9. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

Τίτλος:

«Σε ποιο βαθμό το χρώμα ενός αντικειμένου επηρεάζει την απορρόφηση ή την ανάκλαση της θερμικής ακτινοβολίας μιας φωτεινής πηγής»

ή

«Πώς το χρώμα επιδρά στην απορρόφηση της θερμικής ακτινοβολίας μιας φωτεινής ηλεκτρικής πηγής»

Υπόθεση:    

«Αν το χρώμα ενός αντικειμένου σχετίζεται με το ποσό απορρόφησης της θερμικής ακτινοβολίας φωτεινής ηλεκτρικής πηγής, τότε υποθέτω ότι  το μαύρο χρώμα απορροφά περισσότερη θερμική ακτινοβολία από κάθε άλλο χρώμα.»

Παρουσίαση του προβλήματος:

«Θα μελετήσουμε την επίδραση που έχουν τα διάφορα χρώματα στην ανάκλαση και απορρόφηση της θερμικής ακτινοβολίας φωτεινής ηλεκτρικής πηγής»

Μερικά από τα θέματα που πραγματεύεται η έρευνα:

·         Τρόποι μετάδοσης της θερμότητας

·         Τρόπος μέτρησης της θερμοκρασίας ενός υγρού

·         Σχέση φωτεινής και θερμικής ακτινοβολίας ηλεκτρικής φωτεινής πηγής

·         Διάφορα είδη και χαρακτηριστικά βερνικιών    κ.λ.π.

Μεταβλητές:

Ανεξάρτητη μεταβλητή : Το χρώμα:

 Εξαρτημένη μεταβλητή: Η θερμοκρασία

Ποια η σχέση της απορρόφησης της θερμικής ακτινοβολίας και της θερμοκρασίας;Να ανατρέξουμε στο κατάλληλο κεφάλαιο της φυσικής.     

    Q =  m . c . Δθ  και να γραφτούν οι πληροφορίες στην ενότητα «Ορισμοί»

Ελεγχόμενες μεταβλητές:

Το μέγεθος , το σχήμα, το υλικό  του αντικειμένου καθώς και το πάχος των τοιχωμάτων του. Η ισχύς της φωτεινής πηγής και η απόστασή της από το αντικείμενο. Η γωνία πρόσπτωσης των φωτεινών ακτινών πάνω στο αντικείμενο.Το είδος της φωτεινής πηγής. Το πάχος του βερνικιού (του χρώματος που θα χρησιμοποιήσουμε) .

Υπάρχουν και άλλες ελεγχόμενες μεταβλητές που μπορούμε να τις κατονομάσουμε ή να τις θεωρήσουμε αμελητέες.

Κοινωνικές ανάγκες που εξυπηρετεί η συγκεκριμένη έρευνα:

«Πολλές φορές οι άνθρωποι αναρωτιούνται αν πράγματι τον χειμώνα τα σκούρα ρούχα που φορούν απορροφούν καλύτερα την θερμότητα του ήλιου ή αν το καλοκαίρι τα ανοικτά ρούχα φέρνουν αντίθετο αποτέλεσμα. Γεγονός πάντως είναι πως τα σπίτια σε χώρες με μεγαλύτερη ηλιοφάνεια είναι βαμμένα άσπρα ή φωτεινά όμως πολλοί δεν  γνωρίζουν  αν αυτό  γίνεται για ψυχολογικούς , αισθητικούς ή για λόγους που σχετίζονται με την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Το ίδιο συμβαίνει με τα θερμοδοχεία , τα ψυγεία, τους καταψύκτες και με άλλα πολλά. Αν η υπόθεση που θα διατυπώσω στη συνέχεια είναι σωστή, τότε οι άνθρωποι θα μπορούσαν επιλέγοντας το κατάλληλο χρώμα βαφής των κατασκευών τους να ζουν πιο άνετα και κυρίως να εξοικονομούν πολύτιμη ενέργεια, κάτι πολύ σημαντικό για την εποχή μας.»

Γιατί η εξοικονόμηση ενέργειας είναι ιδιαίτερα σημαντική για την εποχή μας.; Να συζητηθεί.

Περιγραφή των ορίων-Περιορισμοί:

·      Το πείραμα θα γίνει με κουτάκια αναψυκτικών ή κουτάκια γάλατος 6 διαφορετικών χρωμάτων

·      Το πείραμα για κάθε κουτάκι θα κρατήσει 15 λεπτά και η καταγραφή θερμοκρασίας θα γίνεται κάθε 5 λεπτά

·      Το πείραμα θα επαναληφθεί δύο φορές για κάθε κουτί

·      Το χρώμα που θα χρησιμοποιήσουμε θα είναι σπρέι και θα βάλουμε μόνο μια στρώση

Περιγραφή μεθοδολογίας-Πειράματα: 

  Στο στάδιο αυτό ο μαθητής-ερευνητής περιγράφει διεξοδικά (βήμα-βήμα) την όλη διαδικασία που ακολούθησε για να πραγματοποιήσει την έρευνά του. Πιο αναλυτικά το στάδιο αυτό περιλαμβάνει:

1.    Επιλογή της κατάλληλης επιστημονικής μεθόδου (π.χ. πειραματική έρευνα).

2.    Σχεδιασμός της ερευνητικής διαδικασίας (π.χ. με flow chart).

3.    Δημιουργία καταλόγου υλικών, εργαλείων, οργάνων και συσκευών που θα χρησιμοποιηθούν.

4.    Σχεδιασμός και κατασκευή δοκιμίων.

5.    Εκτέλεση του πειράματος.

6.    Ανάλυση και παρουσίαση αποτελεσμάτων (π.χ. γραφικά, πίνακες ή περιγραφή).

Κατάλογος υλικών:

·      6 άδεια κουτάκια αναψυκτικών ή γάλατος (βαμμένα με μαύρο, μπλε, κίτρινο, κόκκινο, άσπρο και γκρίζο χρώμα).

·      Πινέλο και μπογιές ή μπογιές σε σπρέι

·      Λάμπα πυρακτώσεως των 100 Watt.

·      Ένα βαθμολογημένο πλαστικό κύλινδρο των 25 ml.

·      Ένα χρονόμετρο

·      Ένα μαρκαδόρο

·      Ένα θερμόμετρο οινοπνεύματος

Περιγραφή της διαδικασίας:

1.    Αφαίρεσα τις ετικέτες από όσα κουτιά είχαν (π.χ. κουτιά γάλατος) ή έτριψα με ψιλό γυαλόχαρτο εκείνα που ήταν βαμμένα (π.χ. κουτιά αναψυκτικών). Έβαψα τα κουτιά από όλες τις πλευρές με τα αντίστοιχα χρώματα.

2.    Γέμισα όλα τα κουτιά με νερό 100 ml.

3.    Τοποθέτησα την λάμπα σε όρθια θέση πάνω σ’ ένα τραπέζι και σημάδεψα με τον μαρκαδόρο την στρογγυλή επιφάνεια κάλυψης (στο κέντρο της οποίας τοποθέτησα τα κουτιά).

4.    Μέτρησα και κατέγραψα την θερμοκρασία του νερού πριν ανάψω τη λάμπα.

5.    Άναψα τη λάμπα και μετά 10 λεπτά τοποθέτησα το πρώτο κουτί στο κέντρο της μαρκαρισμένης επιφάνειας . Από τη στιγμή αυτή άρχισα να μετράω τον χρόνο με το χρονόμετρο.

6.    Μετρούσα και κατέγραφα τις θερμοκρασίες του νερού κάθε 5 λεπτά ενώ η όλη διαδικασία για κάθε κουτί κρατούσε 15 λεπτά.

7.    Επανέλαβα τα βήματα 4-6 για κάθε κουτί ξεχωριστά, φροντίζοντας να κρατώ τις ελεγχόμενες μεταβλητές σταθερές.

8.    Έκανα καταγραφή των αποτελεσμάτων, τα ανάλυσα και έβγαλα τα συμπεράσματά μου.

Προτάσεις για συμπληρωματική έρευνα:

  Στο στάδιο αυτό μπορεί ο ερευνητής να κάνει προτάσεις για μελλοντικές έρευνες που θα είναι σχετικές με το θέμα που ερευνήθηκε.Οι προτάσεις αυτές μπορεί να βασίζονται σε τροποποίηση της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε ή των παραδοχών που έγιναν , ή να προταθούν άλλα πιθανά πεδία έρευνας. Επίσης μπορεί να γίνει πρόταση για συμπληρωματική μελέτη και συλλογή πληροφοριών. Τέτοιες προτάσεις θα μπορούσαν να είναι:

·      Έρευνα με περισσότερα χρώματα και διαφορετικά βερνίκια (π. χ, γυαλιστερά, ματ)

·      Έρευνα με περισσότερες επαναλήψεις και δοκιμές για να μειώσουμε την πιθανότητα τυχαίων σφαλμάτων μέτρησης

·      Ακριβέστερα όργανα μέτρησης

·      Πειράματα με διαφορετικά αντικείμενα (υλικά)

·      Μεγαλύτερους χρόνους διάρκειας του πειράματος

·      Διαφορετικές ηλεκτρικές φωτιστικές πηγές, ή χρήση ηλιακής ενέργειας

·      Προσπάθεια για επίτευξη όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφης θέρμανσης των κουτιών