AHOL Střední odborná škola, s.r.o. Meteorologická laboratoř Mgr. Hana Grygárková
Obsah 1. Měření srážek...8 1.1. Metodický pokyn...8 1.2. Realizace úlohy...9 1.2.1. Teoretický základ úlohy...9 1.2.2. Pomůcky...10 1.2.3. Úkol Měření srážek...10 1.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce...11 1.2.5. Poznámky pro učitele...11 1.3. Pracovní list pro žáka...13 1.3.1. Teoretický základ úlohy...13 1.3.2. Pomůcky...14 1.3.3. Úkol Měření srážek...14 1.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...16 2. Měření teploty...17 2.1. Metodický pokyn...17 2.2. Realizace úlohy...18 2.2.1. Teoretický základ úlohy...18 2.2.2. Pomůcky...19 2.2.3. Úkoly...19 2.2.3.1. Úkol č. 1 Měření teploty...19 2.2.3.2. Úkol č. 2 Výroba vlastního teploměru...20 2.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce...20 2.2.5. Poznámky pro učitele...21 2.3. Pracovní list pro žáka...22 2.3.1. Teoretický základ úlohy...22 2.3.2. Pomůcky...23 2.3.3. Úkoly...23 2.3.3.1. Úkol č. 1 Měření teploty...23 2.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...25 2
3. Měření tlaku...26 3.1. Metodický pokyn...26 3.2. Realizace úlohy...27 3.2.1. Teoretický základ úlohy...27 3.2.2. Pomůcky...28 3.2.3. Úkol Měření tlaku...29 3.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce...30 3.2.5. Poznámky pro učitele...30 3.3. Pracovní list pro žáka...31 3.3.1. Teoretický základ úlohy...31 3.3.2. Pomůcky...32 3.3.3. Úkol Měření tlaku...33 3.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...34 4. Měření relativní vlhkosti vzduchu...35 4.1. Metodický pokyn...35 4.2. Realizace úlohy...36 4.2.1. Teoretický základ úlohy...36 4.2.2. Pomůcky...37 4.2.3. Úkol Měření relativní vlhkosti...37 4.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce...38 4.2.5. Poznámky pro učitele...38 4.3. Pracovní list pro žáka...39 4.3.1. Teoretický základ úlohy...39 4.3.2. Pomůcky...40 4.3.3. Úkol Měření relativní vlhkosti...40 4.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...41 5. UV záření...42 5.1. Metodický pokyn...42 5.2. Realizace úlohy...43 5.2.1. Teoretický základ úlohy...43 5.2.2. Pomůcky...44 3
5.2.3. Úkoly...44 5.2.3.1. Úkol č. 1 Dlouhodobé měření UV záření...44 5.2.3.2. Úkol č. 2 Měření ochrany před UV zářením...45 5.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce...45 5.2.5. Poznámky pro učitele...45 5.3. Pracovní list pro žáka...46 5.3.1. Teoretický základ úlohy...46 5.3.2. Pomůcky...47 5.3.3. Úkoly...47 5.3.3.1. Úkol č. 1 Dlouhodobé měření UV záření...47 5.3.3.2. Úkol č. 2 Měření ochrany před UV zářením...48 5.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...48 6. Rosný bod...49 6.1. Metodický pokyn...49 6.2. Realizace úlohy...50 6.2.1. Teoretický základ úlohy...50 6.2.2. Pomůcky...51 6.2.3. Úkoly...51 6.2.3.1. Úkol č. 1 - Určení rosného bodu...51 6.2.3.2. Úkol č. 2 Čtení z grafu...52 6.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce...53 6.2.5. Poznámky pro učitele...53 6.3. Pracovní list pro žáka...54 6.3.1. Teoretický základ úlohy...54 6.3.2. Pomůcky...55 6.3.3. Úkoly...55 6.3.3.1. Úkol Určení rosného bodu...55 6.3.3.2. Úkol č. 2 Čtení z grafu...56 6.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...58 7. Pocitová teplota...59 7.1. Metodický pokyn...59 4
7.2. Realizace úlohy...60 7.2.1. Teoretický základ úlohy...60 7.2.2. Pomůcky...61 7.2.3. Úkoly...61 7.2.3.1. Úkol 1 - varianta A měření v zimě...61 7.2.3.2. Úkol 1 - varianta B měření v létě...62 7.2.3.3. Úkol 2 Čtení z grafu...62 7.2.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...64 7.2.5. Poznámky pro učitele...64 7.3. Pracovní list pro žáka...65 7.3.1. Teoretický základ úlohy...65 7.3.2. Pomůcky...66 7.3.3. Úkoly...66 7.3.3.1. Úkol 1 - varianta A měření v zimě...66 7.3.3.2. Úkol 1 - varianta B měření v létě...67 7.3.3.3. Úkol 2 Čtení z grafu...67 7.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...69 8. Měření teploty...70 8.1. Metodický pokyn...70 8.2. Realizace úlohy...71 8.2.1. Teoretický základ úlohy...71 8.2.2. Pomůcky...71 8.2.3. Úkol Měření teploty...72 8.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce...72 8.2.5. Poznámky pro učitele...73 8.3. Pracovní list pro žáka...74 8.3.1. Teoretický základ úlohy...74 8.3.2. Pomůcky...75 8.3.3. Úkol Měření teploty...75 8.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...76 9. Měření rychlosti větru...77 5
9.1. Metodický pokyn...77 9.2. Realizace úlohy...78 9.2.1. Teoretický základ úlohy...78 9.2.2. Pomůcky...79 9.2.3. Úkoly...79 9.2.3.1. Úkol č. 1 Měření rychlosti větru...79 9.2.3.2. Úkol č. 2 Myšlenková mapa...80 9.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce...80 9.2.5. Poznámky pro učitele...80 9.3. Pracovní list pro žáka...82 9.3.1. Teoretický základ úlohy...82 9.3.2. Pomůcky...83 9.3.3. Úkoly...83 9.3.3.1. Úkol č. 1 Měření rychlosti větru...83 9.3.3.2. Úkol č. 2 Myšlenková mapa...84 9.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...84 10. Sledování vnitřních podmínek...85 10.1. Metodický pokyn...85 10.2. Realizace úlohy...86 10.2.1. Teoretický základ úlohy...86 10.2.2. Pomůcky...86 10.2.3. Úkol Sledování teploty, vlhkosti a obsahu CO2 během větrání...87 10.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce...88 10.2.5. Poznámky pro učitele...88 10.3. Pracovní list pro žáka...89 10.3.1. Teoretický základ úlohy...89 10.3.2. Pomůcky...90 10.3.3. Úkol Sledování teploty, vlhkosti a obsahu CO2 během větrání...90 10.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce...92 Stažení dat z meteostanice...93 6
7
1 Denní měření srážek 1. Měření srážek V této kapitole se dozvíte: - princip a význam měření srážek Po jejím prostudování byste měli být schopni: vysvětlit princip a důležitost měření dešťových a sněhových srážek vysvětlit faktory ovlivňující množství ročních srážek na různých místech pomocí vhodného meteorologického modelu předpovědět množství srážek během následujícího dne pomocí srážkoměru změřit množství spadlých srážek za den 1.1. Metodický pokyn Cílová skupina: 3. ročník Ekologie Název tematického celku: Abiotické faktory prostředí Název úlohy: Denní měření srážek Cíle: Pomocí srážkoměru urči množství spadlých srážek za jeden den Forma práce: Skupinová, Domácí měření Mezipředmětové vztahy: zeměpis, biologie, matematika Časové rozvržení realizace úlohy: 1 den domácí měření + cca 60 minut školní práce (teoretická příprava a dokončení)
1.2. Realizace úlohy 1.2.1. Teoretický základ úlohy - Proč se měří a předpovídá množství srážek? - Jakým způsobem měření probíhá? - V jakých jednotkách se měří? - Je možné použít stejný způsob měření srážek pro déšť, kroupy i sníh? Pomocí internetu vyhledej: - Roční srážková činnost se porovnává s tzv. dlouhodobým úhrnem, což je průměr srážek v letech 1961-1990. Vzpomeňte si na situaci v roce 2010 a najděte rozložení srážek během roku vzhledem k dlouhodobému srážkovému úhrnu. Který měsíc byl nejdeštivější? Jak se to projevilo? Který měsíc pršelo nejméně? Jaký byl celý rok v porovnání s dlouhodobým úhrnem? Rok 2010, průměr pro celou republiku: nejdeštivější měsíc byl srpen (149 mm; 191 % dlouhodobého úhrnu pro tento měsíc), nejméně srážek spadlo v říjnu (13 mm; 31 % dlouhodobého úhrnu), celkově za rok spadlo 867 mm, tj. 129 % dlouhodobého úhrnu (zdroj: ČHMÚ). Za měsíc srpen spadl témeř dvojnásobek obvyklých srážek (na Liberecku dokonce trojnásobný), což souvisí s povodněmi v té oblasti. Celý rok byl srážkově nadprůměrný. - Jaká je aktuální předpověď srážek na nejbližší den v místě měření? Lze využít např. model Medard, nebo model Aladin na webu ČHMÚ. Pozn.: Při čtení z předpovědní mapy si hlídej, pro jaký čas je měření zpracováno. Pro ilustraci: Aladin pracuje s šestihodinovou předpovědí např. od 6:00 UTC. Čas UTC je ovšem odlišný od středoevropského. - Co znamená termín srážkový stín a čím je způsoben? Pokud v daném místě stojí horský masiv v cestě převládajícím větrům, ty nemohou přenášet vlhkost a většina srážek spadne na návětrné straně hor. Závětrná strana hor je podstatně sušší je zde srážkový stín. Příkladem může být u nás Žatecko, Roudnicko (závětří Krušných hor a Českého středohoří) s ročním úhrnem kolem 450 mm (roční průměr pro celou republiku je asi 670 mm). Ve světě např. Tibetská náhorní plošina, město Lima v Peru, atd.
1 Denní měření srážek 1.2.2. Pomůcky Srážkoměr 1.2.3. Úkol Měření srážek 1. Instaluj srážkoměr na vhodné místo. Na tomto místě by měla být volná obloha, místo nesmí stínit budovy ani stromy. 2. Během dne měř množství srážek a výsledky zapiš do tabulky níže (*). 3. Naměřená data zpracuj do níže uvedeného grafu, nezapomeň na popisy os. 4. Do závěru zhodnoť své měření, jeho přesnost a nepřesnost, souhlas s předpovědí, případně důvody nesouhlasu apod. (*) Nechávám na vůli učitele, jak se domluví se studenty na rozsahu a četnosti měření. Výsledková tabulka: Čas (od - do) Množství srážek (mm) Čas (od - do) Množství srážek (mm) Graf se zpracovanými údaji:
Na základě získaných dat doplň: - Úhrn srážek mezi 0 6 hod UTC: - Úhrn srážek mezi 6 12 hod UTC: - Úhrn srážek mezi 12 18 hod UTC: - Úhrn srážek mezi 18 24 hod UTC: - Celkový úhrn denních srážek: 1.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce Souhrn základních pojmů srážky, srážkoměr, předpověď srážek, srážkový stín 1.2.5. Poznámky pro učitele Zde zmíněné téma srážkového stínu by se dalo dále rozvést. Námětem k diskuzi by mohl být stav srážek na návětrné straně velkých horských pásem ve světě. Jak v těchto místech vypadá příroda, zda je tam džungle apod. Jaká je případně souvislost s převládajícími větry např. monzuny,... Dalším námětem k diskuzi by mohla být příroda na závětrné straně světových horských pásem (Andy, Himaláje). Jak se v těchto místech adaptovaly rostliny a živočichové, zda se tam objevují zajímavé přírodní úkazy,...
1 Denní měření srážek
1 Denní měření srážek 1.3. Pracovní list pro žáka Denní měření srážek Cíle: Pomocí srážkoměru urči množství spadlých srážek za jeden den Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 1.3.1. Teoretický základ úlohy - Proč se měří a předpovídá množství srážek? - Jakým způsobem měření probíhá? - V jakých jednotkách se měří? - Je možné použít stejný způsob měření srážek pro déšť, kroupy i sníh? Pomocí internetu vyhledej: - Roční srážková činnost se porovnává s tzv. dlouhodobým úhrnem, což je průměr srážek v letech 1961-1990. Vzpomeňte si na situaci v roce 2010 a najděte rozložení srážek během roku vzhledem k dlouhodobému srážkovému úhrnu. Který měsíc byl nejdeštivější? Jak se to projevilo? Který měsíc pršelo nejméně? Jaký byl celý rok v porovnání s dlouhodobým úhrnem? 13
1 Denní měření srážek - Jaká je aktuální předpověď srážek na nejbližší den v místě měření? Lze využít např. model Medard, nebo model Aladin na webu ČHMÚ. Pozn.: Při čtení z předpovědní mapy si hlídej, pro jaký čas je měření zpracováno. Pro ilustraci: Aladin pracuje s šestihodinovou předpovědí např. od 6:00 UTC. Čas UTC je ovšem odlišný od středoevropského. - Co znamená termín srážkový stín a čím je způsoben? 1.3.2. Pomůcky srážkoměr 1.3.3. Úkol Měření srážek 1. Instaluj srážkoměr na vhodné místo. Na tomto místě by měla být volná obloha, místo nesmí stínit budovy ani stromy. 2. Během dne měř množství srážek a výsledky zapiš do tabulky níže. 3. Naměřená data zpracuj do níže uvedeného grafu, nezapomeň na popisy os. 4. Do závěru zhodnoť své měření, jeho přesnost a nepřesnost, souhlas s předpovědí, případně důvody nesouhlasu apod. 14
1 Denní měření srážek Výsledková tabulka: Čas (od - do) Množství srážek (mm) Čas (od - do) Množství srážek (mm) Graf se zpracovanými údaji: Na základě získaných dat doplň: - Úhrn srážek mezi 0 6 hod UTC: - Úhrn srážek mezi 6 12 hod UTC: - Úhrn srážek mezi 12 18 hod UTC: - Úhrn srážek mezi 18 24 hod UTC: - Celkový úhrn denních srážek: 15
1 Denní měření srážek 1.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce 16
2 Dlouhodobé měření teploty 2. Měření teploty V této kapitole se dozvíte: - princip měření teploty - některé málo používané teplotní stupnice Po jejím prostudování byste měli být schopni: popsat výhody a nevýhody jednotlivých principů měření teploty popsat vlastnosti některých teplotních stupnic, např. Celsiovy, Fahrenheitovy, Kelvinovy vytvořit vlastní teploměr 2.1. Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník Fyzika Název tematického celku: Teplota, teplotní roztažnost Název úlohy: Dlouhodobé měření teploty Cíle: Pomocí teploměru sleduj změny teploty během školního roku. Forma práce: Skupinová Mezipředmětové vztahy: zeměpis, biologie, matematika Časové rozvržení realizace úlohy: měření průběžné + cca 60 min (teoretický základ a dokončení úlohy) 17
2 Dlouhodobé měření teploty 2.2. Realizace úlohy 2.2.1. Teoretický základ úlohy - V jakých jednotkách se měří teplota? Jaké jsou referenční body nejčastěji používaných stupnic (Celsiova, Fahrenheitova)? - Bylo by možné vytvořit si vlastní teplotní stupnici? Jak? Pomocí internetu vyhledej: 1. Jaká je průměrná roční teplota v naší republice? Který měsíc je průměrně nejteplejší a naopak nejchladnější? Dlouhodobý průměr (roky 1961-1990) pro naši republiku činí 7,5 C, přičemž nejteplejším měsícem bývá červenec (16,9 C), nejchladnější bývá leden (-2,8 C). 2. Jaká je aktuální předpověď teploty v místě měření (vždy pro každý den měření)? Jaké jsou teplotní rekordy pro daný den? Je šance je překročit, nebo nikoliv? 3. Na jakých principech nejčastěji fungují teploměry? Nejjednodušší teploměry fungují na principu teplotní roztažnosti, dále se často používají bimetalové teploměry. Lze najít také teploměry pracující s plynem (změna tlaku plynu při stálém objemu, nebo změna objemu při stálém tlaku), odporové teploměry (změna odporu vodiče či polovodiče při změně teploty), případně bezkontaktní teploměry měřící teplo vyzářené tělesem do okolí. 4. Jaké vlastnosti má termodynamická (Kelvinova) teplotní stupnice? Termodynamická (Kelvinova) teplotní stupnice považuje za 0 stupňů hodnotu -273,15 C, tedy tzv. absolutní nulu. Nižší teploty nelze dosáhnout. 1 C odpovídá 1 K. Na rozdíl od ostatních stupnic u ní neexistují záporné teploty. 18
2 Dlouhodobé měření teploty 2.2.2. Pomůcky Meteorologická stanice, čidlo na měření teploty a vlhkosti Obr. 1: Základna meteorologické stanice a čidlo teploty a vlhkosti (upraveno podle: www.meteoshop.cz) 2.2.3. Úkoly 2.2.3.1. Úkol č. 1 Měření teploty 1. Instaluj teplotní čidlo na vhodné místo (toto místo by mělo být zastíněné a pro každý den měření stejné). 2. Změř teplotu (oblast pro měření venkovní teploty je v prostřední části základny) a výsledek zapiš do tabulky. 3. Měření proveď opakovaně (*). 4. Ze zapsaných hodnot sestroj graf, včetně popisu os. 5. Do závěru zhodnoť svá měření: jaká je shoda s předpovědí a případně čím mohly být způsobeny rozdíly, zda byly některý den měření překročeny rekordy apod. (*) Nechávám na vůli učitele četnost a celkovou délku měření. Výsledková tabulka (ukázka týdenního měření, vždy v 10:00 h): Den Předpověď ( C) Teplota ( C) 23.8.2011 23 22,4 24.8.2011 25 24,4 25.8.2011 24 24,7 26.8.2011 24 23,1 27.8.2011 29 29,3 28.8.2011 16 17,3 29.8.2011 19 19,6 30.8.2011 19 19,3 31.8.2011 17 17,1 1.9.2011 18 17,4 19
2 Dlouhodobé měření teploty Graf se zpracovanými údaji (ukázka k výše uvedenému měření): 35 30 25 20 15 Předpověď ( C) Teplota ( C) 10 5 0 23.8.2011 24.8.2011 25.8.2011 26.8.2011 27.8.2011 28.8.2011 29.8.2011 30.8.2011 31.8.2011 1.9.2011 2.2.3.2. Úkol č. 2 Výroba vlastního teploměru 1. V teoretické části jsi hledal různé principy měření teploty. Jeden z nich si zvol a na jeho základě vytvoř teploměr. 2. Na teploměru vytvoř teplotní stupnici alespoň v rozsahu 5 stupňů Celsia. 2.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce Toto měření vykazuje dobrou shodu předpovědi a změřené teploty. Rozdíl může být způsoben různými místy v předpovědi a při měření. Teplotní rekordy pro dané dny nebyly překročeny, což je způsobeno časem měření. Souhrn základních pojmů teplota, teploměr, Celsiova a Kelvinova teplotní stupnice, meteorologický model 20
2 Dlouhodobé měření teploty 2.2.5. Poznámky pro učitele Úkol č. 1: Aby mělo měření dobrou vypovídací hodnotu, bylo by vhodné provádět jej stále ve stejný čas (např. jednou týdně, na začátku vhodné vyučovací hodiny). Ideální by bylo provádět měření podle meteorologických standardů (ve výšce 2 m nad zemí a ve stínu). Na nutnost těchto podmínek navazuje úloha č. 8. Kromě toho by podmíny měření mohly být dobrým námětem k diskuzi se studenty (jak by odlišné podmínky ovlivnily měření). Dalším námětem k diskuzi (nejlépe před měřením) jsou předpovědi počasí (pro jaký čas se udávají, jak získat přesnější předpověď pro jiný čas např. model Aladin na webu ČHMÚ, model Medard...). Poznámky ke grafu: Pokud budou studenti zpracovávat data na počítači, bylo by možná užitečné probrat s nimi, jak by měl graf vypadat - jaký typ grafu zvolit, zda body spojovat, či nikoliv, apod. Úkol č. 2: Tento úkol není zařazen ve studentské části úlohy. Nechávám na zvážení učitele, zda a v jaké formě jej svým studentům zadá. Poznámky k tvorbě teploměru: Nejjednodušším principem pro výrobu vlastního teploměru, je teplotní roztažnost. V takovém případě stačí sklenička od dětské výživy plná viditelné kapaliny (např. voda obarvená potravinářským barvivem) a průhledné brčko, které prostrčíme víčkem. Pak už zbývá jen teploměr zkalibrovat. Na výrobu jednoduchý je také plynový teploměr. Stačí podobná prázdná nádobka s utěsněným brčkem nebo lépe kapilárou. Do kapiláry dáme kapku vody. Při zahřátí nádobky (stačí rukou) se bude kapka pohybovat v brčku. Tento typ teploměru vykazuje snáze pozorovatelné změny. 21
2 Dlouhodobé měření teploty 2.3. Pracovní list pro žáka Dlouhodobé měření teploty Cíle: Pomocí teploměru sleduj změny teploty během školního roku. Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 2.3.1. Teoretický základ úlohy - V jakých jednotkách se měří teplota? Jaké jsou referenční body nejčastěji používaných stupnic (Celsiova, Fahrenheitova)? - Bylo by možné vytvořit si vlastní teplotní stupnici? Jak? Pomocí internetu vyhledej: 1. Jaká je průměrná roční teplota v naší republice? Který měsíc je průměrně nejteplejší a naopak nejchladnější? 2. Jaká je aktuální předpověď teploty v místě měření (vždy pro každý den měření)? Jaké jsou teplotní rekordy pro daný den? Je šance je překročit, nebo nikoliv? 22
2 Dlouhodobé měření teploty 3. Na jakých principech nejčastěji fungují teploměry? 4. Jaké vlastnosti má termodynamická (Kelvinova) teplotní stupnice? 2.3.2. Pomůcky Meteorologická stanice, čidlo na měření teploty a vlhkosti 2.3.3. Úkoly 2.3.3.1. Úkol č. 1 Měření teploty 1. Instaluj teplotní čidlo na vhodné místo (toto místo by mělo být zastíněné a pro každý den měření stejné). 2. Změř teplotu (oblast pro měření venkovní teploty je v prostřední části základny) a výsledek zapiš do tabulky. 3. Měření proveď opakovaně. 4. Ze zapsaných hodnot sestroj graf, včetně popisu os. 5. Do závěru zhodnoť svá měření: jaká je shoda s předpovědí a případně čím mohly být způsobeny rozdíly, zda byly některý den měření překročeny rekordy apod. 23
2 Dlouhodobé měření teploty Výsledková tabulka: Den Předpověď ( C) Teplota ( C) Den Předpověď ( C) Teplota ( C) Graf se zpracovanými údaji: 24
2 Dlouhodobé měření teploty 2.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce 25
3 Dlouhodobé měření tlaku 3. Měření tlaku V této kapitole se dozvíte: - princip měření tlaku - jaké jednotky se používají pro měření atmosférického tlaku a jak je lze navzájem přepočítat - jaký je vztah mezi atmosférickým tlakem a počasím - jaký je vztah mezi atmosférickým tlakem a nadmořskou výškou, jaké jevy tento vztah ovlivňuje a kde se využívá Po jejím prostudování byste měli být schopni: popsat vztah mezi různými jednotkami tlaku popsat vztah mezi atmosférickým tlakem a počasím, atmosférickým tlakem a nadmořskou výškou popsat princip barometru 3.1. Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník Fyzika Název tematického celku: Tlak Název úlohy: Dlouhodobé měření tlaku Cíle: Pomocí barometru sleduj změny tlaku během školního roku. Forma práce: Skupinová Mezipředmětové vztahy: zeměpis, matematika Časové rozvržení realizace úlohy: teoretický základ cca 45 60 min, měření průběžné + cca 30 min na dokončení (graf a závěr) 26
3 Dlouhodobé měření tlaku 3.2. Realizace úlohy 3.2.1. Teoretický základ úlohy - Co je to atmosférický tlak? - V jakých jednotkách se atmosférický tlak nejčastěji měří? Pomocí internetu vyhledej: 1. Existenci atmosférického tlaku poprvé ukázal E. Torricelii. Jakým způsobem to ukázal? Jak jeho pokus fungoval? Pokus se jej vysvětlit. Torricelli navrhl pokus, kdy do skleněné trubice (délka asi 1 m) s jedním zataveným koncem nalil rtuť, otočil ji a ponořil do nádoby opět se rtutí. Zjistil, že rtuti z trubice trochu vyteče a ustálí se na výšce cca 75 cm. Nad hladinou rtuti zůstane vakuum. Vysvětlení: hydrostatický tlak sloupce rtuti v trubici je vyrovnán atmosférickým tlakem okolního vzduchu. Z této rovnosti lze vypočítat hodnotu atmosférického tlaku, na stejném základě jsou konstruovány rtuťové barometry. V současné době je použití rtuti na školách zakázané (jedovatost rtuti), pokus lze provést i s vodou obarvenou např. potravinářskou barvou. Je ovšem potřeba delší hadice, cca 11 m (kvůli nižší hustotě vody). Pěkný popis pokusu s vodou lze najít např. zde: http://fyzweb.cuni.cz/piskac/pokusy/torr/cindex.htm, video pokusu lze najít na YouTube, např. : http://www.youtube.com/watch?v=eifmz4teqzi (s vodou), http://www.youtube.com/watch?v=i4otwks3exm (se rtutí) 2. Jaké další jednotky tlaku můžeš potkat? Jaký je mezi nimi vzájemný přepočet? Kromě jednotky pascal lze potkat jednotky bar (milibar), torr, atmosféra, mm Hg (tato jednotka se vyskytuje u měření tlaku krve). Přepočty: 1 mbar = 1 hpa, 760 torr = 760 mm Hg = 1 atm = 1013,25 hpa. 3. Na jakém principu funguje měření tlaku? Jak jsou konstruovány barometry? Klasické rtuťové barometry jsou konstruovány na základě Torricelliho pokusu (viz výše). Další možností měření jsou aneroidy měřící změny tlaku vzduchu. Jeho hlavní součástí je krabička, ze které je vyčerpán vzduch. Na pružnou zvlněnou stěnu krabičky působí zvnějšku tlaková síla atmosférického vzduchu (proti ní působí tlaková síla stlačené pružiny). Změny atmosférického tlaku způsobují pružnou deformaci horní zvlněné stěny, která se přenáší na ručku. 27
3 Dlouhodobé měření tlaku 4. Co je to normální atmosférický tlak, proč se používá a jaká je jeho hodnota? Tlak vzduchu není na různých místech stejný, jeho hodnota se i na jednom místě mění v čase díky změnám počasí. Proto se stanovuje tzv. normální atmosférický tlak, který má hodnotu p n = 1013,25 hpa. Tato hodnota se používá jako vztažný bod pro fyzikální a meteorologická měření. 5. Existuje souvislost mezi vývojem atmosférického tlaku (tj. zda-li tlak roste, klesá) a počasím? Zvýšení tlaku signalizuje obvykle příchod počasí s malou oblačností (v létě se tedy většinou oteplí, v zimě ochladí), naopak snížení tlaku obvykle předchází deštivému a oblačnému počasí (v létě se proto většinou ochladí a v zimě oteplí). 6. Existuje souvislost mezi atmosférickým tlakem a nadmořskou výškou? Pokud ano, jak to můžeme ukázat? Využívá se takového jevu někde? Ano, s rostoucí nadmořskou výškou klesá (nelineárně) atmosférický tlak. Např. zatavený sáček se sušenkami se na horách nafoukne (uvnitř je větší tlak než venku). Obdobně jsou nafouknuté všechny sušenky, které dostanete v letadle (pokud jsou zatavené; v kabině je trochu nižší tlak než na zemi). Pokud ve vyšší nadmořské výšce naplním plastovou láhev tamním vzduchem a sejdu níže, láhev se zdeformuje (smrskne). Snižování atmosférického tlaku s rostoucí nadmořskou výškou má také vliv na některé další jevy např. hustotu vzduchu (klesá), teplotu varu vody (klesá). Příkladem využití může být jeden ze způsobů měření výšky letadel. Letecké výškoměry jsou konstruovány na principu změny tlaku. 3.2.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice Obr. 2: Základna meteorologické stanice (upraveno podle: www.meteoshop.cz) 28
3 Dlouhodobé měření tlaku 3.2.3. Úkol Měření tlaku 1. Zapni základnu meteorologické stanice na vhodném místě (toto místo by mělo být pro každý den měření stejné). 2. Odečti tlak (část zabývající se tlakem je v horním levém rohu obrazovky) a výsledek zapiš do tabulky. Zároveň si poznamenej stav počasí venku (zataženo, jasno, oblačno, apod.). 3. Měření proveď opakovaně (*). 4. Ze zapsaných hodnot sestroj graf (včetně popisu os). 5. Do závěru zhodnoť vztah mezi pozorovaným počasím a změřeným atmosférickým tlakem. (*) Nechávám na vůli učitele četnost a celkovou délku měření. Výsledková tabulka: Den Tlak (hpa) Počasí 23.8.2011 987,0 polojasno 24.8.2011 982,7 oblačno 25.8.2011 983,0 polojasno 26.8.2011 981,0 polojasno 27.8.2011 977,0 oblačno 28.8.2011 989,0 jasno 30.8.2011 982,0 polojasno 31.8.2011 984,0 polojasno 1.9.2011 985,0 jasno Graf se zpracovanými údaji: 990,0 988,0 986,0 984,0 982,0 Tlak (hpa) 980,0 978,0 976,0 974,0 972,0 970,0 23.8.2011 24.8.2011 25.8.2011 26.8.2011 27.8.2011 28.8.2011 29.8.2011 30.8.2011 31.8.2011 1.9.2011 29
3 Dlouhodobé měření tlaku 3.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce Měření bylo prováděno každý den v 9:00. Ze změřených dat je vidět jistá korelace mezi atmosférickým tlakem a počasím: čím jasnější obloha, tím vyšší byl změřený atmosférický tlak. Souhrn základních pojmů atmosférický tlak, barometr, aneroid, Torricelliho pokus 3.2.5. Poznámky pro učitele Měření atmosférického tlaku podle Torricelliho pokusu lze provést i ve škole. Stačí k tomu dlouhá zahradní hadice a asi třípatrové schodiště (odkaz na provedení viz Teoretický úvod). Docela zajímavou variantou použití tohoto pokusu je nejprve jej provést, a až následně jej se studenty rozebrat. Provedení pokusu je zhruba na 1 vyučovací hodinu, rozbor (pokud mají studenti sami přijít na princip a případně odvodit vzorec pro hydrostatický tlak) také asi na 1 vyučovací hodinu. Zpracování grafu: pro studenty by bylo asi užitečné rozebrat, který typ grafu bude vhodný, zda body v grafu spojovat, či nikoliv apod. Záleží také na učiteli, zda nechá studenty kreslit graf ručně, nebo povolí počítačové zpracování. Jiná varianta měření: zajímavé by mohlo být sledování změn tlaku během jednoho dne (např. o víkendu doma), zejména, má-li podle předpovědi přijít fronta. Toto měření by ale vyžadovalo, aby studenti měli doma barometr. 30
3 Dlouhodobé měření tlaku 3.3. Pracovní list pro žáka Dlouhodobé měření tlaku Cíle: Pomocí barometru sleduj změny tlaku během školního roku Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 3.3.1. Teoretický základ úlohy - Co je to atmosférický tlak? - V jakých jednotkách se atmosférický tlak nejčastěji měří? Pomocí internetu vyhledej: 1. Existenci atmosférického tlaku poprvé ukázal E. Torricelii. Jakým způsobem to ukázal? 2. Jaké další jednotky tlaku můžeš potkat? Jaký je mezi nimi vzájemný přepočet? 31
3 Dlouhodobé měření tlaku 3. Na jakém principu funguje měření tlaku? Jak jsou konstruovány barometry? 4. Co je to normální atmosférický tlak, proč se používá a jaká je jeho hodnota? 5. Existuje souvislost mezi vývojem atmosférického tlaku (tj. zda-li tlak roste, klesá) a počasím? 6. Existuje souvislost mezi atmosférickým tlakem a nadmořskou výškou? Pokud ano, jak to můžeme ukázat? 3.3.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice 32
3 Dlouhodobé měření tlaku 3.3.3. Úkol Měření tlaku 1. Zapni základnu meteorologické stanice na vhodném místě (toto místo by mělo být pro každý den měření stejné). 2. Odečti tlak (část zabývající se tlakem je v horním levém rohu obrazovky) a výsledek zapiš do tabulky. Zároveň si poznamenej stav počasí venku (zataženo, jasno, oblačno, apod.). 3. Měření proveď opakovaně. 4. Ze zapsaných hodnot sestroj graf (včetně popisu os). 5. Do závěru zhodnoť vztah mezi pozorovaným počasím a změřeným atmosférickým tlakem. Výsledková tabulka: Den Hodnota tlaku (hpa) Stav počasí Graf se zpracovanými údaji: 33
3 Dlouhodobé měření tlaku 3.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce 34
4 Dlouhodobé měření relativní vlhkosti vzduchu 4. Měření relativní vlhkosti vzduchu V této kapitole se dozvíte: - význam termínů: absolutní a relativní vlhkost vzduchu, nasycenost vzduchu vodní parou, rosný bod - princip měření vlhkosti Po jejím prostudování byste měli být schopni: vysvětlit pojmy absolutní a relativní vlhkost vzduchu popsat, jak vlhkost vzduchu ovlivňuje některé procesy (schnutí prádla, ) 4.1. Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník Fyzika Název tematického celku: Přeměny skupenství Název úlohy: Dlouhodobé měření vlhkosti Cíle: Pomocí čidla teploty a vlhkosti sleduj změny vlhkosti vzduchu během školního roku. Forma práce: Skupinová Mezipředmětové vztahy: matematika, biologie Časové rozvržení realizace úlohy: teoretický úvod a dokončení cca 60 90 min, měření průběžné 35
4 Dlouhodobé měření relativní vlhkosti vzduchu 4.2. Realizace úlohy 4.2.1. Teoretický základ úlohy - Co se rozumí pod pojmy absolutní a relativní vlhkost vzduchu? - Kdy mluvíme o tom, že vzduch je nasycen vodní parou? Na čem závisí množství vody v nasyceném vzduchu? Odpověz na otázky: 1. Jaké musí být splněny podmínky, aby vznikla mlha? Jaká je relativní vlhkost vzduchu při mlze? Relativní vlhkost je 100 %, teplota vzduchu musí být nižší než teplota rosného bodu (v takovém případě začne vodní pára ve vzduchu kondenzovat a vytvářet mlhu). 2. Ve filmu Tři oříšky pro Popelku přijela Popelka k zámku, dýchla na zamrzlé okno, očistila ho a podívala se do tanečního sálu. Co je na této scéně fyzikálně špatně? Proč? http://www.youtube.com/watch?v=ibp1knpl9ue&feature=related (od 6. do 7. minuty). V tomto případě musí být okna namrzlá zevnitř, protože uvnitř je mnoho lidí, vydýchaný vzduch a vysoká vlhkost. Tato vlhkost se sráží na chladných předmětech, např. oknech. Protože je venku mráz, okna jsou studená a vysrážená vlhkost na nich zmrzne. Popelce by dýchání z venku ve skutečnosti nepomohlo, teplo jejího dechu na vnitřní stranu okna neprojde, aby rozmrazilo námrazu. Pomocí internetu vyhledej: - Na jakém principu funguje měření vlhkosti vzduchu? Jak jsou konstruovány vlhkoměry? Nejznámější jsou asi vlasové vlhkoměry, kde je měřeno prodlužování a kroucení lidského vlasu ve vlhku. Pro přesnější měření se používají psychrometry. V nich jsou umístěny dva teploměry, suchý a mokrý (nádobka je obalena v tkanině s vodou). K určení vlhkosti se využívá rozdílu teplot změřených těmito teploměry. - Proč a kde je třeba měřit vlhkost vzduchu? Všude, kde jsou věci náchylné na vlhko (tj. hniloby, plísně, ), tedy ve skladech, archivech, apod., nebo naopak cokoliv, co nesnáší sucho (dřevo více vysychá a praská,...). Optimální pro člověka je přibližně 60 70% relativní vlhkost. - Co je to rosný bod? Jaký má vztah k vlhkosti vzduchu? Určením rosného bodu se zabývá úloha 6. Rosný bod je teplota, za níž je vlhkost ve vzduchu 100%. Při nižší 36
4 Dlouhodobé měření relativní vlhkosti vzduchu teplotě pára kondenzuje, vzniká mlha, rosa, Pokud vzduch obsahuje při dané teplotě určité množství páry (např. rel. vlhkost 60%) a ochladí se na teplotu rosného bodu, dosáhne rel. vlhkost 100% (při stejném množství vodní páry ve vzduchu). 4.2.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti Obr. 3: Základna meteorologické stanice a čidlo teploty a vlhkosti (upraveno podle www.meteoshop.cz) 4.2.3. Úkol Měření relativní vlhkosti 1. Instaluj čidlo teploty a vlhkosti na vhodné místo (toto místo by mělo být pro každý den měření stejné). 2. Změř vlhkost venkovního vzduchu (oblast pro měření venkovní vlhkosti je v prostřední části obrazovky vedle informací o teplotě) a výsledek zapiš do tabulky. Zároveň zapiš stav počasí a čidla (zda na něj svítí slunce, nebo je ve stínu,...) 3. Měření proveď opakovaně (*). 4. Do závěru zhodnoť svá měření: jaký je vztah mezi vlhkostí vzduchu a počasím, zda se na měření nějakým způsobem projevilo umístění čidla, apod. (*) Nechávám na vůli učitele četnost a celkovou délku měření. 37
4 Dlouhodobé měření relativní vlhkosti vzduchu Výsledková tabulka: Den Rel. vlhkost (%) 23.8.2011 85 24.8.2011 97 25.8.2011 84 26.8.2011 96 27.8.2011 59 28.8.2011 90 29.8.2011 92 31.8.2011 93 1.9.2011 89 4.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce Měření bylo prováděno každý den v 9:00. Čidlo bylo v době měření ve stínu, slunce na jeho stanoviště svítilo až později během dne, což je poznat na vysokých hodnotách relativní vlhkosti. Během nocí totiž padala rosa, která se na stanovišti ještě nestihla vypařit. Nejnižší hodnoty relativní vlhkosti byly na stanovišti změřeny kolem 13. hodiny a pohybovaly se mezi 28-50 %. Souhrn základních pojmů absolutní a relativní vlhkost vzduchu, nasycenost vodní parou, rosný bod, vlhkoměr, psychrometr 4.2.5. Poznámky pro učitele Vzhledem k tomu, že téma vlhkosti se na středních školách moc neprobírá, zařadila bych teoretický úvod jako standardní vyučovací hodinu s výkladem učitele. Z tohoto důvodu jsem do úvodu zařadila dvě modelové úlohy pro kontrolu pochopení učiva. Určení rosného bodu se věnuje úloha 6. Pro pochopení učiva by možná bylo vhodné při některých měřeních vlhkosti zařadit i úlohu 6. Zároveň by si studenti mohli ověřit, zda se skutečně objevila mlha nebo rosa, pokud bude relativní vlhkost blízká 100 %. Nechávám na zvážení učitele, zda bude chtít, aby studenti zpracovali výsledky do grafu. V takovém případě je užitečné probrat se studenty vhodné typy grafu, způsob popisu os, apod. Úloha 1 je převzata z učebnice Fyzika I pro střední školy (autor Lepil, O., Prometheus 1993), úloha 2 převzata ze sbírky úloh používané v projektu Heuréka. 38
4 Dlouhodobé měření relativní vlhkosti vzduchu 4.3. Pracovní list pro žáka Dlouhodobé měření vlhkosti Cíle: Pomocí čidla teploty a vlhkosti sleduj změny vlhkosti vzduchu během školního roku. Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 4.3.1. Teoretický základ úlohy - Co se rozumí pod pojmy absolutní a relativní vlhkost vzduchu? - Kdy mluvíme o tom, že vzduch je nasycen vodní parou? Na čem závisí množství vody v nasyceném vzduchu? Odpověz na otázky: 1. Jaké musí být splněny podmínky, aby vznikla mlha? Jaká je relativní vlhkost vzduchu při mlze? 2. Ve filmu Tři oříšky pro Popelku přijela Popelka k zámku, dýchla na zamrzlé okno, očistila ho a podívala se do tanečního sálu. Co je na této scéně fyzikálně špatně? Proč? http://www.youtube.com/watch?v=ibp1knpl9ue&feature=related (od 6. do 7. minuty). 39
4 Dlouhodobé měření relativní vlhkosti vzduchu Pomocí internetu vyhledej: - Na jakém principu funguje měření vlhkosti vzduchu? - Jak jsou konstruovány vlhkoměry? - Proč a kde je třeba měřit vlhkost vzduchu? - Co je to rosný bod? Jaký má vztah k vlhkosti vzduchu? 4.3.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti 4.3.3. Úkol Měření relativní vlhkosti 1. Instaluj čidlo teploty a vlhkosti na vhodné místo (toto místo by mělo být pro každý den měření stejné). 2. Změř vlhkost venkovního vzduchu (oblast pro měření venkovní vlhkosti je v prostřední části obrazovky vedle informací o teplotě) a výsledek zapiš do tabulky. Zároveň zapiš stav počasí a čidla (zda na něj svítí slunce, nebo je ve stínu,...) 3. Měření proveď opakovaně. 4. Do závěru zhodnoť svá měření: jaký je vztah mezi vlhkostí vzduchu a počasím, zda se na měření nějakým způsobem projevilo umístění čidla, apod. 40
4 Dlouhodobé měření relativní vlhkosti vzduchu Výsledková tabulka: Den, čas Rel.vlhkost (%) Stav počasí 4.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce 41
5 Měření UV záření 5. UV záření V této kapitole se dozvíte: - druhy a vlastnosti UV záření - praktické využití UV záření - faktory ovlivňující množství UV záření na Zemi Po jejím prostudování byste měli být schopni: popsat a vysvětlit nebezpečnost UV záření popsat vztah mezi UV indexem a počasím popsat vztah mezi UV zářením a ozonovou vrstvou vysvětlit kde a k čemu se UV záření používá 5.1. Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník - Fyzika Název tematického celku: Optika Název úlohy: Dlouhodobé měření UV záření Cíle: Pomocí čidla UV záření sleduj změny UV záření během školního roku. Forma práce: Skupinová Mezipředmětové vztahy: matematika, biologie, chemie Časové rozvržení realizace úlohy: teoretický úvod cca 45 min, úkol č. 1 průběžné měření, úkol č. 2 cca 10 min, dokončení měření cca 15 min 42
5 Měření UV záření 5.2. Realizace úlohy 5.2.1. Teoretický základ úlohy - Co je to elektromagnetické záření? Podle čeho se elektromagnetické záření dělí? - Kde se ve spektru elektromagnetického záření nachází UV záření? Jaké má vlnové délky? - Jak se UV záření měří? Pomocí internetu vyhledej: - Na jaké druhy se UV záření dělí? Podle čeho? Jaké mají jednotlivé typy UV záření účinky? Dělí se na tři typy podle rozsahu vlnových délek: UVA většina UV záření dopadajícího na zem, relativně nejméně zhoubné účinky, vlnová délka přibližně 320 400 nm UVB nejzhoubnější účinky, schopno ničit či rozrušit bílkoviny, velký dopad na oči, vlnová délka přibližně 320 280 nm UVC nejnebezpečnější, pohlcováno ozonovou vrstvou (podílí se na tvorbě ozonu v této vrstvě), vlnová délka < 280 nm - Najdi aspoň pět zařízení, kde se UV záření využívá. Na jakém principu tyto zařízení fungují, které vlastnosti UV záření využívají? - Kdy je UV záření nebezpečné, v létě nebo v zimě? Proč? Jaký je vztah mezi UV indexem a počasím? Záleží hodnota UV indexu na čase měření? UV záření je nebezpečné kdykoliv, na roční době nezáleží. Záleží na intenzitě slunečního světla, tj. při jasném počasí je vyšší UV index. Hodnota UV indexu se také zvyšuje, čím výše je slunce na obloze. - Jaký je vztah mezi UV zářením a ozonovou vrstvou? Ozonová vrstva chrání život na Zemi před škodlivými dopady UV záření (UVC pohlcuje, ostatní typy tlumí). 43
5 Měření UV záření 5.2.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo UV záření, sluneční brýle (vlastní) Obr. 4: Základna meteorologické stanice a UV čidlo (upraveno podle www.meteoshop.cz) 5.2.3. Úkoly 5.2.3.1. Úkol č. 1 Dlouhodobé měření UV záření 1. Instaluj čidlo UV záření na vhodné místo (toto místo by mělo být nezastíněné a pro každý den měření stejné). 2. Zapni základnu meteorologické stanice. 3. Měření prováděj nejméně 5 minut, poté odečti UV index (část zabývající se UV zářením je v levém dolním rohu obrazovky) a výsledek zapiš do tabulky. Zároveň si poznamenej stav počasí venku (zataženo, jasno, oblačno, apod.). 4. Měření proveď opakovaně (*). 5. Do závěru zhodnoť vztah mezi pozorovaným počasím a změřeným UV indexem. Zhodnoť také rozdíly mezi hodnotou UV indexu v létě a v zimě. (*) Nechávám na vůli učitele četnost a celkovou délku měření. Výsledková tabulka: Den, čas UV index Stav počasí 44
5 Měření UV záření 5.2.3.2. Úkol č. 2 Měření ochrany před UV zářením 1. Instaluj čidlo UV záření na vhodné místo (viz předchozí úkol). 2. Zapni základnu meteorologické stanice. 3. Nejprve změř UV index (stejně jako v předchozím případě). 4. V dalším měření zastiň senzor (na horní části čidla) slunečními brýlemi. Pozoruj jak a zda se změnil měřený UV index. 5. Do závěru zhodnoť účinnost svých brýlí při ochraně před UV zářením. 5.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce Souhrn základních pojmů UV záření, UVA, UVB, UVC, UV index, ozonová vrstva, 5.2.5. Poznámky pro učitele Jinou variantou měření úkolu č. 1 by mohlo být měření ve dvou jasných dnech, jednou v létě, podruhé v zimě. Doporučuji úkol č. 2 zařadit jako zpestření během některého dlouhodobého měření. Toto měření je jen orientační, meteorologická stanice nemá potřebnou přesnost. 45
5 Měření UV záření 5.3. Pracovní list pro žáka Dlouhodobé měření UV záření Cíle: Pomocí čidla UV záření sleduj změny UVzáření během školního roku. Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 5.3.1. Teoretický základ úlohy - Co je to elektromagnetické záření? Podle čeho se elektromagnetické záření dělí? - Kde se ve spektru elektromagnetického záření nachází UV záření? Jaké má vlnové délky? - Jak se UV záření měří? Pomocí internetu vyhledej: - Na jaké druhy se UV záření dělí? Podle čeho? Jaké mají jednotlivé typy UV záření účinky? - Najdi aspoň pět zařízení, kde se UV záření využívá. Na jakém principu tyto zařízení fungují, které vlastnosti UV záření využívají? 46
5 Měření UV záření - Kdy je UV záření nebezpečné, v létě nebo v zimě? Proč? Jaký je vztah mezi UV indexem a počasím? Záleží hodnota UV indexu na čase měření? - Jaký je vztah mezi UV zářením a ozonovou vrstvou? 5.3.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo UV záření, sluneční brýle (vlastní) 5.3.3. Úkoly 5.3.3.1. Úkol č. 1 Dlouhodobé měření UV záření 1. Instaluj čidlo UV záření na vhodné místo (toto místo by mělo být nezastíněné a pro každý den měření stejné). 2. Zapni základnu meteorologické stanice. 3. Měření prováděj nejméně 5 minut, poté odečti UV index (část zabývající se UV zářením je v levém dolním rohu obrazovky) a výsledek zapiš do tabulky. Zároveň si poznamenej stav počasí venku (zataženo, jasno, oblačno, apod.). 4. Měření proveď opakovaně. 5. Do závěru zhodnoť vztah mezi pozorovaným počasím a změřeným UV indexem. Zhodnoť také rozdíly mezi hodnotou UV indexu v létě a v zimě.
5 Měření UV záření Výsledková tabulka: Den, čas UV index Stav počasí 5.3.3.2. Úkol č. 2 Měření ochrany před UV zářením 1. Instaluj čidlo UV záření na vhodné místo (viz předchozí úkol). 2. Zapni základnu meteorologické stanice. 3. Nejprve změř UV index (stejně jako v předchozím případě). 4. V dalším měření zastiň senzor (na horní části čidla) slunečními brýlemi. Pozoruj jak a zda se změnil měřený UV index. Měření prováděj nejméně dvě minuty. 5. Do závěru zhodnoť účinnost svých brýlí při ochraně před UV zářením. 5.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce 48
6 Určení rosného bodu 6. Rosný bod V této kapitole se dozvíte: - princip určení rosného bodu - vliv hodnoty rosného bodu na počasí Po jejím prostudování byste měli být schopni: popsat a vysvětlit úkazy způsobené kondenzací páry ve vzduchu 6.1. Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník Fyzika Název tematického celku: Přeměny skupenství Název úlohy: Určení rosného bodu Cíle: Pomocí čidla teploty a vlhkosti změř relativní vlhkost a urči rosný bod. Forma práce: Skupinová Mezipředmětové vztahy: matematika, biologie Časové rozvržení realizace úlohy: teoretický úvod cca 45 min, vlastní měření a výpočet a dokončení 30 45 min, úkol č. 2 cca 20 min. 49
6 Určení rosného bodu 6.2. Realizace úlohy 6.2.1. Teoretický základ úlohy - Co se rozumí pod pojmy absolutní a relativní vlhkost vzduchu? - Jaký je vztah mezi vlhkostí vzduchu a rosným bodem? - Jak lze z relativní vlhkosti a teploty určit rosný bod? Odpověz na otázky: 1. Proč se skla automobilu orosí někdy na vnitřní straně a jindy z venku? Co lze v těchto případech říci o vlhkosti uvnitř auta? Jaké musí být v těchto případech teploty uvnitř auta a venku? Orosení nastane při teplotě nižší než je teplota rosného bodu. Orosení uvnitř auta: vlhkost zkondenzuje, pokud se auto dostane do chladnějšího prostředí (např. po setmění, pokud auto stojí venku). Orosení zvenku auta: auto např. přijede do teplejší garáže. 2. Ve filmu Obecná škola varuje ředitel školy žáky, aby v mrazu neolizovali kovové zábradlí před školou. Co se stalo, když to někteří žáci přesto zkusili? Jak by to dopadlo, kdyby před školou byl dřevěný plot? Proč se tato nehoda nestává, když se zábradlí dotknou rukou? Zdůvodni své odpovědi. http://www.youtube.com/watch?v=5gwuwuqcoxm&feature=related Žákům k zábradlí přimrzl jazyk. Vlhkost na jazyku se setkala se studeným zábradlím a zmrzla. Ruka k zábradlí nepřimrzne, protože není mokrá (tj. není vlhkost, která by mohla zmrznout). Pokud by bylo zábradlí dřevěné, nic by se nestalo. Dřevěné zábradlí má totiž stejnou teplotu, ale menší tepelnou vodivost. Pomocí internetu vyhledej: - K určení rosného bodu si najdi graf závislosti absolutní vlhkosti na teplotě (snáze budeš hledat pod názvem graf syté páry). Pěkný graf i s tabulkou je na stránkách: http://kabinet.fyzika.net/studium/tabulky/tabulka-syte-pary.php, jinak lze graf najít ve středoškolských tabulkách. 50
6 Určení rosného bodu 6.2.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti Obr. 5: Základna meteorologické stanice a čidlo teploty a vlhkosti (upraveno podle www.meteoshop.cz) 6.2.3. Úkoly 6.2.3.1. Úkol č. 1 - Určení rosného bodu 1. Instaluj čidlo teploty a vlhkosti na vhodné místo (toto místo by mělo být pro každý den měření stejné). 2. Změř teplotu a vlhkost venkovního vzduchu (oblast pro měření venkovní vlhkosti je v prostřední části základny) a výsledek si zapiš. 3. Ze změřených hodnot urči hodnotu Φ absolutní vlhkosti vzduchu. 4. Zjisti, pro kterou teplotu je tato absolutní vlhkost 100 %. Tato teplota je rosným bodem. Výsledky měření: teplota: 15,5 C relativní vlhkost: φ = 82 % max. absolutní vlhkost při této teplotě (odečtena z grafu): Φ max = 13 g/m 3 Výpočty: absolutní vlhkost Φ: Φ = 0,82. 13 = 10,7 g/m 3 rosný bod pro tuto absolutní vlhkost: 12 C (opět odečteno z grafu) 51
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 6 Určení rosného bodu 6.2.3.2. Úkol č. 2 Čtení z grafu Na níže uvedených grafech jsou zakreslena denní měření teploty, rosného bodu a vlhkosti. Zodpověz následující otázky: 1. V kolik hodin byla změřena nejvyšší teplota? Jaká tomu odpovídá relativní vlhkost? Nejvyšší teplota byla změřena ve 14 hod, čemuž odpovídá vlhkost 40 %, tedy jedna z nejnižších v daném dni. 2. Kdy byla nejvyšší změřena relativní vlhkost? Jaký je vztah mezi teplotou a rosným bodem v tuto dobu? Nejvyšší relativní vlhkost byla změřena brzy ráno, mezi 3 a 8 hodinou. V tu dobu byla nejnižší teplota a hodnota rosného bodu byla nejblíže změřené teplotě. 3. Dovedeš odhadnout, zda spadla rosa a pokud ano, tak kdy? Rosa spadla brzy ráno, napovídají tomu výsledky v předchozí otázce. Vlhkost v té době nebyla naměřena 100%, což je způsobeno výškou čidla nad zemí. 4. Jaký vztah mezi teplotou a relativní vlhkostí vyplývá z těchto grafů? Platí tento vztah za každých podmínek? Z grafů vyplývá, že čím vyšší byla teplota, tím nižší byla relativní vlhkost vzduchu. Uvedený vztah neplatí za všech podmínek, zde byl změřen za suchého jasného dne. Pro porušení vztahu stačí např. aby za horkého dne začala bouřka. Graf závislosti teploty a rosného bodu na čase: 28 26 24 22 Teplota ( C) 20 18 16 Změřená teplota Rosný bod 14 12 10 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Čas (hod) 52
6 Určení rosného bodu Graf závislosti relativní vlhkosti na čase: 100 90 80 Rel. vlhkost (%) 70 60 50 40 30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Čas (hod) 6.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce Z výpočtů je vidět, že teplota rosného bodu se pro daný čas měření nachází velmi blízko změřené teplotě. Souhrn základních pojmů absolutní a relativní vlhkost vzduchu, sytá pára, rosný bod 6.2.5. Poznámky pro učitele Na Internetu lze najít kalkulačky schopné z teploty a relativní vlhkosti spočítat rosný bod (např. http://www.termovize.com/vypocet-vlhkosti/). Nedoporučuji, aby je studenti použili k výpočtu. Úloha 1 je převzata z učebnice Fyzika I pro střední školy (autor Lepil, O., Prometheus 1993), úloha 2 převzata ze sbírky úloh používané v projektu Heuréka. 53
6 Určení rosného bodu 6.3. Pracovní list pro žáka Určení rosného bodu Cíle: Pomocí čidla teploty a vlhkosti změř relativní vlhkost a urči rosný bod. Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 6.3.1. Teoretický základ úlohy - Co se rozumí pod pojmy absolutní a relativní vlhkost vzduchu? - Jaký je vztah mezi vlhkostí vzduchu a rosným bodem? - Jak lze z relativní vlhkosti a teploty určit rosný bod? Odpověz na otázky: 1. Proč se skla automobilu orosí někdy na vnitřní straně a jindy z venku? Co lze v těchto případech říci o vlhkosti uvnitř auta? Jaké musí být v těchto případech teploty uvnitř auta a venku? 2. Ve filmu Obecná škola varuje ředitel školy žáky, aby v mrazu neolizovali kovové zábradlí před školou. Co se stalo, když to někteří žáci přesto zkusili? Jak by to 54
6 Určení rosného bodu dopadlo, kdyby před školou byl dřevěný plot? Proč se tato nehoda nestává, když se zábradlí dotknou rukou? Zdůvodni své odpovědi. http://www.youtube.com/watch?v=5gwuwuqcoxm&feature=related Pomocí internetu vyhledej: - K určení rosného bodu si najdi graf závislosti absolutní vlhkosti na teplotě (snáze budeš hledat pod názvem graf syté páry). 6.3.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti 6.3.3. Úkoly 6.3.3.1. Úkol Určení rosného bodu 1. Instaluj čidlo teploty a vlhkosti na vhodné místo (toto místo by mělo být pro každý den měření stejné). 2. Změř teplotu a vlhkost venkovního vzduchu (oblast pro měření venkovní vlhkosti je v prostřední části základny) a výsledek si zapiš. 3. Ze změřených hodnot urči hodnotu Φ absolutní vlhkosti vzduchu. 4. Zjisti, pro kterou teplotu je tato absolutní vlhkost 100 %. Tato teplota je rosným bodem. 5. V závěru zhodnoť svůj výsledek: zda odpovídá skutečnosti, pokud byla relativní vlhkost 100%, zda jsi pozoroval nějaké jevy, které by tomu odpovídaly, apod. Výsledky měření: teplota: t = relativní vlhkost: φ = max. absolutní vlhkost při této teplotě: Φ max = 55
6 Určení rosného bodu Výpočty: absolutní vlhkost Φ: rosný bod pro tuto absolutní vlhkost: 6.3.3.2. Úkol č. 2 Čtení z grafu Na níže uvedených grafech jsou zakreslena denní měření teploty, rosného bodu a vlhkosti. Zodpověz následující otázky: 1. V kolik hodin byla nejvyšší teplota? Jaká tomu odpovídá relativní vlhkost? 2. Kdy byla nejvyšší relativní vlhkost? Jaký je vztah mezi teplotou a rosným bodem v tuto dobu? 3. Dovedeš odhadnout, zda spadla rosa a pokud ano, tak kdy? 4. Jaký vztah mezi teplotou a relativní vlhkostí vyplývá z těchto grafů? Platí tento vztah za každých podmínek? 56
15 16 17 18 19 20 21 22 23 6 Určení rosného bodu Graf závislosti teploty a rosného bodu na čase: 28 26 24 22 Teplota ( C) 20 18 16 Změřená teplota Rosný bod 14 12 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Čas (hod) Graf závislosti relativní vlhkosti na čase: 100 90 80 Rel. vlhkost (%) 70 60 50 40 30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Čas (hod) 57
6 Určení rosného bodu 6.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce 58
7 Pocitová teplota 7. Pocitová teplota V této kapitole se dozvíte: - co znamenají termíny pocitová teplota, windchill a heat index Po jejím prostudování byste měli být schopni: vysvětlit rozdíl mezi teplotou změřenou teploměrem a pocitovou teplotou odhadnout, zda a jak se za daných podmínek bude pocitová teplota lišit od změřené 7.1. Metodický pokyn Cílová skupina: 2. ročník - Biologie Název tematického celku: Vylučovací soustava - kůže Název úlohy: Pocitová teplota Cíle: Pomocí meteostanice změř pocitovou teplotu Forma práce: Skupinová Mezipředmětové vztahy: matematika, biologie, anglický jazyk Časové rozvržení realizace úlohy: teoretický úvod cca 45 min, měření 20 min 59
7 Pocitová teplota 7.2. Realizace úlohy 7.2.1. Teoretický základ úlohy Na vhodných internetových stránkách nastuduj význam termínů windchill a heat index. Některé pěkné odkazy: http://alpy4000.cz/rady-tipy-metodika-windchill.php http://www.nws.noaa.gov/om/windchill/index.shtml http://www.bom.gov.au/info/thermal_stress/#atapproximation http://www.crh.noaa.gov/arx/heatindex.php http://www.crh.noaa.gov/jkl/?n=heat_index http://www.hpc.ncep.noaa.gov/html/heatindex.shtml (odkaz na kalkulačku pro výpočet heat indexu) Odpověz na otázky: 1. V zimě naměříme na teploměru např. 0 C. Přesto se nám zdá, že je chladněji. Proč se liší náš dojem od změřené teploty? Pocitová teplota (windchill) závisí na rychlosti větru. Pokud tedy v zimě fouká vítr, zdá se nám, že je venku větší zima než ve skutečnosti. 2. Proč se v létě někdy zdá být tepleji, než naměříme na teploměru? Na čem tento pocit závisí? V tomto, letním, případě záleží náš vjem hlavně na relativní vlhkosti okolí. Pokud je kromě vysoké teploty i vysoká vlhkost vzduchu (je dusno), zdá se nám, že je vyšší teplota než ve skutečnosti. 3. Proč nosí Tuaregové na poušti dlouhé splývavé oblečení? Nebyly by pro ně pohodlnější kraťasy a tričko? Tento oděv může mít více důvodů. Kromě ochrany před pískem, UV zářením apod. se pod ním díky proudění vzduchu vytváří přijemnější mikroklima, než je venku. 60
7 Pocitová teplota 7.2.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti, anemometr Obr. 6: Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti, anemometr (upraveno podle: www.meteoshop.cz) 7.2.3. Úkoly 7.2.3.1. Úkol 1 - varianta A měření v zimě 1. Instaluj čidlo teploty a anemometr. 2. Zapni základnu stanice. 3. Změř a zapiš venkovní teplotu (prostřední část displeje stanice) a rychlost větru (v pravém horním rohu displeje stanice), odečti také hodnotu windchill. Všechny výsledky si zapiš. 4. Na webu http://alpy4000.cz/rady-tipy-metodika-windchill.php najdeš vzorec pro výpočet pocitové teploty. Dosaď do něj změřené hodnoty a spočítej pocitovou teplotu. Výsledek porovnej s hodnotou odečtenou na meteostanici. 5. Do závěru zhodnoť rozdíly mezi změřenou a vypočítanou hodnotou windchill. Z výše uvedených webových stránek zjisti zdravotní riziko (omrzliny, prochladnutí,...) za změřených podmínek. Výsledky varianta A změřená teplota: změřená rychlost větru: vzorec pro výpočet windchill: vypočítaná hodnota windchill: změřená hodnota windchill: 61
7 Pocitová teplota 7.2.3.2. Úkol 1 - varianta B měření v létě 1. Instaluj čidlo teploty a anemometr. 2. Zapni základnu stanice. 3. Změř a zapiš venkovní teplotu a vlhkost (prostřední část displeje stanice). Odečti také hodnotu heat index (získáš ji klepnutím na displej v oblasti venkovní teploty). Všechny výsledky si zapiš. 4. Na webu http://www.crh.noaa.gov/jkl/?n=heat_index najdeš tabulku pro určení hodnoty heat indexu. Porovnej změřenou hodnotu indexu s hodnotou odečtenou z tabulky. 5. Do závěru zhodnoť rozdíl mezi změřenou teplotou a heat indexem. Zamysli se také nad mírou zdravotního rizika za daných podmínek. Výsledky varianta B změřená teplota: 31,2 C (tj. 88,2 F) změřená vlhkost vzduchu:55 % změřený heat index: 33,8 C (tj. 92,8 F) odečtený heat index: cca 93,5 F (tj. 34,2 C) 7.2.3.3. Úkol 2 Čtení z grafu Na níže uvedených grafech jsou zakreslena měření teploty a vlhkosti. Zodpověz následující otázky: 1. V kolik hodin byla nejvyšší teplota? Jaká tomu odpovídá relativní vlhkost? Nejvyšší teplota byla změřena ve 14 hod, čemuž odpovídá vlhkost 40 %, tedy jedna z nejnižších v daném dni. Zároveň byl spočten jeden z nejvyšších heat index za uvedený den. 2. Dokážeš z grafu rozpoznat, jaký vliv má vysoká relativní vlhkost na pocitovou teplotu (heat index) člověka? Uveď příklady, kdy a proč je rozdíl mezi oběma teplotami největší a kdy nejmenší. Poměrně značný. Např. v 9 hod ráno byla vlhkost 90%, což udělalo rozdíl 6 C mezi změřenou a pocitovou teplotou. Oproti tomu v 15 hod odpoledne, kdy byla vlhkost jen asi 35 %, je rozdíl mezi pocitovou a změřenou teplotou pouze asi 2 C. 62
7 Pocitová teplota Graf závislosti teploty a heat index na čase: 41 39 37 35 Teplota ( C) 33 31 29 Změřená teplota Heat index 27 25 23 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Čas (hod) Graf závislosti relativní vlhkosti na čase: 100 90 80 Rel. vlhkost (%) 70 60 50 40 30 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Čas (hod) 63
7 Pocitová teplota 7.2.4. Závěry a celkové zhodnocení práce Rozdíl mezi odečteným a změřeným heat indexem může být způsoben nepřesností odečtu z tabulky (byl brán střed intervalu mezi dvěma hodnotami). Je vidět, že již 55% vlhkost při takové teplotě způsobuje zvýšení pocitové teploty o 2 C. Zdravotní riziko za těchto podmínek není příliš vysoké. Souhrn základních pojmů pocitová teplota, heat index, windchill 7.2.5. Poznámky pro učitele Tuto úlohu lze zpracovat dvěma způsoby. Buď v létě, kdy je teplo, měří se tzv. heat index (pocitová teplota je vyšší než skutečná). Meteostanice umí měřit tento index při teplotách vyšších než 27 C. Spočítaný heat index najdete v části venkovní teploty, pokud klepnete prstem na změřenou hodnotu teploty. Na výše uvedených internetových stránkách (tj. http://www.crh.noaa.gov/jkl/?n=heat_index ) lze také najít kalkulačku na výpočet heat indexu. Je na zvážení učitele, zda ji nechá studenty využít místo odečtu z tabulky. Upozornění: teplota v tabulce je uvedena ve stupních Fahrenheita. Na stránkách lze také najít převodní kalkulačku mezi stupni Celsia a Fahrenheita. Pozor při práci s oběma kalkulačkami místo desetinné čárky používají desetinnou tečku. Druhou možností je zařadit úlohu v zimě, nejlépe za chladného, větrného dne (měří se windchill), kdy bude pocitová teplota nižší než hodnota změřená teploměrem. Hodnotu windchill najdete v pravém horním rohu displeje v části věnované měření větru. Úloha 3 je převzata ze sbírky úloh používané v projektu Heuréka. 64
7 Pocitová teplota 7.3. Pracovní list pro žáka Pocitová teplota Cíle: Pomocí meteostanice změř pocitovou teplotu Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 7.3.1. Teoretický základ úlohy Na vhodných internetových stránkách nastuduj význam termínů windchill a heat index. Odpověz na otázky: 1. V zimě naměříme na teploměru např. 0 C. Přesto se nám zdá, že je chladněji. Proč se liší náš dojem od změřené teploty? 2. Proč se v létě někdy zdá být tepleji, než naměříme na teploměru? Na čem tento pocit závisí? 65
7 Pocitová teplota 3. Proč nosí Tuaregové na poušti dlouhé splývavé oblečení? Nebyly by pro ně pohodlnější kraťasy a tričko? 7.3.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti, anemometr 7.3.3. Úkoly 7.3.3.1. Úkol 1 - varianta A měření v zimě 1. Instaluj čidlo teploty a anemometr. 2. Zapni základnu stanice. 3. Změř a zapiš venkovní teplotu (prostřední část displeje stanice) a rychlost větru (v pravém horním rohu displeje stanice), odečti také hodnotu windchill. Všechny výsledky si zapiš. 4. Na webu http://alpy4000.cz/rady-tipy-metodika-windchill.php najdeš vzorec pro výpočet pocitové teploty. Dosaď do něj změřené hodnoty a spočítej pocitovou teplotu. Výsledek porovnej s hodnotou odečtenou na meteostanici. 5. Do závěru zhodnoť rozdíly mezi změřenou a vypočítanou hodnotou windchill. Z výše uvedených webových stránek zjisti zdravotní riziko (omrzliny, prochladnutí,...) za změřených podmínek. Výsledky varianta A změřená teplota: změřená rychlost větru: vzorec pro výpočet windchill: vypočítaná hodnota windchill: změřená hodnota windchill: 66
7 Pocitová teplota 7.3.3.2. Úkol 1 - varianta B měření v létě 1. Instaluj čidlo teploty a anemometr. 2. Zapni základnu stanice. 3. Změř a zapiš venkovní teplotu a vlhkost (prostřední část displeje stanice). Odečti také hodnotu heat index (získáš ji klepnutím na displej v oblasti venkovní teploty). Všechny výsledky si zapiš. 4. Na webu http://www.crh.noaa.gov/jkl/?n=heat_index najdeš tabulku pro určení hodnoty heat indexu. Porovnej změřenou hodnotu indexu s hodnotou odečtenou z tabulky. 5. Do závěru zhodnoť rozdíl mezi změřenou teplotou a heat indexem. Zamysli se také nad mírou zdravotního rizika za daných podmínek. Výsledky varianta B změřená teplota: změřená vlhkost vzduchu: změřený heat index: odečtený heat index: 7.3.3.3. Úkol 2 Čtení z grafu Na níže uvedených grafech jsou zakreslena měření teploty a vlhkosti. Zodpověz následující otázky: 1. V kolik hodin byla nejvyšší teplota? Jaká tomu odpovídá relativní vlhkost? 2. Dokážeš z grafu rozpoznat, jaký vliv má vysoká relativní vlhkost na pocitovou teplotu (heat index) člověka? Uveď příklady, kdy a proč je rozdíl mezi oběma teplotami největší a kdy nejmenší. 67
7 Pocitová teplota Graf závislosti teploty a heat index na čase: 41 39 37 35 Teplota ( C) 33 31 29 27 Změřená teplota Heat index 25 23 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Čas (hod) Graf závislosti relativní vlhkosti na čase: 100 90 80 Rel. vlhkost (%) 70 60 50 40 30 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Čas (hod) 68
7 Pocitová teplota 7.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce 69
8 Měření teploty v různých podmínkách 8. Měření teploty V této kapitole se dozvíte: - vztah mezi vnějšími podmínkami a změřenou teplotou Po jejím prostudování byste měli být schopni: popsat vliv vnějších podmínek na měření teploty 8.1. Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník - Fyzika Název tematického celku: Teplota, teplotní roztažnost Název úlohy: Měření teploty v různých podmínkách Cíle: Pomocí čidla teploty a vlhkosti pozoruj změny teploty v závislosti na vnějších podmínkách Forma práce: Skupinová Mezipředmětové vztahy: matematika, biologie Časové rozvržení realizace úlohy: 45 90 min 70
8 Měření teploty v různých podmínkách 8.2. Realizace úlohy 8.2.1. Teoretický základ úlohy Pomocí internetu vyhledej: - Za jakých podmínek se na meteorologických stanicích standardně měří teplota? Ve výšce 2 m nad zemí ve stínu. Odpověz na otázky: 1. Jak je možné, že v zimě ukáže teploměr za oknem i 20 C? Na teploměr svítí sluníčko, které kapalinu v teploměru ohřívá. 2. Liší se teplota na sluníčku a ve stínu (měřená ve stejný čas)? Obvykle ano, záleží i na velikosti stínu. 3. Proč se někdy v předpovědích počasí varuje před přízemními mrazíky, přestože teplota uváděná v předpovědi je nad nulou (např.2 C)? Na meteorologických stanicích se teplota standardně měří ve výšce 2 m nad zemí (pro tuto výšku platí i předpověď), kde už může být nad nulou. Přesto ale u země může být jinovatka, apod. 8.2.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti Obr. 7: Základna meteorologické stanice a čidlo teploty a vlhkosti (upraveno podle: www.meteoshop.cz) 71
8 Měření teploty v různých podmínkách 8.2.3. Úkol Měření teploty 1. Na základě otázek z úvodní části urči, které jevy působí na přesnost měření teploty (slunce, stín, výška nad zemí,...). 2. Odhadni vliv těchto jevů na měření teploty (snížení, zvýšení měřené hodnoty, o kolik stupňů). Odhady si zapiš. 3. Změř skutečný vliv na měření teploty a porovnej jej se svým odhadem. 4. Do závěru zhodnoť přesnost svého odhadu. Výsledková tabulka: Prostředí Odhad Skutečnost 8.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce Souhrn základních pojmů teplota 72
8 Měření teploty v různých podmínkách 8.2.5. Poznámky pro učitele Měření doporučuji realizovat venku. Kromě uvedených variant měření by mohlo být zajímavé měřit teplotu např. v černé krabici na sluníčku, případně v zimě blízko stěny vytápěného domu. V případě potřeby je možné simulovat některé podmínky (letní podmínky v zimě lampa; zimní podmínky v létě led na zemi). Pro srovnání výsledků lze měření uskutečnit také s laboratorním teplotním čidlem, např. firmy Vernier. 73
8 Měření teploty v různých podmínkách 8.3.Pracovní list pro žáka Měření teploty Cíle: Pomocí čidla teploty a vlhkosti pozoruj změny teploty v závislosti na vnějších podmínkách Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 8.3.1. Teoretický základ úlohy - Za jakých podmínek se na meteorologických stanicích standardně měří teplota? Odpověz na otázky: 1. Jak je možné, že v zimě ukáže teploměr za oknem i 20 C? 2. Liší se teplota na sluníčku a ve stínu (měřená ve stejný čas)? 74
8 Měření teploty v různých podmínkách 3. Proč se někdy v předpovědích počasí varuje před přízemními mrazíky, přestože teplota uváděná v předpovědi je nad nulou (např.2 C)? 8.3.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti 8.3.3. Úkol Měření teploty 1. Na základě otázek z úvodní části urči, které jevy působí na přesnost měření teploty (slunce, stín, výška nad zemí,...). 2. Odhadni vliv těchto jevů na měření teploty (snížení, zvýšení měřené hodnoty, o kolik stupňů). Odhady si zapiš. 3. Změř skutečný vliv na měření teploty a porovnej jej se svým odhadem. 4. Do závěru zhodnoť přesnost svého odhadu. Výsledková tabulka: Prostředí Odhad Skutečnost 75
8 Měření teploty v různých podmínkách 8.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce 76
9 Měření rychlosti větru 9. Měření rychlosti větru V této kapitole se dozvíte: - vliv větru na počasí - vliv geografických podmínek na směr a sílu větru Po jejím prostudování byste měli být schopni: popsat Beafortovu stupnici rychlosti větru vysvětlit termín monzun pomocí modelů vyzkoušet a popsat chování větru v různých prostředích vytvořit myšlenkovou mapu 9.1.Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník Fyzika Název tematického celku: Mechanika, rychlost Název úlohy: Měření rychlosti větru Cíle: Měření rychlosti větru v různých podmínkách Forma práce: Skupinová, Domácí práce Mezipředmětové vztahy: zeměpis Časové rozvržení realizace úlohy: úkol č. 1: 90 min; úkol č. 2: 45 min ve škole + případně dodělání doma 77
9 Měření rychlosti větru 9.2. Realizace úlohy 9.2.1. Teoretický základ úlohy - V jakých jednotkách se nejčastěji měří rychlost? Jaký je mezi nimi vzájemný přepočet? Pomocí internetu vyhledej: - Co je to Beaufortova stupnice rychlosti větru? Vyber si z ní alespoň 5 stupňů. U nich přepočítej rychlost větru na km/h (většinou bývá uvedena v m/s) a zkus najít nějaký pevný předmět, který se pohybuje podobnou rychlostí. (Např. prudký vítr, 50 61 km/h, odpovídá přibližně rychlosti auta ve městě). Beafortova stupnice slouží k odhadu rychlosti větru pomocí snadno rozeznatelných jevů v přírodě, má 12 stupňů síly větru. Někdy se uvádí 16 stupňů, kdy byla nastavena o 5 stupňovou stupnici hurikánů (pak 12 stupeň Beafortovy stupnice = 1 stupeň hurikánu). Některé stupně (pro ilustraci): vánek, 1 5 km/h, rychlost chůze člověka vichřice, 75 88 km/h, běh geparda. - Směr převládajících větrů má velký vliv na množství srážek na daném území. Co je to monzun? Jak vzniká? V čem je důležitý? Monzuny jsou větry, které mění svůj směr podle ročního období. Důležité jsou pro Afriku, Asii, Severní Ameriku, přičemž nejznámější jsou asi na Indickém subkontinentě. V létě je pevnina teplejší než moře, vzniká nad ní tlaková níže, do níž se hrnou vlhké větry z oceánu. Přináší potřebnou vláhu pro zemědělství. Naopak zimní monzuny jsou suché a vanou z pevniny k moři (moře je teplejší než pevnina). 78
9 Měření rychlosti větru 9.2.2. Pomůcky ruční anemometr Obr. 8: Ruční anemometr (upraveno podle www.meteoshop.cz) 9.2.3. Úkoly 9.2.3.1. Úkol č. 1 Měření rychlosti větru 1. Pomocí vhodných pomůcek (papír, kniha, apod.) vytvoř překážky, které budou simulovat vliv větru v přírodě. 2. Pomocí těchto překážek modeluj různá prostředí v přírodě např. přechod větru přes rovné pláně, přes hory, průchod průsmykem apod. (dále dle vlastní fantazie). Odhadni, ve kterém případě bude rychlost větru největší a nejmenší. Odhad zkus zdůvodnit. Své odhady si zapiš níže. 3. Změř rychlost větru v modelových prostředích. 4. Do výsledkové tabulky doplň změřenou hodnotu (měření prováděj několik minut, do tabulky doplňuj průměrnou rychlost větru). 5. Do závěru zhodnoť přesnost svého odhadu. Zároveň zkus na základě měření zhodnotit vliv větru na přírodní podmínky. Najdi také oblasti v přírodě, kde se tyto podmínky vyskytují. Zjisti, zda měření odpovídá skutečnosti. Odhady: Prostředí Odhad 79
9 Měření rychlosti větru Výsledková tabulka: Prostředí Změřená rychlost (m/s) 9.2.3.2. Úkol č. 2 Myšlenková mapa Téma vítr je hodně široké a má mnoho souvislostí. Zkus najít co nejvíce věcí, které k tomuto tématu patří včetně vztahů mezi nimi. Graficky zpracuj. 9.2.4. Závěry a celkové hodnocení práce Souhrn základních pojmů anemometr, Beaufortova stupnice rychlosti větru, myšlenková mapa 9.2.5. Poznámky pro učitele Úkol č. 1: Měření by bylo vhodné provádět za větrného počasí venku. Lze pak vyzkoušet, jak se chová vítr při přechodu přes např. různě vysoké či různě polohované hory. 80
9 Měření rychlosti větru Úloha je formulována dosti volně. V případě potřeby lze společně ve třídě rozmyslet jednotlivá vhodná prostředí a rozdělit je skupinám. Úkol č. 2: Je možné, že si studenti nebudou vědět rady a budou ze začátku potřebovat pomoc učitele, protože se s takto formulovanou úlohou ještě nesetkali. Pro zpracování tématu je užitečné rozdělit studenty na začátku práce do dvojic, nechat jim chvíli času na zpracování tématu (případně trochu pomoci). Potom lze tyto dvojice sloučit např. do čtveřic, aby vytvořili finální podobu myšlenkové mapy. Je tak menší šance, že celou mapu vytvoří jeden člověk a zbytek skupiny se bude flákat. Grafickou podobu myšlenkové mapy doporučuji nechat na studentech. Je také na zvážení učitele, zda ji mají studenti vytvořit na papír, nebo zda povolí počítačový program (vhodné programy jsou k nalezení a stažení na Internetu). 81
9 Měření rychlosti větru 9.3. Pracovní list pro žáka Měření rychlosti větru Cíle: Měření rychlosti větru v různých podmínkách Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 9.3.1. Teoretický základ úlohy - V jakých jednotkách se nejčastěji měří rychlost? Jaký je mezi nimi vzájemný přepočet? Pomocí internetu vyhledej: - Co je to Beaufortova stupnice rychlosti větru? Vyber si z ní alespoň 5 stupňů. U nich přepočítej rychlost větru na km/h (většinou bývá uvedena v m/s) a zkus najít nějaký pevný předmět, který se pohybuje podobnou rychlostí. (Např. prudký vítr, 50 61 km/h, odpovídá přibližně rychlosti auta ve městě)
9 Měření rychlosti větru - Směr převládajících větrů má velký vliv na množství srážek na daném území. Co je to monzun? Jak vzniká? V čem je důležitý? 9.3.2. Pomůcky Ruční anemometr 9.3.3. Úkoly 9.3.3.1. Úkol č. 1 Měření rychlosti větru Odhad: 1. Pomocí vhodných pomůcek (papír, kniha, apod.) vytvoř překážky, které budou simulovat vliv větru v přírodě. 2. Pomocí těchto překážek modeluj různá prostředí v přírodě např. přechod větru přes rovné pláně, přes hory, průchod průsmykem apod. (dále dle vlastní fantazie). Odhadni, ve kterém případě bude rychlost větru největší a nejmenší. Odhad zkus zdůvodnit. Své odhady si zapiš níže. 3. Změř rychlost větru v modelových prostředích. 4. Do výsledkové tabulky doplň změřenou hodnotu (měření prováděj několik minut, do tabulky doplňuj průměrnou rychlost větru). 5. Do závěru zhodnoť přesnost svého odhadu. Zároveň zkus na základě měření zhodnotit vliv větru na přírodní podmínky. Najdi také oblasti v přírodě, kde se tyto podmínky vyskytují. Zjisti, zda měření odpovídá skutečnosti. Prostředí Odhad 83
9 Měření rychlosti větru Výsledková tabulka: Prostředí Změřená rychlost (m/s) 9.3.3.2. Úkol č. 2 Myšlenková mapa Téma vítr je hodně široké a má mnoho souvislostí. Zkus najít co nejvíce věcí, které k tomuto tématu patří včetně vztahů mezi nimi. Graficky zpracuj. 9.3.4. Závěry a celkové zhodnocení práce
10 Sledování vnitřních podmínek 10. Sledování vnitřních podmínek V této kapitole se dozvíte: - které předpisy a jak upravují hygienické podmínky ve škole Po jejím prostudování byste měli být schopni: popsat změnu sledovaných hodnot v závislosti na větrání srovnat změřené hodnoty s požadovanými posoudit vliv počasí na vnitřní podmínky ve třídě 10.1. Metodický pokyn Cílová skupina: 2. ročník - Biologie Název tematického celku: Hygiena práce a zdravý životní styl Název úlohy: Sledování vnitřních podmínek Cíle: Pomocí čidla teploty a vlhkosti a čidla CO 2 sleduj změny vnitřních podmínek ve třídě Forma práce: Skupinová Mezipředmětové vztahy: matematika, biologie, právo, informatika Časové rozvržení realizace úlohy: měření cca 45 min, dokončení cca 60 min 85
10 Sledování vnitřních podmínek 10.2. Realizace úlohy 10.2.1. Teoretický základ úlohy Pomocí internetu vyhledej: - Které předpisy určují hygienické podmínky pro školy? Jaké jsou povolené hodnoty pro teplotu a vlhkost ve třídách? Hygienické podmínky určuje hlavně vyhláška č. 410/2005 a její novela č. 342/2009. V příloze této vyhlášky jsou konkrétní povolené hodnoty. Odkaz ke stažení vyhlášky: http://www.msmt.cz/vzdelavani/vyhlaska-c-410-2005-sb-o-hygienickych-pozadavcich-na-prostory-a-provoz-zarizeni-a-provozovenpro-vychovu-a-vzdelavani-deti-a-mladistvych Před měřením si rozmysli: - Ve kterém místě učebny bude mít větrání největší efekt, kde naopak nejmenší? Na tato místa potom postav čidlo teploty a základnu meteostanice. - Kam do třídy by bylo vhodné umístit čidlo CO 2? 10.2.2. Pomůcky Základna meteorologické stanice, čidlo teploty a vlhkosti, čidlo CO 2, počítač s programy pro meteorologickou stanici a čidlo CO 2. Obr. 9: Základna meteorologické stanice a čidlo teploty a vlhkosti (upraveno podle www.meteoshop.cz) 86
10 Sledování vnitřních podmínek Obr. 10: Čidlo CO 2 (upraveno podle: www.vernier.cz) 10.2.3. Úkol Sledování teploty, vlhkosti a obsahu CO 2 během větrání 1. Instaluj čidlo teploty a vlhkosti na vybrané místo ve třídě. 2. Na jiné místo postav základnu meteostanice, připoj ji k počítači. 3. Změř teplotu a vlhkost na obou místech. 4. Zároveň na třetím místě ve třídě změř obsah CO 2 ve vzduchu. 5. Začni větrat. 6. V průběhu větrání pozoruj změny teploty, vlhkosti a obsahu CO 2. Pozorování průběžně zapisuj do tabulky (*). 7. Ze zapsaných hodnot vytvoř grafy závislostí teploty a vlhkosti na čase. Vytvoř také graf závislosti obsahu CO 2 ve vzduchu na čase. 8. Do závěru zhodnoť objektivní i subjektivní efekty větrání. Dále zhodnoť rozdíl mezi jednotlivými místy. (*) četnost závisí na posouzení učitele Výsledková tabulka: Základna Čidlo Čas měření Teplota ( C) Vlhkost (%) Teplota ( C) Vlhkost (%) Obsah CO 2 87