Droga hamowania

Poprawna odpowiedź

D

Wymaganie ogólne

1 Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązania prostych zadań obliczeniowych.
4 Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy przeczytanych tekstów (w tym popularno-naukowych).

Wymaganie szczegółowe

1.12. Ruch prostoliniowy i siły. Uczeń opisuje wpływ oporów ruchu na poruszające się ciała.
2.3. Energia. Uczeń opisuje wpływ wykonanej pracy na zmianę energii

Komentarz

Zadanie może być wykorzystane zarówno na sprawdzianie, jak i na lekcji.

Do poprawnego rozwiązania zadania wymagana jest znajomość jednego, ale istotnego faktu, że energia kinetyczna ciała rośnie z kwadratem jego prędkości. W związku z tym energia kinetyczna samochodu przy prędkości 100 km/h jest czterokrotnie większa od jego energii przy prędkości 50 km/h. Przy tych samych warunkach zewnętrznych wydłuża to czterokrotnie drogę hamowania  jeżeli oczywiście założymy, że siła hamująca ruch nie zależy od prędkości samochodu.

Zadanie nie wymaga żadnych skomplikowanych obliczeń – jedyne potrzebne działania można bez najmniejszego problemu wykonać w pamięci. Nie wymaga też zaawansowanych procesów myślowych.

Poniżej pokazano wyniki badania wykonanego  na losowej próbie około 5000 uczniów klas I szkół ponadgimnazjalnych. Badaną populację podzielono według uzyskanych wyników na osiem równolicznych grup, nadając im numery od 1 do 8 (1 – uczniowie najsłabsi, 8 – najlepsi).

Liczby 1-8 na poziomej osi oznaczają numer grupy, a liczby na pionowej osi – procent uczniów z danej grupy, jaki wybrał daną odpowiedź.

Poniżej zamieszczono wykres przedstawiający ilość poprawnych i niepoprawnych odpowiedzi wszystkich uczniów.

Jak widać, zadanie poprawnie rozwiązała znikoma część uczniów – nawet wśród najlepszych zadanie miało poziom rozwiązywalności równy przypadkowemu wyborowi (1/4).

Przytłaczająca większość zarówno słabych, jak i dobrych uczniów wybrała odpowiedź, w której droga hamowania jest proporcjonalna do prędkości początkowej. Może to wynikać z faktu, iż w gimnazjalnej rzeczywistości na lekcjach fizyki uczniowie mają do czynienia prawie zawsze z proporcjonalnością prostą i rozwiązując powyższe zadanie, sugerowali się taką zależnością.

W programie nauczania fizyki w gimnazjum uczeń spotyka zależność inną niż proporcja w zasadzie tylko dwa razy.  Opisują ją dwa wzory, w których pojawia się kwadrat wielkości fizycznej: zależność drogi w ruchu przyspieszonym od czasu oraz właśnie zależność energii kinetycznej od prędkości. Odpowiedzi świadczą o tym, iż uczniowie zupełnie nie znają zależności między energią kinetyczną a kwadratem prędkości – być może pamiętają jedynie, że energia kinetyczna wiąże się z prędkością.

W zadaniu występuje istotny element powiązania mechaniki z realnym światem, opisywany w wielu podręcznikach. Przyszli kierowcy powinni zdawać sobie sprawę, że dwukrotne zwiększenie prędkości wydłuża drogę hamowania aż czterokrotnie. Tymczasem, jak widać, uczniowie nie tylko nie mają takiej świadomości, ale co więcej, znaczna część z nich wybiera odpowiedź A – zupełnie wydawałoby się nieprawdziwą już na pierwszy rzut oka. Wynikający bowiem z niej wniosek – im szybciej jadę, tym krótsze będzie hamowanie – powinien w zupełności wystarczyć do jej odrzucenia.

Słowa kluczowe