Veletrh nápdů učitelů fyziky 18 Fyzik cyklist JAN VÁLEK, PETR SLÁDEK Ktedr fyziky, chemie odorného vzdělávání, Pedgogická fkult, Msrykov univerzit, Poříčí 7, 603 00 Brno Astrkt Jízdní kolo spojuje mnoho technických řešení. Všechn využívjí zákldní zákonitosti fyziky, proto je kolo vhodnou učení pomůckou ve výuce n zákldní škole. Důležitá je tké technik jízdy, šlpání do pedálů, rozložení hmotnosti, erodynmický tvr. Jízdní kolo tk můžeme použít jko spojovcí článek při tvorě mezipředmětových vzthů mezi fyzikou, technickou výchovou, informtikou, tělesnou výchovou, výchovou ke zdrví dlšími předměty. Úvod Jízdní kolo (icykl) je nejen doprvní prostředek, le nástroj pro cvičení, zvyšování seekázně, zlepšování psychického stvu. Jeho uživtel/mjitel y měl v prvidelných intervlech provést jeho zákldní údržu. V přípdě poruchy n cestách prověřuje technické schopnosti jeho uživtele při jejím odstrňování. K uvedeným skutečnostem nvíc přispívá fkt, že jízdní kolo v zákldní konfigurci je většině populce cenově dostupné. Jízdní kolo Pokud se n icykl podíváme z hledisk fyziky techniky, je n něm spojeno mnoho technických řešení: rozložení látky (poloh těžiště), technik jízdy (v sedle, ze sedl = > proklouznutí zdního kol n štěrku), šlpání do pedálů (kolik toho odkrouží chodidlo => tečn k pedálům), erodynmický tvr odpor vzduchu (tvr cyklisty pro čsovky n Tour De Frnce), pák (převody), setrvčnost, tření [2]. Všechn z nich využívjí zákldních zákonitostí fyziky, proto je icykl velmi vhodnou učení pomůckou ve výuce, nejen fyziky, n zákldní škole. Bicykl tk můžeme použít jko spojovcí článek při vytváření mezipředmětových vzthů mezi fyzikou, technickou výchovou, informční výchovou, výchovou ke zdrví dlšími [2]. Jízdní kolo ve fyzice Jk jsme již výše uvedli, nlezneme n jízdním kole mnoho prvků situcí, které lze ve výuce fyziky vhodně použít. My se le nyní omezíme pouze n prolemtiku těžiště celé soustvy jízdní kolo + cyklist. Poloh těžiště cyklisty V součsné doě, kdy stále více lidí myslí n svoji hmotnost zdrvý životní styl, se musel tento trend promítnout tké do cyklistiky. Ve skutečnosti je tomu nopk, v cyk- 264
Veletrh nápdů učitelů fyziky 18 listice je to již dlouho známá věc, že je jednodušší levnější snížit hmotnost cyklisty než jízdního kol. S tím zároveň souvisí tké poloh těžiště. Tento experiment yl pro nás stěžejní. Snžili jsme se simulovt více situcí. Jko první jsme zjišťovli polohu těžiště cyklisty ez jkékoli zátěže. V dlším jsme přidávli do tohu n zád neo n řicho 3 kg neo 6 kg zátěž, kterou nám tvořily jedn neo dvě plstové nádoy vody. V kždé konfigurci proěhlo měření při třech různých výškách zdního kol. To jsme podkládli ž třemi kusy dřev o výšce cc 10 cm. Odečítli jsme z váhy pod předním kolem, jká hmotnost systému jízdní kolo + cyklist připdá n přední kolo. Těžiště jízdního kol nlezneme podle I. Krejsy [3] v těchto místech: - Bez cyklisty - přiližně nd středovým složením podle druhu jízdního kol, výšky jeho sedl rozměru kol v rozmezí hodnot 0,33 m ž 0,60 m nd vozovkou - S cyklistou - přiližně nd rovinou sedl v rozmezí hodnot 0,05 m ž 0,25 m podle výšky hmotnosti cyklisty Při měření polohy těžiště jízdního kol s cyklistou nám tedy vznikly situce zchycené n Or. 1-3: Or. 1 - Fotogrfie z měření polohy těžiště jízdního kol s cyklistou ez zátěže Or. 2 - Fotogrfie z měření polohy těžiště jízdního kol s cyklistou zátěž n zádech Or. 3 - Fotogrfie z měření polohy těžiště jízdního kol s cyklistou zátěž n řiše 265
Veletrh nápdů učitelů fyziky 18 S využitím vzthů pro jednozvrtnou páku s osou otáčení v ose předního kol, přičemž změn průmětu vzdálenosti těžiště od osy otáčení se dá rozložit do průmětu vzdáleností středů kol do průmětu výšky těžiště do vodorovné spojnice středů kol. Celkovou výšku těžiště s od terénu pk získáme ještě přičtením poloměru kol r. Nměřené hodnoty jsme dosdili do vzthu (1) z [1]: kde: l( M M s ) 1 1 r (1) M tg l vzdálenost středů kol r poloměr kol M 1 hmotnost zjištěná n váze n předním kole nenkloněného jízdního kol M 1 hmotnost zjištěná n váze n předním kole nkloněného jízdního kol M hmotnost kolo + cyklist + zátěž α náklon kol, tg α můžeme určit npř. jko poměr výšky zvednutí zdního kol vodorovném průmětu vzdáleností oou os, kterou můžeme sndno získt npř. zvěšením olovnic n osy. Těžiště získná z měření jsou n orázcích Or. 4-8 vždy nměřen pro čtyři výšky zdního kol oproti přednímu, to v těchto výškách: T 1x = -8 cm; T 2x = 2 cm; T 3x = 12 cm; T 4x = 22 cm, index x odpovídá dnému přípdu. Or. 4 - ) Poloh těžiště jízdního kol s cyklistou ez zátěže 266
Veletrh nápdů učitelů fyziky 18 Or. 5 - ) Poloh těžiště jízdního kol s cyklistou zátěž 3 kg n zádech Or. 6 - ) Poloh těžiště jízdního kol s cyklistou zátěž 6 kg n zádech Or. 7 - ) Poloh těžiště jízdního kol s cyklistou zátěž 3 kg n řiše 267
Veletrh nápdů učitelů fyziky 18 Or. 8 - ) Poloh těžiště jízdního kol s cyklistou zátěž 6 kg n řiše Jk je ptrné z orázků Or. 4-8, výšk těžiště s se mění v závislosti n zátěži cyklisty, vodorovná poloh l 2 se výrzně nemění, její hodnotu určíme pomocí vzthu pro jednozvrtnou páku se středem otáčení v ose předního kol (2): M 1 l2 l (2) M kde: l vzdálenost os otáčení předního zdního kol icyklu; M 1 hmotnost zjištěná n váze n předním kole nenkloněného jízdního kol; M hmotnost kolo + cyklist + zátěže Závěr První příkld jsme prkticky prováděli s žáky 9. třídy v rámci příprvy n přijímcí zkoušky n střední školy. Žáci smi zjišťovli podkldy podíleli se výrznou měrou n uskutečnění celého pokusu. Teoretická příprv yl ponechán jko domácí práce žákům. Před měřením proěhlo zopkování celého úkolu. Vlstní měření se zvládlo z cc 45 minut. Se žáky lze dále diskutovt vliv rozložení látky n jízdu, jká je poloh těžiště utomoilů (osoní, nákldní, závodní), kdy dojde k zlokování předního kol cyklist přepdne přes řidítk, mnoho dlších technicko-sportovních spektů. Litertur [1] Ciul, K. Mechnik jízdního kol. 2. vyd. Prh: ČVUT v Prze, 2004. 93 s. ISBN 80-01-03016-4. [2] Kšpr, E., Jnovič, J., Březin, F. Prolémové vyučování prolémové úlohy ve fyzice. 1. vyd. Prh: Státní pedgogické nkldtelství, n. p., 1982. 364 s. [3] Krejs, I. Metodická pomůck k řešení nehody s účstí cyklistů. In: IKOS Znlecká kncelář [online]. 2012 [cit. 2013-08-01]. Dostupné z: http://www.crsh.cz/dmin/files/moduletext/3-metodick-pomuck-k-reseninehody-s-ucsti-cyklistu.pdf 268