2 v 1 úlohy experimentální i teoretické

Podobné dokumenty
Projekt z volitelné fyziky Výtok kapaliny otvorem ve stěně

Využití rotopedu při výuce fyziky

Vlastnosti kapalin. Povrchová vrstva kapaliny

Rozumíme dobře Archimedovu zákonu?

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 07_10_Zobrazování optickými soustavami 1

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

Systém nízkoúrovňových válečkových a řetězových dopravníků

Pohyb tělesa, síly a jejich vlastnosti, mechanické vlastnosti kapalin a plynů, světelné jevy

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Několik experimentů ze semináře Elektřina a magnetismus krok za krokem

STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN

Inspirace pro badatelsky orientovanou výuku

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Tematická oblast. Termika Číslo a název materiálu VY_32_INOVACE_0301_0220 Anotace

Rohová lišta ve výuce fyziky

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Termika VY_32_INOVACE_0301_0212 Teplotní roztažnost látek. Fyzika 2. ročník, učební obory Bez příloh

Hydromechanické procesy Hydrostatika

Newtonovy pohybové zákony F 7/ 05

Jak znázornit 2D kmity a Lissajousovy obrazce pomocí 3D projekce

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor (předmět): Fyzika - ročník: SEKUNDA

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

NAMÁHÁNÍ NA OHYB NAMÁHÁNÍ NA OHYB

Základy fyziky + opakovaná výuka Fyziky I

Využití systému firmy Vernier při řešení úloh

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Struktura a vlastnosti kapalin

Projekt ŠABLONY NA GVM registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ III-2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

MECHANIKA HYDROSTATIKA A AEROSTATIKA Implementace ŠVP

PROUDĚNÍ KAPALIN A PLYNŮ, BERNOULLIHO ROVNICE, REÁLNÁ TEKUTINA

Inovace výuky Fyzika F7/ 02 Mgr. Simona Sabáková

Příklady z hydrostatiky

Tekutý sendvič. Jak pokus probíhá 1. Nalijte do lahve stejné množství oleje a vody. 2. Uzavřete láhev a obsah důkladně protřepejte.

2 Jevy na rozhraní Kapilární tlak Kapilární jevy Objemová roztažnost kapalin 7

HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ

Gymnázium, Český Krumlov

Pracovní list vzdáleně ovládaný experiment. Obr. 1: Hodnoty součinitele odporu C pro různé tvary těles, převzato z [4].

KONSTRUKCE FOREM PRO VÝROBKY SE ZÁLISKY SVOČ FST. Autor: Vikuk Jan Západočeská univerzita v Plzni Vol. Čechů, 2735, Ţatec Česká republika

VY_52_INOVACE_2NOV45. Autor: Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 7.

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

LOGO. Struktura a vlastnosti kapalin

Co je tlak a kde například se s ním setkáme:

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

Naše zkušenost z denního života, technické praxe a samozřejmě i pokusy. částečná přeměna celkové energie ve vnitřní energii okolí [2, s. 162].

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Jednoduché experimenty s gumou a kuličkodráhou

Aplikované úlohy Solid Edge. SPŠSE a VOŠ Liberec. Ing. Aleš Najman [ÚLOHA 22 KONTROLA A VLASTNOSTI TĚLES]

ROZVOJ PŘÍRODOVĚDNÉ GRAMOTNOSTI ŽÁKŮ POMOCÍ INTERAKTIVNÍ TABULE

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

FYZIKA I cvičení, FMT 2. POHYB LÁTKY

Identifikátor materiálu: ICT 1 7

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

Webové materiály na podporu výuky fyziky

Vodivé plasty zajímavý materiál pro laboratorní práci

STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK

Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy

Název: Měření magnetického pole solenoidu

Mechanické vlastnosti kapalin a plynů. opakování

SVĚTLO A TMA HRANÍ SE SVĚTLEM

11 13 let, popř. i starší

Návrh a realizace úloh do Fyzikálního praktika z mechaniky a termiky

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vyučovací předmět: Fyzika. Ročník: 7. Průřezová témata Mezipředmětové vztahy Projekty a kurzy

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, fyzikální pomůcky

IAM SMART F7.notebook. March 01, : : : :23 FYZIKÁLNÍ VELIČINY A JEJICH JEDNOTKY. tuna metr

34_Mechanické vlastnosti kapalin... 2 Pascalův zákon _Tlak - příklady _Hydraulické stroje _PL: Hydraulické stroje - řešení...

TUHÉ TĚLESO. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

Pouťový balónek v hodinách fyziky

Vzestup vodní hladiny za pomoci svíčky

Základy vztlakové síly v pokusech

Tři experimenty, které se nevejdou do školní třídy. Mgr. Kateřina Vondřejcová


I:!l<I""''''''"im II tereslrkkó

Měření momentu setrvačnosti prstence dynamickou metodou

POKUSY S PRAKEM Václav Piskač, Brno 2014

Průvodní list kurzu. Název kurzu: Autor kurzu: Vyučovací předmět: Ročník: Téma: Účel; co kurzem řeším: Kapaliny a plyny. Mgr.

Hračky ve výuce fyziky

6. MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

ÚVOD Didaktika fyziky jako vědní obor a jako předmět výuky v přípravě učitelů F Prof. RNDr. Emanuel Svoboda, CSc.

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Název: Nenewtonovská kapalina

Název: Elektromagnetismus 2. část (Vzájemné působení magnetu a vodiče s proudem)

Pohyby tuhého tělesa Moment síly vzhledem k ose otáčení Skládání a rozkládání sil Dvojice sil, Těžiště, Rovnovážné polohy tělesa

(pl'uměr asi třikrát větší než průměr kapátka). Kruh po celém obvodě nastříháme (šířka asi

1. Pracovní list strana. 2 To co bych měl umět zpaměti

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Měření rychlosti rozpuštění kostek ledu v obyčejné a slané (sladké) vodě

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

Demonstrace hydrostatického paradoxu pomocí plastových lahví a LabQuest Vernier

Zakřivený nosník. Rovinně zakřivený nosník v rovinné úloze geometrie, reakce, vnitřní síly. Stavební statika, 1.ročník bakalářského studia

PŘÍKLADY Z HYDRODYNAMIKY Poznámka: Za gravitační zrychlení je ve všech příkladech dosazována přibližná hodnota 10 m.s -2.

PROTOKOL O PROVEDENÍ LABORATORNÍ PRÁCE. Pomůcky: Doplňte všechny části plamene kahanu a uveďte, jakou mají teplotu.

Počítačem podporované pokusy z mechaniky

Identifikace vzdělávacího materiálu VY_52_INOVACE_F.9.A.28 EU OP VK. Šíření zvuku

OTÁČENÍ a TOČENÍ Točte kbelíkem Pomůcky:

HUSTOTA PEVNÝCH LÁTEK

Mechanika plynů. Vlastnosti plynů. Atmosféra Země. Atmosférický tlak. Měření tlaku

Střední škola automobilní Ústí nad Orlicí

Vzdělávací obsah vyučovacího předmětu

Měření povrchového napětí

DUM č. 12 v sadě. 10. Fy-1 Učební materiály do fyziky pro 2. ročník gymnázia

Transkript:

2 v 1 úlohy experimentální i teoretické VOJTĚCH ŢÁK Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha Abstrakt V tomto příspěvku jsou uvedeny tři úlohy, které je moţné v rámci středoškolské fyziky řešit jak experimentálně, tak teoreticky. Tyto úlohy byly prověřeny ve vyučovací praxi. Teoretické a experimentální metody jsou pro fyziku jako vědu typické a z hlediska poznávacích procesů mohou být pro ţáky velmi přínosné. Úvod Ve výuce fyziky mají své místo jak experimentální, tak teoretické metody řešení problémů. Dost často jsou tyto přístupy chápány zejména ţáky odděleně. Přitom síla a krása experimentů a teorií je v tom, ţe se vzájemně doplňují a podporují. V tomto příspěvku se snaţíme na příkladu tří fyzikálních úloh ukázat, ţe jejich řešení je moţné provést zároveň teoreticky a experimentálně. V některých případech je lépe začít pokusem, jindy je přístupnější vydat se na začátku teoretickou cestou. 1 Zrcadlo na válcovém sloupu 1 V některých novějších prostorách v obchodních centrech, modernizovaných nádraţních halách nebo v praţském metru (např. stanice Rajská zahrada na trase B) - jsou sloupy tvaru válce, jejichţ povrch je z lesklého kovu. Jak se uvidí člověk, který stojí před takovým sloupem? Pokus můţeme uspořádat tak, ţe vyrobíme model sloupu s lesklým kovovým povrchem. Pouţít můţeme v podstatě libovolný válcový předmět, na který navineme hliníkovou fólii pouţívanou v kuchyni ( alobal ). Můţeme ji připev- 1 Úloha je inspirována úlohou C5 ze sbírky [1]. 261

nit třeba izolepou. Pokud k fólii přiblíţíme např. prsty nebo obličej, vidíme, ţe jejich obraz je vzpřímený, stejně velký (vysoký) a uţší ( hubenější ) neţ předmět. Pravá a levá strana není zaměněna. Ke stejnému výsledku dospějeme, pokud pouţijeme k experimentu např. hrnec z lesklé nerezové oceli. Jinou moţností je najít zmíněný sloup v terénu, stoupnout si před něj a pozorovat. Při teoretickém řešení je potřeba si uvědomit, ţe ve směru, ve kterém není zrcadlo zakřivené (zde svislý) bude zobrazovat jako rovinné zrcadlo, zatímco ve směru, ve kterém je zakřiveno (zde vodorovný), bude zobrazovat jako vypuklé zrcadlo (jedná se totiţ o vnější povrch válce). Předmět (člověk) zůstane proto stejně velký a vzpřímený (vlastnosti rovinného zrcadla), ale bude uţší ( hubenější ), protoţe vypuklé zrcadlo zmenšuje. Pravá a levá strana nebude zaměněna, protoţe vypuklé ani rovinné zrcadlo nepřevrací. Jak experimentálně, tak teoretickým rozborem jsme dospěli k tomu, ţe v zrcadle, které je na vnějším povrchu válce, se uvidí člověk jako vzpřímený, stejně velký (vysoký) a uţší ( hubenější ). Nezáleţí na vzdálenosti člověka od zrcadla. V teoretické části se jedná o úlohu jednak na analýzu (na válcové zrcadlo můţeme pohlíţet jako na rovinné a vypuklé zrcadlo zároveň), jednak na syntézu (dílčí poznatky o zobrazování těmito zrcadly musí ţáci spojit). 2 Vytékání vody z boku láhve V boku půllitrové PET láhve uděláme asi ve třech čtvrtinách její výšky malý kruhový otvor o průměru asi 1 mm. Láhev naplníme vodou. Hrdlo láhve zůstane otevřené. Voda vytéká malým otvorem. Jak pokus po několika minutách skončí? Otvor do plastové láhve uděláme např. špendlíkem, který zahřejeme v kleštích nad plamenem čajové svíčky. Naplníme-li láhev vodou, pozorujeme nejprve, ţe se voda vytékající z láhve pohybuje obdobně jako při vodorovném vrhu. Při dostatečném poklesu hladiny v láhvi začne voda stékat po jejím povrchu. Pře- 262

kvapením můţe být, ţe voda přestane vytékat, kdyţ je hladina přibliţně 8 mm nad otvorem (obr. 1), coţ nastane po necelých 10 minutách. Obr. 1 Hladina se ustálí téměř 1 cm nad otvorem (zvýrazněn uprostřed) 2 Díky tomu, ţe je otvor malý, projeví se zde pruţnost povrchu vody. Při poklesu hladiny klesá hydrostatický tlak v místě otvoru a při určité (dostatečně malé) hloubce otvoru pod volnou hladinou nastane rovnováha mezi hydrostatickou tlakovou silou a povrchovou silou (obě působí v otvoru). 3 Experiment dopadl překvapivě; nevytekla všechna voda nad otvorem, ale hladina se ustálila téměř 1 cm nad ním. Teoreticky to můţeme vysvětlit tím, ţe se povrch kapaliny chová jako pruţná blána. Pokus je vhodné několikrát zopakovat. Je moţné experimentovat s otvory různých průměrů (při dostatečně velkých uţ ke zmíněnému jevu nedojde). Úloha je vhodná k integraci učiva mechaniky tekutin a molekulové fyziky. 2 Za pomoc při zhotovení fotografií děkuji Petru Lukešovi. 3 Z rovnosti velikostí povrchové a hydrostatické tlakové síly dostáváme při daném průměru otvoru a hloubce řádově správnou hodnotu povrchového napětí vody (desítky mn m 1 ). 263

3 Plachetnicí proti větru 4 Demonstrujte a vysvětlete, jak můţe plachetnice plout částečně proti větru. Model plachetnice můţeme sestrojit z běţně dostupného materiálu, zejména kancelářských potřeb. Pouţít můţeme pouzdro na mýdlo, plastové desky, brčko, špejli, kancelářské svorky, papír a izolepu (obr. 2). Podstatné je, aby se mohla plachta při experimentu nastavit do vhodného úhlu, a dále je potřeba udělat velký kýl (je z plastových desek a bude pod hladinou). Kdyţ budeme do papírové plachty loďky foukat ústy přibliţně podle obr. 3 (na coţ bychom měli experimentálně přijít), rozjede se (ve vaně nebo v jiné hlubší nádobě s vodou) ve směru své podélné osy. Plachetnice se tak částečně pohybuje proti směru, kterým fouká vítr. Obr. 2 Jeden z moţných modelů plachetnice Obr. 3 Náčrtek plachetnice s působícími silami Působící síly si znázorníme do obrázku (obr. 3). Vítr působí na plachtu tlakovou silou F kolmo k ní (její rovině). Tato síla se rozkládá do sloţky F 1, která míří ve směru podélné osy plachetnice, a sloţky F 2 ve směru kolmém 4 Námět této úlohy najdeme ve [2] na str. 81 a ve [3] na str. 18. 264

k podélné ose. Síla F 1 způsobuje pohyb plachetnice dopředu a síla F 2 se ruší odporovou silou vody, který je kladen rozlehlému (u skutečných plachetnic hlubokému) kýlu. Experimentálně i teoreticky jsme ukázali, ţe plachetnice se můţe pohybovat částečně proti směru větru. Model naší plachetnice měl relativně velký kýl, ale díky tomu byl výsledek pokusu jednoznačný. Z hlediska fyzikálního tématu se jedná o pohyb tělesa v prostředí, které mu klade odpor, a o rozkládání sil. Někdy je třeba ţákům napovědět, ţe mají rozkládat sílu, která je kolmá k plachtě, příp. můţeme ţákům v rámci zadání poskytnout obr. 3 bez vyznačených sil. Popsaný jev se v praxi vyuţívá při tzv. křiţování plachetnice proti větru. Více informací nalezneme v angličtině ve [4]. Závěr V tomto článku jsme uvedli a diskutovali tři úlohy, k jejichţ řešení je moţné v rámci středoškolské výuky fyziky přistupovat jak teoreticky, tak také experimentálně. Při zařazování obdobně zaměřených úloh do výuky je potřeba pečlivě vybírat témata; ne vţdy totiţ mají středoškoláci k vysvětlení určitého experimentu potřebné teoretické znalosti. Při hledání souladu mezi teoretickým a experimentálním řešením je třeba mít na paměti, ţe teorie vysvětlí experiment mnohdy pouze přibliţně. Literatura [1] Ţák V. : Fyzikální úlohy pro střední školy. Prometheus, Praha, 2011. [2] Kruţík M.: Sbírka úloh z fyziky pro ţáky středních škol. SPN, Praha, 1984. [3] Nahodil J.: Fyzika v běţném ţivotě. Prometheus, Praha, 1996. [4] http://en.wikipedia.org/wiki/keel 265