Από τις πιο καλές ερωτήσεις που μου έχει κάνει μαθητής (και νυν φοιτητής) στη φυσική της Γ' Λυκείου είναι η εξής: σε ένα ποδήλατο που τρέχει και θέλουμε να το σταματήσουμε, εμείς ασκούμε δύναμη στις μανέτες των φρένων, τραβιέται το συρματόσκοινο και τα τακάκια ασκούν δύναμη τριβής πάνω στον τροχό και το ποδήλατο σταματά. Το σύστημα των φρένων, ο αναβάτης, η ρόδα και το υπόλοιπο ποδήλατο είναι ένα σύστημα και η δύναμη της τριβής μεταξύ τακακιών και τροχού είναι εσωτερική στο σύστημα αυτό. Αφού είναι εσωτερική γιατί το ποδήλατο σταματάει; Πως γίνεται οι εσωτερικές δυνάμεις να σταματούν το ποδήλατο;
Η απάντηση που έδωσα στην τάξη (αρκετά συνοπτικά χωρίς να χρειαστεί να γράψω στον πίνακα τύπους/σχήματα που θα διέκοπταν τη ροή του μαθήματος) είναι ότι αυτό που σταματά το ποδήλατο είναι η τριβή των τροχών με το δρόμο. Τα τακάκια επιβραδύνουν τον τροχό, ο οποίος τείνει να ολισθήσει σε σχέση με το οδόστρωμα, με αποτέλεσμα να αναλαμβάνει δράση η στατική τριβή και να επιβραδύνει το ποδήλατο. Το ότι η τριβή με το οδόστρωμα είναι απαραίτηση για να σταματήσει το ποδήλατο το καταλαβαίνεις όταν προσπαθείς να φρενάρεις σε πάγο ή γενικά σε ολισθηρό οδόστρωμα: απλώς δεν σταματάς, πατάς το φρένο, ο τροχός ακινητοποιείται εύκολα αλλά το ποδήλατο δε σταματά. Η τριβή τακακιών/τροχού κάνει τη δουλειά της (η οποία είναι να επιβραδύνει/σταματήσει) τον τροχό αλλά χρειάζεται και τριβή με το οδόστρωμα για να σταματήσει το ποδήλατο. Η συζήτηση στην τάξη σταμάτησε εκεί, αλλά εκ των υστέρων σκέφτηκα ότι όλα τα παραπάνω θα μπορούσαν να αποτελέσουν "σενάριο" για ένα πρόβλημα που μπορεί να δοθεί στους πιο απαιτητικούς μαθητές που θέλουν να εμβαθύνουν λίγο περισσότερο στην αντίστοιχη φυσική.
Έκτοτε, αφού δούλεψα λίγο την ιδέα στο μυαλό μου, έφτιαξα ένα μικρό σετ από απλά προβλήματα που αφορούν τη φυσική του ποδηλάτου, και ειδικότερα του φρεναρίσματος. Τελευταία, βρήκα το χρόνο να μαζέψω όλες αυτές τις χειρόγραφες σελίδες από τις σημειώσεις μου και να τις γράψω στον υπολογιστή, σαν ένα μικρό άρθρο με το φιλόδοξο τίτλο "Μηχανική του Ποδηλάτου". Στο πρώτο μέρος, που παρουσιάζω σήμερα εδώ, αντιμετωπίζω το ζήτημα του φρεναρίσματος, που ήταν και το αρχικό έναυσμα για τον προβληματισμό μου. Σύντομα σκοπεύω να γράψω αντίστοιχα άρθρα σχετικά με τη μετάδοση της κίνησης καθώς και με ζητήματα που αφορούν την ενέργεια. Τα άρθρα αυτά μπορούν να φανούν χρήσιμα κυρίως σε καθηγητές που θέλουν να εντάξουν κάποια επιπλέον εφαρμοσμένα προβλήματα στο -ομολογουμένως πολύ στεγνό- μάθημα κατεύθυνσης της Γ' Λυκείου αλλά και σε απαιτητικούς μαθητές που θέλουν να εμβαθύνουν λίγο περισσότερο στη φυσική του ποδηλάτου χωρίς να ξεφύγουν πολύ από το πνεύμα των εξετάσεων. Στη συνέχεια ακολουθεί το πρώτο από τη σειρά των άρθρων που αφορά το φρενάρισμα. Μπορείτε επιπλέον να το κατεβάσετε το μορφή pdf από εδώ ή να το δείτε και σε μορφή html εδώ.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου