Öğrenme Alanı : Fiziksel Olaylar 2. Ünite : Kuvvet ve Hareket Önerilen Süre : 16 ders saati A. Genel Bakış Öğrenciler 4 ve 5. sınıflarda kuvvetin ne olduğu, cisimlerin hareketlerine veya şekillerine olan etkileri ve kuvvet çeşitleriyle ilgili bilgileri almıştır. Bu aşamadan sonra öğrenciler, bazı cisimlerin süratlerini hesaplayabilmeli, kuvvetin nasıl ölçüldüğünü ve bir cismin ağırlığını tanımlayabilmelidir. Bir cisme etki eden kuvvetleri belirterek cismin dengelenmiş veya dengelenmemiş kuvvetler etkisinde olup olmadığına karar verebilmeli ve cismin bundan nasıl etkileneceğini fark edebilmelidir. Bu ünitede öğrenciler, ilk olarak bir doğru, üzerinde sabit süratle hareket eden cisimlerin aldıkları yolları zamana bağlı ölçerek süratlerini hesaplar, alınan yol ve geçen zaman grafiklerini yorumlar. Hareket enerjisini fark ederler. Öğrenciler daha sonra dinamometreyi tanıyarak kuvvetin nasıl ölçüleceğini keşfeder. Kuvvetleri yönlü doğru parçalarıyla gösterip, bu şekilde temsil etmenin sağladığı kolaylıkları anlarlar. Bir cisme etki eden kuvvetlerle ilgili olarak öğrenciler cisme etki eden kuvvetleri belirtir ve çizerek gösterir. Cisme etki eden kuvvetlerin doğrultu ve yönlerini dikkate alarak net kuvvetin cisim üzerindeki etkisini belirler. Dengelenmiş kuvvetlerin etkisindeki cisimlerin durgun hâlde olduklarını fark ederler ve dengelenmemiş kuvvetlerin etkisinde cisimlerin hareket yönünün veya süratinin değişebileceğini gösterirler. Son olarak, yer çekimi kuvvetinin varlığını basit gözlemlerle ilişkilendirerek ağırlık kavramını açıklarlar. Öğrenciler farklı gezegenlerdeki kütle çekim kuvvetlerinin farklı olmasına bağlı olarak bir cismin ağırlığının değişebileceğini ama kütlesinin her zaman aynı kalacağını kavrar. Bu ünitenin içerdiği kavramlar; ileriki sınıflarda ele alınacak olan iş, potansiyel ve kinetik enerji, basit makineler, sıvıların/gazların kaldırma kuvvetinin ve yüzme/batma ve basınç konularının anlaşılmasına yardım edecektir. Ünitede verilen öğrenme, öğretim ve değerlendirme etkinlikleri öneri niteliğindedir. Öğretmenler fizikî şartları da dikkate alarak tüm öğrencilerin etkin katılımını sağlayacak uygun bir öğrenme ortamı hazırlamalıdır. Ünitede öğrenciler, Sürati Hesaplayalım etkinliği ile farklı süratlerle hareket eden iki cismin aldıkları yolu ve geçen zamanı ilişkilendirir. Kuvveti e ile Ölçeriz? etkinliği ile dinamometreyi tanır ve kullanırlar. eden Hareketli veya Durgun? etkinliği ile cisimlere etki eden kuvvetleri göstererek net kuvvetin etkisini gözlemler. Bu etkinlikleri yaparken öğrencilerin çeşitli tahminlerde bulunmaları, bu tahminleri test etmeleri, doğru ölçümler yapmaları teşvik edilerek alt sınıflarda edindikleri bilimsel süreç becerilerini geliştirmeleri hedeflenmektedir. B. Ünitenin Amacı Bu ünitede öğrencilerin; bir doğru üzerinde hareket eden cisimlerin süratlerini hesaplayabilmeleri, kuvvetin nasıl ölçüldüğünü fark etmeleri, dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvetleri ve bunların cisimlere etkilerini keşfetmeleri ve ağırlık kavramını anlamaları amaçlanmaktadır. 107
C. Ünitenin Odağı Ünitenin odağını, sürat kavramının anlaşılması ve kuvvet kavramı etrafında ölçme, gözlem ve deney yapmaya dayalı etkinliklerle dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvetler ile ağırlık kuvvetlerinin kavranması oluşturmaktadır. Ç. Ünitede Önerilen Konu Başlıkları Sürati Hesaplayalım Kuvveti Ölçelim Dengelenmiş ve Dengelenmemiş Kuvvetler Ağırlık Bir Kuvvettir 108
D. Ünitenin Kavram Haritası *BU KAVRAM HARĐTASI SADECE ÖĞRETME Đ BĐLGĐLE DĐRMEK ve Ü ĐTE ĐÇĐ DEKĐ KAVRAMLARI BĐR BÜTÜ HALĐ DE GÖSTERMEK AMACIYLA VERĐLMĐŞTĐR. BU KAVRAMLAR KULLA ILARAK FARKLI KAVRAM HARĐTALARI DA OLUŞTURULABĐLĐR. 109
E. Ünite Kazanımları ve Etkinlikler ÖĞRE ME ALA I: FĐZĐKSEL OLAYLAR 2. Ü ĐTE: KUVVET VE HAREKET Ü ĐTE KAZA IMLAR ETKĐ LĐK ÖR EKLERĐ AÇIKLAMALAR KUVVET VE HAREKET 1. Bir doğru boyunca sabit süratle hareket eden cisimle ilgili olarak öğrenciler; 1.1. Cismin aldığı yolu ve bu yolu ne kadar zamanda aldığını ölçer (BSB- 22, 23). 1.2. Alınan yolu ve geçen zamanı kullanarak cismin süratini hesaplar. 1.3. Sürat birimlerini ifade eder ve kullanır (BSB-24). 1.4. Alınan yol, geçen zaman ve sürat arasındaki ilişkiyi açıklar ve farklı durumlar için uygular (BSB-30). 1.5. Bir cismin aldığı yol ile geçen zaman arasındaki ilişkiyi grafikle gösterir ve grafiği yorumlar. 1.6. Hareketli cisimlerin hareket enerjisine sahip olduğunu fark eder (BSB-1,3,8). Sürati Hesaplayalım Öğrencilerden biri sınıf içerisinde bir doğru boyunca aynı tempo ile yürür ve diğer öğrenciler bu öğrencinin çeşitli zaman aralıklarında aldığı yolları bir tablo hâlinde kaydeder. Öğrenciler tablodaki verileri kullanarak alınan yol ile geçen zaman arasındaki ilişkiyi gösteren bir grafik çizer. Daha sonra, tablodaki verileri kullanarak, çeşitli zaman aralıklarında öğrencinin süratini hesaplar ve aynı tabloya kaydederler. Bu defa sürat ile geçen zaman arasındaki ilişkiyi gösteren bir grafik çizerler. Her iki grafiği yorumlayarak alınan yol, geçen zaman ve sürat arasındaki ilişkiyi fark ederler (1.1;1.2;1.3;1.4;1.5). Hareket Enerji Sağlar Öğrenciler bir bilyeyi yuvarlayarak durgun hâlde bulunan diğer bir bilye ile çarpıştırır. Durgun hâldeki bilyenin çarpışmadan sonraki davranışını gözlemleyerek neden hareket etmeye başladığını tartışırlar. Hareket eden cisimlerin bir enerjiye sahip olduğu sonucuna ulaşırlar (1.6).??? Öğrenciler; hareketin başlangıç şartlarını dikkate almadan, hareketli herhangi iki cisimden önde bulunanın daima daha süratli olduğunu düşünme eğiliminde olabilirler. 1.2 Sadece sabit süratle hareket eden cisimlerin süratleri hesaplanmalıdır. [!] Sürat birimlerinin birbirlerine dönüşümleri verilmelidir.??? Öğrenciler hareket etmeyen cisimlerin hiçbir enerjiye sahip olamayacağı yanılgısına düşebilir. 1.6 Sadece hareketli cisimlerin hareket enerjisine sahip olacağından bahsedilmeli; fakat bununla ilgili matematiksel bağıntılara girilmemelidir. 1.6 Kinetik enerji ifadesi 7. sınıfta kullanılacaktır.??? Öğrenciler, enerji ve kuvveti aynı anlamda kullanma eğiliminde olabilir. 1.4 ve 1.5 kazanımları, Matematik dersi Tablo ve Grafikler alt öğrenme alanı kazanım 1 ile ilişkilendirilir.??? Öğrenciler süratin bir kuvvet olduğu yanılgısına düşebilirler. Sürati Hesaplayalım : Sınıf-Okul Đçi Etkinlik : Okul Dışı Etkinlik : Ders Đçi Đlişkilendirme : Diğer Derslerle Đlişkilendirme : Ölçme ve Değerlendirme???: Kavram Yanılgısı [!]: Uyarı : Sınırlamalar Ara Disiplinlerle Đlişkilendirme (Ayraç içindeki 1. rakam Fen ve Teknoloji dersi kazanımını, 2. rakam ara disiplin kazanımını gösterir). 110
ÖĞRE ME ALA I: FĐZĐKSEL OLAYLAR 2. Ü ĐTE: KUVVET VE HAREKET Ü ĐTE KAZA IMLAR ETKĐ LĐK ÖR EKLERĐ AÇIKLAMALAR KUVVET VE HAREKET 2. Kuvvetin yönü ve ölçümü ile ilgili olarak öğrenciler; 2.1. Kuvvetin birimini Newton olarak belirtir ve kullanır (BSB-24). 2.2. Kuvveti dinamometre ile ölçer (BSB-23,24). 2.3. Ölçülecek kuvvete uygun bir dinamometre seçerek dinamometre üzerindeki ölçekleri yorumlar (BSB- 22). 2.4. Bir cisme etki eden kuvvetin yönünü belirtir ve çizerek gösterir (BSB-28). 2.5. Kuvvetle ilgili olarak doğrultu ve yön kavramlarını açıklar. 3. Cisimlere etki eden kuvvetler ile ilgili olarak öğrenciler; 3.1. Bir cisme birden fazla kuvvetin etki edebileceğini gözlemler (BSB-1). 3.2. Bir cisme etki eden kuvvetlerin yönlerini gösteren çizimler yapar (BSB-28). 3.3. Đki veya daha fazla kuvvetin bir cisme yaptığı etkiyi tek başına yapan kuvveti net kuvvet (bileşke kuvvet) olarak tanımlar. 3.4. Bir cisme etki eden net kuvvetin sıfır olması durumunda cismin dengelenmiş kuvvetler etkisinde olduğunu belirtir. 3.5. Bir cisme etki eden net kuvvetin sıfırdan farklı olması durumunda cismin dengelenmemiş kuvvetler etkisinde olduğunu belirtir. Kuvveti e ile Ölçeriz? Öğrencilere dinamometre gösterilir ve içerisinde bir yay olduğuna işaret edilir. Bir öğrenci dinamometreyi çekerken öğrencilere dinamometrenin nasıl okunacağı hakkında bilgi verilir. Öğrenciler, dinamometrenin göstergesi üzerindeki ölçekleri yorumlar ve her dinamometrenin belli bir değere kadar kuvvet ölçebileceğini fark eder. Öğrenciler, dinamometreyi dikkatlice kullanmak ve gösterdiği değeri hassasiyetle okumak için alıştırmalar yapar (2.1;2.2;2.3). Kuvvetleri Gösterelim Öğrenciler, dinamometre yardımıyla bir cisme zıt yönde; fakat aynı doğrultuda kuvvet uygulayarak bu kuvvetin yön ve doğrultusunu gösteren çizimler yapar. Aynı işlemleri farklı büyüklük ve yönde kuvvet uygulayarak denerler. Farklı büyüklükteki kuvvetleri ölçeklendirerek gösterirler. Kuvvetleri bu şekilde temsil etmenin sağladığı kolaylıkları tartışırlar (2.4;2.5). Cisimlere Etki Eden Kuvvetleri Gösterelim Öğrenciler, cisimlere birden fazla kuvvetin; etki ettiği durumları gözlemler ve etki eden kuvvetleri belirtir. Kuvvetlerin yönlerini gösteren çizimler yaparlar (3.1;3.2). eden Hareketli veya Durgun? Đki öğrenciden oluşan bir gruba, iki adet dinamometre ve her iki yanında dinamometrenin takılabileceği bir çengel bulunan bir tahta blok verilir. Öğrencilerden biri, birinci dinamometreyi bloğun bir yanındaki çengele; diğeri ise ikinci dinamometreyi bloğun diğer tarafındaki çengele takar. Sonra iki öğrenci, bloğu zıt yönde, farklı kuvvetler uygulayarak hareket ettirmeyi dener. Öğrenciler, bloğun bir yönde hareket ettiğini gözlemler. Daha sonra, her iki öğrenci aynı işlemi bloğa, aynı büyüklükte kuvvet uygulayarak (Bu aşamada üçüncü bir öğrenci bloğa eliyle üst taraftan bastırır ve diğer iki öğrenci bloğa aynı büyüklükte kuvvetler uyguladıklarından emin olduktan sonra üçüncü öğrenci elini bloktan çeker.) dener. Öğrencilere, kuvvetin cisimler üzerindeki etkileri hatırlatılır. [!] SI birim sistemi kullanılmalıdır. [!] Şeffaf olarak tasarlanmış dinamometreleri kullanmak, öğrencilerin dinamometrenin nasıl çalıştığını sezmelerine yardım edecektir. 2.4 Öğrenciler, bu aşamada sadece dinamometre yardımıyla bir cisme uyguladıkları aynı veya zıt yönlü kuvvetleri çizerek gösterir. Dinamometre Hangi Değeri Gösteriyor? Kuvvetleri Gösterelim Öğrencilere, kuvvet çeşitleri hatırlatılır. [!] Dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvetlerle ilgili olarak daha önce ele alınmış kuvvetler dikkate alınmalıdır. 3.2 Cisimlere aynı doğrultuda etki eden, yönleri aynı veya zıt kuvvetlerle ilgili çizimler yaptırılmalıdır. [!] Bir kuvveti dengeleyen diğer kuvvetin bu kuvvete eşit büyüklükte; fakat zıt yönde olması gerektiği vurgulanmalıdır. [!] 3.4 Sabit süratli hareketin de dengelenmiş kuvvetlerin bir sonucu olduğundan bahsedilebilir. : Sınıf-Okul Đçi Etkinlik : Okul Dışı Etkinlik : Ders Đçi Đlişkilendirme : Diğer Derslerle Đlişkilendirme : Ölçme ve Değerlendirme???: Kavram Yanılgısı [!]: Uyarı : Sınırlamalar : Ara Disiplinlerle Đlişkilendirme (Ayraç içindeki 1. rakam Fen ve Teknoloji dersi kazanımını, 2. rakam ara disiplin kazanımını gösterir.) 111
ÖĞRE ME ALA I: FĐZĐKSEL OLAYLAR 2. Ü ĐTE: KUVVET VE HAREKET Ü ĐTE KAZA IMLAR ETKĐ LĐK ÖR EKLERĐ AÇIKLAMALAR 3.6. Bir cisme etki eden dengelenmemiş kuvvetlerin, cismin süratinde ve/veya hareket yönünde değişiklik meydana getirebileceğini deneyle gösterir (BSB-16,18,28). 3.7. Bir veya daha fazla kuvvet etkisindeki bir cismin durgun kalabilmesi için uygulanması gereken kuvveti tahmin eder ve tahminlerini test eder (BSB- 9,16,18,28). 3.8. Durgun bir cismin dengelenmiş kuvvetler etkisinde olduğu sonucuna varır (BSB-31). Öğrenciler, bu defa bloğun hareket etmediğini gözlemler. Her iki durumu karşılaştırarak tartışırlar. Her iki durumda bloğa uygulanan kuvvetlerin yönlerini çizerler. Farklı büyüklükteki kuvvetleri ölçeklendirme yardımıyla farklı uzunlukta oklarla gösterirler. Bloğa etki eden net kuvveti hesaplarlar. Cisimlere dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvetler uygulandığında cisimlerin davranışını açıklarlar. Durgun cisimlerin dengelenmiş kuvvetler etkisinde olduğunu kavrarlar. Dengelenmemiş kuvvetlerin cisimleri nasıl etkileyebileceğini tartışır ve sonuçlarını yorumlarlar (3;3,3.4;3.5;3.6). 3.6 Öğrenciler, aynı doğrultu üzerindeki aynı ve zıt yönlü kuvvetlerin cisimlere olan net etkilerini tanımlayabilmelidir. [!] Öğrencilerin farklı büyüklükteki kuvvetleri ölçeklendirme yardımıyla farklı uzunluktaki oklarla temsil etmelerine yardım edilmelidir. Kuvvetleri Gösterelim Dengelenmiş ve Dengelenmemiş Kuvvetler KUVVET VE HAREKET 4. Ağırlıkla ile ilgili olarak öğrenciler; 4.1. Dünyadaki kütle çekim kuvvetinin varlığını, etrafındaki olaylardan yararlanarak gözlemler (BSB-1). 4.2. Dünya ile yeryüzündeki kütleler arasındaki çekim kuvvetini yer çekimi kuvvetini, olarak isimlendirir. 4.3. Yer çekimi kuvvetinin Dünya üzerindeki her noktada kütleler üzerine Dünya nın merkezine doğru etkilediğini fark eder. 4.4. Kütleye etki eden yer çekimi kuvvetini ağırlık olarak adlandırır. 4.5. Ağırlığı bir kuvvet olarak tanımlar ve dinamometre ile ölçer (BSB-22,23,24). 4.6. Farklı gezegenlerde aynı kütlenin ağırlığının neden farklı olacağını açıklar. 4.7. Kütle ile ağırlığı birbirinden ayırt eder (BSB-4,5). Ağırlık ile Kütle Arasındaki Farkı Anlayalım Öğrenciler, atılan cisimlerin yere düştüğünü, eğimli yüzeyler üzerinde bulunan cisimlerin kayabildiğini ve dinamometreye asılan cisimlerin dinamometrenin içerisindeki yayı gerebildiğini gözlemleyerek sonuçlarını tartışır. Cisimleri yeryüzünün merkezine doğru çeken bir kuvvetin var olduğu sonucuna ulaşırlar. Bu kuvveti yer çekimi kuvveti olarak tanımlarlar. Ağırlık ile yer çekimi arasındaki ilişkiyi araştırırlar. Ağırlığa, kütleye etki eden yer çekimi kuvvetinin neden olduğu sonucuna ulaşırlar. Ağırlık ile kütle arasındaki nitel ilişkiyi yorumlar. Farklı gezegenlerdeki kütle çekim kuvvetinin büyüklüğünü araştırırlar. Ay a giden insanların neden daha az ağırlığa sahip olduğunu açıklar. Ağırlığın kütle çekim kuvvetinin büyüklüğüne bağlı olarak değişeceğini; fakat kütlenin değişmeyeceğini kavrarlar (4.1;4.2;4.3;4.4;4.5;4.6;4.7). [!] Yer çekimi kuvvetinin yönünün yerin merkezine doğru olduğu vurgulanmalıdır. [!] SI birim sistemi kullanılmalıdır. 4.4 Yer çekimi ivmesi konusuna girilmeyeceğinden ağırlıkla ilgili olarak G=mg matematiksel bağıntısı verilmemelidir. Öğrenciler, bir cismin ağırlığını Newton olarak ölçeklendirilmiş bir dinamometre ile ölçerek bulmalıdır. [!] 4.4 Bazı öğrenciler, bir cismin kütlesi ile ağırlığı arasında bir oran olduğunu sezebilir. 4.6 Dünya-Ay ve Dünya-Güneş arasındaki kütle çekim kuvvetlerine değinilmez.??? Öğrenciler yer çekimi kuvvetinin aynı anda sadece bir cisme etki edebileceği yanılgısına düşebilir. Ağırlık ve Kütle Arasındaki Fark : Sınıf-Okul Đçi Etkinlik : Okul Dışı Etkinlik : Ders Đçi Đlişkilendirme : Diğer Derslerle Đlişkilendirme : Ölçme ve Değerlendirme???: Kavram Yanılgısı [!]: Uyarı : Sınırlamalar : Ara Disiplinlerle Đlişkilendirme (Ayraç içindeki 1. rakam Fen ve Teknoloji dersi kazanımını, 2. rakam ara disiplin kazanımını gösterir.) 112
F. Önerilen Öğretim ve Değerlendirme Etkinlikleri Etkinlik umarası : 1 Etkinlik Adı : Sürati Hesaplayalım Đlgili Olduğu Kazanımlar : 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5 Aşağıda hareketli iki araca ait bazı bilgiler verilmiştir. Bu bilgileri kullanarak soruları cevaplandırınız. A ile C noktası arasındaki uzaklık 12 km dir. Araba ve otobüs sabit süratle hareket etmektedir. A ile B noktası arasındaki uzaklık, A ile C noktası arasındaki uzaklığın 3 katıdır. Araba C noktasına 1 saatte varmaktadır. Araba B noktasına vardıktan 1 saat sonra otobüs A noktasına ulaşmaktadır. A C B 1. Arabanın sürati nedir? 2. Araba B noktasına ne kadar zamanda ulaşır? 3. Otobüs A noktasına ne kadar zamanda ulaşır? 4. Otobüsün sürati nedir? 5. 2 saat sonra her iki araç arasındaki uzaklık ne kadardır? Etkinlik umarası : 2 Etkinlik Adı : Dinamometre Hangi Değeri Gösteriyor? Đlgili Olduğu Kazanımlar : 2.1; 2.2; 2.3 Aşağıdaki şekillerde dinamometrelere asılmış cisimler bulunmaktadır. Bu şekilleri inceleyerek aşağıdaki tabloyu doldurunuz ve sorulara cevap veriniz. A B Ç C 113
CĐSĐM A DĐNAMOMETRENĐN GÖSTERDĐĞĐ DEĞER B C Ç A. Hangi dinamometre en fazla kuvvet ölçer? Neden?...... B. 1 N un altındaki kuvvetleri hangi dinamometreden ölçmek daha uygun olur? Neden?...... Etkinlik umarası : 3 Etkinlik Adı : Kuvvetleri Gösterelim Đlgili Olduğu Kazanımlar : 2.4;2.5;3.1;3.2;3.3;3.4 Aşağıda çeşitli varlıklara ait resimler bulunmaktadır. Resimleri dikkatlice inceledikten sonra, bu varlıklara etki eden kuvvet ya da kuvvetleri çiziniz kamyonu itmeye çalışan bir adam halat çeken iki adam Etkinlik umarası : 4 Etkinlik Adı : Dengelenmiş ve Dengelenmemiş Kuvvetler Đlgili Olduğu Kazanımlar : 3.1; 3.2; 3.3 ;3.4; 3.5; 3.6 Aşağıdaki K cismine, B yönünde 10 N ve C yönünde ise 20 N luk kuvvetler uygulanıyor. Buna göre aşağıdaki sorulara cevap veriniz. 114
A a) K cismi dengelenmiş kuvvetler etkisinde midir? Neden? b) K cismi hangi yönde hareket etmektedir? Neden? B K C c) 20, 10 ve 20 N luk üç kuvvet hangi yönlerde uygulanırsa K cismi durgun kalır? Neden? D Etkinlik umarası : 5 Etkinlik Adı : Ağırlık ve Kütle Arasındaki Fark Đlgili Olduğu Kazanımlar : 4.1; 4.2; 4.3; 4.4; 4.5; 4.6; 4.7 Aşağıdaki sorular için verilen seçeneklerden birini işaretleyerek işaretleme sebebinizi belirtiniz. a. Dünyadaki ağırlığı 5 N olan bir cismin ağırlığı Ay da daha az olacaktır. ( ) Doğru ( ) Yanlış Neden:... b. Dünyadaki kütlesi 8 kg olan bir cismin kütlesi Ay da daha az olacaktır. ( ) Doğru ( ) Yanlış Neden:... c. Bir cismin ağırlığı ile kütlesi arasında bir ilişki vardır. ( ) Doğru ( ) Yanlış Neden:... 115
Ağırlık 6. Sınıf Üniteler ç. Bir cismin ağırlığı farklı gezegenlerde farklı olabilir. ( ) Doğru ( ) Yanlış Neden:... 116