Επισκόπηση
Εισαγωγή στις απλές μηχανές
Τι είναι οι απλές μηχανές;
Οι απλές μηχανές είναι συσκευές που αλλάζουν την κατεύθυνση ή τη δύναμη ενός συγκεκριμένου αντικειμένου, κάνοντάς το να κινείται ευκολότερα. Μια απλή μηχανή διευκολύνει και μειώνει το χρόνο που απαιτείται για να ολοκληρωθεί μια εργασία.
Οι απλές μηχανές μπορούν να βοηθήσουν από το να χτιστούν ουρανοξύστες μέχρι το να γίνει ευκολότερο το κόψιμο των λαχανικών—οι δυνατότητες χρήσης τους είναι απεριόριστες. Έχουν κάνει τη ζωή των ανθρώπων ευκολότερη με πολλούς διαφορετικούς τρόπους και δύσκολα θα μπορούσε κανείς να φανταστεί ότι θα είχαμε προχωρήσει τόσο πολύ χωρίς αυτές.
Πολλά από τα πολύπλοκα συστήματα και εργαλεία που χρησιμοποιούμε σήμερα προέκυψαν από απλές μηχανές του παρελθόντος, οι οποίες αποτελούν ένα βασικό σκαλοπάτι για την εξέλιξη των σύνθετων μηχανημάτων.
Οι απλές μηχανές μπορούν να λειτουργήσουν με διάφορους τρόπους. Μπορούν να μεταφέρουν μια δύναμη από ένα μέρος σε κάποιο άλλο, να αλλάξουν την κατεύθυνση μιας δύναμης, να αυξήσουν το μέγεθος μιας δύναμης ή να αυξήσουν την απόσταση ή την ταχύτητα μιας δύναμης.
Τροχαλία
Η τροχαλία είναι μια απλή μηχανή, η οποία διαθέτει έναν τροχό με αυλάκωση και ένα σχοινί που χρησιμεύει για την ανύψωση, το κατέβασμα ή τη μετακίνηση ενός φορτίου.
Μοχλός
Ο μοχλός είναι μια σκληρή ράβδος που βασίζεται σε στήριγμα και βοηθά στην ανύψωση ή τη μετακίνηση βαρέων φορτίων.
Σφήνα
Η σφήνα είναι ένα αντικείμενο που διαθέτει τουλάχιστον μία κεκλιμένη πλευρά με σκληρή ακμή για την κοπή υλικών.
Τροχός και άξονας
Πρόκειται για έναν τροχό με μία ράβδο που περνάει από το κέντρο του και βοηθά στην ανύψωση ή τη μετακίνηση φορτίων.
Κεκλιμένο επίπεδο
Το κεκλιμένο επίπεδο διακρίνεται από μία επιφάνεια με κλίση που συνδέει ένα υψηλότερο επίπεδο με ένα χαμηλότερο.
Κοχλίας
Ο κοχλίας (βίδα) είναι ένα κεκλιμένο επίπεδο, το οποίο περιστρέφεται γύρω από ένα σπείρωμα. Συγκρατεί αντικείμενα μεταξύ τους και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανύψωση υλικών.
Χρησιμοποιούμε απλές μηχανές κάθε μέρα—όταν ανοίγουμε μια πόρτα, μια βρύση, μια κονσέρβα ή όταν κάνουμε ποδήλατο. Οι απλές μηχανές μας διευκολύνουν να εκτελέσουμε διάφορες εργασίες.
Μια δύναμη (μια προσπάθεια ώθησης ή έλξης) κάνει κάτι (μια μάζα ή ένα φορτίο) να μετακινηθεί σε μια απόσταση. Οι απλές μηχανές έχουν μόνο ένα μέρος για να κάνουν το έργο και έχουν πολύ λίγα ή και καθόλου κινούμενα μέρη.
Ο μοχλός αποτελεί παράδειγμα μιας τέτοιας απλής μηχανής. Μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει έναν μοχλό, για παράδειγμα έναν λοστό, για να μετακινήσει ένα μεγάλο φορτίο με μικρότερη προσπάθεια από ό,τι θα χρειαζόταν αν δεν είχε μια μηχανή να τον βοηθήσει. Η δύναμη που εφαρμόζεται στον μοχλό κάνει το φορτίο να κινηθεί, αλλά η προσπάθεια που απαιτείται είναι μικρότερη από ό,τι αν η δύναμη εφαρμοζόταν απευθείας στο φορτίο. Συνεπώς, η εργασία μας μπορεί να γίνει πιο εύκολα.
Οι όροι φορτίο και προσπάθεια χρησιμοποιούνται στην περιγραφή του τρόπου λειτουργίας των απλών μηχανών. Το φορτίο είναι το αντικείμενο που μετακινείται, για παράδειγμα ένα κουτί. Η προσπάθεια είναι η δύναμη που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση του έργου. Στην περίπτωση που παρουσιάζεται παρακάτω, η προσπάθεια είναι η δύναμη που θα ασκήσει κάποιος στο κινούμενο καροτσάκι για να μετακινήσει (ή να σηκώσει) το φορτίο (το κουτί).
Οι απλές μηχανές έχουν πολύ λίγα μέρη. Οι σύνθετες μηχανές αποτελούνται από δύο ή περισσότερες απλές μηχανές. Η τροχήλατη πλατφόρμα αποτελεί ένα παράδειγμα σύνθετης μηχανής.
Οι λαβές είναι μοχλοί που βοηθούν στην ανύψωση του φορτίου, ενώ ο τροχός και ο άξονας βοηθούν στην εύκολη μετακίνηση του φορτίου προς τα εμπρός. Η ίδια αρχή ισχύει και για ένα καροτσάκι.
Οι μηχανές μας βοηθούν να κάνουμε πολλά πράγματα: μας βοηθούν να σηκώνουμε, να τραβάμε, να διαχωρίζουμε, να στερεώνουμε, να κόβουμε, να μεταφέρουμε, να ανακατεύουμε, κ.λπ. Όλες οι μηχανές αποτελούνται από απλές μηχανές. Οι πιο περίπλοκες μηχανές (σύνθετες μηχανές) απαρτίζονται από διάφορες απλές μηχανές που λειτουργούν μαζί ώστε να βοηθήσουν στην εκτέλεση των εργασιών. Τα γρανάζια μερικές φορές κατηγοριοποιούνται ως σύνθετες μηχανές, αλλά σε αυτό το εκπαιδευτικό υλικό τα έχουμε κατατάξει στις απλές μηχανές.
Η μάθηση βάσει προβλημάτων (problem-based learning) είναι μια κονστρουκτιονιστική μέθοδος που επιτρέπει στους εκπαιδευόμενους να μάθουν για ένα θέμα μέσα από την έκθεσή τους σε πολλαπλά προβλήματα και ζητώντας τους να δομήσουν την κατανόησή τους σχετικά με το θέμα αυτό μέσω των εν λόγω προβλημάτων. Αυτού του είδους η μάθηση μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματική για το μάθημα των μαθηματικών, καθώς οι μαθητές επιχειρούν να λύσουν τα προβλήματα με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, διεγείροντας το μυαλό τους.
Οι παρακάτω πέντε στρατηγικές καθιστούν τη μάθηση βάσει προβλημάτων πιο αποτελεσματική:
- Οι μαθησιακές δραστηριότητες πρέπει να συνδέονται με έναν ευρύτερο στόχο. Τούτο είναι σημαντικό διότι έτσι οι μαθητές αντιλαμβάνονται ότι οι δραστηριότητες μπορούν να εφαρμοστούν σε πολλές πτυχές της ζωής και, ως εκ τούτου, είναι πιο πιθανό να τις θεωρήσουν χρήσιμες.
- Ο μαθητής πρέπει να υποστηρίζεται ώστε να νιώθει ότι αρχίζει να γίνεται κοινωνός του συνολικού προβλήματος.
- Θα πρέπει να δημιουργηθεί μία πραγματική εργασία για τον μαθητή. Αυτό σημαίνει ότι η εργασία και η γνωστική ικανότητα του μαθητή θα πρέπει να ανταποκρίνονται στα προβλήματα, ώστε η μάθηση να έχει αξία
- Θα πρέπει να υπάρχει αναστοχασμός σε σχέση με το περιεχόμενο που διδάσκεται, έτσι ώστε οι μαθητές να μπορούν να αναλογιστούν τη διαδικασία με την οποία διδάχθηκαν αυτά που έμαθαν.
- Θα πρέπει να επιτρέπεται στους μαθητές και να ενθαρρύνονται να τεστάρουν τις ιδέες τους με βάση άλλες απόψεις, σε διαφορετικά πλαίσια.
