Lucrri n extenso

1

Studiul prghiilor- aspecte metodice ale predrii la clasa a VII-a

Elena- Vasilica Gafton, Ioana-Veronica Ciuchi, Corina Antochi, Laura- Iulia Ania

Universitatea Al. I. Cuza, Facultatea de Fizic, 700506 Iai

1. Introducere

Proiectarea i realizarea primelor lecii constituie o piatr de ncercare pentru fiecare student ce dorete s fie profesor. Elaborarea unei lecii este un act de creaie, prin care se imagineaz i se construiesc momentele principale, dar i cele de amnunt. Succesul unei lecii este garantat de atenta pregtire i anticipare a secvenelor instructiv-eductive de ctre studentul practicant, care trebuie s probeze nu numai o bun pregtire de specialitate, ci i o pregatire metodic.

Transformarea cunotinelor tiinifice n cunotine care fac obiectul instruirii elevilor constituie preocuparea principal a studenilor n cadrul pregtirii pedagogice iniiale. Transpunerea didactic, concept introdus n terminologia pedagogic n 1982 de ctre Y. Chevallard i M.-A. Johsua, nseamn a trece un set de informaii dintr-un cmp X, necunoscut elevilor, ntr-un cmp Y, familiar acestora, rezultnd astfel un set nou de informaii, dependent de caracteristicile celor dou cmpuri [3 ].

Transpunerea didactic presupune: selectarea coninuturilor care fac obiectul nvrii i

instruirii (conform programei colare); reconstrucia didactic a coninutului tiinific

selectat, innd cont de logica tiinei i principiile didacticii. Lucrarea de fa i propune s ilustreze

caracteristicile reconstruciei didactice prin studierea prghiilor, tem studiat la disciplina fizic n clasa a VII-a (i asupra creia nu se mai revine pe parcursul colii).

2. Reconstrucia didactic a cunotinelor de fizic

Reconstrucia didactic realizeaz explicitarea cunotinelor tiinifice pentru a fi nelese de ctre elevi, conceperea de exerciii i probleme, de experimente i activiti practice. Astfel, transpunerea didactic a coninutului tiinific nu este numai o simplificare, ci i un proces creativ. Pentru educaie, prezint un deosebit interes dimensiunea pragmatic i semantic a informaiei didactice. M. Malia afirm: ,,n timp ce tiina organizat nu ngduie folosirea altui limbaj n afara celui propriu, mintea noastr traduce nencetat adevrul exprimat ntr-un limbaj, folosind un altul mai rudimentar, mai puin precis dar mai familiar. Recurgerea la imagini i la reprezentarea grafic sunt curente n procesul nelegerii. A avea sens revine la a putea spune i altfel... dar un enun care folosete un alt limbaj este un model. nelegerea devine astfel capacitatea de a oferi modele alternative... este o reconstrucie gradual. [ap. 3 ].

Exist mai multe strategii de reconstrucie didactic a cunoaterii tiinifice la fizic, dar toate au la baz o analiz atent a coninutului ce urmeaz a fi predat elevilor, i care urmrete

stabilirea categoriei de obiecte fizice a crei reprezentare mental este conceptul ; stabilirea elementelor caracteristice ale conceptului

fizic; integrarea conceptului n sistemul cunotinelor

anterioare; identificarea aplicaiilor.

Reconstrucia didactic a cunotinelor reprezint o activitate curent a profesorului de fizic i reflect atitudinea acestuia asupra rolului su n procesul de nvare i formare a elevilor. Activitatea presupune documentarea profesorului care studiaz indicaiile programei colare n vigoare, coninutul tiinific cuprins n manual i n alte surse: cursuri universitare, culegeri de probleme, compendii, Internet. Prezentm, n continuare, pe scurt, operaiile realizate de profesor pentru proiectarea unei lecii de fizic. 3. Demersul didactic Lecia reprezint o nlnuire de situaii de nvare, organizate i mediate de ctre profesor.

Etapa I: Comunicarea conceptului

Prghia face parte din categoria mecanismelor

simple, utilizat de om nc din antichitate. Studiul prghiilor este important deoarece pe principiul prghiei funcioneaz numeroase dispozitive: ranga, cletele, balana, penseta, foarfecele, roaba, etc.

Prghia este o bar (sau, n general, un corp) care se poate roti n jurul unui punct fix O, numit punct de sprijin, atunci cnd se gsete sub aciunea unei fore active F (numit i for de acionare) i a unei fore rezistente R.

n funcie de poziia punctului de sprijin O n raport cu forele F i R, prghiile se clasific n 3 categorii:

1) Prghii de ordinul I, cnd punctul de sprijin se gsete ntre fora activ F i fora rezistent R (fig. 1);

Figura 1

2) Prghii de ordinul II, cnd fora rezistent R este aplicat ntr-un punct care se gsete ntre punctul de sprijin i punctul de aplicaie al forei active F (fig. 2);

Lucrri n extenso

2

Figura 2

3) Prghii de ordinul III, cnd fora activ F este aplicat ntr-un punct care se gsete ntre punctul de sprijin i punctul de aplicaie al forei rezistente R (fig. 3);

Figura 3

Etapa a II-a: Studiul conceptului

Aceast etap urmrete identificarea caracteristicilor conceptului, legturile cu concepte studiate anterior: momentul forei, echilibrul de rotaie. Se pot utiliza urmtoarele metode: explicaia, modelarea, conversaia euristic.

Sub aciunea unei fore, prghia tinde s se roteasc

n jurul punctului de sprijin O. Fora activ F este orientat astfel nct s se opun aciunii imprimate de fora rezistent R. Prghia va fi n echilibru atunci cnd momentul forei active fa de punctul de sprijin va fi egal i de sens contrar cu cel al forei rezistente. innd cont de faptul c forele i punctul de sprijin se gsesc n acelai plan, perpendicular pe axa de rotaie, cele dou momente vor fi orientate perpendicular pe acest plan i n lungul axei de rotaie. Astfel condiia enunat mai sus se reduce la egalitatea mrimilor momentelor. Notnd cu a braul forei active (distana de la punctul de sprijin O la suportul forei active) i cu b braul forei rezistente, obinem relaia:

Fa=Rb

sau

ba

FR = ,

care reprezint condiia de echilibru a prghiilor, cunoscut i sub denumirea de legea prghiilor, stabilit de Arhimede. Dac a>b, prghiile sunt prghii de for, adic cu o anumit for activ putem echilibra o for rezistent de attea ori mai mare de cte ori braul forei active (a)

este mai mare dect braul forei rezistente (b). Aceast condiie poate fi realizat pentru prghiile de ordinul I i II. n cazul n care a < b, condiie care poate fi realizat pentru prghiile de ordinul I i III, fora activ este mai mare dect cea rezistent, ns punctul de aplicaie al forei active se deplaseaz mai puin dect cel al forei rezistente (se face deci economie de deplasare).

Etapa a III-a: Utilizarea conceptului Se trece la aplicarea cunotinelor n situaii noi,

diverse, de preferin culese din via, confirmnd astfel elevilor valoarea explicativ a acestora.

Ne vom referi n cele ce urmeaz la corpul uman;

oasele sunt prghii aconate de fora muchilor i vom da cteva exemple [5 ].

Prghii de ordinul I Un exemplu de astfel de prghie este reprezentat n

figura 4. Capul se mic n plan sagital (antero- posterior) rotindu-se n jurul articulaiei atlas-axis (prima articulaie ntre vertebrele cervicale), care joac rol de punct de sprijin. Muchii cefei exercit fora activ ce duce la micarea capului, fora de rezisten este greutatea capului. Se observ c braul forei active este mai mic dect braul forei rezistente, i prin urmare fora muscular care apare n muchii cefei trebuie s fie mai mare dect greutatea capului.

Figura 4 [5 ]

Prghii de ordinul II n corpul uman, un exemplu de prghie de ordinul II

avem la picior n poziia stnd pe vrfuri. Punctul de sprijin este dat de articulaia metatarso-falangian I, fora activ este dat de contracia tricepsului sural (muchiul gambei), iar fora rezistent este greutatea corpului.

Figura 5 [5 ]

Lucrri n extenso

3

Prghii de ordinul III Acest gen de prghii este cel mai des ntlnit la om,

la micrile membrelor. De exemplu, la flexia antebraului, prghia este dat de oasele antebraului (radiusul i ulna), punctul de sprijin l reprezint articulaia cotului, fora activ este cea care apare n biceps (muchiul braului), iar fora rezistent este dat de greutatea antebraului i de greutatea corpului inut n mn (fig. 6).

Figura 6 [5 ]

Exemplele prezentate i vor ajuta pe elevi s neleag bazele fizice ale micrii corpului uman i vor pune ntr-o lumin nou importana studierii fizicii.

Etapa a IV-a: Aplicarea noilor cunotine n rezolvarea unor probleme n aceast etap profesorul urmrete fixarea noilor

cunotine, integrarea lor n sistemul cunotinelor dobndite anterior.

Rezolvarea de probleme este o metod didactic deosebit de important pentru disciplina fizic, datorit impactului deosebit pe care l are n dezvoltarea gndirii elevilor, genernd situaii complexe de nvare.

Profesorul va selecta cu atenie problemele pe care le prezint elevilor, asigurnd o diversitate suficient, cu situaii tipice i reprezentative. Principiul accesibilitii cere gradarea progresiv a dificultii i complexitii problemelor [1 ].

Problema 1. Cu ce for trebuie s apese muncitorul pe prghia cu lungime de 3 m pentru a ridica lada situat la 50 cm de punctul de sprijin al prghiei, dac lada apas pe prghie cu fora de 3000N ? Care este randamentul prghiei dac muncitorul apas cu 1000N ? Datele problemei l = 3m b r = 50cm=0.5m F r =3000 N ___________________________________ Fa= ? =? ____________________________________ Soluie

*aF rra bFb *=

mbblb

bbl

a

ra

ar

5,25,03 ===

+=

Fa=a

rr

bbF *

600= aF N L c = 15005,2*6* == oobF aa J L u = 15005,0*3000* ==rr bF J

66,015001000 ===

c

u

LL

Problema 2 [4]. O lad cu greutatea de 100 N trebuie ridicat la 120 cm nlime. Marcel folosete o scndur lung de 2 m, nclinat; el trage lada cu o for de 80 N paralel cu scndura. Mircea folosete un scripete mobil i trage vertical de frnghie cu o for constant de 75 N. Vlad are la dispoziie o bar da fier cu care i face o prghie, la care braul forei active este de 1.5 ori mai mare dect braul rezistenei. El apas vertical cu o for de 70 N. Fiecare dintre ei ridic lada uniform. Calculeaz randamentele celor trei mecanisme. Datele problemei G1 = 100 N h = 120cm =1.2m l = 2m F1 = 80 N F2 = 75 N F3 = 70 N 1 =? 2 =? 3 =? _____________________________________________ Soluie L = Fd; = L util/L consumat. Lucrul mecanic util este acelai n toate cele trei cazuri: L util = Gh; L = 100 N 1.2m = 120 J Pentru a ridica lada cu 1.2m, Marcel trebuie s o deplaseze pe distana de 2m, adic pe toat lungimea scndurii. Fora F1, cu care trage Mircea, efectueaz lucrul mecanic L1 = F1l; L1 = 80 N2m = 160 J Randamentul 1 = 120 J/160 J = 0.75 = 75 % Deoarece folosete un scripete mobil, Mircea trage frnghia pe o distan de dou ori mai mare dect distana pe care se ridic lada, deci pe distana 2h = 21.2m = 2.4m. Fora F2, cu care trage Mircea, efectueaz lucrul mecanic L2 = F22h L2 = 75N2.4m = 180 J

Lucrri n extenso

4

Randamentul 2 = 120 J/180 J = 0.66 = 66.6% Deoarece, la prghia folosit de Vlad braul forei este o dat i jumtate mai mare dect braul rezistenei, el va trebui s deplaseze captul prghiei pe distana 1.5h = 1.51.2m = 1.8m. Fora F3, cu care trage Vlad, efectueaz lucrul mecanic L3 = F31.5h; L3 = 70 N1.8m = 126 J. Randamentul 3 = 120 J/126 J = 0.95 = 95%. Discuie Randamentul cel mai mare se obine n cazul folosirii prghiei, iar cel mai mic, n cazul folosirii planului nclinat. 4. Concluzii

Ce se cere profesorilor debutani este n primul rnd

cunoaterea specialitii, a disciplinei pe care o predau . Ei trebuie s demonstreze c neleg conceptele

fundamentale ale fizicii i au o reprezentare corect a fenomenelor, legilor, principiilor, cu care opereaz. Mai mult profesorul nelege i aplic aceste concepte n explicarea realitii i rezolvarea de probleme cu care elevii se pot ntlni n viaa de zi cu zi..

Bibliografie [1]. Ania, L. I., Didactica fizicii, Editura Universitii

Al.I.Cuza Iai, 2007 [2]. Bunget, I., et al., Compendiu de fizic, Editura

tiinific i Enciclopedic, Bucureti, 1988 [3]. Ciascai, L., Predarea i nvarea fizicii n gimnaziu

i liceu, Editura Albastr, Cluj- Napoca, 1999 [4]. Petrescu, A., Ghi, A., Fronescu, M., Fizic-

manual pentru clasa a 7-a, Ed. ALL Educational, Bucureti, 1999

[5]. Popescu, S., Complemente de mecanic fizic i acustic- Biomecanic, Tehnopress, Iai, 2005