ΦΥΣΙΚΗ Α΄ΓΥΜΝ.

Η μέτρηση της μάζας και του βάρους

1. Η εμπειρία-μνήμη.

Όταν φυσήξει, ο άνεμος «παίρνει» τα φύλλο από χαρτί  που είχαμε αφήσει πάνω στο τραπέζι,  παίρνει και τα φύλλα του δέντρου,  δεν «σηκώνει» όμως μια πολυθρόνα  ή ένα αυτοκίνητο…....αν και μερικές φορές μας εκπλήσσουν οι ικανότητες του.  Παίρνει εκείνα που αντιστέκονται λιγότερο. Παίρνει εκείνα με τη μικρότερη ΜΑΖΑ, λένε οι φυσικοί .

Το τούβλο και το φύλλο από χαρτί :  

Η εμπειρία μας διδάσκει ότι ένα σώμα όπως το τούβλο 

αντιστέκεται  στη μετακίνησή του,  περισσότερο από ένα φύλλο χαρτιού.

Έχει μεγαλύτερη μάζα λένε οι φυσικοί.

Μας διδάσκει, όμως,  και κάτι άλλο:

Ότι το τούβλο είναι βαρύτερο από το φύλλο του χαρτιού.

2. Η εργαστηριακή εμπειρία

Παρατηρούμε δύο όμοια  τενεκεδένια κουτιά και ο καθηγητής δηλώνει ότι το ένα είναι άδειο, το άλλο γεμάτο με άμμο.

Να διατυπώσετε ένα τρόπο, ώστε να βρείτε ποιο είναι το γεμάτο, χωρίς όμως να κοιτάξετε μέσα στο κάθε κουτί.

__________________________________________________________________________________________________________

Αφού διαπιστωθεί ποιό κουτί  είναι το γεμάτο με άμμο, να εκτιμήσετε ποιο από τα δύο είναι βαρύτερο. Με ποιό τρόπο οδηγηθήκατε σε αυτό το συμπέρασμα;

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

   Συμπεράσματα:

α. Η αντίσταση- δυσφορία στη μετακίνηση είναι – γενικώς – για κάθε σώμα διαφορετική.

β. Το σώμα που εκδηλώνει μεγαλύτερη δυσφορία εμπεριέχει και περισσότερο υλικό.  Συνηθίζουμε να λέμε ότι έχει μεγαλύτερη μάζα

γ. Το σώμα που εκδηλώνει μεγαλύτερη δυσφορία, δηλαδή έχει τη μεγαλύτερη μάζα ,δέχεται και μεγαλύτερη δύναμη από τη Γη, δηλαδή  έχει και μεγαλύτερο βάρος.

δ.  Η  μάζα κάθε σώματος είναι ανάλογη προς το βάρος του. Δηλαδή:

·  Ένα σώμα με διπλάσια μάζα  από ένα άλλο, έχει και διπλάσιο βάρος από αυτό.

·   Όμοια αν το βάρος ενός σώματος Α είναι τριπλάσιο από το  βάρος ενός άλλου σώματος  τότε και ______________________________________

3. Να μετρήσουμε τη μάζα:

Όργανο για τη μέτρηση της μάζας είναι ________________του εργαστηρίου βαθμολογημένος σε μονάδες μάζας.

α. Ποια εκτιμάτε ότι είναι η μάζα του σώματος που σας δίνεται σε γραμμάρια;

______________________________________________________

β. Αν γνωρίζετε ότι η μάζα ενός λεμονιού μέτριου μεγέθους είναι 100 περίπου γραμμάρια θα διατηρούσατε ή θα αλλάζατε την εκτίμηση σας;   _____________ 

γ. Να ζυγίσετε το αντικείμενο με εργαστηριακό ζυγό και να ανακοινώσετε το αποτέλεσμα. Να καταγράψετε την τιμή αυτή και να σχολιάσετε τη διαφορά ανάμεσα στις προηγούμενες εκτιμήσεις σας και σε αυτήν που έδωσε η μέτρηση.  

__________________________________________________________________________________________________________

4. Μια μονάδα μέτρησης για όλους τους λαούς:

Οι Γάλλοι, όταν είχε επικρατήσει η Επανάσταση, αφού πρότειναν την μονάδα «ένα μέτρο», προχώρησαν και σε πρόταση για τη μονάδα μάζας. Μπορούμε να φανταστούμε έναν κύβο πλευράς 1 dm γεμάτο με νερό. Τον όγκο του τον ονόμασαν «ένα λίτρο». Πρότειναν ότι η μάζα του νερού όγκου ενός λίτρου θα λέγεται <<ένα κιλό>>, ή ένα χιλιόγραμμο συμβολίζεται με "1 kg"  Ένα κιλό είναι η μάζα του νερού σε φιάλη του ενός λίτρου. Το ένα χιλιοστό του χιλιογράμμου είναι το ένα γραμμάριο. Συμβολίζεται με "1 g ".

Ένα σύμβολο για τη μάζα. Το σύμβολο που έχει επικρατήσει για τη μάζα είναι το “m”. Αν ένα σώμα έχει μάζα 230 γραμμαρίων γράφουμε ______________

5. Η μάζα και ο όγκος

Ποιο ζυγίζει περισσότερο ένα κιλό σίδερο ή ένα κιλό νερό;

Αυτό που συμβαίνει είναι ότι ένα κιλό σίδερο έχει την ίδια________ και το ίδιο βάρος με ένα κιλό νερό, αλλά δεν καταλαμβάνουν τον ίδιο χώρο. Ο όγκος τους διαφέρει, λένε οι φυσικοί.

Κάθε αντικείμενο, σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, έχει ορισμένη μάζα και ορισμένο όγκο.  Μια ποσότητα νερού μάζας  1 kg έχει όγκο ενός λίτρου , αλλά ένα κομμάτι σίδερο με την ίδια μάζα έχει όγκο γύρω  0,127 λίτρα , έχει οκτώ περίπου φορές μικρότερο όγκο.

Στη γλώσσα της Φυσικής λέμε ότι η πυκνότητα του σιδήρου είναι ……….……..γραμμάρια σε κάθε κυβικό εκατοστό και γράφουμε 

ρ = …………g/cm³ =……………..  g/ml

Αντίστοιχα, για το νερό λέμε ότι έχει πυκνότητα ρ =………….  g/cm³=….……g/ml

6. Ο «αόρατος» αέρας. Έχει μάζα; Έχει βάρος;

Όταν φυσάει,   μας κάνει να υποψιαζόμαστε  την παρουσία κάποιου σώματος –φαντάσματος.

Υποψιάζεστε αν αυτό περιέχει ποσότητα ύλης; Με απλά λόγια, έχει μάζα ;

Να επιλέξετε μία απάντηση στα  ερωτήματα του φυλλαδίου που παρατίθεται πιο κάτω:

Φύλλο εργασίας  1

1. Η μάζα του αέρα στην τάξη είναι κατά τη δική μου εκτίμηση:

α. Μηδέν  

β. Γύρω στα 5 γραμμάρια  

γ. Γύρω στα 80 γραμμάρια ; 

δ. Γύρω στο 1 kg 

ε. Περισσότερο από 2 kg;

2. Ο αέρας στη σχολική αίθουσα

α. Έχει βάρος μεγαλύτερο από το βάρος ενός μήλου;

β. Έχει βάρος μικρότερο από το βάρος ενός μήλου ;

γ. Δεν έχει βάρος ;

 Σωστές ή λανθασμένες άραγε να είναι οι υποθέσεις μας;

 Γίνεται γνωστό στη συνέχεια  ότι οι  μετρήσεις έχουν δείξει ότι ένα κυβικό μέτρο αέρα έχει μάζα 1,3 kg  .

 Να υπολογίσετε αρχικά τον όγκο της αίθουσας  σας

_________________________________________

και στη συνέχεια τη μάζα του αέρα που περιέχει.

_________________________________________

_________________________________________

3. Μετά από τη συζήτηση στην τάξη οι σωστές απαντήσεις είναι :

1-

2-

7. Τι θα συμβεί αν ζεστάνουμε τον αέρα;

·   Θα αλλάξει ο όγκος του ; _______
    Ποια απλή σκέψη σας επιτρέπει να βγάλετε το συμπέρασμα σας;

___________________________________________________________________________________________________________________________

·    Θα αλλάξει η μάζα του ;_______
     Ποια σκέψη σας επιτρέπει να βγάλετε το συμπέρασμα σας;

______________________________________________________________________________________________________________________

Όλες οι μετρήσεις που έχουν γίνει δείχνουν ότι όταν θερμαίνουμε ένα σώμα αυξάνεται  _____________, ενώ με την ψύξη ελαττώνεται _____________

Μια μικρή «ανωμαλία» παρουσιάζει το νερό.

8. Η μάζα και το βάρος:

Τι σημαίνει «βάρος» σύμφωνα με τη Φυσική ;

Κρατάμε στο χέρι ένα αντικείμενο . Όταν το αφήσουμε κινείται προς το έδαφος.

Μια ιδέα του 17^ου αιώνα. Η Γη  «τραβά» όλα τα σώματα προς το μέρος της.

Η εμπειρία. Όταν κρεμάσουμε ένα αντικείμενο σε ελατήριο, το ελατήριο __________ Το αντικείμενο τραβάει το ελατήριο προς το μέρος του. Στη γλώσσα της Φυσικής λέμε:  « Η Γη ασκεί δύναμη στο αντικείμενο, με κατεύθυνση προς το έδαφος».

Τη δύναμη αυτή τη λέμε « βάρος  του σώματος ».

Μια και το ελατήριο είναι σε επαφή με το αντικείμενο, επιμηκύνεται δηλ. αυξάνεται το μήκος του.    Στη γλώσσα της Φυσικής λέμε «το αντικείμενο ασκεί δύναμη στο ελατήριο» . 

Είναι άραγε το βάρος, η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα σ’αυτή την περίπτωση;

Που θα κατέληγε το αντικείμενο αν δεχόταν μόνο τη βαρυτική δύναμη; ________________________

Εύκολα λοιπόν συμπεραίνουμε ότι το αντικείμενο δέχεται μια δύναμη με διαφορετικά χαρακτηριστικά από αυτήν του βάρους. Ποιος ασκεί τη νέα δύναμη στο αντικείμενο;  _________________________________________

9. Πώς θα μετρήσουμε το βάρος;

Κάθε δύναμη μπορούμε να τη μετρήσουμε με  ένα όργανο που ονομάζεται  δυναμόμετρο. Η μονάδα μέτρησης της δύναμης στη φυσική είναι το ένα νιούτον. Συμβολίζεται με 1 Ν. Με το δυναμόμετρο μπορούμε να μετράμε και το βάρος ενός σώματος, μια  και το βάρος εκφράζει τη δύναμη που ασκεί η Γη σε κάθε σώμα. Ένα νιούτον είναι όσο περίπου το βάρος ενός  αντικειμένου με μάζα  100 γραμμαρίων.

Ο εργαστηριακός ζυγός λειτουργεί με βάση τη δύναμη που ασκείται σε αυτόν. Αν σπρώξουμε – πιέσουμε την πλατφόρμα του ζυγού με το χέρι, ο ζυγός θα δώσει μη μηδενική ένδειξη.  Με τον ζυγό, ωστόσο,  μπορούμε να μετρήσουμε και το βάρος αλλά και τη μάζα. Ωστόσο οι ζυγοί του εργαστηρίου είναι τις περισσότερες φορές βαθμολογημένοι σε μονάδες μάζας και μας δείχνουν τη μάζα του σώματος.  

Εργαστήριο. Το πείραμα που ακολουθεί μας βοηθάει να καταλάβουμε σε ποιες παρατηρήσεις στηρίζεται η χρήση του δυναμομέτρου. 

Έχουμε ένα  κατακόρυφο ελατήριο στερεωμένο από το  ανώτερο άκρο του σε ένα ορθοστάτη. Οι μαθητές μετρούν το μήκος του και το καταγράφουν στο φύλλο εργασίας.   Κρεμούν στη συνέχεια ένα βαρίδι 100 γραμμαρίων και βρίσκουν  ξανά  το μήκος του ελατηρίου. Τοποθετούν διαφορετικά βαρίδια και συμπληρώνουν ένα πίνακα. Στην πρώτη στήλη του πίνακα καταγράφουν τη μάζα κάθε σώματος που εξαρτάται από το ελατήριο. Στη δεύτερη στήλη καταγράφουν το βάρος των σωμάτων αυτών και στην τρίτη στήλη  την επιμήκυνση του ελατηρίου( δηλ. κατά πόσο αυξήθηκε το μήκος του ελατηρίου).  

ΜΑΖΑ	ΒΑΡΟΣ	ΕΠΙΜΗΚΥΝΣΗ

  

Συμπεράσματα : 
Η αύξηση του μήκους του ελατηρίου είναι ανάλογη προς το βάρος του σώματος που κρεμάσαμε. Εφόσον το βάρος θεωρείται «δύναμη» μπορούμε να ισχυριστούμε ότι :

Η αύξηση του μήκους του ελατηρίου είναι ανάλογη προς τη δύναμη που ασκείται στο σώμα που κρεμάσαμε.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ:

1.Με ποια από τα παρακάτω προτάσεις συμφωνείτε ; Με ποια διαφωνείτε;

α. Η  «αντίσταση- δυσφορία» την οποία εκδηλώνει ένα σώμα στη μετακίνησή του περιγράφεται με την έννοια όγκος.

β. Ένα σώμα Α έχει μάζα 3-πλάσια από ένα άλλο Β. Το βάρος του Α είναι 9-πλάσιο από το βάρος του Β.

γ. Ένα σώμα Α έχει μάζα 4-πλάσια από ένα άλλο Β. Το βάρος του Α είναι 4-πλάσιο από το βάρος του Β.

δ. Αν ένα χάλκινο αντικείμενο ένα ζεστό πρωινό του Ιουλίου έχει μάζα 200 g, η μάζα του μια κρύα νύχτα του χειμώνα θα είναι λίγο μικρότερη

ε. Ο αέρας της σχολικής αίθουσας έχει μάζα αλλά δεν έχει βάρος.

2. Το αυτοκίνητο.

Ένα αυτοκίνητο έχει κατασκευαστεί από 770 κιλά χάλυβα, 180 κιλά σίδηρο, 110 κιλά πλαστικό, 80 κιλά αλουμίνιο και 60 κιλά ελαστικών. Υπάρχουν και ορισμένα ακόμα μέταλλα αλλά σε πολύ μικρές αναλογίες και η συμμετοχή τους στη διαμόρφωση του βάρους μπορεί να αγνοηθεί. Πόση είναι περίπου η μάζα του αυτοκινήτου;