy działanie siły dośrodkowej w czasie zero w danym chwilowym kierunku przesunięcia jest przyczyną niewykonania pracy? I tak dalej. Generalnie - nie nic rozumiem.

Ten przykład pokazuje po raz kolejny, że pojęcia fizyczne zyskują swój sens po skonfrontowaniu ich z CELEM zastosowania. W przypadku zderzeń kul pojęcie pracy nie przydaje się.

Tak ogólniej.
Po zastanowieniu się uważam, że właściwie praca (jako pojęcie) jest pewnym początkiem do pewnych dalszych rozważań, a sama niekoniecznie jest użyteczna bezpośrednio. Docelowo używa się pojęcia energii, a samą pracę we wzorach i praktycznych zastosowaniach spotyka się rzadko. Wynika to powiązania pracy z siłą. Aby rozważać pracę, musimy coś wiedzieć o siłach. Tymczasem główny sens zastosowania pojęcia energii wiąże się właśnie z odejściem od myślenia o siłach i zastąpienie ich pojęciem potencjału i energii kinetycznej. Wtedy ujęcie energetyczne daje nam korzyść w rozumowaniu. Praca jest tu ogniwem pośrednim, jakby teoretycznym przelicznikiem.
Powrót do góry
Zobacz profil autora
Wyświetl posty z ostatnich:   
Napisz nowy temat   Odpowiedz do tematu    Forum ŚFiNiA Strona Główna -> Świat nieożywiony Wszystkie czasy w strefie CET (Europa)
Strona 1 z 1

 
Skocz do:  
Nie możesz pisać nowych tematów
Nie możesz odpowiadać w tematach
Nie możesz zmieniać swoich postów
Nie możesz usuwać swoich postów
Nie możesz głosować w ankietach

fora.pl - załóż własne forum dyskusyjne za darmo
Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
Regulamin