<%@LANGUAGE="JAVASCRIPT" CODEPAGE="1252"%> ASTEL - FYKE-opas
       
 

 

LIIKE JA TASAPAINO

TULOSTETTAVA PDF

1. LIIKE
Liikkeen luokittelu
Liikkeen jatkavuus
Liike ja vuorovaikutus
Liikkeen muuttuminen

Vain vuorovaikutus voi muuttaa liikettä
Vuorovaikutusten luokittelu
Kappaleen vaikutus liikkeen muutokseen

2. LIIKKEEN, VOIMAN JA MASSAN MITTAAMINEN
Nopeus
Kiihtyvyys
Vuorovaikutus ja voima

3. TASAPAINO
Painopiste
Tasapainon lajit
Kappaleen kaatuminen
Mekaaninen kone
Vipu
Kalteva taso
Väkipyörä

 

   

LIIKE JA TASAPAINO

Esipuhe

Opettajankoulutuksen ympäristö- ja luonnontiedon, fysiikan tiedonalan, Liike ja tasapaino –oppimateriaalissa  Nano ja Piko, kaksi lapsenomaisen vilkasta, hyväntuulista ja uteliasta olentoa kaukaiselta Lepton-planeetalta, tutustuttavat sinut liike- ja tasapainoilmiöihin ja niitä selittäviin luonnonlakeihin. Samalla opit tapoja, joilla voit ohjata oppilaitasi koulussa huomaamaan heidän ympäristöstään erilaisia liike- ja tasapainoilmiöitä sekä selittämään niitä. 

Nano ja Piko auttavat sinua nimenomaan selitysten muotoilussa, sillä he ovat matkustaneet Maahan pitkän matkan kaukaiselta planeetalta nimeltä Lepton. Matkalla he ovat tehneet havaintoja kappaleiden liikkeistä ympäristössä, jossa ei esiinny samanaikaisesti useita vuorovaikutuksia, kuten melkein kaikissa maanpäällisissä ilmiöissä esiintyy. Kappaleiden liikkuessa niihin vaikuttaa Maan pinnalla usein Maan vetovoima, ilmanvastus ja kappaleiden kosketuksessa syntyvä kitka. Nanon ja Pikon saamat kokemukset "ideaalisista" olosuhteista auttavat sinua pelkistämään ympärilläsi havaitsemiasi ilmiöitä ja muotoilemaan luonnonlakeja, joilla ilmiöt voidaan selittää. 

Tämä oppimateriaali on tehty yhteistyössä Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitoksen, Helsingin kaupungin sekä SET ry:n (Sähkö-, elektroniikka- ja tietoteollisuus) kanssa yhteisessä ASTeL-hankkeessa (Arithmetics, Science, Techonology, e-Learning). Materiaalin laatimista on tukenut opetushallitus. Materiaalin laatiminen on myös osa opettajankoulutuslaitoksen VirMat-hanketta. Materiaalia ovat kirjoittaneet, ideoineet ja kommentoineet Veera Kallunki, Jari Lavonen, Kalle Juuti, Anniina Mikama, Veijo Meisalo ja Jyri Jokinen. Kuvat ja kaaviot on piirtänyt Anniina Mikama ja valokuvaajana on toiminut Mika Suhonen.

Johdanto

Nanon ja Pikon kotiplaneetta, Lepton, sijaitsee yhdessä linnunratamme kierteishaarassa kiertäen sen erästä tähteä. Siellä on asunut jo vuosimiljoonien ajan pienikasvuinen mutta monilukuinen, vihreä kansa, rauhassa eläen ja uteliaasti maailmankaikkeutta tutkien. Leptonin asukkaat elävät ihmisten mittapuulla käsittämättömän vanhoiksi; jopa yli tuhat vuotta. Näin he ehtivät kerätä elämänsä aikana paljon kokemuksia, tietoa ja viisautta. Siitä huolimatta hyväntuuliset leptonit säilyttävät koko elämänsä luontaisen uteliaisuutensa ja lapsenomaisen, loppumattoman innostuksensa. 

Eräänä päivänä leptonien tehokkaat radioteleskoopit löytävät aivan uuden planeetan, Maan, linnunradan toisesta kierteishaarasta. Heistä planeetta vaikuttaa asumiskelpoiselta, ellei suorastaan viihtyisältä, ja heidän uteliaisuutensa herää välittömästi; Tämäpä metkaa! Olisiko tuolla planeetalla älyllistä elämää? Ja sen asukkaat mahtavat näyttää? Ovatko ne suuria ja punaisia hirviöitä, jollaisiksi avaruusolennot aina lasten tarinoissa kuvataan?

Leptonit päättävät välittömästi lähettää matkaan tutkimusryhmän ottamaan asiasta selvää. Matkalle lähetetään Nano ja Piko. Seuraavissa luvuissa tarkastellaan Nanon ja Pikon kokemuksia avaruusmatkalta ja matkan jälkeisistä maanpäällisistä tapahtumista. Erityisesti heidän saamansa kokemukset matkustaessaan avaruuden tyhjiössä kaukana muista taivaankappaleista ovat hyödyllisiä kun tarkastelemme liikkeen perustyyppejä, luonnehdimme niitä ja esitämme selityksiä liikkeille ja liikkeen muutoksille. Maan pinnalla tapahtuvat liikeilmiöt ovat aina sellaisia, että liikkuvaan kappaleeseen vaikuttaa useita voimia, kuten painovoima, ilmanvastus ja kitka. Havaintoja selitettäessä on siten vaikea ottaa huomioon kaikkia havaittuun ilmiöön vaikuttavia tekijöitä. Sitä vastoin Nanon ja Pikon kokemukset ovat sellaisia, että niiden perusteella on helppo päätyä liikettä ja liikkeen muutoksia selittäviin luonnonlakeihin.

Kertomus ei ole luonteeltaan loogisesti etenevä matkakertomus, vaan se sisältää otteita ja välähdyksiä Nanon ja Pikon mielenkiintoisina pitämistä tapahtumista, joista rakentuu liike- ja tasapainoilmiöiden kokonaisuus.  Nanon ja Pikon opastuksella opit, miten liikettä voidaan luokitella ja kuvata, ja mistä tekijöistä liikkeelle lähteminen, pysähtyminen ja kääntyminen riippuvat. Lisäksi perehdyt kappaleiden tasapainoon ja yksinkertaisiin koneisiin, kuten vipuun, rattaisiin ja kaltevaan tasoon.

Fysiikan osa-alueena mekaniikka, joihin liike- ja tasapainoilmiötkin kuuluvat, on luonteeltaan sangen monimutkainen ilmiökokonaisuus. Mekaniikan ilmiöiden selitykset puetaan syy- ja seurauslakien muotoon. Ongelmana lakien esittämisessä on se, että ilmiöissä vaikuttaa samalla kertaa useita tekijöitä. Mekaniikan monimutkaisuutta kuvastaa hyvin sekin, että mekaniikan lakien isä, Isaac Newton  (1642 - 1727), esitti pitkään aihetta tutkittuaan kaikki tutkimustuloksensa kerralla, yhtenä suurena toisiinsa kietoutuvana kokonaisuutena pääteoksessaan Principiassa. 

Tässä oppimateriaalissa liike- ja tasapainoilmiöitä lähestytään ensin kvalitatiivisella tasolla - tunnistaen ja luokitellen ilmiöitä ja niiden ominaisuuksia. Sen jälkeen havaittuja ominaisuuksia syvennetään kvantitatiivisella tasolla niiden voimakkuuksia vertailemalla ja mittaamalla.