Μελέτη της περιστροφικής κίνησης με το wiimote

Η δραστηριότητα αυτή πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του μαθήματος της Φυσικής Γ' Λυκείου (3ο κεφάλαιο, στροφική κίνηση) και απαίτησε μία διδακτική ώρα.

(Λόγω της αξιοποίησης σε αυτό το σενάριο του Wiimote, θα ήταν ενδεχομένως χρήσιμο καταρχάς να ενημερωθείτε  για το Wiimote από αυτή τη σελιδα του ιστολογίου.)

Η πειραματική διάταξη
Μία ρόδα ποδηλάτου τοποθετήθηκε με τον άξονα περιστροφής της κατακόρυφο και στην περιφέρειά της προσδέθηκε το wiimote (Εικόνα 1).

Εικόνα 1. Το wiimote δεμένο σε ρόδα ποδηλάτου που περιστρέφεται σε επίπεδο παράλληλο προς το έδαφος.

Η ρόδα τέθηκε σε περιστροφή και μετρήθηκε η γωνιακή της ταχύτητα περιστροφής σε συνάρτηση με το χρόνο, χάρη στα δεδομένα που συλλέγει ο αισθητήρας motionplus. Μόλις η ρόδα ακινητοποιήθηκε ασκήθηκε σε αυτήν ροπή η οποία την έθεσε σε περιστροφική κίνηση αντίθετης φοράς από την αρχική.

Οι μετρήσεις
Οι τιμές της γωνιακής ταχύτητας που καταγράφηκαν, σε αυθαίρετες μονάδες, σε συνάρτηση με το χρόνο αναπαριστώνται στο Σχήμα 1.

Σχήμα 1. Η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής της ρόδας σε συνάρτηση με το χρόνο.

Από την κλίση της γραφικής παράστασης οι μαθητές μπόρεσαν να υπολογίσουν τη γωνιακή επιτάχυνση της ρόδας για τα τρία είδη κίνησης που πραγματοποιεί, σε αυθαίρετες μονάδες.

Συμπεράσματα
Η εμφανώς μη ομαλή καμπύλη, έδωσε τη δυνατότητα να συζητηθούν προβλήματα σχετικά με τις αβεβαιότητες των μετρήσεων, ένα θέμα που προκαλεί παρερμηνείες και επιστημολογικές παρεξηγήσεις στους μαθητές.
Επίσης, οι γραφικές παραστάσεις, όπως η συγκεκριμένη, στις οποίες το στερεό σώμα αλλάζει φορά περιστροφής δημιουργούν, σύμφωνα με τη διδακτική εμπειρία μας, παρανοήσεις στους μαθητές. Η δυνατότητα που προσφέρει η χρήση του αισθητήρα motionplus για τη σύνδεση της γραφικής παράστασης με την κίνηση της ρόδας σε πραγματικό χρόνο (πολλαπλές αναπαραστάσεις), φάνηκε ότι μπορεί να συνδράμει στην ορθότερη οικοδόμηση από τους μαθητές των εννοιών της στροφικής κίνησης στερεού σώματος. Πράγματι, οι μαθητές αυτοί μπόρεσαν να περιγράψουν αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις με μεγαλύτερη ευχέρεια από ό,τι πριν από την πειραματική δραστηριότητα.