HEURÉKA SLOVO PREZIDENTA

Transkript

1

2 HEURÉKA SLOVO PREZIDENTA V roce 2002, kdy vydáváme soubor "HEURÉKA", slaví Asociace malých debrujárů České republiky 10. výročí svého založení. 22. září 1992 jsme byli řádně zaregistrováni ministerstvem vnitra a na základě quebeckých a francouzských zkušeností začali budovat organizaci, která u nás dosud nebyla. K několika málo nadšencům se postupně přidávali další, které věda, technika a ekologie bavila natolik, že dokázali opustit standartní postupy a vydat se na cestu debrujárské filosofie. Základní jednoduché principy tak dokázaly schopnými vedoucími přitáhnout stovky dětí. Mimo pravidelnou činnost v klubech jsme nabídku postupně začali rozšiřovat. Děti se vydávaly za novými nápady do vědeckotechnických center ve Francii, Velké Británii, Belgii, Německu i dalších zemích. Účastnili jsme se mezinárodních výstav a přehlídek v nejrůznějších končinách světa a od roku 1995 pořádali vlastní klubové přehlídky a soutěže. V roce 1999 jsme přistoupili k pořadatelství vlastních mezinárodních akcí, do kterých se zapojovali i přátelé z ostatních zemí FIPD (Mezinárodní federace malých debrujárů. Už jsme nebyli pouze závislí na překladech zahraniční literatury. Získané zkušenosti nacházely místo v českých brožurkách a metodických návodech. Jednu z nich si máte právě možnost prohlédnout a přeskočí-li alespoň malá jiskřička nadšení, pustíte se společně s námi to společné hry s vědou. Věřte, že nebylo jednoduché připravit soubor pokusů, které by byly jednoduché, efektní, věcně správné a korespondovaly s myšlenkami debrujárství. Díky spolupráci s matematicko-fyzikální fakultou Karlovy univerzity v Praze jsme objevili řadu nedostatků, které se ovšem objevovaly již v přejímané literatuře. Potřeba kvality a zúročení klubové práce nakonec přinesly neočekávaný efekt. Ponechali jsme původně používané metodiky a oživili názory, korekturami a komentáři odborníků. Každý zájemce si tak může ihned porovnat vlastní pokusy, strohá či chybná vysvětlení s komentáři profesionálů. Tímto způsobem se naše "HEURÉKA" stává nejen jistým návodným materiálem k činnosti, ale i otevřeným fórem pokusnictví k výměně zkušeností a názorů. ( 2 )

3 Často se setkáváme s názory, že naše zdůvodnění není přesné, jindy dokonce z fyzikálního hlediska chybné. Naším úkolem ovšem není všechno hned naučit. Cíl je NADCHNOUT pro vědu, odmystifikovat její tajemnost tak, aby se stala přirozenou potřebou a součástí běžného života. Zasít semínko zvědavosti a na základě přirozeného zájmu postupně rozšiřovat tvůrčí schopnosti každého dítěte nebo jiného zájemce. Chybám a nedostatkům se snažíme pochopitelně vyhýbat. Co může být krásnějšího, než nadšené diskuse nad pokusy, které jsem si sám dokázal vytvořit. Proč se to nepovedlo? Existuje jiná možnost řešení? Toto jsem opravdu nečekal! Otázky, které již nepokládá učitel či vedoucí, ale sám experimentující. Společně se pak dalšími a dalšími pokusy snaží hledat řešení a nové nabízené cesty. Souborem "HEURÉKA" jsme nechtěli zpracovat novou učebnici. Pomocí projektu podpořeného programem "Mládež" Evropské unie, řadou nadšenců a dobrovolníků, předkládáme sumář návodů k využití volného času. Určitě i vy příjdete na to, co nám uniklo, co zrovna vám chybí nebo dokonce co se právě vám podařilo objevit. Neváhejte nám o svých zkušenostech napsat. Jedině tak se nám společně podaří pokračovat v dobrodružství vědy, do kterého debrujáři právě před deseti lety svou organizací vstoupili. Mgr. Petr Zapletal Prezident AMD ČR ( 3 )

4 HEURÉKA ÚVOD KONZULTANTA Před několika lety se mi dostalo do rukou několik brožurek vydaných Asociací malých debrujárů České republiky. Byly plné návodů k zajímavým pokusům - převážně fyzikálním. Netrvalo dlouho a seznámil jsem se s debrujáry samotnými - bylo to, myslím, v Národním technickém muzeu. Od prvních okamžiků si mě zcela získali. Do dnešního dne si živě pamatuji, jak skupinky dětí nadšeně předváděly pokusy a vtahovaly do jejich provádění zvědavé návštěvníky. Od té doby jsem se vícekrát zúčastnil různých debrujárských akcí. Kromě dětí zde byli i vedoucí jejich klubů. Nadšenci, kteří věnují práci s dětmi vše. S mnoha z nich jsem se setkal i při jiných příležitostech - např. na každém ročníku Veletrhu nápadů učitelů fyziky patří tito "velcí" debrujáři k aktivním účastníkům, kteří nápady přímo hýří. Pracuji s budoucími učiteli fyziky a velice bych si přál, aby z nich jednou byli stejní nadšenci jako jsou vedoucí debrujárských klubů. A zároveň si říkám: Kdyby tak výuka fyziky na našich školách vypadala stejně jako práce v těchto klubech. To by fyzika patřila k nejoblíbenějším předmětům. V mnoha školách je tomu přesně naopak. Podle mých zkušeností je to proto, že děti ve škole nedělají pokusy, které jsou přirozeným nástrojem fyzikálního zkoumání. Nemají také prostor k tomu, aby mohly objevovat nové poznatky, aby mohly zažít radost, kterou vlastní objevy přinášejí. Vůbec přitom nezáleží na tom, že objevují věci, které jsou už dávno známé. Bohužel situace v hodinách fyziky je často zcela jiná. Fyzika je dětem pouze vykládána, pokusy jsou zcela ojedinělé, nebo žádné. Po dětech se chce jenom to, aby opakovaly poučky zapsané do sešitů a učily se vzorečky, které jim nic neříkají a do nichž jenom bezmyšlenkovitě dosazují zadaná čísla. To samozřejmě nemůže k oblibě fyziky nijak přispět. To, čeho si na práci Asociace malých debrujárů nejvíce cením, je motivace dětí k poznávání nových věcí. Děti zjišťují, jakým úžasným dobrodružstvím může být věda. Jak krásné je setkávat se s pocitem tajemna a s tím, co člověk zažívá, když poodhalí roušku, za níž je něco, co pro něj doposud bylo neznámé. A to vše vlastními silami, vlastním umem a pílí. Malí debrujáři poznávají, jak krásný je svět přírodních věd. Soubor pokusů, který držíte v rukou, je ukázkou práce malých debrujárů. Krásné a poučné pokusy, které si může každý vyzkoušet. To, že se občas objeví chybička nebo nepřesnost ve vysvětlení, není zase tak ( 4 )

5 velkým problémem. Pokud budete nad pokusem přemýšlet, jistě jej správně pochopíte. Nelze čekat, že děti mají takové fyzikální znalosti, aby vysvětlily vše, co pokusy ukazují. I experiment, který na první pohled vypadá velice jednoduše, v sobě může skrývat velmi složité fyzikální jevy. Netroufám si tvrdit, že všemu, co zde uváděné pokusy demonstrují, rozumím natolik, že bych je uměl bezvadně vysvětlit. Přesto jsem se pokusil některá vysvětlení uváděná debrujáry doplnit, mírně změnit, či okomentovat. Snad jim mohu aspoň touto formou trochu pomoci v jejich práci, které si velice vážím a fandím jí. Přeji Asociaci malých debrujárů České republiky vše nejlepší k desátým narozeninám a mnoho zdaru v další práci. Věřím, že i nadále budou debrujáři zdrojem inspirace pro všechny, kdo se snaží přispět k tomu, aby mladá generace získala co nejlepší vztah k fyzice a k vědě vůbec. V Praze 5. června 2002 RNDr. Zdeněk Drozd, PhD Katedra didaktiky fyziky MFF UK v Praze HEURÉKA SLOVO K PŘEKLADU Využívám této příležitosti k poděkování Petrovi a Marii, že měli tu důvěru a svěřili mi překlad brožury a komentáře k videu do francouzštiny. Chtěla bych jim také blahopřát k tomu, jak organizují velké množství výměnných inicitativ, včetně tohoto kufříku "Heuréka". Při překladu textu brožury jsem využila a do textu zařadila komentář pana RNDr. Zdeňka Drozda. Přála bych si, aby kufřík "Heuréka" zůstal i nadále "fórem pro výměny názorů" například i cestou mé elektronické schránky, a.labeew@skynet.be. Přeji vám dobré pokusničení. Annick Labeew Petits Débrouillards Belgique ( 5 )

6 HEURÉKA - OBSAH Heuréka - slovo prezidenta...2 Heuréka - slovo konzultanta...4 Heuréka - slovo k překladu...5 POKUSY 1. Pokus se sklenicí a papírem Obrácený plovák Tornádo Silák Dva balónky Co otáčí hřebenem Elektrostatické kyvadélko Pokus s nafukovacím balónkem Lidské tělo jako elektrolyt Kulička se kutálí do kopce Buzola Otisky prstů Co udrží nůž Zhotov si padáček Vytvoř si "pilinový" obrázek Máš citlivý sluch Přírodní indikátor Šikmá věž z knih Vodní mlýnek Pokus s párátky Jak se šíří zvuk Elektrický zdroj! Jednoduchý pokus se svíčkami Těžiště Přeměna stříbra ve zlato Magická krabička Píšťalka Faraónovi hadi Potápěč Žabák Papírové květy Co je děje na hladině vody? Podtlak ve sklenici Mince do lahve Kolik mincí se vejde do plné sklenice? Odstředivá síla Kapaliny se liší hustotou Balónek nepraskne?...28 Heuréka - poděkování...29 ( 6 )

7 1. POKUS SE SKLENICÍ A PAPÍREM prázdná sklenice, čtvereček papíru, voda, gáza, gumička Nejprve si připrav sklenici tak, že přes její okraj natáhneš gázu, připevníš gumičkou a pěkně vypneš. Teď naber do sklenice vodu až po hrdlo. Z vrchu přitiskni nesavý papír, který na všech stranách přesahuje před sklenici. Jednou dlaní přitlačuj papír, druhou rukou otoč sklenici dnem nahoru. Oddělej ruku - papír i voda drží. Ještě můžeš pokus vylepšit - pohybem ze strany oddělávej papír- ani teď voda nevyteče. Jakmile však sklenici trochu vychýlíš do strany, voda hned vyteče Vysvětlení a komentář: Vysvětlení tohoto pokusu je dost složité. Pro nás bude pouze stačit, že zde hrají roli povrchové jevy. 2. OBRÁCENÝ PLOVÁK 2 zkumavky jen málo odlišné velikosti Větší zkumavku naplň vodou a vsuň do ní asi do poloviny menší zkumavku. Nyní celek obrať a drž pouze větší zkumavku. Menší zkumavka začne sama vjíždět do větší zkumavky - jak je to možné? Když vytéká voda ze zkumavky - musí se místo ní do zkumavky dostat vzduch. Jenže u tohoto plováku to nejde - obě zkumavky jsou příliš těsně na sobě. Vzduch se tedy tlačí středem zkumavky a tlačí na vnitřní zkumavku. Toto vysvětlení je v podstatě správné. Budí ale dojem, že do vnitřní zkumavky se tlačí nějaký vzduch navíc, když vytéká voda z prostoru mezi oběma zkumavkami. Tedy ještě jednou: z prostoru mezi stěnami vytéká voda a okolní vzduch zasouvá vnitřní zkumavku do zkumavky vnější. ( 7 )

8 3. TORNÁDO 2 plastové láhve se šroubovacím uzávěrem, dva uzávěry od těchto lahví s plastovou spojovací trubičkou, voda Nejprve si musíš dát práci s vytvořením spojení lahví. Použij oba uzávěry, které provrtáš a těsně spojíš plastovou spojkou tak, aby spoje nepropouštěly vodu a lahve po zašroubování uzávěrů byly proti sobě. Jednu sklenici naplň do dvou třetin vodou a druhou nechej "prázdnou". Obě láhve přišroubuj k sobě uzávěry. Láhev s vodou obrať dnem dolů, "prázdná" je pod ní. A voda dolů neteče. Proč? Jistě jsi přišel na to, že spodní láhev není prázdná, ale je v ní vzduch, který tam vodu nepustí. A přece to jde! Stačí krouživým pohybem uvést vodu do rotačního pohybu a voda teče. Uvnitř vodního víru se udělá otvor, kterým unikne vzduch nahoru a voda může téci dolů. Jakmile vířivý pohyb vody ustane, přestane voda téci. \ 4. SILÁK rovná překližková destička (asi 30 x20 cm), dvoudílný nábytkový spojovací šroub, pevný provázek, silný klacek (asi 30 cm), dvojlist z novin. Řekni tatínkovi, aby ti do destičky uprostřed vyvrtal otvor a do něj upevni nábytkový spojovací šroub. Na desku nyní polož dvojlist novinového papíru, který provlékneš vyčnívajícím šroubem. Jeden konec provázku přivaž ke šroubu a druhý drž v ruce. Novinový papír dobře přitlač k desce a k zemi. Nejprve zkus pomalu celou soustavu nadzvedávat - jde to. Nyní krátkými trhavými pohyby směrem kolmo vzhůru trhej provázkem - cítíš velký odpor celé soustavy. Nyní k volnému konci provázku přivaž klacek, ten chytni pevně oběma rukama a prudce trhni směrem kolmo vzhůru - provaz se přetrhne a noviny leží přitisknuté k zemi. Která síla drží noviny? Při pomalých pohybech vniká vzduch pod noviny a ty se zvedají i s destičkou. Při prudkém pohybu nestačí vzduch pod noviny a destičku vniknout. Silou, která drží noviny, je tíha okolního vzduchu. ( 8 )

9 5. DVA BALÓNKY 2 různobarevné balónky stejné velikosti, plastové brčko, vypsaná náplň do propisky, nit, izolepa. Do hrdel obou balónků zasuň a nití připevni asi 5 cm dlouhá brčka. Do jednoho brčka poté zasuň kousek vypsané náplně z propisovačky a její polohu zafixuj kouskem izolepy. Část náplně z propisovačky nechej vyčnívat, aby šlo oba balónky propojit. Pak balónky nafoukni tak, že každý z nich bude mít jiný objem a oba je spoj. To je překvapení! Oproti očekávání se menší balónek vyfukuje a plní se ten větší. Kuriózní výsledek pokusu dokumentuje, že i větší síly se mohou složit v menší výslednici. Situaci je dobré rozebrat pomocí videokazety, obrázků málo a hodně nafouknutého balónku. Je vidět, že i když jsou tahové síly v materiálu více nafouknutého balónku větší, jejich výslednice, která působí na vzduch uvnitř je menší než u méně nafouknutého balónku. Tlak vzduchu ve více nafouknutém balónku je tedy menší. 6. CO OTÁČÍ HŘEBENEM? jehla, korková zátka, láhev od limonády, sklenice od hořčice, hřeben Do lahve s užším hrdlem pevně upevni zátku, do zátky jsi předem zasunul jehlu - při zasunování jehly raději použij kleště, ať si ji nevbodneš do ruky. Na špičku jehly pak obrať další sklenici dnem nahoru. A teď už můžeš začít dělat další pokus - třením třeba o vlasy nebo kůži zelektrizuj hřeben a polož ho na sklenici. Pak přibliž k hřebenu svůj prst a pomalu jím pohybuj a celá soustava se začne pohybovat za tvým prstem. Přiblížíš-li prst ke stejnému konci hřebene, ale na druhou stranu, celá soustava se nejprve zbrzdí a pak se začne otáčet na druhou stranu. Prst je nabit opačně než hřeben, a protože se opačné náboje přitahují, je hřeben přitahován k prstu a celá soustava se otáčí. Je dobré vysvětlit, proč je prst nabit opačně než hřeben. Prst je vodivý a je umístěn v elektrickém poli hřebenu. Dochází v něm k elektrostatické indukci - náboj shodný s nábojem hřebenu se přemístí dále od hřebene a naopak opačný náboj se přemístí k hřebenu. ( 9 )

10 7. ELEKTROSTATICKÉ KYVADÉLKO 2 plastové kelímky, 2 větší plechovky, tužkou pomalovaný pingpongový míček přilepený na nit a přivázaný na brčko, proužek alobalu, plastová tyč (třeba od vysavače), kožešina Nejprve si připrav prostřední část kyvadla - obarvi pingpongový míček tuhou z tužky, okolo míčku lepidlem přilep nit a celé to přivaž na brčko. Sestav kyvadlo - na plastové kelímky postav plechovky, aby byly asi 5 cm od sebe. Mezi jednu plechovku a plastový kelímek vlož alobalový proužek - uzemnění. Na plechovky polož brčko s míčkem tak, aby se nedotýkal plechovek. Třením o kožešinu nabij tyč a přibliž ji k neuzemněné plechovce (plechovky se tyčí nedotýkej) - a míček se rozkmitá a tluče do plechovek. Po chvilce se pohyb zastaví, ale krátkým oddálením a opětovným přiblížením tyče se zase míček pohybuje. Dochází k pravidelnému nabíjení a vybíjení balónku při dotyku s plechovkami a balónek se proto pohybuje. Pokus by měl být pořádně rozebrán. Co se děje, když je přiblížena nabitá tyč k neuzeměné plechovce (indukce - přerozdělení náboje v plechovce). Proč je druhá plechovka neuzeměna, proč je míček obarven tuhou (aby měl vodivý povrch), z jakého důvodu se míček dá do pohybu, proč nezůstane u plechovky, ale přeskočí k plechovce druhé, proč se po chvíli zase zastaví a proč pomůže oddálit a přiblížit tyč. Je v tom pěkný kus elektrostatiky. ( 10 )

11 8. POKUS S NAFUKOVACÍM BALÓNKEM nafukovací balónek, kožešina, nit Nafoukni balónek na co největší velikost a zavaž nitkou. Potom potři balónek na opačném konci kožešinou. Balónkem se dotkni stropu a pusť ho. Drží u stropu! Balónek je nabit opačným nábojem a jak už víš z předchozího pokusu, opačné náboje se přitahují. Z tohoto vysvětlení ovšem není jasné, proč mají balónek a strop opačné náboje. Balónek byl nabit třením kožešinkou (stačí jej třít suchou rukou), ale strop nikdo nenabil. Jde zde opět o elektrostatickou indukci ve stropu, který je mírně vodivý. 9. LIDSKÉ TĚLO JAKO ELEKTROLYT měděná a hliníková destička - o něco větší než lidská dlaň, citlivý ampérmetr, vodiče, svorky K měděné a k hliníkové destičce připoj do série ampérmetr - tím vytvoříš část elektrického obvodu. Druhou část obvodu vytvoří tvoje tělo. Polož jednu dlaň na hliníkovou a druhou na měděnou destičku. Ampérmetr ukáže výchylku. U různých osob se výchylky od sebe liší. Takto si můžeš zjistit, jak "odporná" jsou těla tvých kamarádů - čím větší odpor klade tělo, tím menší výchylku ukáže ampérmetr. Vytvořil jsi vlastně baterii - elektrolytem je tvoje tělo, elektrodami jsou kovové destičky. Nevytvořili jsme baterii, ale jenom elektrický (galvanický) článek. To je ale jenom detail. Druhou nepřesností je, že naše tělo není elektrolytem, ale "nádobou", v níž je roztok elektrolytu. ( 11 )

12 10. KULIČKA SE KUTÁLÍ DO KOPCE? dřevěná bednička se zabudovanými ocelovými tyčemi - jsou upevněny pohyblivě v jedné kratší stěně bedničky, větší kovová kulička Dej kuličku mezi tyče v místě, kde jsou upevněny ke stěně bedničky. Jsi-li dost šikovný, podaří se ti kuličku udržet mezi tyčemi a kulička se bude kutálet nahoru - protože i tyče směřují nahoru. Udělej si soutěž, kdo z tvých kamarádů je nejšikovnější. Vysvětlení a komentář: "Kulička se kutálí do kopce" nedává žádný smysl. Správné vysvětlění je prosté. Jde o to, že tyčky se od sebe vzdalují a tak těžiště kuličky při pohybu klesá. Tyčky jdou sice do kopce, ale koule se pohybuje z kopce. 11. BUZOLA tenká destička z korku, ve které je drážka pro jehlu, nůž, magnet, jehla, nádoba s vodou Magnetem ve stejném směru alespoň 20x přetři jehlu. Jehlu polož na korkovou destičku a všechno dej na vodu. "Buzola" se otáčí, až se ustálí ve směru sever a jih. Vysvětlení a komentář: Země je také magnetem s pólem severním a jižním a to je příčinou ustálení našeho magnetu. Opačné póly zmagnetizované jehly a "zemského magnetu" se přitahují a nebo jinak: jehla reaguje na magnetické pole Země. ( 12 )

13 12. OTISKY PRSTŮ fotografický papír, mastný krém, vývojka, ustalovač, voda, 3 nádoby Celé dlaně si namaž mastným krémem a obtiskni na fotografický papír. Ten dej pak do vývojky - začne se objevovat otisk dlaně. Pak dej otisk do vody - pěkně propláchni a nakonec do ustalovače. A pak už stačí jen nechat uschnout. A máš trvalý otisk dlaně. Mastný krém zabránil přístupu světla k fotocitlivé vrstvě na fotografickém papíru. Papír zčerná ve vývojce tedy jen v těch místech, kde se ruka papíru nedotýkala. Je to moc hezký pokus, který jsem doposud neznal. Vysvětlení se mi ale nelíbí. Podle mých zkušeností fotografický papír i po krátkém osvitu ve vývojce zčerná. Manipulace na světle před otiskem mastné dlaně musí k tomuto zčernání vést. Navíc mastným krémem světlo zřejmě také prochází. Myslím si, že krém spíše zabrání vývojce reagovat s fotocitlivou vrstvou papíru (i když ta byla již před očištěním dlaně dostatečně osvětlena). Po propláchnutí vodou a vložení do ustalovače se již zčernání nemůže objevit. 13. CO UDRŽÍ NŮŽ? plastová láhev ze zúženým hrdlem, příborový nůž, rýže Láhev naplníme až po hrdlo rýží. Nějakou dobu mírně boucháme lahví o podložku. Pak zasuneme nůž a můžeme všechno zdvihnout - nůž v láhvi pevně drží Boucháním o podložku se natlačí k sobě rýže - zrníčko k zrníčku. Po vsunutí nože vytváří zrníčka takový tlak na nůž, že ten mezi nimi pevně drží. ( 13 )

14 14. ZHOTOV SI PADÁČEK polovina obalu od Kinder vajíčka, provázek, plastový sáček, vrtáček, nůžky Vystřihni čtvereček z plastového sáčku a v rozích upevni provázek. Do obalu od Kinder vajíčka provrtej vrtáčkem v pravidelných vzdálenostech čtyři otvory. Do těchto otvorů přivaž druhé konce provázků. A malý padáček je hotov. Horní část padáčku klade vzduchu velký odpor a ten brzdí pád směrem k zemi. 15. VYTVOŘ SI "PILINOVÝ" OBRÁZEK železné piliny, magnet, víčko od bonboniéry, do kterého předem nakreslíš obrázek Do víčka od bonboniéry předem namaluj nějaký vhodný obrázek (obličej, krajinu...). Na víčko nasyp železné piliny. Z druhé strany víčka přidržuj magnet a už můžeš "dokreslit" obrázek. Magnetické pole působí i přes papír. Magnet přitahuje železné piliny a ty se pohybují po krabičce a vytvoří požadovaný obrazec. ( 14 )

15 16. MÁŠ CITLIVÝ SLUCH? krabiček od filmů, sypký materiál: rýže, písek, špendlíky, hřebíčky, párátka... Vždy dvě a dvě krabičky naplň stejným sypkým materiálem. Dbej na to, aby v obou krabičkách bylo stejné množství materiálu. A soutěž může začít: kdo správně seřadí nejvíce párů krabiček? Krabičky se nesmějí otevírat, ale řadit k sobě jen podle zvuků. Různý sypký materiál vydává při protřepávání krabiček různý zvuk. 17. PŘÍRODNÍ INDIKÁTOR červené zelí, struhadlo, miska, nálevka, filtrační papír, sklenice, sada menších skleniček nebo zkumavek, zkoumané roztoky: ocet, jedlá soda, mýdlo, acylpyrin, roztok čpavku... Nastrouhej zelí do misky a přidej vodu. Vytvoří se tmavě fialový roztok. Pak roztok přefiltruj pomocí filtračního papíru a nálevky do sklenice. Do připravené sady menších sklenic nalij menší množství fialového roztoku. K tomuto indikátoru - zkoumadlu - přidávej postupně zkoumané roztoky. Roztoky se různě barví. Některé rostliny v sobě obsahují barviva, která jsou citlivá na změnu ph = kyselosti roztoku. Podle ph se mění barva roztoku: červeně se zabarvují roztoky kyselé - ph je menší než 7: ocet, acylpyrin. Zeleně se zabarvují roztoky zásadité - ph je vetší než 7: jedlá soda, čpavek. Beze změny jsou roztoky neutrální - ph je rovno 7. ( 15 )

16 18. ŠIKMÁ VĚŽ Z KNIH několik knih a) Naskládej na sebe do šikmé věže knihy. Z kolika knih můžeš věž udělat, aniž by ti spadla ze stolu a kdy už horní kniha přesahuje celou svojí délkou hranu stolu? b) Vyzkoušej si, kdy působíme na provázek větší silou? Jestliže táhneme několik na sobě položených knih za spodní knihu, nebo jestliže zároveň přidržujeme horní knihy rukou? a) stavba drží tak dlouho, dokud těžiště celé soustavy leží nad hranou stolu b) jestliže pohybuješ všemi knihami, pomáhá ti pohybová energie celé soustavy knih a ty vynaložíš menší sílu, než ve druhém případě Vysvětlení části a) doplnit tím, že těžiště může být i nad deskou stolu a věž nespadne. Pokud je těžiště nad hranou stolu, jde o krajní případ, kdy ještě věž nespadne. Část b) vysvětlení je nesprávné (fyzikálně nesmyslné). Mělo by být správně, že při tažení celé hromádky knih, překonáváme tření mezi dolní plochou spodní knihy a stolem, když ale přidržujeme horní knihy rukou, překonáváme navíc ještě tření mezi horní plochou spodní knihy a knihou nad ní. 19. VODNÍ MLÝNEK PET láhev, 2 zahnutá brčka, lepidlo, provázek, vrtáček, kbelík s vodou V jedné polovině přeřízneme PET láhev, na zhotovení mlýnku využijeme dolní část. V dolní části provrtáme proti sobě dva otvory a do nich těsně vlepíme dvě ohnutá brčka tak, aby konce brček směřovaly na různé strany. Pak celou soustavu zavěsíme na provázek. Naplníme láhev vodou, voda začne vytékat a mlýnek se začne točit. To je princip akce a reakce: voda vytéká jedním směrem a láhev se otáčí druhým směrem. Můžeme přidat ještě rozbor toho, která síla je zde akcí, kdo ji působí a totéž pro reakci. ( 16 )

17 20. POKUS S PÁRÁTKY párátka, větší nádoby s vodou, mýdlo Na hladinu vody dáme do kruhu párátka. Pak mezi ně na krátkou dobu ponoříme mýdlo - párátka se rychle pohybují směrem od sebe. Mýdlo prudce zmenšilo povrchové napětí vody - molekuly vody se rychle začaly pohybovat a to způsobí pohyb párátek. Vysvětlení bych změnil (nelíbí se mi, že se molekuly vody začaly rychle pohybovat a to způsobí pohyb párátek). Vysvětlil bych takto: V místě kam se dostane mýdlo, se povrchové napětí zmenší. Část povrchové blanky, která nebyla tímto způsobem "poškozená", se stahuje, a tím táhne za sebou na povrchu vody plovoucí párátka. 21. JAK SE ŠÍŘÍ ZVUK lžíce, provázek Doprostřed provázku uvaž lžíci a ťukni do ní, uslyšíš typický zvuk. Zvuk uslyšíš mnohem silněji, když strčíš konce provázku do uší. Napnutý provázek je mnohem lepší vodič zvuku - tedy vlnění - než vzduch. Pro úplnost je dobré místo vlnění používat mechanické vlnění - to je ale drobný detail. ( 17 )

18 22. ZDROJ ELEKTRICKÉHO NAPĚTÍ - ELEKTRICKÝ ZDROJ! miska s vodou, ocet, citlivý ampérmetr Do misky nalij obyčejnou vodu, do vody vlož dvě různé elektrody a do obvodu připoj citlivý ampérmetr. Neukáže se žádná výchylka. Přidej do vody ocet - teď ukáže ampérmetr výchylku. Samotná voda vede elektrický proud mnohem hůř, než roztok vody a octa. V pokusu se měří elektrický proud, hovoří se ale o proudu, ale název zní zdroj elektrického napětí. Je to sice jenom drobná nepřesnost, ale pro větší správnost textu bych název změnil na "Elektrický zdroj". Další poznámka: Citlivý ampérmetr by téměř jistě ukázal výchylku i při použití obyčejné vody. Proud bychom nenaměřili pouze při použití destilované vody. (Předvádíme pokus, kdy zdrojtvořený dvěma plíšky ponořenými do čisté vody z vodovodu roztočí miniaturní elektormotorek.) Vysvětlení pokusu 22 se mi nelíbí. Nejde o to, že samotná voda je horší vodič elektrického proudu než roztok octu ve vodě. Důležité je to, že v roztoku octa dojde k reakcím na elektrodách (na rozhraní kovu a roztoku elektrolytu vzniká elektrická dvojvrstva s určitým elektromotorickým napětím). ( 18 )

19 23. JEDNODUCHÝ POKUS SE SVÍČKAMI dvě svíčky, zápalky, brčko Brčkem foukni mezi dvě hořící svíčky. Plameny svíček jdou k sobě, ne od sebe, jak bys mohl očekávat. Brčkem jsi vlastně vyfoukl vzduch mezi svíčkami a plameny svíček to jasně ukazují. Toto vysvětlení je úplně špatně! Nejde o žádné vyfouknutí vzduchu z prostoru mezi svíčkami!!! V proudícím vzduchu klesá tlak (tzv. aerodynamický paradox). Tento pokles tlaku popisuje známá Bernoulliho rovnice. Díky tomuto poklesu tlaku se plamínky svíček přibližují. 24. TĚŽIŠTĚ PET láhev, skládací metr, zápalky, nůž Zápalku na jednom konci seřízni ze dvou stran a vlož mezi prostřední díly skládacího metru. Druhý konec zápalky polož na PET láhev a metr začni vyrovnávat nahýbáním jeho konců. Jsi-li dost šikovný, bude celá soustava v rovnováze, metr se bude otáčet a nespadne. Těžiště metru je přesně v ose láhve, a proto metr nespadne. ( 19 )

20 25. PŘEMĚNA STŘÍBRA VE ZLATO plechovky, nýtek, zlaté a stříbrné víčko z láhve, černá barva, nůžky na plech, kladivo, svěrák, důlčík, vrtáky, pájka, štětec Při provedení tohoto technicky náročného pokusu se neobejdeš bez pomoci dospělé osoby. Plechovku od leča umyj a osuš. Horní víčko neodřízni celé, ale v místě ohybu z něj nechej obdélníček, do kterého udělej otvor č.1 Pod obdélníkem z boku plechovky přinýtuj a připájej ohybem vyztužený proužek plechu z jiné plechovky a na jeho ohnutém konci udělej otvor č. 2 Pak celou plechovku natři černou barvou a na dno přilep stříbrné a zlaté kolečko (přesně podle nákresu), které vystřihneš z víček z lahví. Popis funkce: Do plechovky se dívej skrz oba otvory a na dně plechovky vidíš stříbrné kolečko. Do plechovky nalij vodu a dívej se stejným způsobem. Vidíš zlaté kolečko. Tento jev souvisí se šířením a lomem světla. V prvním případě se šíří světlo přímočaře a vidíš stříbrné kolečko. Po naplnění vodou dochází k lomu ke kolmici, protože světlo prochází z prostředí opticky řidšího (vzduch) do prostředí opticky hustšího (voda) a ty vidíš zlaté kolečko. Plechovka je natřena černou barvou, která světlo pohlcuje. Při ponechání původní stříbrné barvy plechovky by se světlo odráželo a efekt by nebyl dobře vidět. ( 20 )

21 26. MAGICKÁ KRABIČKA papírová krabička - obě části jsou stejně velké, černý papír, pruhy barevné látky (například barevná stuha), lepidlo, nůž, nůžky, tužka, pravítko Krabičku polep černým papírem a stuhou podle návodu: Krabičku rozřízneme tak, aby stála na širší straně. Jednotlivé díly polepíme papírem. Naměříme pásky 3 z látek (nebo stuh). První pásek přilepíme zevnitř prvního dílu a vedeme pod ním a přilepíme zevnitř druhé krabičky položené hned vedle (viz obrázek č. 1). Druhý pásek povedeme naopak (viz obrázek č. 2). Třetí pásek bude nalepen stejně jako první. Proužky musí být napnuté, protože by jinak oba díly krabičky u sebe nedržely. Celý efekt je založen na způsobu nalepení barevných pruhů. Krabička se přetáčí díky proužkům, které jsou přilepené uvnitř a obtočené kolem obou dílů. Z popisu není jasné, k čemu je krabička dobrá (je zde pouze popsáno jak ji vyrobit). U tohoto pokusu je pro větší názornost třeba shlédnout video ukázku. obrázek č.1 obrázek č.2 ( 21 )

22 27. PÍŠŤALKA plastové brčko, nůžky Na jednom konci zastřihni brčko do špičky z obou stran. Pak oba konce zmáčkni k sobě a foukni - máš jednoduchou píšťalku. Prouděním vzduchu se rozkmitá špička brčka. Rozkmitaná tělesa (i vzduch) vydávají zvuk. 28. FARAÓNOVI HADI kovová miska, popel, líh, krystalový cukr, jedlá soda, špejle, zápalky Do kovové misky vsypej popel. Pak do něj nalij větší množství lihu, až je popel pořádně nasáklý. Připrav si směs z devíti dílů krystalového cukru a jednoho dílu jedlé sody. Tuto směs nasypej na popel s lihem. Pak opatrně zapal pomocí špejle - celý pokus dělej raději za dohledu dospělé osoby! Za chvíli se bílá hmota mění na "lezoucí" černé hady. Při hoření cukr zuhelnatí, vznikne černá hmota. Ta je velmi pórovitá od oxidu uhličitého, který vzniká rozkladem jedlé sody. 29. POTÁPĚČ dvoulitrová plastová láhev z uzávěrem, voda, lékařské kapátko Dvoulitrovou láhev naplň vodou, v horní části nechej místo. Do kapátka nasaj vodu a vhoď do láhve. Láhev vzduchotěsně uzavři uzávěrem. Láhev uchop do obou rukou a zmáčkni. Kapátko začne klesat ke dnu. Povol sevření - kapátko vystoupí k hladině. Vhodným stlačením láhve dosáhneš toho, že se kapátko bude ve vodě vznášet. Kapátko plave na vodě - jeho hustota je nižší, než hustota vody. Tlakem rukou se zvýší také tlak kapaliny uvnitř láhve - voda přitom vniká do kapátka. Kapátko má pak větší hustotu než voda a klesá ke dnu. Kapátko se vznáší ve vodě, jestliže je v něm právě tolik vody, že jeho hustota je stejná jako hustota vody. ( 22 )

23 30. ŽABÁK ocelová kulička, tvrdá čtvrtka papíru, nůžky Podle nákresu si vystřihni "žabáka". Krabičku slep, před posledním slepením vlož dovnitř ocelovou kuličku. A máš pěknou hračku - při pouštění po šikmé ploše "žabák" pěkně "skáče". Papírová krabička je lehčí než ocelová kulička. Kulička se na nakloněné rovině pohybuje rychleji než krabička. Se změnou polohy krabičky se mění těžiště v soustavě krabička - kulička a působí setrvačnost a tíhová síla kuličky a "žabák skáče". Pořádné vysvětlení by bylo asi dost složité. U tohoto pokusu stačí, když zůstaneme u náznaku, jak ukazuje video ukázka. ( 23 )

24 31. PAPÍROVÉ KVĚTY nůžky, barevný papír, miska s vodou Vystřihni různobarevné květy a květní lístky slož. Pak polož květy na hladinu vody, za chvíli se začnou kvítka rozvíjet. Papír se postupně stále více nasává vodou, tím bobtnají vlákna, ze kterých je papír složen a květy se rozvíjejí. 32. CO SE DĚJE NA HLADINĚ VODY? miska s vodou, pepř, saponát Na celou hladinu vody pravidelně nasypej pepř. Pak se hladiny vody uprostřed dotkni prstem namočeným v saponátu. Uvidíš, jak se prudce rozeběhne pepř k okraji misky. Saponát zmenší povrchové napětí vody a molekuly vody se začnou rychle pohybovat a unášejí s sebou zrníčka pepře. U tohoto pokusu platí stejná připomínka jako u pokusu č Pokus s párátky. V místě, kam se dostane saponát, se povrchové napětí zmenší. Část povrchové blanky, která nebyla tímto způsobem "poškozena" se stahuje, a tím táhne za sebou na povrchu vody plovoucí pepř. ( 24 )

25 33. PODTLAK VE SKLENICI 2 stejné zavařovací sklenice, svíčka, špejle, zápalky, nůžky, papír Nejprve si vystřihni ze dvou vrtev papíru mezikruží podle velikosti sklenic, které pak použiješ jako utěsnění. Do jedné sklenice dej svíčku a zapal ji. Pak dej na hrdlo sklenice papírové utěsnění (lepší bude, když papíry namočíš) a velmi pečlivě přiklop druhou sklenicí tak, aby obě sklenice na sebe přesně přiléhali a přitiskni sklenice k sobě. Počkej, až svíčka uvnitř dohoří a ještě chvilku počkej, až vzduch uvnitř trochu vychladne. A teď už můžeš zvednout obě sklenice, které pevně drží. Hořením se uvnitř spotřebuje kyslík a tím se sníží tlak plynů uvnitř sklenice. Vlivem atmosferického tlaku, který je teď vyšší než tlak uvnitř, drží obě sklenice u sebe. Vysvětlení je chybné! Znamenalo by, že můžeme nechat jen tak zmizet nějakou hmotu a tím by byly popřeny základní přírodní zákony. Hořením se sice spotřebuje kyslík, ale vznikne CO2 a vodní pára v naprosto stejném látkovém množství jako bylo u spotřebovaného kyslíku. Správné vysvětlení je toto: Hořící svíčka ohřívá vzduch a ten se rozpíná. Rozpínající se vzduch nepozorovaně uniká těsněním mezi sklenicemi. Když svíčka zhasne, vzduch se ochlazuje a klesá jeho tlak. Okolní vzduch pevně přitiskne obě sklenice k sobě a vzduch se již dovnitř nemůže vrátit. To je hlavní mechanismus vzniku podtlaku ve sklenicích. Další děje podporující vznik podtlaku (ale ne příliš výrazně) jsou tyto: a) při hoření vznikla vodní pára, která zkapalněla na stěnách sklenic b) CO2 vzniklý při hoření se rozpouští v kapičkách vody, které vznikly zkondenzováním vodní páry. ( 25 )

26 34. MINCE DO LÁHVE láhev se zúženým hrdlem, proužek tužšího papíru (asi 30 x 3 cm), lepidlo, tužka, mince Proužek papíru stoč a slep. Připravený prstenec postav na hrdlo láhve. Přesně nad hrdlem láhve polož na prstenec minci. Dovnitř prstence vsuň tužku, tužkou prudce udeř do prstence ve vodorovném směru. Prstenec odletí a mince spadne do láhve. Tření mezi mincí a papírovým proužkem je malé a působí velmi krátkou dobu. Mince se tedy nepohybuje společně s papírem, ve vodorovném směru se pohne jen nepatrně a spadne do láhve. Ve vysvětlení bych doplnil, že síla, kterou papír urychluje minci, působí velmi krátkou dobu. 35. KOLIK MINCÍ SE VEJDE DO PLNÉ SKLENICE? sklenice plná vody až po okraj, větší množství mincí Naplň sklenici až po okraj vodou, pak vhazuj do vody mince. Budeš překvapen, kolik mincí se do sklenice vejde, aniž by voda vytekla. Přitom pozoruješ, jak hladina vody stoupá a vytváří se na ni kopeček. Molekuly vody se navzájem velmi přitahují. Molekuly, které jsou na hladině, jsou velmi přitahovány molekulami pod nimi, a proto kopeček roste a roste. Podle mých zkušeností záleží také na tom, jestli voda smáčí okraj sklenice nebo ne (je-li okraj čistý nebo naopak umaštěný). ( 26 )

27 36. ODSTŘEDIVÁ SÍLA provázek, stará versatilka, dvě školní gumy Versatilkou protáhni provázek a na oba konce navaž školní gumu. Pak roztoč provázek s gumou. Spodní část provázku stoupá nahoru. Odstředivá síla působí na horní otáčející se gumu. Směr síly působí ve směru provázku. Spodní guma je touto silou vytahována nahoru. Odstředivá síla je pouze v neinerciálních soustavách. Vysvětlení je však prováděno z inercionálního hlediska. Proto je to celé nesmysl. Ve skutečnosti tento pokus ukazuje něco úplně něco jiného: aby mohla horní gumička zatáčet, musí na ni působit zatáčecí (tzv. odstředivá síla). Touto silou působí provázek zatížený spodní gumičkou. Tato síla je ale malá a nesta na to, aby byla horní gumička zatáčena. Gumička se snaží uletět (tečně ke směru pohybu po kružnici). Důsledkem toho je, že gumička se vzdaluje po spirále a provázek leze vzhůru. Tedy žádná odstředivá síla (to bychom museli situaci popisovat z hlediska soustavy pevně spojené s horní gumičkou - pochybuji o tom, že si někdo představuje jak sedí na horní gumičce a vzhledem k ní situaci popisuje - každý si určitě představuje situaci tak, že má v ruce versatilku a točí s ní). Ukazujeme zde tedy to, že provázek neumí působit dostatečně velkou dostředivou silou. Další poznámka ke komentáři: Podobné pokusy jako tento, bývají často popisovány jako demonstrace odstředivé síly. Odstředivá síla patří mezi tzv. nepravé síly, které mají svůj smysl pouze při popisech dějů z hlediska neinerciálních systémů. Konkrétně v našem případě by to znamenalo, že pokus popisuje z hlediska horní otáčející se gumičky. Museli bychom "sedět "na této gumičce a vzhledem k soustavě s ní spojené popisovat celý okolní svět. Takto se ale na náš pokus zřejmě nikdo nedívá. Většina lidí si pokus vysvětluje z hlediska tzv. inerciální soustavy, to je té, která je spojena s pozorovatelem, který se na pokus dívá. Potom je vysvětlení toho, proč provázek s gumičkou leze nahoru trubičkou (versatilkou) následující: Aby se mohla horní gumička pohybovat po kružnici, musí se na ni působit zatáčecí (tzv. odstředivou) silou. Touto silou je zde tíha provázku se spodní gumičkou. Velikost této síly roste s druhou mocninou obvodové (resp. úhlové) rychlosti. Protože tíha provázku je malá, stačí pouze na udržení kruhového pohybu při velmi malé rychlosti. Kdyby dostředivá síla přestala působit, gumička by odletěla ve směru tečny k dosavadní dráze. Malá tahová síla provázku však v našem případě na gumičku stále působí, a ta se proto vzdaluje po spirále. Nedemonstrujeme tedy odstředivou sílu, ale to, že zde není dostatečně velká dostředivá síla a proto se gumička vzdálí (a přitom vytáhne provázek). ( 27 )

28 37. KAPALINY SE LIŠÍ HUSTOTOU vysoká sklenice, voda, stolní olej, sirup, lžíce, korková zátka, plastová kulička, třešeň Do poháru nalij nejprve sirup, pak olej, kapaliny se nesmísí, jsou vzájemné nerozpustné, pak nalij vodu - opatrně přes lžíci. Voda klesne pod olej. Nalij vždy takové množství kapaliny, aby vytvořily vrstvu asi 3 cm vysokou. Dostaneš sloupec tří oddělených kapalin. Pokus bude ještě zajímavější, když na hladiny kapalin vhodíš nějaké předměty: třešeň plave na sirupu, plastová kulička na vodě a zátka na oleji. Všechny kapaliny zůstanou oddělené, protože mají různou hustotu. U dna sklenice zůstane ta s největší hustotou, olej má hustotu nejmenší, proto vyplave nahoru. 38. BALÓNEK NEPRASKNE? špejle, balónek, nůžky, nitka Nafoukni balónek (ne příliš) a zavaž ho nitkou. Připrav si špejle se seříznutou špičkou na jednom konci. Začni propichovat balónek podle návodu ve filmu - na vrcholu balónku, kde je materiál méně napnutý a vypíchni těsně vedle nitky. Balónek nepraskne. V těchto místech je materiál balónku málo napnutý, pevně obemkne špejli a balónek nepraskne a vzduch z balónku uniká jen pomalu. ( 28 )

29 HEURÉKA PODĚKOVÁNÍ Prof. RNDr. Milanovi Rojkovi, CSc., za neutuchající nadšení pro fyziku a podporu debrujárského hnutí RNDr. Zdeňkovi Drozdovi, PhD., za mimořádnou odbornou pomoc, bez níž by projekt nedošel ani do půli cesty Vojtovi Ondruškovi, Jaroslavě Pachlové, Tomáši Novotnému, Zdeňce Kuchyňkové, Zdeňce Meixnerové, Milanovi Slabému, Marii Kulichové, Zdeňce Kočkové - vedoucím klubů debrujárů, kteří pečlivě připravili a předvedli pokusy. Mgr. Zdeňce Kuchyňkové, za nezištnou přípravu podkladových materiálů Ing. Marii Šmídové, za množství překladů, jazykových konzultací a svatou trpělivost od počátku do konce Emilovi Kopřivovi a Studiu Špilberk za profesionální přístup k projektu a dlouholetou podporu debrujárů Darie Hrubé, za podporu debrujárů a skvělou moderaci videofilmu Petrovi Bauerovi za technickou pomoc filmovému štábu Annick Labeeuw (Belgie), za obětavost a převzetí břímě odpovědnosti francouzské verze Mgr. Markovi Nesázalovi a agentuře Ogar za finální výrobní práce Evropské unii - programu "Mládež" za zásadní finanční podporu projektu Mgr. Jindřichovi Fryčovi a MŠMT za podporu debrujárského hnutí Janě Zapletalové za shovívavost nad domácí nepřítomností věnovanou tomuto projektu Mgr. Petr Zapletal Prezident AMD ČR Vydala: Asociace malých debrujárů České republiky Obálku a grafickou úpravu publikace zpracovala Agentura Ogar Zatloukalova 291, Luhačovice První vydání 2002 ( 29 )