Σενάριο μαθήματος για την άνωση στη Β' Γυμνασίου

1. ΣΕΝΑΡΙΟ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ
Τίτλος διδακτικού σεναρίου: Η Α ΡΧΗ ΤΟΥ Α ΡΧΙΜΗΔΗ
Γνωστικό αντικείμενο: ΦΥΣΙΚ Η
Τάξη: Β
Μάθημα: Α ΝΩ ΣΗ- Πλεύση
Γενική ενότητα: ΥΓΡΑ
Προβλεπόμενος χρόνος: 2 διδακτικές ώ ρες
Α . Διδακτικοί στόχ οι:
1 . Να ε ίναι σ ε θέ σ η να δ ιατυπώ νο υν και να χρ ησ ιμο πο ιο ύν την
Αρ χή το υ Αρ χιμήδ η.
2 . Να μπο ρ ο ύν να με τρ ο ύν την τιμή της άνω σ ης .
3 . Να κατανο ήσ ο υν πω ς ό ταν έ να αντικε ίμε νο βυθίζε ται σ ε
υγρ ό , το βάρ ο ς το υ δ ε ν με ταβάλλε ται, αλλά ασ κε ίται από το
υγρ ό σ το αντικε ίμε νο μία δ ύναμη κατακό ρ υφη με φο ρ ά πρ ο ς
τα πάνω .
4 . Να πε ρ ιγρ άφο υν τι σ υμβαίνε ι και κάπο ια σ ώ ματα ε πιπλέ ο υν
μέ σ α σ ε υγρ ό , ε νώ άλλα ό χι.
Β. Γ ενικοί στόχ οι (Στάσεις, δεξ ιότητες, αξ ίες):
 Η ανάπτυξη της προσωπικότητας του µαθητή, µε τη καλλιέργεια
ανεξάρτητης σκέψης, ικανότητας για λογική αντιµετώπιση
καταστάσεων.
 Η διαρκής επαφή του µαθητή µε τον επιστηµονικό τρόπο σκέψης και
την επιστηµονική µεθοδολογία (παρατήρηση, συγκέντρωση -
αξιοποίηση πληροφοριών από διάφορες πηγές, διατύπωση υποθέσεων,
πειραµατικό έλεγχό τους, ανάλυση και ερµηνεία δεδοµένων, εξαγωγή
συµπερασµάτων, ικανότητα γενίκευσης καθώς και κατασκευής
προτύπων).
 Η απόκτηση βασικών γνώσεωνώστε να αποκτήσει ο µαθητής τη
δυνατότητα αξιολόγησης των επιστηµονικών και τεχνολογικών
εφαρµογών, για να είναι σε θέση ως µελλοντικός πολίτης να
τοποθετείται κριτικά απέναντί τους.
Γ. Εννοιολογικά εμπόδια:
1. Το στερεό σώμα, όταν βυθίζεται σε υγρό, χάνει το βάρος του.
2. Η άνωση σε βυθισμένο φελλό είναι μεγαλύτερη από την άνωση σε σιδερένιο
αντικείμενο ίσου όγκου.

2. Δ. Γνωσιακές προϋποθέσεις:
Οι διδασκόμενοιοφείλουν να γνωρίζουν:
1. Την έννοια βάρος.
2. Το τι ακριβώς μετρά ένα δυναμόμετρο.
3. Τη θεωρία περί πιεστικών δυνάμεων των υγρών.
Ε. Διαδικασίες:
1. Ένας μαθητής ζυγίζει με δυναμόμετρο ένα βαρύ αντικείμενο αρχικά στον αέρα
και στη συνέχεια με το αντικείμενο βυθισμένο στο νερό. Γράφει τις τιμές στον
πίνακα.
2. Δίνουμε στους μαθητές ένα φύλλο εργασίας με τέσσερα θέματα και δύο στήλες
για να απαντήσουν. Στην πρώτη από τις στήλες υπάρχει ο προσδιορισμός
απάντηση πριν από τη διδασκαλία και στη δεύτερη απάντηση μετά τη
διδασκαλία. Οι μαθητές καταγράφουν τις απαντήσεις τους στη πρώτη στήλη.
Απάντηση ΠΡΙΝ Απάντηση ΜΕΤΑ
α. Να σχεδιάσετε το
αντικείμενο καθώς ζυγίζεται
βυθισμένο στο νερό και να
σημειώσετε τις δυνάμεις που
ασκούνται σ’ αυτό.
β. Όταν ένα αντικείμενο
βυθίζεται στο νερό, το βάρος
του: i. Δεν μεταβάλλεται ii.
Ελαττώνεται iii. Αυξάνεται
Με ποιο συμφωνείτε;
γ. Να σχεδιάσετε ένα κομμάτι
φελλού να επιπλέει στο νερό
και να σημειώσετε τις
δυνάμεις που ασκούνται στο
φελλό. Να προτείνετε μία
θεωρητική ερμηνεία για το
γεγονός ότι ο φελλός
επιπλέει.
δ. Να σχεδιάσετε ένα
σιδερένιο αντικείμενο να
βυθίζεται στο νερό και να
σημειώσετε σε μία τυχαία
στιγμή της κίνησης τις
δυνάμεις που ασκούνται στο
βυθιζόμενο αντικείμενο.
3. Καλούμε όποιον μαθητή το επιθυμεί να εκθέσειτις απόψεις του για τα τέσσερα
παραπάνω θέματα. Κατόπιν παρουσιάζουμε την ιδέα ότι κατά τη βύθιση
οποιουδήποτε αντικειμένου σε οποιοδήποτε υγρό το βάρος του αντικειμένου δεν
ελαττώνεται αλλά ασκείται στο αντικείμενο, εκτός από τη δύναμη βάρος, και μία
δύναμη κατακόρυφη με φορά προς τα πάνω, η οποία λέγεται άνωση.

3. 4. Οι μαθητές εκτελούν το παρακάτω πείραμα:
Απαραίτητα υλικά και χρήσιμα όργανα:
συσκευή άνωσης µεταλλικός σύνδεσµος ποτήρι µε νερό
βάση στήριξης άγγιστρο υδροβολέας
ράβδος στήριξης δυναµόµετρο δείκτης
βαρίδι µάζας 1Kg ογκοµετρικός κύλινδρος νήµα
Πειραµατική διάταξη
Εκτέλεση του πειράµατος
1. Πραγµατοποιούµε τη διάταξη που φαίνεται στο σχήµα και µετράµε το βάρος Β της
συσκευής της άνωσης.
2. Ασκούµε µικρή, προς τα πάνω, δύναµη στον κύλινδρο της συσκευής και
παρατηρούµε την ένδειξη του δυναµοµέτρου.
3. Ρίχνουµε µια ποσότητα νερού από το ποτήρι (στην οποία έχουµε προσθέσει µικρή
ποσότητα δείκτη) στον ογκοµετρικό κύλινδρο και µετράµε τον όγκο V του νερού.
4. Τοποθετούµε τον ογκοµετρικό κύλινδρο στην ιδια κατακόρυφο µε το δυναµόµετρο,
βυθίζουµε τον κύλινδρο της συσκευής µέσα στο νερό και µετράµε το φαινόµενο
βάρος Βφ της συσκευής καθώς και τον φαινόµενο όγκο Vφ του νερού.

4. 5. Διατηρώντας βυθισµένο τον κύλινδρο γεµίζουµε µε νερό το δοχείο της συσκευής
και µετράµε το φαινόµενο βάρος της Βφ.΄
6. Υπολογίζουµε τον όγκο του υγρού Vε.υ που εκτοπίζεται από τον κύλινδρο
της συσκευής.
7. Υπολογίζουµε την άνωση Α που δέχεται ο κύλινδρος µε τη βοήθεια των ενδείξεων
του δυναµοµέτρου καθώς και µε τη βοήθεια του τύπου της.
8. Χωρίζουµε, σηµαδεύοντας µε µαρκαδόρο, τον όγκο Vo του βαριδιού σε τέσσερα
ίσα µέρη.
9. Βρίσκουµε µε τη βοήθεια δυναµοµέτρου το βάρος του βαριδιού καθώς και το
φαινόµενο βάρος του όταν αυτό είναι βυθισµένο στο νερό καθόλου, κατά το 1/4,
τα 2/4, τα 3/4 και τα 4/4 του όγκου του.
10. Υπολογίζουµε σε κάθε περίπτωση την άνωση και σχεδιάζουµε το διάγραµµα
A = f (Vε.υ).
Παρατηρήσεις
• Όταν ο κύλινδρος της συσκευής της άνωσης είναι βυθισµένος µέσα στο νερό που ρίξαµε
µέσα στον ογκοµετρικό σωλήνα, δεν πρέπει να έρχεται σε επαφή µε τα τοιχώµατα του
σωλήνα.
• Με την προσθήκη µικρής ποσότητας δείκτη σε νερό που βρίσκεται µέσα σε γυάλινο δοχείο
επιτυγχάνουµε να διακρίνεται σαφέστερα η ελεύθερη επιφάνεια του νερού.
• Για τους υπολογισµούς η πυκνότητα του νερού ελήφθη ίση µε 0.001 kg/cm3 και η
επιτάχυνση της βαρύτητας ίση µε 9.8 m/s2.
5. Θέτουμε το ρητορικό ερώτημα <<από τι εξαρτάται η τιμή της άνωσης>>, και
παρουσιάζουμε την απάντηση του Αρχιμήδη. Αναλύουμε διεξοδικά τι σημαίνει
βάρος εκτοπιζόμενου υγρού.
6. Για την κατανόηση της έννοιας της άνωσης θέτουμε στους μαθητές τα
ακόλουθα ερωτήματα:
α. Ένα δοχείο ενός λίτρου εντελώς γεμάτο με μόλυβδο έχει μάζα 11,3 kg και
βρίσκεται βυθισμένο σε νερό. Πόση άνωση δρα πάνω του;
β. Μία πέτρα πετιέται σε μία βαθιά λίμνη. Μήπως η άνωση μεγαλώνει, καθώς
βουλιάζει ολοένα πιο βαθιά; Μήπως η άνωση μικραίνει;
γ. Αφού η άνωση είναι η ολική δύναμη που ασκεί ένα ρευστό σε ένα σώμα, κι
αφού γνωρίζουμε πως η ολική δύναμη προκαλεί επιτάχυνση, γιατί ένα
βυθισμένο σώμα δεν επιταχύνεται;

5. 7. Ανεξάρτητα από τις απαντήσεις που δίνουν οι μαθητές, σημειώνουμε ότι η
άνωση σχετίζεται με τον όγκο του εκτοπιζόμενου ρευστού και όχι με το βάρος
του σώματος που το εκτοπίζει. Αναφέρουμε παράδειγμα: Η άνωση που ασκείται
σε ένα βυθισμένο τούβλο μολύβδου με όγκο 1000 cm3
είναι ίση με την άνωση
που ασκείται σε 1000 cm3
αλουμινίου ή οποιουδήποτε άλλου υλικού.
Η άνωση εξαρτάται μόνο από τον όγκο του εκτοπιζόμενου ρευστού και είναι
αριθμητικώς ίση με το βάρος του εκτοπιζόμενου όγκου.
8. Μεταξύ των μαθητών είναι διαδεδομένη η άποψη ότι τα βαριά σώματα
βουλιάζουν και τα ελαφριά επιπλέουν. Για την αντιμετώπιση αυτής της άποψης
είναι χρήσιμο να γίνει ένας πίνακας με σώματα που βουλιάζουν και σώματα που
επιπλέουν. Ο πίνακας μπορεί να συμπληρωθεί, αν ρίξουμε διάφορα σώματα σε
μία λεκάνη με νερό και σημειώσουμε ποια από αυτά βουλιάζουν και ποια
επιπλέουν. Με συζήτηση μπορεί να γίνει εύκολα κατανοητό ότι, αν ήταν σωστή
η άποψη ότι τα βαριά βουλιάζουν, ενώ τα ελαφριά επιπλέουν, τότε ένα
δεξαμενόπλοιο θα έπρεπε να ήταν ελαφρότερο από ένα μικρό κέρμα.
Για να δείξουμε ότι δεν παίζει ρόλο μόνο το βάρος, μπορούμε να
χρησιμοποιήσουμε ένα κομμάτι πλαστελίνης αρχικά στη μορφή βόλου, οπότε
βουλιάζει, και στη συνέχεια το πλάθουμε σα βάρκα, οπότε επιπλέει.
9. Θέτουμε στους μαθητές την εξής ερώτηση: Μία βάρκα με το βαρκάρη της είναι
φορτωμένη με κομμάτια σιδήρου και πλέει σε μία πισίνα. Το νερό στην πισίνα
είναι ίσα-ίσα με τα χείλη της. Αν ο βαρκάρης ρίξει τα κομμάτια του σιδήρου
μέσα στο νερό, τότε:
i. Το νερό της πισίνας θα μείνει στο ίδιο ύψος.
ii. Το νερό της πισίνας θα ανέβει και η πισίνα θα ξεχειλίσει.
iii.Το νερό της πισίνας θα κατέβει.
Δικαιολογήστε την απάντησή σας.
10. Αφού ακούσουμε τις απόψεις των μαθητών, προχωρούμε στην εκτέλεση του
παρακάτω πειράματος:
Υλικά: Ένα πλαστικό μπουκάλι από αναψυκτικό, ένα πλαστικό διαφανές
ποτήρι (αναψυκτικού), βίδες, ή κέρματα, καρφάκια κτλ.
Εκτέλεση πειράματος: Κόβουμε το πλαστικό μπουκάλι εκεί που αρχίζει να
στενεύει, οπότε έχουμε ένα στενόμακρο δοχείο. Γεμίζουμε το δοχείο αυτό με
νερό, μέχρι περίπου 10 cm από την επιφάνειά του.
Τοποθετούμε το πλαστικό ποτήρι όρθιο με τον πυθμένα του να ακουμπάει στο
νερό και βάζουμε μέσα στο ποτήρι βίδες και καρφάκια, μέχρι το ποτήρι να
πλέει μεν αλλά αρκετά βυθισμένο στο νερό. Προσθέτουμε προσεχτικά νερό
στο πλαστικό δοχείο, ώστε το νερό να φτάσει μέχρι τα χείλη του δοχείου.
Βγάζουμε τώρα το πλαστικό ποτήρι, αδειάζουμε τις βίδες κτλ μέσα στο νερό
του δοχείου και στη συνέχεια βάζουμε και το ποτήρι άδειο να πλέει στο νερό.
Τι έγινε με τη στάθμη του νερού; Γιατί η στάθμη έπεσε;
11. Οι μαθητές αφού αναρωτηθούν για τις απαντήσεις των παραπάνω
ερωτημάτων, επιστρέφουν στο φύλλο εργασίας με τα τέσσερα θέματα,
συμπληρώνουν τη στήλη απάντηση μετά τη διδασκαλία και συγκρίνουν τις
απαντήσεις τους πριν και μετά τη διδασκαλία.