Kuvvet ve hareket iliĢkisini açıklayan mekanik konusu, fizik bilimi ve eğitiminde de önemli bir yere sahiptir (Demirçalı, 2006). Dolayısıyla bireylerin kuvvet ve hareket kavramları ile ilgili sahip oldukları alternatif kavramlarının neler olduğunun belirlenmesi, anlamlı ve kalıcı fizik öğretiminin baĢlangıç aĢaması açısından önemlidir. AĢağıda kuvvet ve hareket konusunda belirlenen alternatif kavramlar üzerine yurt içi ve yurt dıĢında yapılan bazı araĢtırmalar kronolojik sıra ile özetlenmiĢtir.
Watts ve Zylbersztajn (1981), on beĢ yaĢındaki çocuklar üzerinde kuvvet çeĢitleri hakkındaki bilgilerini belirlemek amacıyla yaptıkları araĢtırmada; havaya doğru atılan bir top üzerine etki eden kuvvetler konusunda öğrencilerin %20‟sinin sadece yerçekimi kuvvetini, %13‟ünün hareket yönünde hareket ettirici kuvveti, %7‟sinin harekete zıt yönde bir kuvveti (sorunun içerisinde sürtünme kuvvetinin ihmal edildiği belirtilmesine rağmen), %20‟sinin ise yukarıdakilerin dıĢında bilimsel olarak doğru kabul edilenden farklı Ģekillerde kuvveti gösterdiklerini ortaya koymuĢtur.
Watts (1982), 12-17 yaĢlarındaki öğrencilerin yerçekimi ile ilgili alternatif kavramlarını belirleyebilmek amacıyla yarı yapılandırılmıĢ görüĢmeler yapmıĢtır. GörüĢme verilerinden elde ettiği alternatif kavramlar Ģu Ģekildedir: Yerçekimi hava bulunan bir ortamda olur, Yerçekimi yükseltiyle birlikte artar, Yerçekimi, seçici bir kuvvettir ve sadece belirli cisimlere etki eder, Yerçekimi ağırlık değildir, Yerçekimi
nesnelere düĢmeye baĢlarken etki etmeye baĢlar ve sadece yere düĢünceye kadar etki eder.
Hestenes ve diğerleri (1992), lise ve üniversite öğrencilerinin Newton yasalarıyla ilgili kavramlarını belirlemek için yapmıĢ oldukları çalıĢmada, veri toplamı aracı olarak çoktan seçmeli 29 sorudan oluĢan kuvvet konuları kavram testini (FCI) kullanmıĢlardır. Testi, ABD‟de bulunan 1500‟den fazla lise öğrencisine ve 500‟ün üzerindeki üniversite öğrencisine uygulamıĢlardır. Testte ortaya çıkarılan alternatif kavramlar Kinematik, saklı kuvvet, aktif kuvvet, etki-tepki çiftleri, etkilerin ard arda dizilmesi, harekete diğer etki edenler olmak üzere altı genel baĢlık altında toplanmıĢtır. Bunlardan bazıları, hareket yoksa kuvvet de yoktur, saklı kuvvet bir vuruĢ ile sağlanır, hız uygulanan kuvvetle orantılıdır, ağır cisimler daha hızlı düĢerler, kütlesi büyük olan daha fazla kuvvet uygular Ģeklindedir.
Trumper ve Gorsky (1996), lise öğrencilerinin fizik derslerinde gördükleri kuvvet kavramı bilgilerini ölçmek amacıyla bir araĢtırma yapmıĢlardır. AraĢtırmanın örneklemini Ġsrail‟de bulunan lise seviyesinde kolej okullarında toplam 68 öğrenci oluĢturmaktadır. AraĢtırmanın amacı doğrultusunda hazırlanan test iki bölümden oluĢmaktadır. Birinci bölüm, öğrencilerin Ģekiller üzerindeki gerekli kuvvetlerin çizilmesi, diğeri ise doğru-yanlıĢ test Ģeklindeki sorular ile ilgilidir. AraĢtırmadan elde edilen veriler doğrultusunda, öğrencilerde kuvvet kavramı ile ilgili tespit edilen alternatif kavramlar Ģunlardır: Maddenin statik durumu ile dinamik durumundaki kuvvetleri gösterme, sabit hızlı harekette bir net kuvvetin var olduğunu düĢünme, eylemsizlik kuvvetinin itilen cisimlerde oluĢacağını belirtme, ağırlığın bir kuvvet olduğunu tanımlama ve yönünü gösterme, sürtünme kuvvetinin duran cisimler üzerine de uygulanacağını düĢünme, sadece itme ve çekmeyi kuvvet olarak düĢünme, kuvvetlerin toplanmasını gösterme, kuvvetin ve hareket yönünün farklı yönlerde olabileceğini söyleme, uygulanan kuvvetin zamanla hareket eden cisimlerde azalacağını düĢünme, bileĢke kuvveti tek bir kuvvet gibi düĢünmemek.
Soner (2006), lisans öğrencilerinin kuvvet ve hareket konusundaki alternatif kavramlarını belirlemek amacıyla yapmıĢ olduğu çalıĢmada, 30 sorudan oluĢan Kuvvet ve Hareket BaĢarı Testi kullanmıĢtır. Uygulanan testten elde edilen veriler doğrultusunda tespit edilen alternatif kavramlar Ģu Ģekildedir: Bir nesneye etki eden net kuvvet sıfır olmasına rağmen hız azalır, Ġvme ve hız daima aynı doğrultudadır, Aynı yükseklikten bırakılan ağır cisimler, hafif cisimlere göre daha önce yere düĢer”, DüĢen bir cismin ivmesi kütlesine bağlıdır, Yerçekimi kuvveti, cisimlere sadece düĢerken etki
eder, Sabit hız için sabit kuvvet olmalıdır, Topun hareketi bir boyutlu harekettir, Yatay düzlemdeki hareket düĢey düzlemdeki harekete bağlıdır, Her kuvvet cismi hareket ettirir, Kuvvet hız ile doğru orantılıdır. (F=m.v), Sürtünme kuvvetini yüzeylerdeki pürüzler oluĢturur, Etki-Tepki kuvvetlerinde yalnız büyük kütleli olan cisim diğerine kuvvet uygular, Etki–Tepki kuvvetlerinde hızlı hareket eden cisim daha fazla kuvvet uygular, Ġki cisimden önde (arkada) bulunan daha hızlıdır. (yavaĢtır), Büyük kütleli cisimler küçük kütleli cisimlere göre daha büyük kuvvet uygular ya da etki kuvveti tepki kuvvetinden büyüktür, Bir nesneye, sabit bir hızla hareket etmesine rağmen, hareket yönünde uygulanan net bir kuvvet vardır, Bir cisme yatay bir yüzeyin gösterdiği tepki kuvveti daima cismin ağırlığına eĢittir, Sürtünme kuvveti, cismi hareket ettirmek için uygulanan net kuvvetten büyük olamaz, Bir hareketin baĢlayabilmesi için cisme etkiyen bir kuvvet gereklidir, Bir eğri üstünde hareket eden bir cisim serbest kaldığında doğal olarak eğri üstündeki hareketini sürdürür, Düzgün dairesel hareket yapan bir cisme etki eden kuvvetin yönü, daire merkezinin dıĢına doğru ve cismin hareketi yönündedir.
Zeybek (2007), Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Sınıf Öğretmenliği bölümünde öğrenim görmekte olan öğretmen adaylarının Ġlköğretim Fen ve Teknoloji dersi öğretim programında yer alan kuvvet, hareket, ses konularındaki alternatif kavramlarını belirlemek amacıyla kuvvet, hareket, ses konularını içeren 27 çoktan seçmeli sorudan oluĢan bir kavram testi geliĢtirmiĢtir. GeliĢtirilen bu test, Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Sınıf Öğretmenliği bölümünde öğrenim görmekte olan dördüncü sınıf 154 öğretmen adayına uygulanmıĢtır. Testin uygulanması sonucu elde edilen veriler analiz edilmiĢtir. Öğretmen adaylarının Bir cisme uygulanan kuvvet, cisim üzerinden kaldırılsa da etki etmeye devam eder, Etki tepki kuvvetlerinde kütlesi büyük olan cisim daha fazla kuvvet uygular, Ağır cisimler daha hızlı düĢerler, Yerçekimi kuvveti cisim aĢağıya düĢerken artar, Ģeklinde alternatif kavramlara sahip oldukları belirlenmiĢtir.
Genç (2008), 6.sınıf öğrencilerinin ilköğretim fen bilgisi dersindeki kuvvet ve hareket konusuna iliĢkin anlama düzeylerini belirleyip, sahip oldukları alternatif kavramlarını tanımlamaya çalıĢmıĢtır. ÇalıĢma, 2006-2007 öğretim yılında Artvin‟in Yusufeli ilçesindeki Halit PaĢa Ġlköğretim Okulu 6.sınıfındaki 77 öğrenci ile yürütülmüĢtür. Öğrencilerin kuvvet ve hareket konularıyla ilgili birçok alternatif kavramlara sahip oldukları tespit edilmiĢtir: Kuvvet, cisimlerin kütlesini değiĢtirir, Kuvvet cismin Ģeklini, hareketini değiĢtiremez, DengelenmiĢ kuvvet etkisindeki
cisimler hareket etmez, Bir kiĢi yürürken, ona hiçbir kuvvet etki etmemektedir, Duran bir cisme hiçbir kuvvet etki etmemektedir, Elma ağaçtan düĢerken, temas olmadığı için hiçbir kuvvet etki etmemektedir, Uçan cisimlere sürtünme etki etmez.
Turgut, Gürbüz ve Turgut (2011), lise 2. sınıf öğrencilerinin kuvvet ve hareket konusu ile ilgili sahip oldukları alternatif kavramlarını belirlemek amacıyla, araĢtırmayı Erzurum‟un dört farklı bölgesinde bulunan 8 genel liseden 462 lise 2. sınıf fen Ģubesi öğrencisi ile yürütmüĢlerdir. Veri toplama aracı olarak üç aĢamalı Kuvvet ve Hareket Kavram Yanılgısı Testi (KHKYT) kullanılmıĢtır. AraĢtırmadan elde edilen veriler doğrultusunda, belirlenen bazı alternatif kavramları Ģunlardır: Bir cisim atıldığı zaman, harekete neden olan kuvvet, cisme hareketi boyunca etki eder, Bir cismin hareket etmesine neden olan kuvvet bir kez uygulandığında, cisim durduruluncaya kadar hareket eder, Etki-tepki kuvvetlerinde hızlı hareket eden cisim daha fazla kuvvet uygular, Etki-tepki kuvvetlerinde, büyük kütleli cisim diğerine daha fazla kuvvet uygular, Hareket miktarı (alınan yol), kuvvet miktarı ile doğru orantılıdır, Bir eğri üstünde hareket eden bir cisim serbest kaldığında doğal olarak eğri üstündeki hareketini sürdürür, Düzgün dairesel hareket yapan bir cisme etki eden kuvvetin yönü cismin hareketidir, Düzgün dairesel hareket yapan bir cismin ivmesi sıfırdır, Bir cisim sabit hızla hareket etmesine rağmen cismin hareket yönünde bir net kuvvet vardır, Etki-tepki kuvvetinin hareket yönünde net bileĢeni mevcuttur, Bir cisme etki eden net kuvvet sıfır olunca cisim durur.
Yapılan araĢtırmalarda eğitim kurumlarının farklı kademelerinde öğrenim görmekte olan öğrencilerin kuvvet-hareket konusunda sahip oldukları alternatif kavramları genel olarak Ģu Ģekilde sıralayabiliriz:
Hareket yoksa kuvvet de yoktur.
Etki-tepki kuvvetleri uygulayan cisimlerden kütlesi büyük olan daha fazla kuvvet uygular.
Hız uygulanan kuvvetle orantılıdır.
Cisme aktarıldığı düĢünülen kuvvet zamanla hareket eden cisimlerde azalır.
Uygulanan net kuvvet sıfır ise, cisim yavaĢlar ve durur.
Aynı yükseklikten bırakılan ağır cisimler, hafif cisimlere göre daha önce yere düĢer.
Yatay düzlemdeki hareket düĢey düzlemdeki harekete bağlıdır.
Her kuvvet cismi hareket ettirir.
Kuvvet hız ile doğru orantılıdır.
Etki-tepki kuvvetlerinde yalnız büyük kütleli olan cisim diğerine kuvvet uygular.
Etki-tepki kuvvetlerinde hızlı hareket eden cisim daha fazla kuvvet uygular.
Düzgün dairesel hareket yapan bir cisme etki eden kuvvetin yönü, daire merkezinin dıĢına doğru ve cismin hareketi yönündedir.
Kuvvet, cisimlerin kütlesini değiĢtirir.