Návrh a realizace úloh do Fyzikálního praktika z mechaniky a termiky DIPLOMOVÁ PRÁCE Studentka: Bc. Lenka Kadlecová Vedoucí práce: Ing. Helena Poláková, PhD.
Aktuálnost zpracování tématu Původně Od 2014 Fyzikální praktikum na PF Fyzikální praktikum na PřF budova C Potřeba Sestavit nově nakoupené pomůcky Vytvořit pracovní materiály pro studenty
Cíle diplomové práce 1) Popsat základní znalosti a vědomosti potřebné pro měření a zpracování navržených úloh Fyzikálního praktika z mechaniky a termiky. 2) Sestavit a proměřit navržené úlohy. 3) Vytvořit podrobný návod pro tvorbu a zpracování protokolů navržených úloh.
Způsob řešení DP Fyzikální praktikum z mechaniky a termiky Celkem 12 úloh Návody pro 9 úloh Detailní popis 6 úloh v DP Výběr: Inovace Nepopsané
Způsob řešení DP Jedna úloha = jedna kapitola DP Teoretická část Popis (shrnutí) teorie Možnosti měření daného jevu
Způsob řešení DP Praktická část Analýza zakoupené sestavy Nastudování, sestavení experimentu Úpravy experimentu
Problémy měření kalorimetrická komora Nekompletní návody Schémata obvodů Vstupní napětí topného tělesa Software Cassy lab 2
Problémy měření kalorimetrická komora Chlazení!
Problémy měření stavová rovnice ideálního plynu Časová náročnost Úprava: Sloučit druhou a třetí část měření Chlazení zkumavky studenou vodou Kostky ledu
Způsob řešení DP Návod Úkol, postup měření Obrázky, grafy, tabulky
Ukázka návod
Způsob řešení DP Návod Úkol, postup měření Obrázky, grafy, tabulky Kontrolní měření Neslouží studentům! Kontrola funkčnosti experimentu
Implementace Účast ve výuce Letní semestr 2013/2014 Letní semestr 2014/2015 Zpětná vazba od studentů Úprava měření Úprava návodů Doplnění informací pro tvorbu protokolů
Přínos diplomové práce 1) Popsání základních znalostí a vědomostí pro měření a zpracování šesti vybraných úloh Fyzikálního praktika z mechaniky a termiky 2) Sestavení a proměření vybraných úloh dokumentace potřebných úprav, rady pro vyučující 3) Vytvoření podrobných návodů pro tvorbu a zpracování protokolů šesti vybraných úloh Moodle
Možné pokračování Doplnění zbylých šesti úloh Překlad do angličtiny
Děkuji za pozornost
Dotaz 1 Ing. Helena Poláková, Ph.D. Bezproblémové úlohy: Měření tíhového zrychlení Reverzní kyvadlo Volný pád Problémové úlohy: Ověření zákona zachování energie a hybnosti Vzduchová dráha s vozíky Měření modulu pružnosti Tuhost pružin Průhyb nosníku
Dotaz 2 Ing. Helena Poláková, Ph.D. Tepelné čerpadlo Studium principu Nová úloha
Dotaz 1 RNDr. Petr Jelínek, Ph.D. M = J α M točivý moment, moment síly, [kg m 2 s -2 ] J moment setrvačnosti, [kg m 2 ] α úhlové zrychlení, [rad s -2 ] nebo [s -2 ]
Dotaz 2 RNDr. Petr Jelínek, Ph.D. Sluneční záření Přímé ze Slunce rovnou na kolektor lze soustřeďovat zrcadly a čočkami Difúzní rozptylem přímého záření v mracích a na částečkách v atmosféře nelze soustřeďovat Záření = Výkon záření množství slunečního záření ve Wattech na jednotku plochy Množství záření dopadající na plochu závislost na prostředí Využitelnost kolektorem závislost na sklonu (reflexe)
Dotaz 1 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Výpočet momentu setrvačnosti: M = J α J = r M m M g α J = r M m M g t 2 2φ Výpočet chyby měření momentu setrvačnosti: 1) Aritmetický průměr tří hodnot času 2) Absolutní odchylky času 3) Pravděpodobná chyba času 2 i t i 2 3 4) Výpočet momentu setrvačnosti n (n 1) 5) Pravděpodobná chyba složené veličiny θ J = J t 2 θ t 2
Dotaz 1 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Chyba v tabulce 5.5 (objem z výšky) Chyba 1 % - návod 1) Absolutní chyba výšky δh = 0,3 1 mm 2) Relativní chyba objemu ξv = ξh = δh h 3) Absolutní chyba objemu δv = V ξv = 2πr 2 h δh h = 2πr2 δh Chyba v tabulce 5.5 (tlak) δp = 0,3 20 mbar
Dotaz 2 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Regresní křivky, rovnice regresní křivky Úvodní hodina u známých závislostí
Objem V (cm 3 ) Dotaz 2 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. 1,90 1,70 1,50 1,30 Graf 5.1: Závislost nepřímo úměrné závislosti objemu vzduchu na jeho tlaku y = 1 291x -1 pv = NkT V = NkT p 1,10 V = p 1 C 0,90 0,70 C = NkT 0,50 300 400 500 600 700 800 900 1000 Tlak p (hpa)
Moment setrvačnosti J (g m 2 ) Dotaz 2 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. 3,50 3,00 Graf 2.2: Závislost momentu setrvačnosti J na vzdálenosti přídavného závaží r J od osy otáčení y = 0,0001x 2-0,0027x + 0,9215 y = Ax 2 + B 2,50 2,00 J = m J r J 2 + J 0 1,50 1,00 0,50 10 30 50 70 90 110 130 150 Vzdálenost urychlovacího závaží od osy otáčení r J (mm)
Dotaz 3 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Máme-li v povrchu úsečku délky l, působí na ni z obou stran kolmo síla F a pro povrchové napětí σ dostáváme vztah σ = F l.
Dotaz 4 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Povrchové napětí σ se rovná podílu velikosti povrchové síly F a délky l okraje povrchové blány, na který povrchová síla působí kolmo v povrchu kapaliny. σ = F l σ = P 0 4πr
Dotaz 5 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Hodnota povrchového napětí pro vodu Tabulková hodnota σ = 73 mn m -1 T = 20 C Naměřená (1) σ = 59 ± 1 mn m -1 T = 21 C Naměřená (2) σ = 72 ± 7 mn m -1 T = 23,2 C
Dotaz 6 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Rozdíl mezi ztrátami zářením a emisními ztrátami (reflexe na absorbéru).
Dotaz 7 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Intenzita záření od lampy Intenzita záření ze slunce Výkon: 1000 W Plocha kolektoru: 0,12 m 2 Intenzita záření: 8 300 W m 2 Intenzita záření: 800 W m 2
Dotaz 8 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Ano, je nutné vyčkat na dynamickou rovnováhu. Měření Vyčkat Delší časový úsek Vlastní měření Studentské měření Problém: 60 C
Dotaz 9 Mgr. Václav Šlouf, Ph.D. Účinnost solárního kolektoru při započtení spotřeby elektromotoru čerpadla