Kuvvet ve Enerjiyi Keşfedelim Simülasyonu

Kazanımlar

• FB.7.2.1 (7. Sınıf): Fiziksel anlamda yapılan işin bağlı olduğu faktörlere ilişkin bilimsel çıkarım yapabilme
• FB.7.2.2 (7. Sınıf): Enerji çeşitlerinden kinetik ve potansiyel enerjiyi karşılaştırabilme
• FB.7.2.3 (7. Sınıf): Enerji dönüşümünden hareketle enerjinin korunduğuna tümevarımsal akıl yürütebilme

Simülasyon Hakkında

Enerji Pisti, Fen Bilimleri 7. sınıf "Kuvvet ve Enerjiyi Keşfedelim" ünitesini dört sekmede işler: Keşfet, İş, Tahmin Et ve Deney. Topu bir pistte bırakır, potansiyel, kinetik ve mekanik enerjinin çubuklarda nasıl değiştiğini izler; beş günlük yaşam durumunda fiziksel anlamda iş yapılıp yapılmadığına karar verir; önce tahmin edip sonra gözlemler; tek bir değişkeni değiştirerek kendi veri tablonu kurarsın. Sorular sekmesinde 12 çoktan seçmeli soru seni bekler.

Programın sınırlarına uygun olarak ekranda formül kullanılmaz; ilişkiler çubuklar, tablolar ve oranlarla gösterilir.

Bu bir öğretim modelidir: top pist boyunca enerji korunumuyla hareket ettirilir (yuvarlanan topun dönme enerjisi kinetik enerjiye dahildir), sürtünmede kaybolan mekanik enerji ısı olarak gösterilir, yer çekimi Dünya'da 9,8 N/kg, Ay'da 1,6 N/kg alınmıştır. Tüm 3B modeller ve sesler bu uygulama için koddan üretilmiştir.

Kontrol Paneli

Üst çubuk

Solda atölyenin adı ve sınıfı, ortada Keşfet, İş, Tahmin Et, Deney ve Sorular sekmeleri, sağda "Kaynaklar" düğmesi bulunur.

Keşfet

Pist seç (vadi, tepeler, yüksek tepe, rampa, sarkaç, yaylı atıcı, serbest düşme ya da kendi pistin), topun kütlesini (1, 2 ya da 4 kg), sürtünmeyi (yok, az, çok) ve yer çekimini (Dünya, Ay) ayarla; topu pistte sürükleyip istediğin yükseklikten bırak (boşluk tuşu: oynat / durdur). Hız (0,25x–1x) ve bakış (yandan, 3B, topla) alttan seçilir; kendi pistini sarı tutamakları yukarı-aşağı sürükleyerek kurarsın.

Keşfet · Enerji çubukları

Sağ panel potansiyel, kinetik, mekanik ve toplam enerjiyi çubuklarla gösterir; kesikli çizgi başlangıçtaki toplam enerjidir. Yükseklik ve sürat canlı yazılır; "Sayılar (joule)", "Ölçüm duvarı (1 m)", "İz (stroboskop)" ve "Topun enerjisi" düğmeleri gösterimi ayarlar.

İş

Beş durumu izleyip (kasayı itmek, duvarı itmek, çantayı taşıyarak yürümek, kutuyu rafa kaldırmak, kutuyu havada tutmak) fiziksel anlamda iş yapılıp yapılmadığına karar verirsin; kırmızı ok kuvveti, yeşil ok yer değiştirmeyi gösterir. "İş ölçer"de kuvveti ve kasanın gideceği yolu seçip kasayı itersin; yapılan iş tabloya yazılır.

Tahmin et

12 görevde önce tahminini seçer, sonra "İzle"ye basıp topun ne yaptığını gözler ve gözlemini tahminle karşılaştırırsın ("Tekrar izle" ile yeniden bakabilirsin). Sorular karşı tepeye çıkış yüksekliği, sürtünme, Ay'daki top, farklı kütleler ve yaylı atıcı gibi durumları kapsar.

Deney

Tek bir değişkeni (yükseklik, kütle, yer çekimi ya da sürtünme) seçip değerini değiştirir, diğerlerini sabit tutarsın. "Dene"ye her basışta veri tablosuna yeni bir satır eklenir: yükseklik, başlangıçtaki potansiyel enerji, en büyük sürat, en büyük kinetik enerji ve topun çıktığı yükseklik.

Sorular

Atölyenin 12 çoktan seçmeli sorusu vardır. Cevap verince doğrusu ve açıklaması gösterilir; bitirince kaç soruyu doğru çözdüğün yazılır ve yanlış yaptığın konularda simülasyona dönüp deneyi yeniden yapman önerilir.

Deney Adımları

1. İş: Beş durumu izleyip fiziksel anlamda iş yapılıp yapılmadığına karar ver. "İş ölçer"de kuvveti ya da yolu iki katına çıkarıp yapılan işin nasıl değiştiğine bak.
2. Keşfet: Topu vadide A noktasından bırak ve enerji çubuklarını izle; potansiyel ve kinetik enerjinin nasıl değiştiğini, mekanik enerjinin ne olduğunu not et. Sürtünmeyi "az" ve "çok" yapıp topun çıktığı yüksekliği ve ısıya dönüşen enerjiyi karşılaştır.
3. Tahmin et: 12 görevde önce tahminini seç, sonra "İzle"ye bas ve gözlemini tahminle karşılaştır.
4. Deney: Her seferinde yalnızca bir değişkeni (yükseklik, kütle, yer çekimi, sürtünme) değiştir, veri tablosunu doldur ve genellemeni yaz.
5. Sorular sekmesindeki 12 soruyu çöz; yanlış yaptığın konularda simülasyona dönüp deneyi yeniden yap.

Gözlem Defteri

1. Fiziksel anlamda iş için cisme kuvvet uygulanmalı ve cisim bu kuvvetin doğrultusunda yer değiştirmelidir. Duvarı itmek ya da kutuyu havada tutmak iş değildir; çantayı taşıyarak yatay yürümekte de kuvvet yukarı, hareket yataydır ve iş yapılmaz.
2. Yapılan iş kuvvete ve yola bağlıdır: yol aynıyken kuvvet iki katına çıkınca iş de iki katına çıkar. İş ve enerji aynı birimle ölçülür: joule (J).
3. Çekim potansiyel enerjisi cismin kütlesi ve yerden yüksekliği arttıkça artar; kinetik enerji kütle ve sürat arttıkça artar. Aynı yükseklikten bırakılan hafif ve ağır top, sürtünme yokken en alçak noktadan aynı süratle geçer.
4. Sürtünme yokken top alçalırken potansiyel enerji azalır, kinetik enerji aynı miktarda artar ve mekanik enerji sabit kalır; top başladığı yüksekliğe çıkar. Sürtünme varken mekanik enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür ve top daha alçağa çıkar; mekanik enerji ile ısının toplamı başlangıçtaki toplam enerjiye eşit kalır.

Bilimsel Çıkarım

• Neden: Kuvvet uygulanıyor ama cisim kuvvetin doğrultusunda yer değiştirmiyor. Sonuç: Fiziksel anlamda iş yapılmaz; kişinin yorulması bunu değiştirmez.
• Neden: Top alçalırken yüksekliği azalır, sürati artar. Sonuç: Potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür; sürtünme yokken mekanik enerji sabit kalır.
• Neden: Sürtünmeli pistte top her gidip gelişte daha alçağa çıkar ve sonunda durur. Sonuç: Mekanik enerjinin bir kısmı ısıya (ve biraz da sese) dönüşmüştür; enerji yok olmaz, biçim değiştirir.

Sık Yapılan Hatalar

• Yorulmayı iş yapmakla eşitlemek. Duvarı bütün gücüyle iten kişi yorulur ama duvar yer değiştirmediği için fiziksel anlamda iş yapılmaz.
• Ağır topun daha yükseğe çıkacağını ya da daha hızlı hareket edeceğini düşünmek. Sürtünme yokken kütle arttıkça enerjiler artar ama sürat ve çıkılan yükseklik değişmez.
• Enerjinin sürtünmede yok olduğunu sanmak. Mekanik enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür; toplam enerji korunur.
• Simülasyondaki değerlerin ölçülmüş gerçek değerler olduğunu sanmak. Yer çekimi 9,8 N/kg ve 1,6 N/kg alınmıştır, değerler yuvarlanarak gösterilir.

Kaynaklar

• MEB Türkiye Yüzyılı Maarif Modeli, Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı, 7. sınıf 2. ünite "Kuvvet ve Enerjiyi Keşfedelim" (FB.7.2.1–FB.7.2.3).
• Enerji Pisti: top pist boyunca enerji korunumuyla hareket ettirilir (yuvarlanan topun dönme enerjisi kinetik enerjiye dahildir); sürtünmede kaybolan mekanik enerji ısı olarak gösterilir.
• Yer çekimi Dünya'da 9,8 N/kg, Ay'da 1,6 N/kg alınmış, değerler yuvarlanarak gösterilmiştir. Programın sınırlarına uygun olarak ekranda formül kullanılmaz. Tüm 3B modeller ve sesler bu uygulama için koddan üretilmiştir; yazı tipi Titillium Web (SIL Open Font License 1.1).