Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu MatemaTech Matematickou cestou k technice.

Podobné dokumenty
Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu MatemaTech Matematickou cestou k technice.

Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu MatemaTech Matematickou cestou k technice. Cyklistický převod výpočet rychlosti pohybu cyklisty

Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu MatemaTech Matematickou cestou k technice

Husky KTW, s.r.o., J. Hradec

2 MATEMATIKA A JEJÍ APLIKACE UČEBNÍ OSNOVY

Vyučovací předmět: CVIČENÍ Z MATEMATIKY. A. Charakteristika vyučovacího předmětu.

Tematický celek: Jednoduché stroje. Úkol:

A B C D E F 1 Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace 2 Vzdělávací obor: Matematika 3 Ročník: 8. 4 Klíčové kompetence. Opakování 7.

ŘETĚZOVÉ PŘEVODY JAN FIALA, GYMNÁZIUM V. NOVÁKA J. HRADEC MAREK TYLE, GYMNÁZIUM PÍSEK

Reálná čísla a výrazy. Početní operace s reálnými čísly. Složitější úlohy se závorkami. Slovní úlohy. Číselné výrazy. Výrazy a mnohočleny

Učební osnovy Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace Vzdělávací obor: Matematický kroužek pro nadané žáky ročník 9.

Reálné gymnázium a základní škola města Prostějova Školní vzdělávací program pro ZV Ruku v ruce

Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu MatemaTech Matematickou cestou k technice. Výpočet objemu a hmotnosti technických sít

A B C D E F 1 Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace 2 Vzdělávací obor: Matematika 3 Ročník: 8. 4 Klíčové kompetence. Opakování 7.

VZTAHY MEZI FYZIKÁLNÍMI VELIČINAMI Implementace ŠVP

Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace Vzdělávací obor: Matematický kroužek pro nadané žáky ročník 9.

EU PENÍZE ŠKOLÁM NÁZEV PROJEKTU : MÁME RÁDI TECHNIKU REGISTRAČNÍ ČÍSLO PROJEKTU :CZ.1.07/1.4.00/

6. MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

ŠABLONY INOVACE OBSAH UČIVA

Cvičení z matematiky - volitelný předmět

VY_32_INOVACE_FY.03 JEDNODUCHÉ STROJE

Matematika I. dvouletý volitelný předmět

Metodický list. Ověření materiálu ve výuce: Datum ověření: Třída: VII. B Ověřující učitel: Mgr. Martin Havlíček

VY_52_INOVACE_2NOV51. Autor: Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 8.

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

MATEMATIKA ročník

Charakteristika předmětu:

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

2. LMP SP 3. LMP SP + 2. LMP NSP. operace. Závislosti, vztahy a práce s daty. Závislosti, vztahy a práce s daty. v prostoru

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

A B C D E F 1 Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace 2 Vzdělávací obor: Matematika 3 Ročník: 9. 4 Klíčové kompetence

Klíčová slova: zvedák, kladkostroj, visutá kočka, naviják

23. Kladkostroje Použití přenosná zdvihadla pro zvedání zavěšených břemen jednoduchý stroj = kolo s (pro lano) Kladka kladka - F=G, #2 #3

Rovnice s neznámou ve jmenovateli a jejich užití

Tematický plán Obor: Informační technologie. Vyučující: Ing. Joanna Paździorová

F - Jednoduché stroje

ANOTACE K VÝUKOVÉ SADĚ č. VY_32_INOVACE_01_03_MAT_Pr

SEMINÁŘ K VÝUCE MATEMATIKA 1

A B C D E F 1 Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace 2 Vzdělávací obor: Matematika 3 Ročník: 9. 4 Klíčové kompetence

SEMINÁŘ K VÝUCE MATEMATIKA

pracovní listy Výrazy a mnohočleny

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

Projekt: Zlepšení výuky na ZŠ Schulzovy sady registrační číslo: CZ.1.07./1.4.00/ Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 9.

Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu MatemaTech Matematickou cestou k technice. Výpočet povrchu, objemu a hmotnosti kovových rour

Modelový návrh úpravy ŠVP a rozložení výuky matematiky pro obory H alespoň 4 hodiny (týdenní)

ŠKOLNÍ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM

Autor: Bc. Daniela Prosmanová Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace Tematický celek: Celá čísla Ročník: 7.

MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY. Učební osnova předmětu MATEMATIKA

MATEMATICKÝ SEMINÁŘ (volitelný a nepovinný předmět)

Matematika - Kvarta. řeší ekvivalentními úpravami rovnice s neznámou ve jmenovateli

1. ÚVOD DO PROBLEMATIKY ZDVIHACÍCH ZAŘÍZENÍ 2. VŠEOBECNÝ PŘEHLED, ROZDĚLENÍ. 3. Právní předpisy

volitelný předmět ročník zodpovídá CVIČENÍ Z MATEMATIKY 9. MACASOVÁ

CHARAKTERISTIKA. VZDĚLÁVACÍ OBLAST VYUČOVACÍ PŘEDMĚT ZODPOVÍDÁ VOLITELNÉ PŘEDMĚTY Seminář z matematiky Mgr. Dana Rauchová

Tematická oblast: Rovnice (VY_32_INOVACE_05_1)

14. JEŘÁBY 14. CRANES

Zadání projektu Páka, kladka

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Úpravy algebraických výrazů

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

Základní škola národního umělce Petra Bezruče, Frýdek-Místek, tř. T. G. Masaryka 454

VY_32_INOVACE_MIK_I-1_1. Šablona č. I, sada č. 1. Ročník 6. Materiál slouží k procvičení a upevnění učiva o procentech.

MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY. Učební osnova předmětu MATEMATIKA. pro nástavbové studium. varianta B 6 celkových týd.

1 Tuhé těleso a jeho pohyb

volitelný předmět ročník zodpovídá CVIČENÍ Z MATEMATIKY 8. MACASOVÁ Učivo obsah

SEZNAM ANOTACÍ. CZ.1.07/1.5.00/ III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT VY_32_INOVACE_MA1 Základní poznatky z matematiky

Ukázkový návrh úpravy ŠVP a rozložení výuky matematiky pro obory H alespoň 4 hodiny (týdenní)

Charakteristika vyučovacího předmětu Fyzika ŠVP LMP

Vzdělávací obsah vyučovacího předmětu

B) výchovné a vzdělávací strategie jsou totožné se strategiemi vyučovacího předmětu Matematika.

Charakteristika vzdělávacího oboru Seminář z matematiky

Ročník: I. II. III. Celkem Počet hodin:

Matematika. 7. ročník. Číslo a proměnná celá čísla. absolutní hodnota čísla. zlomky. racionální čísla

SEZNAM ANOTACÍ. Číslo projektu Číslo a název šablony klíčové aktivity Označení sady DUM Tematická oblast

3. LINEÁRNÍ FUNKCE, LINEÁRNÍ ROVNICE A LINEÁRNÍ NEROVNICE

Jednoduché stroje JEDNODUCHÉ STROJE. January 11, jednoduché stroje.notebook. Páka

Pythagorova věta Pythagorova věta slovní úlohy

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Postup při řešení matematicko-fyzikálně-technické úlohy

Matematika. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie Forma vzdělávání:

Matematika - 6. ročník Očekávané výstupy z RVP Učivo Přesahy a vazby desetinná čísla. - zobrazení na číselné ose

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Mechanika tuhého tělesa

vzdělávací oblast vyučovací předmět ročník zodpovídá MATEMATIKA A JEJÍ APLIKACE MATEMATIKA 8. MARKUP Druhá mocnina a odmocnina FY Tabulky, kalkulátor

Systematizace a prohloubení učiva matematiky. Učebna s dataprojektorem, PC, grafický program, tabulkový procesor. Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Učivo obsah. Druhá mocnina a odmocnina Druhá mocnina a odmocnina Třetí mocnina a odmocnina Kružnice a kruh

Ročník IX. Matematika. Období Učivo téma Metody a formy práce- kurzívou. Průřezová témata. Mezipřed. vztahy. Kompetence Očekávané výstupy

A B C D E F 1 Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace 2 Vzdělávací obor: Matematika 3 Ročník: 6. 4 Klíčové kompetence.

HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ

Projekt IMPLEMENTACE ŠVP. pořadí početních operací, dělitelnost, společný dělitel a násobek, základní početní operace

Obecná rovnice kvadratické funkce : y = ax 2 + bx + c Pokud není uvedeno jinak, tak definičním oborem řešených funkcí je množina reálných čísel.

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Jednoduché stroje. Mgr. Dagmar Panošová, Ph.D. KFY FP TUL

Vzdělávací obsah vyučovacího předmětu

Základní škola Fr. Kupky, ul. Fr. Kupky 350, Dobruška 5.2 MATEMATIKA A JEJÍ APLIKACE MATEMATIKA A JEJÍ APLIKACE Matematika 8.

Pythagorova věta Pythagorova věta slovní úlohy. Mocniny s přirozeným mocnitelem mocniny s přirozeným mocnitelem operace s mocninami

Předpokládané znalosti žáka 1. stupeň:

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

CZ 1.07/1.1.32/

Učební osnovy pracovní

Transkript:

Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu MatemaTech Matematickou cestou k technice. Předmět: Matematika, fyzika Téma: Diferenciální kladkostroj výpočet délky l zdvihu břemene Věk žáků: 15-19 Časová dotace: 1 3 (podle hloubky probíraného tématu a množství zařazených úkolů) Potřebné pomůcky, požadavky na techniku: PC s programem GeoGebra, dataprojektor pro učitele, model diferenciálního kladkostroje v programu GeoGebra, kalkulátor, případně mechanický model diferenciálního kladkostroje vytvořený učitelem nebo žáky ve vyučovacím předmětu Pracovní vyučování Požadované znalosti a dovednosti žáků: - znalosti z fyziky o volných a pevných kladkách - výpočet pomocí kalkulátoru - vyjadřování neznámé ze vzorce - znalost základních úprav lomených výrazů - základní znalosti o funkcích Získané dovednosti a znalosti: - prohloubené dovednosti úprav lomených výrazů - porozumění vlivu některých proměnných ve funkční závislosti - aplikace lineární funkce v technické praxi Aplikace tématu v reálném životě: Technické vybavení továrních hal, speciální druh mechanických převodů Zdroje: https://cs.wikipedia.org/wiki/kladka http://edu.techmania.cz/cs/veda-v-pozadi/771 Autor: PhDr. RNDr. Jan Fiala, Ph. D.

PRACOVNÍ LIST PRO ŽÁKY (k tisku) 1. Co je kladka? Zjisti, co je kladkostroj a z čeho se skládá? K čemu se kladky a kladkostroje používají? Najdi obrázek kladky a kladkostroje. Využij Internet. 2. Zjisti, jaké druhy kladkostrojů lze rozeznat? 3. Zaměřte se na diferenciální kladkostroj a seznamte se s jeho konstrukcí. Z čeho se skládá? Využijte Internet. 4. (Rozšiřující úloha) V hodinách pracovního vyučování sestavte fyzický model diferenciálního kladkostroje a demonstrujte jeho princip. 5. Popiš funkci diferenciálního kladkostroje z pohledu fyziky. Nalezněte vzorec vyjadřující závislost výsledné síly FF, kterou musíme táhnout za lano, abychom zvedli břemeno, působí-li na něj tíha FF 1 a poloměry horních pevných souosých pevně spojených kladek jsou RR, rr. Jak ovlivňuje velikost rozdílu poloměrů RR rr výslednou sílu FF? 6. Popiš diferenciální kladkostroj z matematického hlediska: zajímej se o to, o kolik (ll) se zvedne břemeno, zatáhneme-li lanem (resp. řetězem) na pevné kladce o délku dd. Odvoď vzorec vyjadřující závislost ll na dd při daných hodnotách RR, rr. Jak závisí velikost ll na velikosti rozdílu poloměrů RR rr? 7. Vypočítej délku ll, o kterou se zvedne závaží na diferenciálním kladkostroji pro poloměr RR = 20 cm a rr = 10 cm, jestliže zatáhneme lanem a) tak, že se velká kladka otočí jednou dokola, b) o 1 m, c) o 2 m. 8. Sestav a vzorcem popiš funkci ff, která vyjadřuje závislost ll na dd. O jaký druh funkce se jedná? Jaké má vlastnosti? Co musí platit pro RR, rr, aby se břemeno zvedalo? Kdy se nebude břemeno zvedat? 9. Výsledky výpočtů z úlohy 7 ověř na modelu diferenciálního kladkostroje v souboru programu GeoGebra. 10. (Rozšiřující úloha) V programu GeoGebra vytvoř model diferenciálního kladkostroje s proměnnými parametry RR, rr, rr kk a dd.

POZNÁMKY PRO UČITELE 1. Kladka je volně otočné kolo na hřídeli, po obvodě opatřené drážkou vedoucí lano nebo řetěz. Tzv. pevná kladka má osu upevněnou k nosné konstrukci, tzv. volná kladka má osu uloženou ve volném prvku (v tzv. kladnici), takže se vůči konstrukci pohybuje; na kladnici bývá upevněno závěsné zařízení (hák apod.), na němž visí břemeno. Složením více volných a pevných kladek vznikne kladkostroj. Poznámka: Úkol je možné vynechat, pokud žáci v hodinách fyziky probrali učivo o kladkách. 2. Kladkostroje lze rozlišit na tři základní druhy: obecný kladkostroj, Archimedův kladkostroj a diferenciální kladkostroj. (Obrázek 1) Obrázek 1 Druhy kladkostrojů Poznámka: Rozlišení všech tří druhů kladkostrojů podle bodu 2 není pro řešení úloh nezbytné. Protože se dále pracuje pouze s diferenciálním kladkostrojem, je možné bod 2 vynechat a začít hodinu až bodem 3. 3. Diferenciální kladkostroj vynalezl v r. 1854 Thomas Aldridge Weston v Anglii. Z historie je diferenciální kladkostroj znám jako tzv. rumpál. Diferenciální kladkostroj (Obrázek 2) se skládá ze dvou pevných kladek (pevně spojených na téže ose) a z jedné volné kladky, na níž visí břemeno. Všechny kladky mají týž smysl otáčení, což umožňuje předepsané navinutí lana (řetězu). Pro další potřeby výpočtů označíme: poloměr větší pevné kladky RR, poloměr menší kladky rr, poloměr volné kladky rr kk (figuruje v souboru programu GeoGebra), dd označuje délku lana (řetězu), o kterou zatáhneme za lano (řetěz), ll označuje délku, o kterou se zvedne břemeno ve svislé ose směrem nahoru. Obrázek 2 Diferenciální kladkostroj

4. (Rozšiřující úloha) Vytvoření fyzického modelu diferenciálního kladkostroje je nutné prodiskutovat s učitelem vyučovacího předmětu Pracovní vyučování, především s ohledem na správné načasování tematických celků z matematiky a fyziky. Mechanický model velmi názorně demonstruje princip a funkčnost diferenciálního kladkostroje. Poznámka: Bod 4 je rozšiřující úlohou, která může buď předcházet, nebo následovat po vlastním řešení úloh o diferenciálním kladkostroji. 5. Působí-li na břemeno tíha FF 1 způsobená hmotností břemene a táhneme-li za lano silou RR rr FF, je velikost této síly dána vztahem FF = FF 1. Čím větší je rozdíl RR rr poloměrů obou pevných kladek, tím větší síla FF je potřeba. Poznámka: Fyzikální pohled na diferenciální kladkostroj je vhodné do výuky zařadit tehdy, chce-li učitel zdůraznit mezipředmětové vztahy. Bod 5 není však pro řešení úloh o diferenciálním kladkostroji nezbytný. 6. Odvození vzorce vyjadřujícího závislost ll na dd při daných hodnotách RR, rr: Otočí-li se velká kladka jednou dokola, otočí se o délku 2ππππ, malá kladka se otočí o 2ππππ, a břemeno se zvedne o délku ll = 1 (2ππππ 2ππππ) = ππ(rr rr). Čím větší je rozdíl RR rr, 2 tím větší je ll. 7. Po dosazení RR = 20 cm a rr = 10 cm do vzorce v úloze 6 dostaneme: a) ll = ππ(rr rr) = 10ππ = 31,4 cm. b) otočení velké pevné kladky jednou dokola znamená 2ππππ~ll = ππ(rr rr), tedy 1dd~ ππ(rr rr) = 1 = ll, tedy ll = dd, 2RR 4 4 c) pro dd = 2 m: ll = 0,5 m. 8. Funkce ff vyjadřuje závislost ll na dd, proto lze psát ff(dd) = ll. Funkce ff je učena svým vzorcem ff: ll = dd. Funkce ff je lineární funkce (speciálně přímá úměrnost), 4 kde RR = 20 cm a rr = 10 cm. Obrázek 3 ukazuje graf funkce ff, kterým je polopřímka s počátkem v soustavě souřadné. Jde o funkci rostoucí. Pro RR = rr je ll = 0 a břemeno se nezvedá (i když se kladky točí viz model v programu GeoGebra). 2RR Obrázek 3 Graf funkce f vytvořený v programu GeoGebra

O funkci ff uvažovat v obecné rovině jako o funkci více (konkrétně tří) proměnných (dd, RR, rr): ff: ll = RR rr dd pro RR > rr nebo RR < rr. 2RR Poznámka: Funkce více proměnných není učivo matematiky středních škol. Informaci o těchto funkcích doporučujeme předat snad jen velmi nadaným žákům. 9. Výsledky výpočtů lze ověřit spuštěním modelu diferenciálního kladkostroje v souboru programu GeoGebra a nastavením příslušných hodnot rr, RR. Poznámka: Bod 9 je vyvrcholením početních snah žáků a znamená kontrolu dosažených výsledků. Proto jej doporučujeme nevynechávat. Shrnutí: Úloha je svou povahou komplexní a propojuje znalosti z fyziky a matematiky, což ji může činit pro žáky obtížnou. Pro řešení úloh je potřebné zařadit do výuky body 3 a 6 9 (orámované části sledu kroků v pracovním listu žáka). Body 1, 2, 4 a 5 volí učitelé podle svého uvážení s ohledem na sledované cíle výuky. Téma diferenciálního kladkostroje je možné zpracovat také projektově. Navazující (již poměrně obtížný) je úkol vytvořit vlastní model diferenciálního kladkostroje v programu GeoGebra. Takový úkol je určen jen žákům, kteří jsou pokročilými uživateli tohoto programu.