Zobrazit na úvodní stránce článků

Na začátek článku
Titulka > Modul články > Základní vzdělávání > Výuka Newtonových zákonů I - intuitivní představy...

Ikona teoreticky

Výuka Newtonových zákonů I - intuitivní představy žáků

Ikona odbornost
Autor: Dana Mandíková
Anotace: Autorka v příspěvku uvádí, že si každé dítě na základě vlastní zkušenosti vytvoří tzv. intuitivní představy, které jsou velmi často v rozporu s vědeckými poznatky. Mnoho takových představ je spojeno s pohybem a silami. Článek je přehledem typických intuitivních představ o pohybu a síle. Obsahuje rovněž úlohy s typicky chybnými odpověďmi x správnými odpověďmi. Žáci by měli poznat rozpor mezi vlastní představou a tím, co považují za správné fyzikové. Teprve pak se mohou učitelé pustit do objasňování Newtonových zákonů.
Obor příspěvku:Fyzika
Klíčová slova: intuitivní představy, pohyb a síla, síly vzájemného působení, tření
Úvod

Jedním z důležitých úkolů výuky fyziky v základní škole je pomoci žákům lépe se orientovat ve světě, který je obklopuje. Právě Newtonovy zákony mají klíčový význam pro pochopení jevů, s nimiž se každý člověk setkává již od dětství, a které souvisejí se vzájemným silovým působení těles a jeho účinky.

Žáci nezískávají v průběhu života poznatky jen od učitelů, rodičů či z učebnic, ale hlavně tím, že od narození pozorují své okolí, manipulují v něm s věcmi, předvídají, co se bude dít, a okolí jim určitým způsobem odpovídá. Na základě toho si člověk vytváří řadu poznatků, které se snaží zobecňovat a spojovat do celků podle toho, jak se mu jeví jejich vzájemná souvislost. Než žák přijde do školy, která mu zprostředkovává vědecké poznatky, má už vytvořenou značnou zásobu subjektivních, prvotních neboli intuitivních představ o světě. Výzkumy ukazují, že tyto představy jsou často v rozporu s vědeckými poznatky, jsou také velmi trvalé a pro mnohé žáky tvoří vážnou bariéru, přes níž se při učení těžko dostávají. Mnoho takových představ je spojeno právě s pohybem a silami.

V první části příspěvku uvedeme přehled typických intuitivních představ o pohybu a síle včetně úloh a otázek, kterými se můžete přesvědčit, kolik Vašich žáků má podobné mylné představy. U jednotlivých úloh je v závorce napsáno, ke kterým představám se vztahují.

Intuitivní představy žáků o pohybu a síle
Pohyb a síla
  1. Při každém pohybu (i rovnoměrném přímočarém) je nezbytné, aby na těleso působila síla ve směru tohoto pohybu.
  2. Síla působí ve směru pohybu, u křivočarých pohybů má síla směr tečny k trajektorii.
  3. Síla musí působit tak dlouho, dokud trvá pohyb.
  4. Na těleso, které se pohybuje rychleji, působí větší síla.
  5. Na těleso, které je v klidu, nepůsobí žádná síla.
  6. Při uvádění tělesa do pohybu se na ně přenáší síla.
  7. Pohybující se tělesa mají tendenci zachovávat původní tvar trajektorie i poté, co přestanou působit vazbové síly.
Úlohy:

1. Jaká výsledná síla působí na auto, které jede stálou rychlostí po vodorovné silnici? (A, B)

Typická chybná odpověď:
Působí výsledná síla ve směru pohybu, jinak by nejelo dopředu.
Obr.
1. Obr.

 

Správná odpověď:
Rychlost se nemění. Výsledná síla je nulová.
Obr.
2. Obr.

 

Můžete se také zkusit zeptat, jaká výsledná síla působí na auto, které couvá stálou rychlostí po vodorovné cestě.

2. Jaká výsledná síla působí na parašutistu, který se snáší stálou rychlostí k zemi? (A, B)

Typická chybná odpověď:
Výsledná síla působí směrem dolů k zemi.
Obr.
3. Obr.

 

Správná odpověď:
Parašutista se snáší stálou rychlostí, výsledná síla je nulová.
Obr.
4. Obr.

 

3. Jaká je výsledná síla působící na sedačku řetízkového kolotoče, který se rovnoměrně otáčí. Řešte z pohledu člověka stojícího vedle kolotoče. (A, B)

Typická chybná odpověď:
Výsledná síla míří ve směru tečny ke kružnici.
Obr.
5. Obr.

 

Správná odpověď:
Výsledná síla míří do středu otáčení. Je výslednicí gravitační síly a tahu závěsu.
Obr.
6. Obr.

 

4. Jaká výsledná síla působí na kuličku kývající se na provázku při průchodu nejnižším bodem?

Typická chybná odpověď:
Výsledná síla směřuje doleva ve směru pohybu.
Obr.
7. Obr.

 

Správná odpověď:
Výsledná síla směřuje vzhůru ve směru závěsu (výslednice gravitační síly a tahu závěsu), zakřivuje pohyb.
Obr.
8. Obr.

 

5. Jaké síly působí na družici obíhající kolem Země? Působení ostatních těles neuvažujte. Řešte z pohledu pozorovatele mimo družici. (A, B)

Typická chybná odpověď:
Na družici působí dostředivá a odstředivá síla a síla ve směru pohybu.
Obr.
9. Obr.

 

Správná odpověď:
Na družici působí jen Země - gravitační silou.
Obr.
10. Obr.

 


6. Jaká výsledná síla působí na auta na obrázku? Jedno jede stálou rychlostí 70 km/ h, druhé stálou rychlostí 110 km/ h. (A, B, D)

Typická chybná odpověď:
Na auto, které jede větší rychlostí, musí působit větší výsledná síla.
Obr.
11. Obr.

 

Správná odpověď:
Obě auta jedou stálou rychlostí, takže výsledná síla, která na ně působí, je v obou případech rovna nule.
Obr.
12. Obr.

 

7. Jaké síly působí na knihu ležící na stole? (E)

Typická chybná odpověď:
Na knihu nepůsobí žádná síla, leží v klidu.
Obr.
13. Obr.

 

Správná odpověď:
Knihu přitahuje Země gravitační silou Fg a tlačí na ni stůl silou FN. Výslednice těchto dvou sil je nulová.
Obr.
14. Obr.

 

8. Jaké síly působí na míček vyhozený svisle vzhůru? Působení vzduchu neuvažujte. (A, B, F)

Typická chybná odpověď:
Na míček působí gravitační síla a "síla ruky", kterou jsme mu předali. Ta musí být větší než gravitační, aby míček letěl vzhůru.
Obr.
15. Obr.

 

Správná odpověď:
Působí jen gravitační síla.
Obr.
16. Obr.

 

9. Jaké síly působí na míček hozený šikmo na stůl ve vyznačených bodech? Působení vzduchu neuvažujte. (A, B, F)

Typická chybná odpověď 1:
Obr.
17. Obr.

 

Na míček působí:

Fg - gravitační síla

Fr - "síla ruky"

Fo - "síla odrazu"
Typická chybná odpověď 2:
Obr.
18. Obr.

 

Na míček působí:

Fg - gravitační síla

Fp - "pohybová síla"
Správná odpověď:
Obr.
19. Obr.

 

Na míček působí:

Fg - gravitační síla

10. Puk klouže po úderu hokejkou po zamrzlém rybníku. Jeho rychlost se postupně zmenšuje až do zastavení. Jaká výsledná síla působí na puk v jednotlivých polohách na obrázku? (B, C, D, E, F)

Obr.
20. Obr.

 

Typická chybná odpověď:
V prvních třech polohách působí na puk síla od hokejky (jinak by nejel dopředu), ale ta se zmenšuje spolu s rychlostí. Když puk stojí, nepůsobí na něj žádná síla.
Obr.
21. Obr.

 

Správná odpověď:
V prvních třech polohách působí na puk výsledná síla proti směru pohybu (tření, odpor vzduchu), která ho zpomaluje. Když puk stojí, je výsledná síla, která na něj působí, nulová.
Obr.
22. Obr.

 

11. Nakreslete, jak se bude pohybovat míček uvázaný na provázku, kterým jsme točili na stole poté, co se provázek přetrhne. (G)

Typická chybná odpověď:
Obr.
23. Obr.

 

Správná odpověď:
Obr.
24. Obr.

 

12. Nakreslete, jak se bude pohybovat kulička poté, co opustí konec trubice. (G)

Typická chybná odpověď:
Obr.
25. Obr.

 

Správná odpověď:
Obr.
26. Obr.

 

Síla

H. Silou mohou působit jen pohybující se tělesa nebo živé objekty. Výjimku tvoří motory, napjatá vlákna a pružiny, magnety a elektricky nabitá tělesa.

I. Působit silou znamená jistou aktivitu, námahu.

Úlohy:

13. Působí nějaké síly, tlačí-li člověk rukou na stěnu? (H, I)

Typická odpověď žáků: Člověk je aktivní, působí na stěnu silou. Stěna však jen drží, je pevná, na člověka silou nepůsobí.

14. Jaké síly působí na knihu, když ji člověk drží v ruce, a jaké, když kniha leží na stole? (H, I)

Typická odpověď žáků: Drží-li člověk knihu v ruce, působí na ni silou, vynakládá úsilí, působí proti tíze knihy. Leží-li ale kniha na stole, stůl knihu svou pevností "jen podepírá", žádná síla nepůsobí.

Síly vzájemného působení:

J. Větší těleso působí na menší větší silou.

K. Jestliže se tělesa pohybují, musí být "akce větší než reakce".

L. Síly vzájemného působení jsou časově posunuté, nejprve působí akce, potom reakce.

M. Síly akce a reakce působí na totéž těleso, mohou se spolu sčítat a v případě stejné velikosti se ruší.

Úlohy:

15. Nakreslete síly, kterými na sebe navzájem působí Země a družice. (J)

Typická chybná odpověď:
Země je větší, takže působí na družici větší silou než je síla, kterou působí družice na Zemi.
Obr.
27. Obr.

 

Správná odpověď:
Země a družice na sebe působí silami stejně velkými opačně orientovanými.
Obr.
28. Obr.

 

16. Nakreslete síly, kterými na sebe náboje působí. (J)

Typická chybná odpověď:
Q2 = 2 x Q1 pak působí 2x větší silou
Obr.
29. Obr.

 

Správná odpověď:
Síly vzájemného působení jsou stejně velké.
Obr.
30. Obr.

 

17. Nakreslete do obrázku síly, kterými na sebe působí člověk a vozík. (K)

Typická chybná odpověď:
Tlačíme-li vozík, musíme na něj působit silou (F1), která je větší než síla, kterou působí vozík na nás (F2).
Obr.
31. Obr.

 

Správná odpověď:
Síla, kterou tlačíme na vozík (F1), je stejně velká jako síla, kterou tlačí vozík na nás (F2).
Obr.
32. Obr.

 

Tření:

N. Tření není "pravá síla", je to nějaký "odpor pohybu".
O. Když není pohyb, není ani tření.
P. Tření existuje jen mezi pevnými povrchy, je spojováno s drhnutím.

Úlohy:

18. Působí v situaci na obrázku tření? (O)

Typická chybná odpověď: Pod nohou, která uklouzla, je tření a pod nohou stojící pevně na zemi nikoliv.
Obr.
33. Obr.

 

19. Působí mezi člověkem a skluzavkou tření? Pokud ano, porovnejte jeho velikost.(O)

Člověk sedí na skluzavce.
Obr.
34. Obr.

 

Člověk rovnoměrně sjíždí po skluzavce.
Obr.
35. Obr.

 

Typická chybná odpověď: V první situaci tření nepůsobí, ve druhé ano.
Správná odpověď: Velikost třecí síly je v obou případech stejná.

Než se pustíme do objasňování Newtonových zákonů, měli bychom zjistit, jaké představy o silách a pohybu již naši žáci mají. Je důležité, aby je sami zformulovali a uvědomili si je. Mnohdy totiž zůstanou tyto představy skryty, žáci se formálně naučí školní látku, kterou záhy zapomenou a vrátí se zpět ke svým intuitivním představám. Žáci potřebují poznat rozpor mezi jejich představou a tím, co považují za správné fyzikové. Pokud se nám, jako učitelům, podaří přesvědčit žáky o tom, že newtonovská mechanika funguje lépe než jejich intuitivní představy a dokážeme s její pomocí vysvětlit situace, kdy jejich představy selhávají, jsme na dobré cestě.

Anotované odkazy:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné anotované odkazy.
Přiřazené DUM:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné DUM.
Přiřazené aktivity:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné aktivity.
V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
Napište nám
INFO
Publikován: 06. 04. 2005
Zobrazeno: 10961krát
Hodnocení příspěvku
Hodnocení týmu RVP:
Hodnocení článku : 0

Hodnocení uživatelů:
Hodnocení článku :
Hodnotit články mohou pouze registrovaní uživatelé.

zatím nikdo Hodnocení článku : 5
zatím nikdo Hodnocení článku : 4
zatím nikdo Hodnocení článku : 3
zatím nikdo Hodnocení článku : 2
zatím nikdo Hodnocení článku : 1
Jak citovat tento materiál
MANDÍKOVÁ, Dana. Výuka Newtonových zákonů I - intuitivní představy žáků. Metodický portál: Články [online]. 06. 04. 2005, [cit. 2020-11-24]. Dostupný z WWW: <https://clanky.rvp.cz/clanek/c/Z/212/VYUKA-NEWTONOVYCH-ZAKONU-I---INTUITIVNI-PREDSTAVY-ZAKU.html>. ISSN 1802-4785.
Licence Licence Creative Commons

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons.


Komentáře
Příspěvek nebyl zatím komentován.
Vložit komentář:

Pro vložení komentáře je nutné se přihlásit.