Kolejka górska

Poprawna odpowiedź

1. A., 2. A.

Wymaganie ogólne

1 Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązania prostych zadań obliczeniowych.

Wymaganie szczegółowe

1.3. Ruch prostoliniowy i siły. Uczeń podaje przykłady sił i rozpoznaje je w różnych sytuacjach praktycznych
1.9. Ruch prostoliniowy i siły. Uczeń posługuje się pojęciem siły ciężkości

Komentarz

Zadanie sprawdza rozumienie pojęcia „siła ciężkości” i zostało wykorzystane w badaniu, w którym wzięli udział uczniowie klas trzecich gimnazjum. Aby je rozwiązać, uczeń powinien zastanowić się nad kierunkiem działania ziemskiej grawitacji (ciążenia). W tym celu można zaproponować uczniom wykonanie prostego doświadczenia, polegającego na upuszczeniu przedmiotu trzymanego w ręku. Nietrudno zauważyć, że przedmiot ten spadnie na podłogę po trajektorii prostopadłej do jej powierzchni. Dzieje się tak dlatego, że grawitacja działa w kierunku środka naszej planety, który z punktu widzenia obserwatora na jej powierzchni, jest odbierany jako kierunek góra-dół. 

W zadaniu przedstawiono nieco bardziej skomplikowany problem: wagonik porusza się po torze krzywoliniowym, imitującym góry, a kąt, jaki tworzy jego podłoga z kierunkiem pionowym zmienia się w zależności od aktualnego położenia wagonika. Nie należy jednak zapominać, że kierunek działania siły grawitacji jest prostopadły do powierzchni Ziemi, a nie do podłogi wagonika. W obu położeniach ciążenie działać będzie pionowo w dół, co reprezentują strzałki oznaczone literą A. Niestety nie było to aż tak oczywiste dla osób biorących udział w badaniu i zadanie zostało prawidłowo rozwiązane przez 37,7% uczniów. 

W przypadku pierwszego z przedstawionych położeń, prawidłowej odpowiedzi udzieliło 61,2% uczniów, natomiast w przypadku położenia drugiego – już tylko 45,9%. Uzyskane wyniki wskazują na fakt, iż uczniowie nie do końca rozumieją, czym jest siła grawitacji i jakie są konsekwencje jej istnienia. Na przykład, w drugiej części zadania wybór odpowiedzi B (18,2%) może się wiązać z błędnym przekonaniem, że ciążenie działa prostopadle do kierunku podłogi (a nie do powierzchni Ziemi). Trudno jednak wytłumaczyć, dlaczego spory odsetek uczniów wskazywał w tej części wektor D (24,1%). W zależności od tego, w którą stronę jedzie kolejka, można go interpretować jako siłę napędu lub jako tarcie. Tymczasem w pierwszej części zadania wektor C (ta sama siła) był wybierany przez znikomy odsetek uczniów (2,9%), a najczęściej wskazywaną odpowiedzią niepoprawną okazała się odpowiedź B (34,1%). 

Tego typu niekonsekwencje pozwalają przypuszczać, że uczniowie mieli spory problem ze zrozumieniem, jakie oddziaływania fizyczne można przypisać poszczególnym siłom zaznaczonym przy pomocy wektorów. Warto mieć to na uwadze przy wprowadzaniu i omawianiu poszczególnych sił na lekcjach w gimnazjum. Ze względu na brak obowiązku posługiwania się pojęciem wektora na tym etapie edukacyjnym, możliwe jest, że niektórzy uczniowie kojarzą daną siłę ze wzorem na jej wartość, a nie z realnym oddziaływaniem fizycznym, które działa w określonym kierunku i wywołuje konkretne skutki.

Słowa kluczowe