Elevii mei și masa marcată

Deunăzi în laboratorul de fizică, spre surprinderea mea, un  grup de elevi discutau în contradictoriu, gesticulând, în legătură cu un obiect de pe masă. Găsiseră o piesă veche dintr-o trusă de mase marcate.  Ai fi zis că a fost descoperită într-un anticariat, dar inscripția de pe ea se vedea clar: 100 g.
Elevii mei nu plecau în pauză și se contraziceau pe un simplu motiv: unii spuneau că valoarea inscripționată pe piesă, 100 g, este masa, alții că este greutatea corpului.

Argumentele curgeau de o parte și de alta: masa măsoară inerția, greutatea măsoară interacțiunea corp-Pământ; masa este scalar, în timp ce greutatea este un vector; masa se măsoară cu balanța, greutatea cu dinamometrul;  masa se exprimă în Sistemul Internațional în kilograme, greutatea în Newtoni; masa unui corp este constantă, în timp ce  greutatea lui este diferită, dacă o măsurăm în diferite locuri de pe Pămînt (sau pe altă planetă!).

S-au împăcat însă, cazând de acord că, ambele, masa și greutatea piesei buclucașe, sunt mărimi fizice și  că au o legătură între ele și anume: cu cât masa este mai mare, cu atât greutatea va fi mai mare.  Și vine și completarea unui elev isteț, că a calculat el raportul între greutatea și masa unor corpuri diferite și a obținut aceeași valoare … aproximativ 10 N/kg, îl completează cineva! Accelerația gravitațională g!

Văd câteva fețe suspicioase în grup. Vor să verifice dacă cele spuse sunt adevărate. Un dinamometru există în orice laborator, așa că mi-am lăsat elevul să identifice unul pe rafturile laboratorului și să-l folosească.

Zis și făcut! A prins dinamometrul de un suport și a suspendat masa marcată. Resortul dinamometrului s-a alungit, constată el. S-a deformat elastic, comentează unul. În resort ia naștere forța elastică, zice un altul.

Am pornit de la masă și forța de greutate și acum vorbim de forța elastică? întreabă elevul experimentator nedumerit.

Nici nu se poate altfel, i se răspunde din grup. Cu dinamometrul măsori acum forța de greutate, forța care deformează resortul, dar și forța elastică care apare  în resortul deformat.  Cele două forțe au același modul.

Și dacă tot am spus că forțele sunt mărimi fizice vectoriale, intervine una dintre eleve, atunci să spunem și că cele două forțe pe care le analizăm acum, greutatea și forța elastică, nu sunt egale ca vectori, pentru că ele nu au același sens.

Forțele măsoară interacțiunile, adică acțiunile reciproce dintre corpuri, în cazul nostru, greutatea măsoară interacțiunea corp-Pământ, iar forța elastică măsoară interacțiunea corp-resort. Și efectele se văd … resortul este alungit, iar piesa noastră de 100 g nu este lăsată să cadă.

Urmează un moment de tăcere întrerupt curând de o nouă nedumerire exprimată de unul dintre copii: am o riglă și pot măsura cu cât s-a alungit resortul dinamometrului, dar nu știu nimic despre constanta resortului nostru, pe dinamometru nu apare scrisă valoarea ei. Încet, dar sigur, încep să se audă păreri: forțele G și Fe sunt egale în modul; piesa noastră de 100 g …, adică 0,1 kg …, completează cineva, are greutatea G=masă ori constanta gravitațională g, asta însemnând 0,1 kg ori 10 N/kg = 1N. Deci și forța elastică este tot 1N! Ei, și atunci putem să calculăm constanta resortului nostru , k=Fe/∆l.

Lucrurile fiind lămurite, ne pregătim să ieșim din laborator, când o elevă gândește cu voce tare: din ce-o fi făcută piesa asta veche, inscripționată 100 g?

Putem să găsim un răspuns și la întrebarea ta, răspund ceilalți, căutând din priviri ceva pe rafturile laboratorului. Am găsit, anunță careva … un cilidru gradat. O mensură, apă avem, să trecem la lucru!

Nu înțeleg, comentează îmbufnat un băiat,  cum îmi poate arăta mie acest cilindru cu apă din ce este făcută piesa noastră marcată!

Prietenul lui îi răspunde încurajator: nu o să-ți spună direct materialul din care este făcută piesa, dar vei putea măsura cu cilindrul acela gradat volumul piesei, masa o știm deja, iar tu vei calcula densitatea. La un click pe net sau căutând într-un tabel de densități dintr-o carte de fizică, aflăm densitatea cărui material am calculat-o. Să te ajut să afli volumul piesei: citim nivelul inițial al apei în mensură și-l notăm Vi. Cufundăm corpul în apă. Iată, nivelul apei crește și noi citim volumul final, Vf. Diferența dintre cele două valori ne dă volumul corpului. Acum putem afla densitatea piesei noastre, d=m/V și verificăm într-un tabel de densități cărui material corespunde. Avem acest tabel al densităților aici, la îndemână, în laborator. Piesa este din bronz, un aliaj al cuprului cu staniu, pentru că valoarea densității calculată de noi este cuprinsă în tabelul de date, în intervalul 8,56 – 8,9 g/cm3.

Multe am aflat astăzi de la această piesă veche, găsită în atelierul tatălui meu, spune elevul de la care a pornit toată discuția. Dar tot mai am ceva de adăugat! Ne-ați postat în Classroom – îmi spune băiatul, întorcându-se spre mine ca un căpitan de oști – un joc în care aveam de clasificat mărimile fizice, în fundamentale și derivate. Deci eu pot completa discuția noastră spunând că: masa este mărime fizică fundamentală iar greutatea este mărime fizică derivată.

Atunci, sare din loc colega lui, te pot completa și eu, spunând că: kilogramul este unitate de măsură fundamentală iar Newtonul este unitate de măsură derivată.

Iar eu, se aude  vocea unui elev care nu participase până atunci la discuție, m-am gândit că în povestea resortului deformat, totul ar trebui recalculat pentru aflarea constantei K, dacă am schimba resortul acesta, cu un altul, diferit.

De acord, vine răspunsul grupului, constanta k pe care am aflat-o noi, este o constantă valabilă doar pentru resortul nostru.

Soneria ne anunță hotărâtă că ar fi cazul să ne ducem fiecare la activitățile noastre și în loc de rămas bun le lansez, în treacăt, o provocare: oare care dintre acizi ar putea ataca piesa voastră de bronz, într-o reacție?

Se depărtau încet spre clasa lor, dar se auzeau încă comentarii: eu parcă știam că acidul clorhidric nu atacă cuprul, spunea un puști, iar acidul sulfuric și acidul azotic reacționează cu cuprul în modul acela mai deosebit, fără degajare de hidrogen! Mda, îi răspunse amicul de lângă el, îmi aduc aminte de hipoazotida aceea, gaz roșcat, toxic.

Dar ce ziceți…  putem discuta despre vechea noastră piesă și acum, în ora de istorie? Bineînțeles, bronzul este un aliaj utilizat la confecționarea obiectelor decorative, a medaliilor, statuilor, bijuteriilor… am putea alege să avem o medalie a clasei noastre din bronz…

Ușa clasei s-a închis după grupul guraliv, liniștea s-a așternut peste coridoare. M-am îndreptat și eu spre o altă clasă, gândindu-mă prin ce peripeții va trece piesa de 100 g în ora care tocmai începuse!

 

Accesări: 70

Articole asemănătoare