על מה מדובר?
כוח החיכוך הסטטי קשה להבנה. כוח זה נובע מכוחות אלקטרומגנטיים הפועלים בין הגופים השונים, והוא תלוי גם במרחק בין הגופים וגם בחומר שממנו הם עשויים. בדוגמה שלנו האנלוגיה המגשרת משמשת להבנת האופן שבו החיכוך הסטטי מתאים את עצמו לגודל הכוח המנסה להזיז את הגוף. כוחות שמפעיל קפיץ מאפשרים להבין את התנהגות הגודל הפיזיקלי שנקרא חיכוך סטטי. גם הכוח שהקפיץ מפעיל תלוי במרחק ובחומר שממנו הוא עשוי, כמו הכוחות האלקטרומגנטיים. במקרה זה המרחק הוא בעצם מידת ההתארכות או ההתכווצות של הקפיץ.
בחט"ב התלמידים מתמודדים עם נושא החיכוך לאחר שלמדו את חוקי ניוטון, ולאחר שלמדו להסביר אירועים תוך שימוש בתרשים כוחות. המושג כוח החיכוך הסטטי "נולד" כדי להסביר מדוע גופים אינם נעים למרות שדוחפים אותם בכוחות משתנים. לפי החוק הראשון, מתחייב שכוח החיכוך יהיה שווה בגודלו לכוח המנסה להזיז את הגוף.
אחד הקשיים העולים בתהליך למידת נושא זה הוא שהעצמים שעליהם פועלים הם דוממים (למשל, דחיפה של שולחן על גבי הרצפה כוללת את שני העצמים הדוממים – שולחן ורצפה). הציפייה היא, שהיות שמדובר בעצמים דוממים, הם לא "יגיבו" בכוח משתנה שתלוי בגירוי, אלא בכוח קבוע הנובע מתכונותיהם ה"דוממות".
איך?
קיים מודל נפוץ המשמש להמחשת תופעת החיכוך. זהו מודל החריצים והבליטות. על פי מודל זה, כששני גופים צמודים זה לזה נכנסות בליטות הגוף האחד אל תוך חריצי הגוף השני, וכל עוד זהו המצב, כוח החיכוך מונע את התנועה היחסית בין הגופים. בהליך שאנו מציעים כאפשרות להתמודד עם קושי זה, אנו מוסיפים לאנלוגיית "החריצים והבליטות" קפיצים קטנים המדגימים כוחות משתנים ומאפשרים להתמודד ישירות עם אותה "התאמה" שהוזכרה קודם. האנלוגיה היא אומנם מנטלית, אך בשלב ראשון נעזרים באמצעים טכנולוגיים ממשיים כגון חצובה, קפיצים שונים ומשקלות שונות.
ניתן להוסיף אנלוגיה מגשרת נוספת ובה מחליפים מגנטים את הקפיצים. עוצמת הדחייה בין המגנטים גם היא תלוית מרחק כמו במקרה של התכווצות הקפיץ וכמו במקרה האמיתי של הכוחות האלקטרומגנטיים. מודל המגנטים מהווה שלב ביניים בין הקפיצים לתופעה האמיתית. התאמת גודל הכוח להתכווצות הקפיץ מוחשית יותר מאשר התאמת גודל הכוח למרחק שבין המגנטים, ושניהם קלים יותר להבנה מהתופעה הפיזיקלית עצמה.
לחצו על הרכיבים כדי לקרוא את הפירוט עליהם
להורדת הפרקטיקה כPDF
הכוללת את תוכן הדף בהרחבה
דוגמאות ליישום הפרקטיקה
מקורות
Clement, J. (1993). Using bridging analogies and anchoring intuitions to deal with students’ preconceptions in physics. Journal of Research in Science Teaching, 30(10),1241-1257. https://doi.org/10.1002/tea.3660301007
Glynn, S. (2004). The teaching-with-analogies model. PUB TYPE, 195.
Stephens, A. L., & Clement, J. J. (2010). Documenting the use of expert scientific reasoning processes by high school physics students. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 6(2), 020122.
