Wiązka zadań
Podróż na Księżyc
W fizyce poprzez nieważkość rozumiemy stan, w którym w układzie nie występują siły nacisku. W szczególności stan ten występuje w układzie poruszającym się wyłącznie pod wpływem sił grawitacji.
Zadanie 1
Wyobraźmy sobie, że pewien statek kosmiczny realizuje wahadłowo loty turystyczne pomiędzy Ziemią a Księżycem. Z wyjątkiem manewru startu, lądowania i ewentualnej korekty kursu, statek w ogóle nie potrzebuje napędu ze względu na brak oporów ruchu.
Rozstrzygnij, kiedy pasażerowie statku byliby w stanie nieważkości jeśli silniki pojazdu byłyby wyłączone.
| Etap podróży | Stan nieważkości? |
| 1. Odcinek trasy, na którym Ziemia działa na statek silnej niż Księżyc. | |
| 2. Punkt, w którym oddziaływania grawitacyjne Ziemi i Księżyca równoważą się. | |
| 3. Odcinek trasy, na którym Księżyc działa na statek silniej niż Ziemia. |
Poprawna odpowiedź
1. Tak., 2. Tak., 3. Tak.
Wymaganie ogólne
3 Wskazywanie w otaczającej rzeczywistości przykładów zjawisk opisywanych za pomocą poznanych praw i zależności fizycznych.
Wymaganie szczegółowe
1.4 Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń wyjaśnia, na czym polega stan nieważkości, i podaje warunki jego występowania
Komentarz
Prezentowane zadanie sprawdza umiejętność wnioskowania na podstawie tekstu. W tekście podana została definicja stanu nieważkości. Na podstawie przytoczonej definicji uczeń ma ocenić, czy w sytuacjach zestawionych w tabeli pasażerowie statku kosmicznego odczuwaliby stan nieważkości. Aby to rozstrzygnąć, wystarczyło po kolei sprawdzać, czy w opisanych sytuacjach są spełnione warunki zaistnienia tego stanu.
Zadanie zostało wykorzystane w badaniu, w którym wzięli udział uczniowie klas drugich liceów ogólnokształcących. Rozwiązywalność całego zadania była bardzo słaba – tylko 2% uczniów oceniło prawidłowo wszystkie trzy sytuacje. Rozwiązywalność poszczególnych wierszy wynosiła 24,5 % w przypadku wiersza pierwszego, 67% w przypadku wiersza drugiego i 42,5% w przypadku wiersza trzeciego.
Aby prawidłowo rozwiązać zadanie, wystarczyło zauważyć, że w każdej z opisanych sytuacji statek z wyłączonym silnikiem porusza się wyłącznie pod wpływem siły grawitacji, zatem są spełnione warunki zaistnienia stanu nieważkości – w każdym wierszu należało wybrać odpowiedź „Tak”. Najprawdopodobniej uczniowie zignorowali jednak definicję podaną we wprowadzeniu do zadania i próbowali je rozwiązywać, analizując wypadkową sił grawitacji Ziemi i Księżyca. Najwięcej osób wskazało punkt, w którym te siły się równoważą za miejsce, w którym odczuwalny jest stan nieważkości. Analogicznie – najmniej osób wybrało prawidłową odpowiedź w sytuacji, w której Ziemia działała na statek większą siłą niż Księżyc.
Wynik zadania sugeruje, że uczniom całkowicie umknęło, iż wartość siły grawitacji działającej w danym punkcie na statek nie ma żadnego wpływu na to, czy jego pasażerowie będą odczuwać nieważkość, czy nie. Ważne, aby na poruszający się statek nie działały żadne inne siły. Nie bez znaczenia mógł się również okazać fakt, że we wszystkich trzech wierszach należało udzielić takiej samej odpowiedzi. Z badań prowadzonych w Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych wynika bowiem, że rozwiązywalność tego typu zadań jest stosunkowo niska.
Zadanie 2
Opis zjawisk związanych z nieważkością możemy spotkać w literaturze, np.: Juliusz Verne w książce „Wokół Księżyca” opisuje podróż z Ziemi na Księżyc statkiem, któremu na początku lotu nadano pewną prędkość i który dalej porusza się bez napędu. Zgodnie z wizją autora, pasażerowie statku w miarę oddalania się od Ziemi odczuwali coraz mniejszy ciężar, by w punkcie równowagi osiągnąć na godzinę stan nieważkości. Następnie, w miarę dalszego zbliżania się do Księżyca, zaczęli odczuwać rosnący ciężar skierowany ku jego tarczy. Opis ten nie jest jednak prawdziwy z punktu widzenia praw fizyki.
Oceń na których etapach podróży pasażerowie nie mogli odczuwać ciążenia w statku poruszającym się bez napędu.
| Etap podróży | Czy pasażerowie odczuwali ciążenie? |
| 1. Odcinek trasy, na którym Ziemia działa na statek silnej niż Księżyc. | |
| 2. Punkt, w którym oddziaływania grawitacyjne Ziemi i Księżyca równoważą się. | |
| 3. Odcinek trasy, na którym Księżyc działa na statek silniej niż Ziemia. |
Poprawna odpowiedź
1. Nie., 2. Nie., 3. Nie.
Wymaganie ogólne
3 Wskazywanie w otaczającej rzeczywistości przykładów zjawisk opisywanych za pomocą poznanych praw i zależności fizycznych.
Wymaganie szczegółowe
1.4 Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń wyjaśnia, na czym polega stan nieważkości, i podaje warunki jego występowania
Komentarz
To zadanie jest innym wariantem opisanego powyżej zadania dotyczącego stanu nieważkości. Jego fabuła jest jednak nieco bardziej rozbudowana, ponieważ wpleciono w nią opis zaczerpnięty z książki Juliusza Verne. Jak zaznaczono w tekście, opis ten nie jest prawdziwy z punktu widzenia praw fizyki. Zadaniem ucznia jest ocena zestawionych w tabeli sytuacji i określenie dla każdej z nich, czy pasażerowie mogli odczuwać ciążenie.
Aby prawidłowo rozwiązać zadanie, uczniowie powinni uświadomić sobie, że ciążenia nie odczuwamy w stanie nieważkości. Podobnie jak w poprzednim wariancie, należy kolejno przeanalizować opisane sytuacje, zastanawiając się, czy są spełnione warunki do zaistnienia stanu nieważkości. Jak się okazuje, we wszystkich trzech sytuacjach warunki te są spełnione, zatem pasażerowie nie mogli odczuwać ciążenia na żadnym etapie podróży (należy zaznaczyć w każdym wierszu odpowiedź „Nie”).
Rozwiązywalność całego zadania okazała się znikoma – tylko 1% uczniów zaznaczyło prawidłowo wszystkie trzy odpowiedzi. Rozwiązywalność poszczególnych wierszy wynosił odpowiednio 31,8% dla wiersza pierwszego, 61,7% dla wiersza drugiego oraz 49,8% dla wiersza trzeciego. Podobieństwo tych wyników do wyników uzyskanych dla poprzedniego wariantu zadania sugeruje, że również w tym przypadku uczniowie próbowali analizować wypadkową siłę grawitacji działającą na statek, zamiast posłużyć się definicją stanu nieważkości podaną we wstępie.
Utwór jest chroniony prawem autorskim. Zasady i warunki korzystania z niego określa Regulamin Serwisu Bazy Dobrych Praktyk.
"Masz uwagi do treści? Uważasz, że zawiera błąd? Napisz na bnd@ibe.edu.pl
