Newtonovy zákony PROJEKT BYL PODPOŘEN:
Cílem projektu je prostřednictvím vzdělávacích (vzdělávací programy, materiály) a popularizačních ( vědecké road-show) nástrojů a přeshraniční motivační soutěže zvýšit zájem žáků a studentů o techniku a vědu a podpořit vzájemnou komunikaci vzdělávacích institucí v této oblasti, tj. posílit vazby mezi jednotlivými stupni škol i dalšími vzdělávacími subjekty v regionu Cíle 3. PROJEKT PRACOVNÍ LIST Y FINANCOVÁNO Z PROGRAMU 2
Obsah 3 Newtonovy zákony Obálka: Sir Isaac Newton, rytina, Peter Lely, 1799, public domain, www.commons.wikipedia.org, pozměněno 4 I. Newtonův zákon zákon setrvačnosti 4 Motivační část - Ranní rozcvička 5 Úvodní aktivity 5 Hlavní aktivita - Pokus s kovovou podložkou 6 II. Newtonův zákon zákon zrychlení 6 Motivační část - Ranní rozcvička 6 Úvodní aktivita - Houpačka 7 Hlavní aktivita - Pokus s autíčkem a závažími 8 III. Newtonův zákon zákon akce a reakce 8 Motivační část - Dopravní prostředky 9 Úvodní aktivity 9 Hlavní aktivity 3
Newtonovy zákony Děti je vhodné seznámit s osobou Isaaca Newtona. Byl to velice moudrý muž, který se zabýval různými ději, které kolem sebe můžeme pozorovat. Podobně jako o Archimedovi je o Newtonovi známá jedna legenda. Jednoho dne prý ležel pod jabloní a odpočíval, když mu najednou spadlo na hlavu jablko. A proto začal přemýšlet: pokud existuje síla, která táhne jablko k zemi, jak daleko sahá její působení? Sahá ještě dále k obloze? Do atmosféry? Do vesmíru? Je možné, že by ta samá síla mohla držet Měsíc u Země? A tak přišel na gravitační sílu, díky které můžeme chodit po Zemi a neodlétneme pryč do vesmíru. V následující části jsou rozpracovány pohybové zákony, jejichž platnost dokazují jevy, které kolem sebe vidíme dennodenně. NÁVRH NA ZAŘAZENÍ NEWTONOVÝCH ZÁKONŮ DO VÝUKY během ranního cvičení jakákoli pohybová aktivita dítěte ovlivňuje věci kolem něj dopravní prostředky včetně raketoplánů ZAJÍMAVÉ ODKAZY Newtonovy koláčové zákony http://www.lightbulbbooks.com/blog/2013/04/newtons-laws- -of-cake-law-1/ http://www.lightbulbbooks.com/blog/2013/04/newtons-laws- -of-cake-law-2 http://www.lightbulbbooks.com/blog/2013/05/newtons-laws- -of-cake-law-3/ 4
I. Newtonův zákon zákon setrvačnosti Bez vnější síly se předmět nikdy nepohne POMŮCKY Bez vnější síly se předmět nikdy nezastaví Znění: Těleso v klidu zůstává v klidu a těleso v rovnoměrném přímočarém pohybu zůstává v pohybu, pokud na něj nepůsobí nějaká vnější síla. TEORIE Setrvačnost je tendence libovolného tělesa odolávat změně pohybu. Říká nám, jak těžké je objekt uvést do pohybu a také jak těžké je ho zastavit, jakmile se začne pohybovat. První polovina zákona vypadá naprosto samozřejmě. Nikdo by nepochyboval o tom, že žádný objekt se nezačne pohybovat jen tak sám od sebe musí na něj působit nějaká síla. Auto nepojede po silnici, pokud není na svahu (v tom případě na něj působí gravitační síla) nebo pokud ho nepohání motor kupředu. Druhá část zákona již odporuje našim představám. Objekt v pohybu prý bude pokračovat v pohybu? Neodporuje to všemu, co pozorujeme? Když uvedu nějaký objekt do pohybu, tak se nakonec vždycky zastaví. Pokaždé. Newton si ale uvědomil, že objekty mají tendenci se zastavovat ne proto, že by příroda chtěla, aby se zastavily, ale proto, že tu jsou vždycky síly, které působí proti nim a zpomalují je. Jedná se například o tření, odpor vzduchu a fyzické bariéry a všechny působí proti všem pohybujícím se objektům na Zemi. (McPhee, 2012) hrací karta kovová podložka plastová kádinka 5 ks 5 ks 3 ks Cíl aktivit: Během několika aktivit si děti uvědomí, že neustále ovlivňují věci kolem sebe že působí silou na předměty kolem sebe a že bez jejich přičinění se nic nestane. Klíčové pojmy: síla, působení síly, Newton MOTIVAČNÍ ČÁST - RANNÍ ROZCVIČKA Nutný nějaký zdroj hudby, který lze libovolně zapínat a vypínat (CD přehrávač, počítač, ). Děti budou tancovat jen po tu dobu, kdy hraje hudba. Když hudba přestane hrát, děti spadnou na zem a nesmějí se hýbat. Když hudba začne znovu hrát, zvednou se ze země a začnou opět tancovat. Hudba je pro děti zdroj energie, bez které se nic nehýbe. Následně se může přejít k úvodním aktivitám a poté k aktivitě hlavní. 5
ÚVODNÍ AKTIVITY 1. Děti si vyzkouší roztlačit něco lehkého (židli, krabici s hračkami, ). Učitelka dětem vysvětlí, že dokud na předmět nepůsobily silou, tak zůstal na místě, ale jakmile na něj zatlačily, předmět se dal do pohybu působily silou. Všechny předměty zůstávají v klidu, dokud na ně nepůsobí nějaká síla. Věci se nechtějí pohybovat a zůstanou na místě, dokud s nimi někdo nepohne. 2. Děti ze skupiny vytvoří řadu tak, že se postaví těsně jeden vedle druhého. Jedno z dětí se postaví proti nim a rozběhne se. Skupina bude mít za úkol kamaráda zastavit. HLAVNÍ AKTIVITA - POKUS S KOVOVOU PODLOŽKOU Na skleničku se položí karta a na ni kovová podložka. Dětem se položí otázka: Co se stane s podložkou, pokud cvrnkneme do karty? Pokud se do karty rychle cvrnkne, kovová podložka spadne přímo do skleničky. Těleso zůstává v klidu, jestliže na něj nepůsobí žádná síla. Jelikož působíme silou pouze na kartu, podložka se nikam nepohne, zůstane na stejném místě a poté spadne do skleničky. Nejprve pokus ukáže pedagog a poté si jej vyzkouší samy děti. Opět se jim vysvětlí, že pokud chtějí zastavit něco, co je v pohybu, musí vyvinout nějakou sílu. 3. Mohou si zkusit kopnout do balónu. Vždy jedno dítě kopne a druhé se pokusí míč zastavit. Oba vyvíjejí sílu. Jeden, aby uvedl míč do pohybu, druhý, aby míč zastavil. 6
II. Newtonův zákon zákon zrychlení Znění: Síla vyvolává zrychlení, které je úměrné hmotnosti tělesa. TEORIE Tento zákon říká, že mezi silou, která na objekt působí, a zrychlením tohoto objektu je nějaký vztah a že v tomto vztahu záleží na hmotnosti objektu. Udělit zrychlení těžkému objektu bude tedy vyžadovat větší sílu než objektu lehkému. Je mnohem těžší roztlačit auto než kolo. MOTIVAČNÍ ČÁST - RANNÍ ROZCVIČKA Pedagog si vezme bubínek. Bude na něj bubnovat v určitém rytmu, který bude postupně zrychlovat. Děti se snaží běhat v rytmu bubnování. Takže čím bude pedagog bubnovat rychleji, tím budou děti běhat dokolečka rychleji. Když se bude bubnování naopak zpomalovat, děti budou běhat pomaleji. Pokud se zcela přestane bubnovat, děti se musí zastavit. Bubnování bude pro děti opět zdroj energie působící síla (viz. I. Newtonův zákon). Čím bude bubnování rychlejší, tím bude působící síla větší. ÚVODNÍ AKTIVITA - HOUPAČKA Pokud mateřská škola vlastní houpačku, skupinka dětí se k ní přesune. Děti budou mít za úkol na jedno zatlačení rozhoupat svého kamaráda. Poté si na houpačku sedne paní učitelka a děti rozhoupají ji. Následně se budou klást otázky: UU Koho bylo těžší rozhoupat? POMŮCKY autíčko 2 ks barevná figurka 16 ks závaží 4 ks Čím větší síla, tím větší zrychlení UU Proč si myslíte, že bylo těžší rozhoupat paní učitelku než kamaráda? Tímto pokusem by měly děti dojít k závěru, že čím je osoba těžší, tím větší silou se musí zatlačit na houpačku, aby se paní učitelka houpala stejně jako kamarád. Pokud budou na oba tlačit stejně, paní učitelka se bude houpat méně, protože je těžší. Cíl aktivit: Děti se snaží rozhýbat předměty kolem sebe. Zjistí, že čím je předmět těžší, tím větší síla se musí vyvinout, aby se dal do pohybu. Klíčové pojmy: síla, váha, vzdálenost, Newton 7
HLAVNÍ AKTIVITA - POKUS S AUTÍČKEM A ZÁVAŽÍMI Děti mají nachystaná autíčka a sady závaží. Učitel vyměří dráhu, po které budou autíčka jezdit. Poté budou děti strkat do autíčka a postupně přidávat závaží a budou měřit, jak daleko jim dojede. Nejprve postrčí prázdné autíčko a zaznamenají si, kam dojelo. Následně budou postupně přidávat na autíčko závaží a budou jej postrkávat stejnou silou a budou pozorovat, jak se autíčko chová. Děti by měly dojít k závěru, že čím je autíčko těžší, tím ujede kratší vzdálenost. Je vhodné dětem pokládat otázky typu: UU UU Proč jsme pokládali závaží na autíčko? Jak autíčko jezdilo, když jste pokládali těžší a těžší závaží? 8
III. Newtonův zákon zákon akce a reakce POMŮCKY balónek jehla nafukovací korková zátka nožní hustilka odpadní trubka pumpička tenisový míček 20 ks Znění: Každá akce vyvolává stejně velkou, ale opačně orientovanou reakci. TEORIE Opačnou sílu pociťujeme jako zpětný ráz. Jestliže jeden bruslař na kolečkových bruslích strčí do jiného, bude se po nárazu pohybovat zpět, jak bude odražen tělem druhého bruslaře. Střelec po výstřelu z pušky cítí kopnutí do ramene. Síla reakce je stejně velká jako původní síla výstřelu. V detektivních filmech je oběť střelce často silou kulky odhozena dozadu. To je ale naprostý nesmysl. Kdyby byla síla opravdu tak velká, musel by být rázem své pušky odhozen zpět i střelec. Dokonce i na Zemi vyvíjíme malou sílu, když vyskočíme, ale protože je Země o mnoho hmotnější než my, stěží bychom to zjistili. (Bakerová, 2013) Cíl aktivit: Děti se seznámí se základními pravidly o pohybu a síle. Klíčové pojmy: akce, reakce, Newton MOTIVAČNÍ ČÁST - DOPRAVNÍ PROSTŘEDKY Děti mohou nakreslit různé dopravní prostředky a říkat, k čemu je lidé používají. Kolo na krátké vzdálenosti; auto pokud se lidé potřebují dostat na větší vzdálenost; vlak, autobus lidé jezdí ve větším počtu. A co použijí pro dopravu ve vzduchu? Letadlo, raketu. Poté se může přistoupit k jednotlivým aktivitám. Nakonec si děti si zkusí vytvořit z balónku malou raketu ve školce a zjistí, jak je možné, že raketa letí přímo vzhůru. 9
ÚVODNÍ AKTIVITY HLAVNÍ AKTIVITY 1. HRA S MÍČKEM 1. POKUS S NAFUKOVACÍM BALÓNKEM Děti si vezmou do ruky tenisový míček a pustí ho na Děti si pomocí pumpičky nafouknou balónek. Prav- zem. děpodobně bude potřeba pomoci od učitele. Pak stačí balónek pustit a pozorovat, co se s ním děje. Co se stane s míčkem? Vhodné otázky pro děti: Odrazí se. Tím, že dopadne na zem (akce), vyvolá reakci (odrazí se = opačně orientovaná reakce). UU Kterým směrem letí balónek? (Směřuje pryč od dítěte.) UU C o se děje s balónkem a vzduchem? (Vzduch se vypouští z balónku.) 2. ZÁVODY S ODRÁŽEDLY UU Jakým směrem se vzduch vypouští? (Směrem k dítěti, tedy opačným směrem, než letí balónek.) Pro děti se mohou uspořádat závody na odrážedlech. Odrážení je vlastně důkaz třetího Newtonova zákona. Příklad soutěže které dítě dojede na jeden odraz Tím, že se vypouští vzduch z balónku (akce), dochází k jeho pohybu opačným směrem (reakce). nejdále. Při odrážení dochází k pohybu nohy vzad (akce), kdežto odrážedlo jede dopředu (reakce). Platí zde zákon o pohybu v opačnou stranu. Podle toho, jak silně se dítě odrazí, takovou urazí dráhu. 2. VODNÍ RAKETA Skupina dětí se přesune do venkovních prostor, kde proběhne pokus s vodní raketou. PET láhev se naplní 100 200 ml vody a uzavře korkovou zátkou, ve které je ventilek připojen k nožní hustilce. Láhev se otočí vzhůru nohama, postaví se na zem a na ni se posadí odpadní trubka, která slouží jako odpalovací rampa. Pedagog přidržuje trubku a vyzve děti, aby začaly do láhve pumpovat vzduch. Při dostatečném natlakování láhev vyletí. PROJEKT PRACOVNÍ LIST Y FINANCOVÁNO Z PROGRAMU 10