Návrh a realizace úloh do Fyzikálního praktika z mechaniky a termiky

Transkript

1 Návrh a realizace úloh do Fyzikálního praktika z mechaniky a termiky DIPLOMOVÁ PRÁCE Studentka: Bc. Lenka Kadlecová Vedoucí práce: Ing. Helena Poláková, PhD.

2 Aktuálnost zpracování tématu Původně Od 2014 Fyzikální praktikum na PF Fyzikální praktikum na PřF budova C Potřeba Sestavit nově nakoupené pomůcky Vytvořit pracovní materiály pro studenty

3 Cíle diplomové práce 1) Popsat základní znalosti a vědomosti potřebné pro měření a zpracování navržených úloh Fyzikálního praktika z mechaniky a termiky. 2) Sestavit a proměřit navržené úlohy. 3) Vytvořit podrobný návod pro tvorbu a zpracování protokolů navržených úloh.

4 Způsob řešení DP Fyzikální praktikum z mechaniky a termiky Celkem 12 úloh Návody pro 9 úloh Detailní popis 6 úloh v DP Výběr: Inovace Nepopsané

5 Způsob řešení DP Jedna úloha = jedna kapitola DP Teoretická část Popis (shrnutí) teorie Možnosti měření daného jevu

6 Způsob řešení DP Praktická část Analýza zakoupené sestavy Nastudování, sestavení experimentu Úpravy experimentu

7 Problémy měření kalorimetrická komora Nekompletní návody Schémata obvodů Vstupní napětí topného tělesa Software Cassy lab 2

8 Problémy měření kalorimetrická komora Chlazení!

9 Problémy měření stavová rovnice ideálního plynu Časová náročnost Úprava: Sloučit druhou a třetí část měření Chlazení zkumavky studenou vodou Kostky ledu

10 Způsob řešení DP Návod Úkol, postup měření Obrázky, grafy, tabulky

11 Ukázka návod

12 Způsob řešení DP Návod Úkol, postup měření Obrázky, grafy, tabulky Kontrolní měření Neslouží studentům! Kontrola funkčnosti experimentu

13 Implementace Účast ve výuce Letní semestr 2013/2014 Letní semestr 2014/2015 Zpětná vazba od studentů Úprava měření Úprava návodů Doplnění informací pro tvorbu protokolů

14 Přínos diplomové práce 1) Popsání základních znalostí a vědomostí pro měření a zpracování šesti vybraných úloh Fyzikálního praktika z mechaniky a termiky 2) Sestavení a proměření vybraných úloh dokumentace potřebných úprav, rady pro vyučující 3) Vytvoření podrobných návodů pro tvorbu a zpracování protokolů šesti vybraných úloh Moodle

15 Možné pokračování Doplnění zbylých šesti úloh Překlad do angličtiny

16 Děkuji za pozornost

17 Dotaz 1 Ing. Helena Poláková, Ph.D. Bezproblémové úlohy: Měření tíhového zrychlení Reverzní kyvadlo Volný pád Problémové úlohy: Ověření zákona zachování energie a hybnosti Vzduchová dráha s vozíky Měření modulu pružnosti Tuhost pružin Průhyb nosníku

18 Dotaz 2 Ing. Helena Poláková, Ph.D. Tepelné čerpadlo Studium principu Nová úloha

19 Dotaz 1 RNDr. Petr Jelínek, Ph.D. M = J α M točivý moment, moment síly, [kg m 2 s -2 ] J moment setrvačnosti, [kg m 2 ] α úhlové zrychlení, [rad s -2 ] nebo [s -2 ]

20 Dotaz 2 RNDr. Petr Jelínek, Ph.D. Sluneční záření Přímé ze Slunce rovnou na kolektor lze soustřeďovat zrcadly a čočkami Difúzní rozptylem přímého záření v mracích a na částečkách v atmosféře nelze soustřeďovat Záření = Výkon záření množství slunečního záření ve Wattech na jednotku plochy Množství záření dopadající na plochu závislost na prostředí Využitelnost kolektorem závislost na sklonu (reflexe)

21 Dotaz 1 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Výpočet momentu setrvačnosti: M = J α J = r M m M g α J = r M m M g t 2 2φ Výpočet chyby měření momentu setrvačnosti: 1) Aritmetický průměr tří hodnot času 2) Absolutní odchylky času 3) Pravděpodobná chyba času 2 i t i 2 3 4) Výpočet momentu setrvačnosti n (n 1) 5) Pravděpodobná chyba složené veličiny θ J = J t 2 θ t 2

22 Dotaz 1 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Chyba v tabulce 5.5 (objem z výšky) Chyba 1 % - návod 1) Absolutní chyba výšky δh = 0,3 1 mm 2) Relativní chyba objemu ξv = ξh = δh h 3) Absolutní chyba objemu δv = V ξv = 2πr 2 h δh h = 2πr2 δh Chyba v tabulce 5.5 (tlak) δp = 0,3 20 mbar

23 Dotaz 2 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Regresní křivky, rovnice regresní křivky Úvodní hodina u známých závislostí

24 Objem V (cm 3 ) Dotaz 2 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. 1,90 1,70 1,50 1,30 Graf 5.1: Závislost nepřímo úměrné závislosti objemu vzduchu na jeho tlaku y = 1 291x -1 pv = NkT V = NkT p 1,10 V = p 1 C 0,90 0,70 C = NkT 0, Tlak p (hpa)

25 Moment setrvačnosti J (g m 2 ) Dotaz 2 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. 3,50 3,00 Graf 2.2: Závislost momentu setrvačnosti J na vzdálenosti přídavného závaží r J od osy otáčení y = 0,0001x 2-0,0027x + 0,9215 y = Ax 2 + B 2,50 2,00 J = m J r J 2 + J 0 1,50 1,00 0, Vzdálenost urychlovacího závaží od osy otáčení r J (mm)

26 Dotaz 3 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Máme-li v povrchu úsečku délky l, působí na ni z obou stran kolmo síla F a pro povrchové napětí σ dostáváme vztah σ = F l.

27 Dotaz 4 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Povrchové napětí σ se rovná podílu velikosti povrchové síly F a délky l okraje povrchové blány, na který povrchová síla působí kolmo v povrchu kapaliny. σ = F l σ = P 0 4πr

28 Dotaz 5 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Hodnota povrchového napětí pro vodu Tabulková hodnota σ = 73 mn m -1 T = 20 C Naměřená (1) σ = 59 ± 1 mn m -1 T = 21 C Naměřená (2) σ = 72 ± 7 mn m -1 T = 23,2 C

29 Dotaz 6 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Rozdíl mezi ztrátami zářením a emisními ztrátami (reflexe na absorbéru).

30 Dotaz 7 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Intenzita záření od lampy Intenzita záření ze slunce Výkon: 1000 W Plocha kolektoru: 0,12 m 2 Intenzita záření: W m 2 Intenzita záření: 800 W m 2

31 Dotaz 8 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Ano, je nutné vyčkat na dynamickou rovnováhu. Měření Vyčkat Delší časový úsek Vlastní měření Studentské měření Problém: 60 C

32 Dotaz 9 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Účinnost solárního kolektoru při započtení spotřeby elektromotoru čerpadla