PŘÍRODNÍ A FYZIKÁLNÍ ZÁKONY

Projekt: TECHMANIA NOVÁ DIMENZE polytechnického vzdělávání pro učitele a ředitele MŠ PŘÍRODNÍ A FYZIKÁLNÍ ZÁKONY Autor metodiky: Mgr. Michaela Černá Rok: 2014 Toto dílo podléhá licenci Creative Commons BY-NC: Uveďte autora Nepoužívejte dílo komerčně Mezinárodní licence 4.0 2

Obsah 1. PŘÍRODNÍ A FYZIKÁLNÍ ZÁKONY... 4 1.1. PEDAGOGICKÉ ASPEKTY TÉMATU... 4 1.2. ÚVOD KE KUFŘÍKU... 7 1.3. OBSAH KUFŘÍKU... 8 2. AKTIVITY... 9 2.1. ARCHIMEDŮV ZÁKON... 9 2.2. NEWTONOVY ZÁKONY... 14 2.2.1. I. NEWTONŮV ZÁKON ZÁKON SETRVAČNOSTI... 15 2.2.2. II. NEWTONŮV ZÁKON ZÁKON ZRYCHLENÍ... 19 2.2.3. III. NEWTONŮV ZÁKON ZÁKON AKCE A REAKCE... 22 2.3. ELEKTROSTATIKA... 26 2.4. MAGNETISMUS... 31 2.5. OPTIKA... 36 2.6. JEDNODUCHÉ STROJE... 39 3. ZÁVĚR... 41 4. POUŽITÁ LITERATURA... 42 3

1. PŘÍRODNÍ A FYZIKÁLNÍ ZÁKONY 1.1. PEDAGOGICKÉ ASPEKTY TÉMATU Přestože fyzika a předškolní vzdělávání nepatří mezi témata, která by se často spojovala, hraje výuka přírodních zákonů důležitou roli u nejmenších dětí. Aktivity z oblasti přírodních a fyzikálních věd zvyšují u dětí zájem o svět, který je obklopuje, podporují schopnosti potřebné k řešení problémů a také podporují sociální a komunikační schopnosti. Již od útlého věku jsou děti citlivé na mechanismy a principy, které kolem sebe mohou dennodenně pozorovat. Učí se ve svém prostředí o fyzikálních vlastnostech předmětů pomocí hraní si s nimi a pozorováním jejich reakcí v závislosti na činnosti. Předškolní děti nejsou schopné definovat fyzikální zákony, přesto je dokáží pochopit díky vlastním objevům. Později na nich mohou stavět při studiu abstraktnějších fyzikálních jevů. Pomocí manipulace s předměty se děti učí, jak je jejich pohybem ovlivňován pohyb jiných předmětů. (Gur, 2011) Estach a Fried (2005) zdůrazňují potřebu učit předškolní děti fyzice, a to z důvodů: 1. děti přirozeně baví pozorování a přemýšlení o předmětech kolem nich; 2. dítě, které je od útlého věku seznamováno s fyzikou, má pozitivnější přístup k vědě; 3. brzké představení přírodních jevů dětem vede k lepšímu pochopení vědeckých pojmů v pozdějším studiu; 4. používání vědeckého jazyka v hovoru s předškolními dětmi pomáhá porozumět vědeckým koncepcím v pozdějším věku; 5. děti jsou schopné pochopit některé vědecké pojmy; 6. věda je účinným prostředkem k rozvoji vědeckého myšlení. Hodnota fyzikální vědy pro malé děti není v učení se vědeckých pojmů, zákonů a jejich vysvětlení, spíše se jedná o poskytnutí příležitostí pozorovat objekty a jejich reakci na působení na ně, což buduje základy pro pochopení fyziky. Experimentování a aktivní účast dětí podporují jejich intelektuální rozvoj. Je důležité pomoci malým dětem vytvářet si spojitosti mezi událostmi v jejich životě a vědeckými koncepcemi. 4

Vazba na oblasti RVP PV: Dítě a jeho psychika Podoblasti RVP PV a konkretizované očekávané výstupy: vnímání rozlišit tvary předmětů, základní geometrické tvary, základní barvy (červená, modrá, žlutá), barvy složené (oranžová, zelená, fialová), další barevné kvality (odstíny aj.) a vlastnosti objektů, např. lesk, hladkost a jiné specifické znaky rozpoznat odlišnosti v detailech (např. vyhledat a doplnit část chybějící v obrázku, jednotlivé části složit v celek, nalézt cestu v jednoduchém labyrintu, složit puzzle, hrát pexeso, domino, loto) pozornost, soustředěnost, paměť pamatovat si postup řešení (např. postup jednoduché stavby, postup řešení labyrintu, určitý algoritmus), zapamatovat si umístění obrázku na konkrétním místě pexeso tvořivost, vynalézavost, fantazie vyjadřovat fantazijní představy improvizovat a hledat náhradní řešení časoprostorová orientace rozlišovat vpravo vlevo na vlastním těle, v prostoru s oporou o nějaký předmět rozlišovat a běžně používat základní prostorové pojmy (např. dole, nahoře, uprostřed, před, za, pod, nad, uvnitř, vně, u, vedle, mezi, nízko, vysoko, na konci, na kraji, vpředu, vzadu, blízko, daleko, dopředu, dozadu, nahoru, dolů) rozlišovat vzájemnou polohu dvou objektů základní matematické, početní a číselné pojmy a operace rozpoznat geometrické tvary čtverec, kruh, trojúhelník, obdélník rozumět základním pojmům označujícím velikost a používat je (malý velký, větší menší, nejmenší největší, dlouhý krátký, vysoký nízký, stejný) rozumět základním pojmům označujícím hmotnost a používat je (lehký těžký, lehčí těžší, nejlehčí nejtěžší, stejně těžký) porovnat a uspořádat předměty dle stanoveného pravidla (např. od nejmenšího k největšímu; poznat, co do skupiny nepatří), třídit předměty minimálně dle jednoho kritéria (např. roztřídit knoflíky na hromádky dle barvy, tvaru, velikosti) chápat jednoduché souvislosti, nacházet znaky společné a rozdílné, porovnat dle společných či rozdílných znaků (např. vybrat všechny předměty vyrobené ze dřeva), zobecňovat (vybrat ovoce, zeleninu, hračky, nábytek, dopravní prostředky atd.), řešit jednoduché labyrinty, rébusy a hádanky řešení problémů, učení samostatně se rozhodnout v některých činnostech jednoduchý problém vyřešit samostatně i ve spolupráci s kamarády, při složitějších se poradit, postupovat podle pokynů a instrukcí vymýšlet nová řešení nebo řešení alternativní k běžným (např. jak by to šlo jinak; co by se stalo, kdyby) a verbalizovat je přicházet s vlastními nápady 5

projevovat zájem o nové věci, dotazovat se při neporozumění, zkoušet, experimentovat sebevědomí a sebeuplatnění samostatně splnit jednoduchý úkol, poradit si v běžné a opakující se situaci, cítit ze své samostatnosti uspokojení (být na ni hrdý) umět kooperovat, dohodnout se s ostatními přijmout roli ve hře (např. jako organizátor, jako pozorovatel, jako spoluhráč) vůle, vytrvalost, city a jejich projevy přijmout povinnost, soustředit se na činnost a samostatně ji dokončit přijímat pokyny plnit činnosti podle instrukcí 6

1.2. ÚVOD KE KUFŘÍKU V rámci projektu Polytechnické vzdělávání v mateřských školách byl připraven speciální kufřík, který má napomoci při zařazení výkladu přírodních a fyzikálních zákonů do výuky a usnadnit pedagogickým pracovníkům přípravu na aktivity týkající se této oblasti. Tento projekt si dává za cíl, aby byl jeho účastník schopen atraktivní formou zprostředkovat přírodní a fyzikální zákonitosti tak, aby děti chápaly základní projevy a důsledky těchto zákonitostí a rozuměly jim. Bylo vybráno několik základních zákonů a jevů z několika oblastí fyziky, a to především těch, s jejichž důsledky se děti setkávají v každodenním životě, vnímají je jako přirozenou věc, ale často nerozumí jejich příčině. Jedná se o Archimedův zákon, Newtonovy zákony, elektrostatiku, magnetismus, optiku a jednoduché stroje. Tato metodika má sloužit jako inspirace pro použití předmětů připravených v kufříku. Současně je velice důležité, aby pedagogičtí pracovníci pochopili alespoň na základní úrovni principy jednotlivých zákonů, aby při zjednodušování pro děti nepoužívali zavádějící fakta či zcela mylné informace. Zákony jsou popsány v kapitole 2. Aktivity a jejich struktura jsou následující. Ke každému zákonu je připojena taková jeho základní charakteristika, aby bylo jasno, čeho se aktivity týkají. Ke každé části je připojena tabulka se seznamem potřebných věcí z kufříku. Dále je detailně popsána každá aktivita tak, jak by měla probíhat. Samozřejmě tento popis slouží pouze jako inspirace. Na konci je pak seznam návrhů, jak na výklad jednotlivých zákonů navázat seznámením s jinými oblastmi přírodních zákonů, které ale nejsou součástí metodiky. U některých aktivit je potřeba zvýšené opatrnosti, aby nedošlo k úrazu dítěte (ať už k úrazu během vyvíjené činnosti, nebo k poranění předmětem z kufříku). V takovém případě je aktivita označena piktogramem. 7

1.3. OBSAH KUFŘÍKU Předmět Počet ks Detailní popis autíčko 2 s plochou na pokládání závaží balónek 20 nafukovací dřevěné prkno 1 120 cm dřevěný hranol 1 figurka 16 různé barvy fixy 1 sada lihové fixy Fun Fly Stick 1 hrací karta 5 jehla nafukovací 1 na nafukování míčů ježek v kleci 1 kádinka plastová 3 500 ml kádinka skleněná 3 150 ml kladkostroj 1 pro pověšení ve venkovních prostorách korková zátka 1 laserové ukazovátko 1 nabíjení přes USB magnety 1 sada 2 tyčové, 1 podkovovitý matičky 1 balení metr 2 o délce 2 m nožní hustilka 1 odpadní trubka 1 plastová o délce 1 m a průměru 11 cm optický hranol 1 plastové akvárium 2 podložka kovová 5 pumpička na balónky 1 svítilna LED 3 úzký kužel světla tenisový míček 1 tužková baterie 2 AA, pro Fun Fly Stick závaží 0,5 kg 3 závaží 1 kg 1 zrcátka 3 sady 1 sada: 1 duté, 1 vypuklé, 1 rovinné 8

2. AKTIVITY 2.1. ARCHIMEDŮV ZÁKON Znění: Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou silou rovnající se tíze kapaliny stejného objemu, jako je ponořená část tělesa. TEORIE Archimedův zákon je velmi důležitá a praktická poučka z oblasti hydrostatiky. Na těleso ponořené do kapaliny působí v nejjednodušším případě právě dvě síly, které působí v jedné přímce, ale mají opačný směr. Jedná se o gravitační sílu, která působí směrem ke dnu nádoby, snaží se o ponoření tělesa, naproti této síle potom působí vztlaková síla, kterou popisuje Archimedův zákon. Tato vztlaková síla má opačný směr, snaží se těleso nadlehčovat. Výslednice sil je tedy potom součet těchto dvou sil. Podle toho, která síla převládá, tedy jaký má výslednice sil směr, se také ponořené těleso chová. Veličina, která má při zkoumání chování ponořeného tělesa největší význam, je hustota. Je tedy zapotřebí porovnávat hustotu tělesa a hustotu kapaliny. Celkově mohou nastat tři případy: 1. Hustota tělesa je větší než hustota kapaliny. V tomto případě je síla gravitační větší než síla vztlaková, znamená to, že výslednice sil směřuje dolů a těleso se potápí. 2. Hustota tělesa je stejná jako hustota kapaliny. V tomto případě se síla gravitační rovná síle vztlakové, výslednice sil je nulová, těleso se potom v kapalině volně vznáší. 3. Hustota tělesa je menší než hustota kapaliny. V tomto případě je síla gravitační menší než síla vztlaková, výslednice sil tedy směřuje vzhůru, těleso se nepotápí, ale plave, v případě, že je ponořeno, stoupá vzhůru k hladině. 9

LEGENDA O OBJEVENÍ ZÁKONA Králi Hieronovi II. vyrobili novou zlatou korunu, byl tu však důvod k podezření, že koruna byla vyrobena ze stříbra, a ne z ryzího zlata. Archimedes dostal za úkol určit složení koruny, aniž by ji zničil. Problém spočíval v tom, že hustota koruny se nedala určit bez přesně změřeného objemu a váhy, ale protože měla tak nepravidelný tvar, její objem se nedal přesně vypočítat. Podle slavné historky byl Archimedes nad tímto úkolem bezradný, dokud během koupání nepochopil, že může zjistit objem svého vlastního nepravidelně tvarovaného těla tím, že určí objem vody vytlačené z vany. Legenda praví, že když si Archimedes uvědomil, že stejnou metodou může zjistit i objem koruny, vyskočil z vany, běžel nahý ulicemi a křičel Heuréka! ( Mám to! ). (McPhee, 2012) Poznámka: Pro děti je vhodné upravit příběh například jako pohádku či jako loutkové divadlo. NÁVRH NA ZAŘAZENÍ ARCHIMEDOVA ZÁKONA DO VÝUKY koloběh vody v přírodě povídání o tom, jak se voda z mraků dostane do moře, a jako doplnění zařadit pokusy s vodou skupenství vody opět jako doplnění zařadit některé pokusy s vodou POMŮCKY fixy ježek v kleci kádinka plastová kádinka skleněná kovový předmět (např. závaží) plastové akvárium 1 sada 1 ks 3 ks 3 ks 1 ks 2 ks Cíl aktivit: Děti pomocí jednoduchých aktivit objeví zákonitosti vody, s jejichž důsledky se denně setkávají, avšak často si je neuvědomují či je nejsou schopné samy pochopit. Uvědomí si, že u předmětu, který plave, nezáleží na jeho váze, ale na tom, z jakého materiálu je vyroben. Klíčové pojmy: velikost, váha, Archimedes 10

MOTIVAČNÍ ČÁST Děti si poslechnou od učitele příběh o Archimedovi a koruně. Návrh příběhu: Kdysi dávno žil jeden král. A ten král si přál novou zlatou korunu. Jenže v jeho království žilo mnoho šidilů, a proto se chtěl ujistit, že je koruna opravdu ze zlata, a ne ze stříbra. V jeho království žil jeden velmi moudrý muž, který se jmenoval Archimedes. Archimedes dostal od krále za úkol zjistit, zda nebyl ošizen a koruna je skutečně ze zlata. Archimedes si dlouho nevěděl rady a přemýšlel, jak by se dal úkol vyřešit. Koruna byla různě zakřivená, měla spoustu ozdob, a bylo tedy nemožné změřit, jak je velká, a vypočítat, kolik materiálu bylo na její výrobu potřeba. Už byl naprosto zoufalý. Rozhodl se, že by si měl na chvíli odpočinout, a napustil si vanu. Vanu naplnil až po okraj a pak si do ní lehl. Ale co se nestalo: jakmile se do ní ponořil, voda se mu vylila ven. A v ten moment dostal nápad. Uvědomil si, že se vylilo takové množství vody, jak je on veliký. A tak si řekl: Vždyť já to mohu udělat stejně i s korunou! Vyskočil rychle z vany a běžel za králem. A povídá mu: Pane králi, už vím, jak zjistit, jestli je koruna opravdu ze zlata. Vezměte si nádobu s vodou a do ní korunu celou ponořte. V nádobě vám stoupne hladina. Pak položte do nádoby hroudu zlata, která váží stejně jako koruna. Když vám stoupne hladina stejně, zlatník vás neošidil a koruna je celá ze zlata. Král tedy udělal, co mu Archimedes poradil. A co myslíte, děti? Podváděl zlatník? Podváděl. Část zlata si nechal pro sebe a místo něj do koruny přidal obyčejnější stříbro. Král zlatníka potrestal, a ten pak již nikdy nekradl. 11

ÚVODNÍ AKTIVITY Děti se rozdělí do skupinek po 5. Posadí se ke stolům, na kterých budou mít přichystané pomůcky a 1 velkou nádobu s vodou. Začnou s jednoduchými pokusy. 1. Zkusí si ponořit prst (ruku) do vody v nádobě, aby viděly, jak hladina stoupne. Další dítě udělá rysku (čáru u hladiny), kam hladina vystoupala. Dětem lze toto stoupnutí hladiny přirovnat k Archimedovi a vaně. Ponořením prstu (ruky) do vody zjistí, jak je jejich prst (ruka) velký. Děti mohou porovnávat prsty (ruce) mezi sebou a zjistit, kdo je má největší. 2. Změří si objem kovového a skleněného předmětu. Nejprve je vhodné se dětí zeptat, o kterém předmětu si myslí, že je větší, a u kterého stoupne hladina výše. Oba předměty postupně ponoří do nádoby s vodou a opět si udělají rysku. Nakonec porovnávají, kdo měl pravdu. 3. Vyzkouší si změřit objem i jiných předmětů, které mají ve školce. Děti se pokusí najít předmět, který hladinu zvedne nejvíce. 12

HLAVNÍ AKTIVITA Pokusí se najít předměty, které budou plavat a které klesnou ke dnu. Předměty si rozdělí do dvou skupin podle toho, zda budou plavat, nebo ne. Děti zjistí, že předměty vyrobené z plastu či dřeva plavou, kdežto kovové či skleněné předměty se ponoří na dno. Tím, že si předměty rozdělí do skupinek, by děti měly přijít na to, které předměty plavou a které ne. Zajímavé odkazy koloběh vody v přírodě zajímavé aktivity s vodou pracovní listy na téma voda http://www.predskolaci.cz/kolobeh-vody http://scienceforpreschoolers.com/earthscience/water-cycle/ http://teachingmama.org/5-water-activities-for-preschoolers/ http://www.education.com/worksheets/kindergarten/water/ 13

2.2. 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-ofcake-law-1/ http://www.lightbulbbooks.com/blog/2013/04/newtons-laws-ofcake-law-2 http://www.lightbulbbooks.com/blog/2013/05/newtons-laws-ofcake-law-3/ 14

2.2.1. I. NEWTONŮV ZÁKON ZÁKON SETRVAČNOSTI 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) Bez vnější síly se předmět nikdy nepohne Bez vnější síly se předmět nikdy nezastaví 15

POMŮCKY 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. 16

ÚVODNÍ AKTIVITY Učitelka dětem vysvětlí, že dokud na předmět nepůsobily silou, tak 1. Děti si vyzkouší roztlačit něco lehkého (židli, krabici s hračkami, ). 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 Opět se jim vysvětlí, že pokud chtějí zastavit něco, co je v pohybu, musí vyvinout nějakou sílu. 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. 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. 17

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. 18

2.2.2. 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. Čím větší síla, tím větší zrychlení POMŮCKY autíčko barevná figurka závaží 2 ks 16 ks 4 ks 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 19

Ranní rozcvička MOTIVAČNÍ ČÁST 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: Koho bylo těžší rozhoupat? 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. 20

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: Proč jsme pokládali závaží na autíčko? Jak autíčko jezdilo, když jste pokládali těžší a těžší závaží? 21

2.2.3. III. NEWTONŮV ZÁKON ZÁKON AKCE A REAKCE 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) Akce Reakce POMŮCKY balónek jehla nafukovací korková zátka nožní hustilka odpadní trubka pumpička tenisový míček 20 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks Cíl aktivit: Děti se seznámí se základními pravidly o pohybu a síle. Klíčové pojmy: akce, reakce, Newton 22

Dopravní prostředky MOTIVAČNÍ ČÁST 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. ÚVODNÍ AKTIVITY 1. Hra s míčkem Děti si vezmou do ruky tenisový míček a pustí ho na zem. Co se stane s míčkem? Odrazí se. Tím, že dopadne na zem (akce), vyvolá reakci (odrazí se = opačně orientovaná reakce). 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. Závody s odrážedly Pro děti se mohou uspořádat závody na odrážedlech. Odrážení je vlastně důkaz třetího Newtonova zákona. Příklad soutěže které dítě dojede na jeden odraz nejdále. 23

HLAVNÍ AKTIVITY 1. Pokus s nafukovacím balónkem Děti si pomocí pumpičky nafouknou balónek. Pravděpodobně bude potřeba pomoci od učitele. Pak stačí balónek pustit a pozorovat, co se s ním děje. Vhodné otázky pro děti: Kterým směrem letí balónek? (Směřuje pryč od dítěte.) Co se děje s balónkem a vzduchem? (Vzduch se vypouští z balónku.) Jakým směrem se vzduch vypouští? (Směrem k dítěti, tedy opačným směrem, než letí balónek.) Tím, že se vypouští vzduch z balónku (akce), dochází k jeho pohybu opačným směrem (reakce). Reakce Akce 24

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. 25

2.3. ELEKTROSTATIKA TEORIE Při česání vlasů plastovým hřebenem můžete pozorovat, že se vlasy navzájem odpuzují a jsou přitahovány hřebenem. Při svlékání svetru z umělého vlákna můžete ve tmě vidět přeskakující jiskry. Ještě mnohem efektnější jsou ovšem blesky při bouřce. To vše jsou projevy existence elektrického náboje a jeho vlastností. Tělesa kolem nás jsou složena mimo jiné z velkého množství kladně a záporně elektricky nabitých částic. Vzhledem k tomu, že za normální situace jsou jejich náboje vyrovnané, elektrostatické silové působení se navenek neprojevuje. Stačí ale, aby se rovnováha mezi nimi mírně narušila například tak, že jedno těleso předá část svých záporně nabitých částic druhému, a silové účinky mezi takto nabitými tělesy lze snadno pozorovat. Někdy se na povrchu těles nahromadí nadbytek elektrického náboje, takovému jevu se říká statická elektřina. Název vyjadřuje, že se náboje nepohybují, tedy nedochází k toku elektrického proudu. Nadbytečný náboj zůstává na tělese, dokud neodteče elektrickým proudem nebo nevznikne výboj. Zpravidla se opačné náboje kumulují na různých místech. Pokud například třete plastový hřeben o rukáv, nabije se a může přitahovat menší předměty s opačným nábojem, například malé kousky papíru. Blesk vzniká podobným způsobem, je důsledkem tření a srážek v bouřkovém oblaku. Kanál blesku je dlouhý několik kilometrů, jeho průměr činí několik centimetrů a teplota dosahuje až 30 000 C. (Bakerová, 2013) NÁVRH NA ZAŘAZENÍ ELEKTROSTATIKY DO VÝUKY počasí blesky (kdy vznikají) k čemu je elektřina dobrá a kde všude ji lidé využívají 26

27

POMŮCKY balónek Fun Fly Stick 20 ks 1 ks Cíl aktivity: Každé dítě již někdy dostalo ránu statické elektřiny. Díky následujícím aktivitám zjistí, že elektřina se nenachází pouze v zásuvce, ale obklopuje nás všude, a dokonce si elektrický náboj mohou samy vyrobit. Klíčové pojmy: elektřina, blesk MOTIVAČNÍ ČÁST Dětem se vytiskne předcházející stránka a mají za úkol spojit baterii se žárovkou, aby se rozsvítila. Poté se pedagog ptá, k čemu se elektřina používá a zda děti znají nějaké předměty, které potřebují elektřinu. Je důležité zdůraznit, že elektřina v zásuvce je nebezpečná a nesmějí ji bez rodičů používat. Ale v přírodě existuje elektřina, která není nebezpečná, a mohou si ji děti vyrobit samy. Pedagog může přistoupit k pokusům se statickou elektřinou. 28

ÚVODNÍ AKTIVITY Výroba elektrického náboje 1. Děti si nafouknou balónek (případně jim pomůže učitel) a zavážou ho. Nafouknutý balónek si třou o vlasy a poté ho zkusí nalepit na zeď. Při dobrém nabití by měl balónek na zdi držet. Děti tento pokus mohou provádět před zrcadlem, aby viděly, jak jsou jejich vlasy přitahovány k balónku. 2. Děti si natrhají malé kousky papíru. Učitelka se dětí ptá, jestli mají nápad, jak papírky na balónek přichytit. Děti si opět třou balónek o vlasy. Když balónek přiblíží k papírkům, ty se na něj přichytí. 3. Děti si sundají boty a budou třít chodidly v ponožkách o koberec. Když se pak dotknou něčeho kovového, měl by být patrný malý výboj. Ideální je, když se zatemní, poté jsou výboje lépe viditelné. Ve všech případech se jedná o opačně nabité předměty. Třením dochází k tomu, že se jeden nabije kladně a druhý záporně. A jelikož opačné náboje se přitahují, vlasy či papírky jsou přitahovány. V případě třetího pokusu dochází k vybití náboje o kovový předmět, proto lze vidět výboj v podobě jiskřičky. Dětem lze povědět, že v přírodě existuje ještě mnohem větší jiskra blesk. Lze jim pokusy vysvětlit tak, že se nejedná o kouzla, ale že vše je elektřina. Lidé se ji naučili vyrábět ve velkém množství, a díky tomu máme světlo, televizi a další přístroje. 29

HLAVNÍ AKTIVITA Fun Fly Stick V balení se nachází několik aluminiových tvarů, které se vznáší (motýlek dokáže i létat ), pokud se k nim přiblíží zapnutý Fun Fly Stick. Učitel předvede dětem funkci Fun Fly Stick. Poté si ho zkusí děti ve skupinkách. Mohou soutěžit, jak dlouho se jim podaří udržet motýlka a další tvary ve vzduchu. Hůlka Fun Fly Stick donutí předměty levitovat, aniž by se v ní vytvářel proud vzduchu nebo v ní byly umístěny magnety. Jedná se totiž o malý, přenosný a zapouzdřený Van de Graaffův generátor. Elektrický náboj vytvořený tímto generátorem se hromadí na konci hůlky a je možné jej přenášet na libovolné předměty. Levitace předmětů je pak způsobena elektrostatickým odpuzováním předmětů se stejným elektrickým nábojem. Zajímavé odkazy pracovní listy na téma počasí nápady na zajímavé zpracování tématu počasí http://www.predskolaci.cz/pocasi-pracovni-listy/12704 https://www.pinterest.com/explore/preschool-weather-chart/ 30

2.4. MAGNETISMUS TEORIE Magnet je těleso schopné přitahovat k sobě železné předměty magnetickou silou. Látek, ze kterých by se dal vyrobit magnet, není mnoho běžně dostupné magnety jsou vyrobeny ze speciálních slitin železa, niklu a oxidů železa. Každý magnet má dva póly severní (N) a jižní (S). Dva magnety na sebe vzájemně působí magnetickou silou, která může být buď přitažlivá, nebo odpudivá, což záleží na vzájemné poloze magnetů. Magnety přiblížené souhlasnými póly (N N nebo S S) se odpuzují, zatímco magnety přiblížené nesouhlasnými póly (N S) se přitahují. Pokud se dostane do magnetického pole železný předmět, stává se dočasným magnetem, v němž se indukuje severní a jižní pól s orientací dle siločar. Tomuto jevu se říká zmagnetování železného předmětu, a ten je následně přitahován magnetem. Země je obrovský magnet, tedy všechny železné předměty nacházející se v magnetickém poli Země jsou trvale zmagnetovány. Severní magnetický pól Země se nachází v blízkosti jižního zeměpisného pólu a jižní magnetický pól se nachází v blízkosti severního magnetického pólu. Původ zemského magnetismu je v žhavém jádru Země obsahujícím slitiny železa a niklu, ale mechanismus vzniku není stále příliš jasný. NÁVRH NA ZAŘAZENÍ MAGNETISMU DO VÝUKY k čemu se magnety používají 31

POMŮCKY magnety matičky 1 sada 1 balení Cíl aktivit: Děti se naučí, jak magnety fungují a k čemu se mohou používat. Klíčové pojmy: magnet, kovový předmět, přitažlivost MOTIVAČNÍ ČÁST Pedagog se dětí zeptá, zda znají magnety a zda vědí, co magnety dělají (přitahují předměty). Dětem se rozdá pracovní list, ve kterém jsou příklady různých předmětů. Děti mají za úkol vybarvit obličej usměvavý, pokud si myslí, že předmět bude magnet přitahovat, zamračený, pokud si myslí, že ho přitahovat nebude. Dětem se rozdají magnety a poté se přistoupí k aktivitám uvedeným v další části. U činnosti č. 1 děti vyzkouší předměty z pracovního listu, aby zjistily, zda obličeje vybarvily správně. 32

Pracovní list 33

AKTIVITY 1. Seznámení se s magnetem Děti pracují ve skupinkách u stolu nebo na zemi, každá skupinka má jednu sadu magnetů. Děti se seznámí s tím, jak magnet vypadá, jak se chová a k čemu slouží. Děti chodí po třídě a snaží se magnety přikládat k různým předmětům. Poté jim učitelka pokládá různé otázky: Co magnety dělají? (Přitahují předměty.) Jaké předměty přitahují? (Kovové.) 2. Přitažlivost magnetů navzájem Každé dítě drží v ruce nějaký magnet. Děti ve dvojici se snaží spojit dva magnety. Nejprve konci s různými barvami, poté se stejnými. Opět se dětí paní učitelka ptá: Jak se chovají dva magnety proti sobě, když je přiložíme stejnými barvami a když opačnými? 3. Hledání pomocí magnetu Nádobu naplňte moukou. Do ní pak zamíchejte různé drobné kovové předměty (kancelářské sponky, drobné magnety, ). Děti budou mít za úkol pomocí magnetu tyto předměty z nádoby vyndat. Aktivita se může pojmout jako hra, v níž zvítězí to dítě, které vyndá nejvíce kovových předmětů. 4. Sklenička a sponky Do skleničky se nalije voda a na dno se vysype několik kancelářských sponek. Děti dostanou za úkol sponky vyndat, aniž by si namočily ruce. Aktivita proběhne samozřejmě za použití magnetů. 34

Zajímavé odkazy nápady na aktivity nejen s magnety magnetické inspirace jak učit vědu v MŠ http://handsonmindsoneducation.com/magnetism-preschoolscience-lab/ http://www.science-sparks.com/tag/preschool-magnetism/ http://www.teachpreschoolscience.com/magneticattraction.html 35

2.5. OPTIKA TEORIE Optika je věda, která studuje původ a zákonitosti světelných jevů. V této části se budeme věnovat především vzniku obrazu v zrcadlech. Zrcadlo je vyleštěná kovová plocha. Zobrazování pomocí zrcadel využívá zákonů optiky, zejména zákona přímočarého šíření světla a zákona odrazu světla, proto také u zrcadel mluvíme o zobrazení odrazem. Existují tři základní typy zrcadel rovinné, duté a vypuklé. 1. Rovinné nejjednodušší typ zrcadla. Vzniká obraz, který je stejně velký jako předmět před zrcadlem. Strany jsou převrácené (zrcadlově otočené). 2. Duté u něj záleží, v jaké pozici se předmět nachází. Pokud je předmět za poloměrem křivosti, obraz je zmenšený a otočený. Pokud je předmět mezi poloměrem křivosti a ohniskem, obraz je zvětšený a převrácený. Pokud je předmět před ohniskem, obraz je zvětšený a přímý. 3. Vypuklé typ zakřiveného zrcadla. Obraz je vždy zmenšený a přímý. Bílé světlo není ve skutečnosti bílé, ale skládá se z 6 barev fialová, modrá, zelená, žlutá, oranžová a červená. Pomocí optického hranolu lze bílé světlo rozložit na tyto základní barvy. Stěny hranolu světlo lámou, a při průchodu hranolem se tak mění směr jeho šíření. Každá barva má úhel lomu trochu jiný, proto když světlo vychází z hranolu, můžeme spatřit duhové spektrum. Nejméně se láme červené světlo a nejvíce fialové. NÁVRH NA ZAŘAZENÍ OPTIKY DO VÝUKY zrcadla kolem nás počasí vznik duhy 36

POMŮCKY laserové ukazovátko optický hranol svítilna LED zrcátka 1 ks 1 ks 3 ks 3 sady Cíl aktivity: Děti objeví i zrcadla, se kterými se doma běžně nesetkají, a dozví se, k čemu se taková zrcadla používají. Klíčové pojmy: zrcadlo, světlo MOTIVAČNÍ ČÁST Výroba vlastního zrcátka pomocí alobalu viz odkaz v části Zajímavé odkazy. 37

AKTIVITY Děti pracují ve skupinách, nejlépe v zatemněné třídě. 1. Seznámení se se zrcadly Děti si zrcadla prohlédnou. Zkusí říci, v čem se jednotlivá zrcadla od sebe liší. Rovinné obraz je nezměněný. Duté děti vidí obraz otočený. Vypuklé děti se vidí zmenšené. Vhodné je pak povědět, kde se s takovými zrcadly setkají. Duté když se podívají do lžíce nebo do naběračky. Vypuklé na křižovatkách, kde je špatně vidět. 2. Vznik duhy Pomocí svítilny a optického hranolu děti rozloží světlo a vznikne duha. Vhodné je postavit optický hranol na bílý papír, aby duha byla viditelnější. Zajímavé odkazy návod na výrobu zrcátka pro děti http://mppl.org/kids/crafts/mirror-card-for-mom1/ 38

2.6. JEDNODUCHÉ STROJE TEORIE Jednoduché stroje jsou zařízení, která přenášejí sílu a mechanický pohyb z jednoho tělesa na druhé, přitom umožňují měnit směr síly, přenášet její působiště a znásobovat její velikost. Pomocí jednoduchých strojů dosahujeme poměrně malými silami velkých účinků. Přitom však účinek malé síly musíme nahradit působením po větší dráze, takže práce, kterou vykonáme s použitím jednoduchého stroje, je stejná jako bez něho stroj tedy vykoná jen takovou práci, kterou mu dodáme. Usnadňují ale práci tím, že působíme menší silou, tedy s menší námahou. Jednoduché stroje dělíme na stroje založené na: 1. rovnováze momentů sil páka, kladka, kolo na hřídeli (tedy tělesa otáčivá kolem pevné osy), 2. rovnováze sil nakloněná rovina, klín a šroub. Páka Páka je ve své podstatě tyč, která je otočná kolem osy, která je k ní kolmá. Páka se využívá nejčastěji pro zmenšení síly čím delší rameno, tím menší silové působení je potřeba. Kladka Kladka je kotouč s drážkou na obvodu, kterou prochází např. lano nebo řetěz. V technické praxi se kladky používají u nejrůznějších mechanismů, např. jeřáb, výtah, napínák drátů a lan. Nakloněná rovina Nakloněná rovina je jednoduchý stroj, jehož jedinou částí je rovina nakloněná vzhledem k vodorovnému směru, po níž se zvedá těleso směrem vzhůru. Nakloněná rovina ušetří sílu potřebnou ke zvednutí tělesa (břemene). Velikost potřebné síly závisí na úhlu naklonění roviny neboli na délce a výšce nakloněné roviny. 39

POMŮCKY autíčko dráha na nakloněnou rovinu dřevěný hranol kladkostroj závaží 2 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 sada Cíl aktivity: Děti si uvědomí, že lidé vymýšlejí nová zařízení, aby si usnadnili práci. Klíčové pojmy: páka, kladka, nakloněná rovina, síla, práce AKTIVITY 1. Kladka Nejprve je nutné někam kladku pevně zavěsit. Děti si zkusí zvednout jakékoli těžké závaží a poté ho zvednou pomocí kladky. Na kladku je možné přidělat prkno na sezení a dítě by mělo být schopné zvednout v sedu samo sebe. 2. Páka Děti si sestaví páku z hranolu a prkna se zarážkami. Poté budou zkoušet na obě strany páky různě pokládat matičky nebo závaží a páku vyvažovat. Pokud má školka venkovní houpačku, může se na aktivitu navázat tím, že se na ní budou děti vyvažovat vlastní vahou. Zjistí, že jedno dítě dokáže vyvážit i dvě děti sedící blízko středu houpačky. 3. Nakloněná rovina Děti si sestaví nakloněnou rovinu buď použijí vzpěru, nebo dráhu o něco opřou. Zvolené závaží si přivážou na provázek a zkusí ho zvednout ručně. Poté zkusí stejné závaží táhnout po nakloněné rovině. Z toho by měly být schopny vysvětlit rozdíl. Další krok je táhnout stejné závaží na autíčku. 40

3. ZÁVĚR Tato metodika slouží pouze jako návod, jak s věcmi z didaktického kufříku zacházet. Fantazii se meze nekladou. Naopak věříme, že vás tento text inspiruje a motivuje k vytváření dalších pokusů a pomůže vám k inovaci výuky ve školce. Výklad fyzikálních zákonů je v drtivé většině mateřských škol zcela opomíjen, přitom nás jejich důsledky dennodenně obklopují a děti jsou s nimi v neustálém kontaktu. Byla by škoda, kdyby tato oblast vzdělávání byla nadále přehlížena. A navíc děti pokusy zajímají a baví. 41

4. POUŽITÁ LITERATURA GUR C.; Physics in preschool in International Journal of the Physical Sciences, 6/2011, Academic Journals ESTACH H., FRIED M.N.; Should science be taught in early childhood in J. Sci. Educ. Technol., 14/2005 MCPHEE I.; Fyzika bez mučení, 2012 BAKEROVÁ J.; 50 myšlenek, které musíte znát, 2013 42