Διδακτικά Βιβλία του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναζήτηση

Βρες
Εμφάνιση

5.1. Από τη βιολογική εργασία στο φυσικό έργο

Η Φυσική ενδιαφέρεται για οτιδήποτε έχει σχέση με την έννοια "εργάζομαι". Μια έννοια που σχετίζεται με την κόπωση, την προσφορά, την κατανάλωση και την εξέλιξη. Στην εικόνα 5.1 φαίνονται χαρακτηριστικά στιγμιότυπα από την καθημερινή ζωή όπου κάποιος καταβάλλει ή έχει καταβάλει προσπάθεια.

Εικόνα 5.1. Χαρακτηριστικές περιπτώσεις παραγωγής ή κατανάλωσης ενέργειας

Ο νεαρός της εικ. 5.1(α) στέκεται κρατώντας ένα χαρτοφύλακα στο χέρι. Ο ίδιος νεαρός βαδίζει οριζόντια στην εικ. 5.1(β). Στην εικ. 5.1(γ) ο νεαρός επιχειρεί να αφήσει το χαρτοφύλακα στο έδαφος. Ο άντρας της εικ. 5.1(δ) μετακινεί κιβώτιο σε οριζόντιο έδαφος. Κάποιο χέρι περιστρέφει σώμα σε οριζόντιο επίπεδο, εικ. 5.1(ε). Τέλος, κάποιος έριξε το σώμα της εικ. 5.1(ζ) οριζόντια στο λείο έδαφος.

Είναι φανερό ότι καταναλώνεται, από βιολογική άποψη, ενέργεια από τον άνθρωπο σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις. Το ερώτημα είναι: "Αξιοποιείται αυτή η ενέργεια, από ποιον και με ποιο τρόπο;".

Στη Φυσική χρειαζόμαστε κάποιο μέγεθος που να είναι υπεύθυνο για τις μεταβολές, για τη μεταφορά και για τις μετατροπές της ενέργειας από μια μορφή σε μια άλλη. Το μέγεθος αυτό είναι το έργο. Εκδηλώσεις έργου είναι, λοιπόν, εκείνες που οδηγούν σε μετασχηματισμό ή σε μεταβολή κάποιας μορφής ενέργειας. Η επιλογή αυτή μοιάζει να οδηγεί σε μια σύζευξη, σε ένα "πάντρεμα" έργου και ενέργειας.

Συνηθίσαμε να λέμε πως υπάρχει έργο δύναμης, όταν μετατοπίζεται το σημείο εφαρμογής της κατά τη διεύθυνση στην οποία η δύναμη επενεργεί. Αν δεχτούμε αυτή την αρχή, η νοικοκυρά που αναφέρθηκε πιο πάνω και ο νεαρός της εικ. 5.1(α) δε δικαιούνται να παραπονιούνται για κόπωση. Αν όμως έτσι έχουν τα πράγματα, τότε γιατί ακούγεται πως: "το λεωφορείο αργεί και πιάστηκαν τα χέρια μου"; Ίσως επειδή δε βλέπουμε την καταπόνηση (επιμήκυνση) κάποιων μυών των χεριών.

Το έργο δύναμης συνδέεται, λοιπόν, με τη μετατόπιση του σημείου εφαρμογής της. Το αντίστροφο όμως συμβαίνει; Έχουμε, δηλαδή, πάντα έργο δύναμης, όταν εμφανίζεται μετακίνηση;

Η παρουσία έργου εκδηλώνεται με αλλαγή της κατάστασης του σώματος και περιγράφεται με ποικίλους τρόπους: με μεταβολή ταχύτητας, με μετατόπιση σε άλλο επίπεδο, με παραμόρφωση, με εκπομπή σήματος διάφορων μορφών (ήχος, φως κτλ.), με θέρμανση… Σύμφωνα με αυτή την άποψη μπορούμε να προβλέψουμε ότι:

- Στην περίπτωση της εικ. 5.1 (α) δεν υπάρχει έργο, αφού η δύναμη που ασκεί ο νεαρός (ίση με το βάρος του χαρτοφύλακα) δεν προκαλεί μετακίνηση του σημείου εφαρμογής της.

- Στην εικ. 5.1 (β) υπάρχει μετακίνηση (όχι όμως στη διεύθυνση που επενεργεί η δύναμη) και δεν αλλάζει η κινητική κατάσταση του σώματος. Άρα δε δικαιολογείται η παρουσία έργου.

- Στις εικόνες 5.1 (γ) και (δ) υπάρχει μετακίνηση κατά τη διεύθυνση που επενεργεί η δύναμη και αναμένεται εμφάνιση έργου.

- Στην εικόνα 5.1 (ε) η δύναμη επενεργεί σε διεύθυνση κάθετη στη διεύθυνση της ταχύτητας και η κινητική κατάσταση του σώματος παραμένει σταθερή. Το έργο, επομένως απουσιάζει.

- Στην εικόνα 5.1 (ζ), τέλος, δεν ασκείται δύναμη στο σώμα κατά τη διεύθυνση της κίνησης. Άρα δεν αναμένεται εμφάνιση έργου.

Το έργο γίνεται αντιληπτό, κατ' αρχήν, εμπειρικά. Η λεπτομερέστερη μελέτη βοηθά στην επιβεβαίωση του ρόλου του. Το κορίτσι της εικόνας 5.2 τραβά με σχοινί τη βάρκα σε οριζόντια αμμουδιά.

Εικόνα 5.2: Έργο δύναμης συγγραμμικής με τη μετατόπιση

Το κορίτσι τραβά τη βάρκα με τη βοήθεια του σχοινιού με δύναμη F, της οποίας η αντίδραση F' ασκείται στην άλλη άκρη του σχοινιού στο χέρι του. Οι τριβές, για διευκόλυνση, θεωρούνται αμελητέες. Ας δούμε πώς οδηγούμαστε σταδιακά στην ερμηνεία του φαινομένου.