Fyzika 2. Mgr. Taťána Bajáková. LEGO Mechanika (Jednoduché a hnané stroje) LEGO Pneumatické systémy LEGO Obnovitelná energie

LEGO® Mechanika (Jednoduché a hnané stroje) LEGO® Pneumatické systémy LEGO® Obnovitelná energie Projekt Lego ve výuce informatiky a fyziky

Fyzika 2 Mgr. Taťána Bajáková

Obsah Vrata ..........................................................................................................................................................................4 Dveře .........................................................................................................................................................................6 Účinnost ...................................................................................................................................................................8 Potenciální energie.................................................................................................................................................12 Kinetická energie ...................................................................................................................................................14 Zákon zachování energie ......................................................................................................................................17 Energie pružnosti ..................................................................................................................................................19 Energie větru ..........................................................................................................................................................21 Vodní energie ........................................................................................................................................................ 23 Větrná energie ........................................................................................................................................................25 Teplo ........................................................................................................................................................................27 Hustilka....................................................................................................................................................................29 Reakční pohon........................................................................................................................................................31 Pascalův zákon........................................................................................................................................................33 Hydrostatický tlak................................................................................................................................................. 36

1. VRATA Pomůcky kromě LEGO sady : NIC NENÍ POTŘEBA Zadání úlohy : 1) Sestav model podle návodu. Při práci s modelem lze vepředu přidržovat model za dolní destičku spojující stojany (kvůli rovnováze). 2) Zatoč pomalu klikou tak, aby se vrata zvedala směrem nahoru. Jak se malé ozubené kolečko začne protáčet, nemusíš dál točit, ale kliku nepusť a přidržuj. 3) Zatoč pomalu klikou na druhou stranu tak, aby se vrata spouštěla (pomalu!!!) dolů. 4) Co je třeba udělat, aby vrata zůstala nahoře a nesjela dolů, aniž by se musela přidržovat klika? Uprav nebo doplň model, aby takto fungoval. 5) Vrata se zvedají jen kousek. Co musíš změnit, aby vyjela při otvírání ještě výš? Uprav nebo doplň model, aby se vrata otevřela více. Vypracování úlohy : POPŘEMÝŠLEJ NAD ÚKOLY, NAJDI ZPŮSOB JEJICH ŘEŠENÍ. STRUČNĚ, ALE VÝSTIŽNĚ ŘEŠENÍ ZAPIŠ : 4) Moje řešení, aby vrata nesjela dolů : ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... 5) Moje řešení, aby vrata vyjela výš : ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... Jak lze zvýšit stabilitu modelu, aby nebylo potřeba model přidržovat? Moje řešení : ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... Pokud místo kliky nasadíme motor, bude pohyb vrat moc rychlý a model by se mohl zničit. Jakým způsobem by se tento problém mohl vyřešit. Moje řešení : ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... 4

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : POPŘEMÝŠLEJ NAD ÚKOLY, NAJDI ZPŮSOB JEJICH ŘEŠENÍ. STRUČNĚ, ALE VÝSTIŽNĚ ŘEŠENÍ ZAPIŠ : 4) Moje řešení, aby vrata nesjela dolů : .......... Možností je víc, záleží na každém, co ho napadne např. : podložit kličku, když jsou vrata nahoře, nebo přistavět pohyblivou zarážku k malému ozubenému kolečku, atd. ...............

5) Moje řešení, aby vrata vyjela výš : .......... Možností je víc, záleží na každém, co ho napadne např. : posunout kličku nahoru (vyměnit s velkými koly) a přidat ještě 1 ozubený hřeben, atd. ............................................................

Jak lze zvýšit stabilitu modelu, aby nebylo potřeba model přidržovat? Moje řešení : .......... Např. přidat vzadu mezi stojany příčně další destičku, nebo zatížit podstavu, či rozšířit podstavu, atd. …...............................................................................................................

Pokud místo kliky nasadíme motor, bude pohyb vrat moc rychlý a model by se mohl zničit. Jakým způsobem by se tento problém mohl vyřešit. Moje řešení : .......... Motor se nesmí umístit na tyč, na které byla klika. Je nutné ji dát na jinou tyč a obě tyče propojit ozubenými koly – na tyči u motoru musí být malé ozubené kolečko a na tyči, kde byla klika, velké ozubené kolo (čím bude rozdíl v počtu zubů těchto ozubených kol větší, tím se vrata budou posunovat pomaleji). ....................................................................

5

2. DVEŘE Pomůcky kromě LEGO sady : NIC NENÍ POTŘEBA Zadání úlohy : 1) Sestav model podle návodu. Při práci s modelem tlač vepředu na dolní bílý nosník u šedé značky = tmavě šedá spojka (kvůli rovnováze a lepšímu posunování dveří). 2) Zatoč pomalu klikou tak, aby se dveře otevřely (posunuly směrem od sebe až ke kraji). 3) Zatoč pomalu klikou na druhou stranu tak, aby se dveře zavřely (posunuly směrem k sobě do středu, až se vzájemně dotknou). Model stále přidržuj dole u šedé značky. 4) Otoč model zezadu (klikou k sobě) a sundej z černé a modré spojky šikmý bílý nosník (nosník o velikosti 9 – byl uveden v návodu v bodě 6 a 7). Jak to ovlivní model? 5) Po vyzkoušení předchozího bodu vrať bílý nosník zpět na model. 6) Otoč model zpět (ozubenými koly k sobě), na pravé straně odpoj přední dolní bílý nosník od spodního dílu (nosník o velikosti 15 se středovou značkou – byl uveden v návodu v bodě 1) a vytáhni modrou spojku spojující podstavné nosníky. Nosníky podstavy opět spoj (bez delší modré spojky). 7) Do drážek nasaď oboje dveře a vyzkoušej, kam by se posunul střed dveří v tomto případě. Vypracování úlohy : POPŘEMÝŠLEJ NAD ÚKOLY A ZAPIŠ STRUČNĚ A VÝSTIŽNĚ JEJICH ŘEŠENÍ : 4) Jak ovlivní model sundání zadního šikmého nosníku? ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... 6,7) Kam by se posunul střed dveří bez dolní modré spojky? ......................................................................................................................................................................... Co způsobilo, že se dveře pohybují vzájemně opačným směrem? ......................................................................................................................................................... Jak lze nasadit dveře, aby přesně padly, kdyby na modelu nebyl zaznačen střed dveří? ......................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................... Po sundání dolní modré spojky (úkol č. 6 a 7) nedosáhnou jedny dveře k ozubeným kolům a tudíž se neposunují. Jakým způsobem by se tento problém mohl vyřešit? ........................................................................................................................................................

6

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : POPŘEMÝŠLEJ NAD ÚKOLY A ZAPIŠ STRUČNĚ A VÝSTIŽNĚ JEJICH ŘEŠENÍ : 4) Jak ovlivní model sundání zadního šikmého nosníku? ................ Model ztrácí stabilitu, nedrží pevně tvar rámu, přepadává do stran, dveře nejde posunovat, točením kliky se posune celá konstrukce. …......................................... 6,7) Kam by se posunul střed dveří bez dolní modré spojky? ................... O jednu zdířku na bílém podstavném nosníku doprava. ......................................... Co způsobilo, že se dveře pohybují vzájemně opačným směrem? .................. Jedna část dveří má v soukolí ozubených kol navíc 1 ozubené kolečko a tím se mění směr otáčení a proto i směr pohybu dveří. Kolečko má stejný rozměr (stejný počet zubů) jako kolečko na tyči s klikou, pokud by se kola lišila, posunovaly by se dveře různými rychlostmi. ......................................................................................................... Jak lze nasadit dveře, aby přesně padly, kdyby na modelu nebyl zaznačen střed dveří? ................ Lze je např. nasadit až k bočním spojkám (zarážkám) v drážkách spodních nosníků a začít točení klikou opačným směrem (aby se dveře pohybovaly směrem k sobě). ............ Po sundání dolní modré spojky (úkol č. 6 a 7) nedosáhnou jedny dveře k ozubeným kolům a tudíž se neposunují. Jakým způsobem by se tento problém mohl vyřešit? ............... Lze např. vyměnit uprostřed 2 ozubená kola za větší a v soukolí posunout kolečka tak, aby se vše dobře točilo. Nová kola musí být stejně veliká, aby se nezměnila rychlost posunování dveří. Pokud by byla použita větší ozubená kola, než jsou u ozubených hřebenů, musely by být osy otáčení těchto kol posunuty výš (nad horní bílý nosník). .............................................................................................................................................. 7

3. ÚČINNOST Pomůcky kromě LEGO sad : Hodinky nebo stopky Zadání úlohy : 1) Nachystej jednotlivé části (ozubená kola, nosník a kostičky) z 1. strany návodu, připrav oba motory a spoj je s baterií nebo s elektroměrem (strana 2). Při stavbě všech modelů sleduj stranu 6 – ukazuje výsledné zapojení motorů k baterii a elektroměru. 2) Spočítej, kolik zubů mají ozubená kola a zapiš. Počet zubů středních kol označ nA,B , počet zubů velkého kola označ nC a počet zubů malého kolečka označ nD . 3) Sestav model A (motory proti sobě) podle návodu na stranách 3 a 4. 4) Vynuluj elektroměr před měřením. Spusť motor a sleduj počet joulů na elektroměru. Stopni a zapiš čas tA , za jak dlouho se na elektroměru objeví 1 joule (kdy motor vykonal práci WA = 1 J). 5) Přestav model A na model B (E-motor posuň na 3.tyč) podle návodu na stranách 3 a 4. 6) Vynuluj elektroměr před měřením. Spusť motor a sleduj počet joulů na elektroměru. Stopni a zapiš čas tB , za jak dlouho se na elektroměru objeví 1 joule (kdy motor vykonal práci WB = 1 J). 7) Přestav model B na model C (vyměň krajní ozubené kolo za velké) podle návodu na straně 4. 8) Vynuluj elektroměr před měřením. Spusť motor a sleduj počet joulů na elektroměru. Stopni a zapiš čas tC , za jak dlouho se na elektroměru objeví 1 joule (kdy motor vykonal práci 1 J). Práci musíme přepočítat, protože se ozubená kola liší počtem zubů a tyč u E-motoru se otáčí méněkrát než u modelu A. Musíme proto brát zřetel na poměr zubů kol! WC = 1 J • nC / nA,B 9) Přestav model C na model D (vyměň velké ozubené kolo za střední a malé kolo) podle návodu na straně 5. 10) Vynuluj elektroměr před měřením. Spusť motor, sleduj počet joulů na elektroměru. Stopni a zapiš čas tD , za jak dlouho se na elektroměru objeví 1 joule (kdy motor vykonal práci 1 J). Práci musíme přepočítat, protože se ozubená kola liší počtem zubů a tyč u E-motoru se otáčí víckrát než u modelu A. Musíme proto brát zřetel na poměr zubů kol! WD = 1 J • nD / nA,B 11) Vypočítej výkony jednotlivých modelů PA , PB , PC a PD podle vzorce pro výkon. 12) Vypočítej účinnost modelů B,C a D vzhledem k modelu A ηB , ηC a ηD podle vzorce η = P / P´. Vypracování úlohy : 2) POČTY ZUBŮ : Počet zubů středních kol nA,B = ................................ Počet zubů velkého kola nC = ................................... Počet zubů malého kolečka nD = ................................ 4,6,8) ČAS NAMĚŘENÍ 1 J : tA = ................................ s, tC = ................................ s, 8

tB = ................................ s tD = ................................ s

VYKONANÁ PRÁCE : WA = 1 J ,

WB = 1 J

1 • nC 1 • ........... WC = --- = ----- = ..................... J nA,B ............... 1 • nD 1 • ........... WD = --- = ----- = ....................... J nA,B ............ 11) VÝKON MODELŮ :

WA ........... PA = --- = ----- = ...................... W tA ........... WB ........... PB = --- = ----- = ....................... W tB ........... WC ........... PC = --- = ----- = ...................... W tC ........... WD ........... PD = --- = ----- = ...................... W tD ...........

12) ÚČINNOST MODELŮ :

ηB

PB ........... = --- = ----- = ....................... = …................ % PA ...........

PC ........... ηC = --- = ----- = ...................... = …............... % PA ........... PD ........... ηD = --- = ----- = ....................... = …................. % PA ............ Závěr (doplň správné odpovědi) : Největší účinnost má model ................... a nejmenší účinnost má model ........................ . Nejúčinnější je model .................., protože ....................................................................................................... ............................................................................................................................................................................ . 9

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : 2) POČTY ZUBŮ : Počet zubů středních kol nA,B = ........ 24 ............... Počet zubů velkého kola nC = ............. 40 ............... Počet zubů malého kolečka nD = .......... 8 …...........

4,6,8) ČAS NAMĚŘENÍ 1 J : tA = ............ 8 ............... s,

tB = ............ 9 .............. s

tC = ............ 95 .............. s,

tD = ............ 4 ............... s

VYKONANÁ PRÁCE : WA = 1 J ,

WB = 1 J

1 • nC 1 • ... 40 ... WC = --- = ----- = ......... 1,667 .......... J nA,B ..... 24 ..... 1 • nD 1 • ... 8 ... WD = --- = ----- = ........... 0,333 ........ J nA,B ..... 24 .....

11) VÝKON MODELŮ :

WA .... 1 ... PA = --- = ----- = ........... 0,125 …....... W tA .... 8 .... WB .... 1 ... PB = --- = ----- = .......... 0,111 …........ W tB .... 9 .... WC ... 1,667 ... PC = --- = ----- = ............ 0,018 .......... W tC .... 95 .... WD ... 0,333 ... PD = --- = ----- = ............ 0,083 …...... W tD .... 4 ...

10

12) ÚČINNOST MODELŮ :

ηB

PB ... 0,111 ... = --- = ----- = .... 0,888 ..... = ....... 88,8 ...... % PA ... 0,125 ...

PC ... 0,018 ... ηC = --- = ----- = .... 0,144 ..... = ...... 14,4 ..... % PA ... 0,125 .. PD ... 0,083 ... ηD = --- = ----- = .... 0,664 ..... = ..... 66,4 ...... % PA ... 0,125 ...

Závěr (doplň správné odpovědi) : Největší účinnost má model ....... B ....... a nejmenší účinnost má model ....... C ....... . Nejúčinnější je model ....... B ......., protože ........... poměr zubů ozubených kol je 1. (kola jsou stejně veliká a dochází k nejmenším ztrátám) ............................................ .

11

4. POTENCIÁLNÍ ENERGIE Pomůcky kromě LEGO sady : váhy, dlouhá široká deska, knihy nebo něco na podložení desky, pravítko či jiné délkové měřidlo, křída Zadání úlohy : 1) Sestav model A podle návodu (stránka 1 – 3). 2) Urči hmotnost mA modelu A pomocí vah. 3) Vezmi delší desku a na jedné straně ji podlož například knihami. Vznikne tak nakloněná rovina. 4) Dolů pod nakloněnou rovinu polož bílou kulatou kostku (viz strana 3 vpravo dole) 5) Změř výšku nakloněné roviny (až nahoře) h1. Odměř na nakloněné rovině poloviční výšku h2 a zaznač ji. 6) Vypočítej potenciální energii EP1 modelu A ve výšce h1 a potenciální energii EP2 v poloviční výšce h2. 7) Model A dej nahoru na nakloněnou rovinu. Pusť model tak, aby narazil dole na bílou kostku. 8) Model kostku posunul. Změř dráhu tohoto posunutí s1. 7) Model A dej znovu na nakloněnou rovinu, ale do poloviční výšky h2. Model opět pusť tak, aby narazil dole na bílou kostku. 8) Model kostku posunul do jiné vzdálenosti. Změř dráhu tohoto posunutí s2. 9) Přestav model A na model B (přidej zátěž) podle návodu na straně 4. 10) Urči hmotnost mB modelu B pomocí vah. 11) Vypočítej potenciální energii EP3 modelu B ve výšce h1. 12) Model B dej na nakloněnou rovinu do výšky h1. Pusť model zase tak, aby narazil dole na bílou kostku. 13) Změř dráhu tohoto posunutí s3. 14) Srovnej práci modelů v jednotlivých případech (podle toho, jak daleko odsunuly modely bílou kostku). Vypracování úlohy : hmotnost modelu A mA = ............. g = .............. kg hmotnost modelu B mB = ............. g = .............. kg výška h1 = ............. cm = .............. m poloviční výška h2 = ............. cm = .............. m dráha posunutí kostky : s1 = ............. cm = .............. m, s2 = ............. cm = .............. m, s3 = ............. cm = .............. m potenciální energie modelu A ve výšce h1 : EP1 = mA • g • h1 = .............. • ................ • ............... = ..................................... J potenciální energie modelu A ve výšce h2 : EP2 = mA • g • h2 = .............. • ................ • ............... = ..................................... J potenciální energie modelu A ve výšce h1 : EP3 = mB • g • h1 = .............. • ................ • ............... = ..................................... J SROVNÁNÍ PRÁCE – doplň A, B, 1, 2 : Nejmenší práce je vykonána modelem ....... při puštění modelu z výšky ............... . Největší práce je vykonána modelem .......... při puštění modelu z výšky ............... . Závěr (doplň správné odpovědi) : Zvětšíme-li výšku tělesa, potom bude vykonaná práce ................................................... . Zvětšíme-li výšku tělesa 2krát, potom se vykonaná práce změní .................................... . Zvětšíme-li hmotnost tělesa, potom bude vykonaná práce ............................................... . Zvětšíme-li hmotnost tělesa 2krát, potom se vykonaná práce změní ................................ . 12

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : hmotnost modelu A mA = ... 57... g = .. 0,057 .. kg

hmotnost modelu B mB = .. 114 .. g = .. 0,114 .. kg

výška h1 = ..... * ..... cm = ...... * ...... m poloviční výška h2 = ..... * ...... cm = ...... * ...... m * = výšky se různí, každá skupinka si může zvolit jinou, ale musí platit h1 = 2 h2 dráha posunutí kostky : s1 = ...... * ...... cm = ...... * ..... m, s2 = ..... * ..... cm = ...... * ..... m, s3 = ..... * ..... cm = ..... * ...... m * = dráhy se různí, protože modely sjíždí z různých výšek (zhruba musí platit s1 = 2 s2 a s3 = 2 s1 ) potenciální energie modelu A ve výšce h1 : EP1 = mA • g • h1 = ... 0,057 ... • ..... 10 ........ • ..... * ....... = .................. * ................... J potenciální energie modelu A ve výšce h2 : EP2 = mA • g • h2 = ... 0,057 ... • ..... 10 ...... • ...... * ...... = ................... * …................ J potenciální energie modelu A ve výšce h1 : EP3 = mB • g • h1 = ... 0,114 ... • ..... 10 ..... • ...... * ...... = ..................... * ................... J * = energie se různí, protože se liší výšky (zhruba musí platit EP1 = 2 EP2 a EP3 = 2 EP1 ) SROVNÁNÍ PRÁCE – doplň A, B, 1, 2 : Nejmenší práce je vykonána modelem .... A .... při puštění modelu z výšky ....... h2 ....... . Největší práce je vykonána modelem ..... B ..... při puštění modelu z výšky ....... h1 ........ . Závěr (doplň správné odpovědi) : Zvětšíme-li výšku tělesa, potom bude vykonaná práce .................... větší ............................... . Zvětšíme-li výšku tělesa 2krát, potom se vykonaná práce změní ............ 2krát ..................... . Zvětšíme-li hmotnost tělesa, potom bude vykonaná práce ................... větší ......................... . Zvětšíme-li hmotnost tělesa 2krát, potom se vykonaná práce změní ........... 2krát ............... .

13

5. KINETICKÁ ENERGIE Pomůcky kromě LEGO sady : váhy, křída, pravítko či jiné délkové měřidlo, stopky (hodinky) Zadání úlohy : 1) Sestav model podle návodu. 2) Urči hmotnost m modelu pomocí vah. 3) Do oranžového otočného kolečka baterie vsuň delší černou tyč (přesná velikost není důležitá) – viz spodní obrázek na poslední straně návodu. 4) Pootoč oranžovým kolečkem pomocí tyče na 1.čárku (tak, aby autíčko jelo směrem dopředu). Změř dráhu s1 , kterou auto urazí za čas t1 (zvol něco mezi 1 až 5 s). Vypočítej rychlost v1. 5) Pootoč oranžovým kolečkem pomocí tyče na 2.čárku (tak, aby autíčko jelo směrem dopředu). Změř dráhu s2 , kterou auto urazí za čas t2 (zvol něco mezi 1 až 5 s). Vypočítej rychlost v2. 6) Pootoč oranžovým kolečkem pomocí tyče na 3.čárku (tak, aby autíčko jelo směrem dopředu). Změř dráhu s3 , kterou auto urazí za čas t3 (zvol něco mezi 1 až 5 s). Vypočítej rychlost v3. 7) Kus před model (směrem dopředu) polož bílou kulatou kostku (viz strana 4). 8) Nastav auto na rychlost v1 a pusť jej tak, aby po chvíli narazil na bílou kostku. V TENTO OKAMŽIK IHNED auto zachyť, ať nepokračuje dál (jen sama bílá kostka se nárazem posune). 9) Změř délku tohoto posunutí d1. 10) Opakuj bod 9) a 10), ale s rychlostí v2 . Změř délku posunutí bílé kostky d2. 11) Opakuj bod 9) a 10), ale s rychlostí v3 . Změř délku posunutí bílé kostky d3. 12) Vypočítej kinetickou energii EK1 pohybující se rychlostí v1, kinetickou energii EK2 pohybující se rychlostí v2 a kinetickou energii EK3 pohybující se rychlostí v3. 13) Srovnej práci modelů v jednotlivých případech (podle toho, jak daleko odsunuly modely bílou kostku).

Vypracování úlohy : hmotnost modelu m = ............. g = .............. kg čas t1 = ............. s dráha s1 = ............. cm = .............. m rychlost v1 = s1 : t1 =....................... : ....................... = ........................................... m/s čas t2 = ............. s dráha s2 = ............. cm = .............. m rychlost v2 = s2 : t2 =....................... : ....................... = ........................................... m/s čas t3 = ............. s dráha s3 = ............. cm = .............. m rychlost v3 = s3 : t3 =....................... : ....................... = ........................................... m/s

14

délka posunutí bílé kostky : d1 = ............. cm = .............. m,

d2 = ............. cm = .............. m,

d3 = ............. cm = .............. m

kinetická energie modelu pohybující se rychlostí v1 : EK1 = ½ • m • v1 • v1 = ½ • .............. • ................ • ............... = ..................................... J kinetická energie modelu pohybující se rychlostí v2 : EK2 = ½ • m • v2 • v2 = ½ • .............. • ................ • ............... = ..................................... J kinetická energie modelu pohybující se rychlostí v3 : EK3 = ½ • m • v3 • v3 = ½ • .............. • ................ • ............... = ..................................... J

SROVNÁNÍ PRÁCE – doplň v1 , v2 , v3 : Nejmenší práci model vykoná, pohybuje-li se rychlostí ..................... . Největší práci model vykoná, pohybuje-li se rychlostí ....................... .

Závěr (doplň správné odpovědi) : Zvětšíme-li rychlost tělesa, potom bude vykonaná práce ................................................... . Zvětšíme-li rychlost tělesa 2krát, potom se vykonaná práce změní .................................... . Zvětšíme-li rychlost tělesa 3krát, potom se vykonaná práce změní .................................... .

15

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : hmotnost modelu m = ...... 170 ....... g = ....... 0,017 ....... kg čas t1 = ...... * ....... s dráha s1 = ...... * ....... cm = ....... * ....... m rychlost v1 = s1 : t1 =........... * ............ : ........... * ............ = ...................... * ..................... m/s čas t2 = ...... * ....... s dráha s2 = ...... * ....... cm = ....... * ....... m rychlost v2 = s2 : t2 =........... * ............ : .......... * ............. = ....................... * .................... m/s čas t3 = ...... * ....... s dráha s3 = ...... * ....... cm = ....... * ....... m rychlost v3 = s3 : t3 =......... * .............. : .......... * ............. = ....................... * .................... m/s * = veličiny se různí, skupinky si volí časy pohybu libovolně, navíc motory mohou být různě nabité (zhruba musí platit v2 = 2 v1 a v3 = 3 v1 ) délka posunutí bílé kostky : d1 = .... * .... cm = .... * .... m, d2 = .... * .... cm = .... * .... m, d3 = .... * .... cm = .... * .... m * = posunutí se různí, motory mohou být různě nabité (zhruba musí platit d2 = 4 d1 a d3 = 9 d1 ) kinetická energie modelu pohybující se rychlostí v1 : EK1 = ½ • m • v1 • v1 = ½ • ..... 0,017 ...... • ..... * ........ • ..... * ...... = ................. * .................... J kinetická energie modelu pohybující se rychlostí v2 : EK2 = ½ • m • v2 • v2 = ½ • .... 0,017 ....... • ...... * ........ • ..... * ....... = ................. * .................. J kinetická energie modelu pohybující se rychlostí v3 : EK3 = ½ • m • v3 • v3 = ½ • .... 0,017 ....... • ...... * ........ • ...... * ...... = .................. * ................. J * = energie se různí, protože se mohou lišit rychlosti kvůli různému nabití motorů, zhruba musí platit EK2 = 4 EK1 a EK3 = 9 EK1 , (nešlo brát mocniny rychlosti, neměli mocniny probrané) SROVNÁNÍ PRÁCE – doplň v1 , v2 , v3 : Nejmenší práci model vykoná, pohybuje-li se rychlostí ........ v1 ........... . Největší práci model vykoná, pohybuje-li se rychlostí ........... v3 ........... . Závěr (doplň správné odpovědi) : Zvětšíme-li rychlost tělesa, potom bude vykonaná práce ........................ větší ........................... . Zvětšíme-li rychlost tělesa 2krát, potom se vykonaná práce změní .............. 4krát ................... . Zvětšíme-li rychlost tělesa 3krát, potom se vykonaná práce změní ............... 9krát .................. . 16

6. ZÁKON ZACHOVÁNÍ ENERGIE Pomůcky kromě LEGO sady : 4 kovové kuličky, pravítko nebo jiné měřidlo Zadání úlohy : 1) Sestav model podle návodu A (po bod 7). 2) Postav vozíček podél pravítka (předními koly k nule). Za zadní kola dej zarážku (stačí i podložit prstem), aby vozíček nemohl couvnout. 3) Polož do vozíčku k zadní části (vyvýšené) 1 kuličku a opatrně ji pusť. 4) Zapiš o jakou dráhu s1 se vozíček posune dopředu. 5) Opakuj bod 2) a 3) se 2 kuličkami (pouštěj je najednou). Zapiš o jakou dráhu s2 se vozíček posune. 6) Opakuj bod 2) a 3) se 3 kuličkami (pouštěj je najednou). Zapiš o jakou dráhu s3 se vozíček posune. 7) Opakuj bod 2) a 3) se 4 kuličkami (pouštěj je najednou). Zapiš o jakou dráhu s4 se vozíček posune. 8) Sestav model B – na model A nasaď zátěžovou část (bod 8 – 11). 9) Postav opět vozíček podél pravítka (předními koly k nule) a za zadní kola dej zarážku (můžeš podložit prstem), aby vozíček nemohl couvnout. 10) Zátěžovou kostku otoč zdola o 90° (o pravý úhel – tyč zátěže bude kolmo k bokům vozíčku). Zátěž opatrně pusť a zapiš dráhu sA o jakou se vozíček posune dopředu. 11) Opakuj bod 9) a 10), ale zátěžovou kostku otoč výš (ne úplně – tyč bude někde nad velkým kolem). Zátěž opatrně pusť a zapiš dráhu sB o jakou se vozíček posune dopředu. 12) Opakuj bod 9) a 10), ale zátěžovou kostku otoč o 180° (úplně nahoru – tyč bude nad zadním nosníkem). Zátěž opatrně pusť a zapiš dráhu sC o jakou se vozíček posune dopředu. Vypracování úlohy : DRÁHA POSUNUTÍ VOZÍČKU PŘI POUŠTĚNÍ KULIČEK : s1 = ................................ mm, s2 = ................................ mm, s3 = ................................ mm, s4 = ................................ mm POROVNEJ ZJIŠTĚNÉ DRÁHY : ................................................................................................................ DRÁHA POSUNUTÍ VOZÍČKU PŘI POUŠTĚNÍ ZÁTĚŽE : sA = ................................ mm, sB = ................................ mm,

sC = ................................ mm

POROVNEJ ZJIŠTĚNÉ DRÁHY : ................................................................................................................ Závěr (odpověz na otázky) : Která energie se mění v jakou? ...................................................................................................................... Jaký zákon se tady projevuje?

......................................................................................................................

Jak se mění dráha vozíčku s rostoucí hmotností kuliček? ........................................................................... Jak se mění dráha vozíčku s větší výškou pouštění zátěže? .........................................................................

17

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : DRÁHA POSUNUTÍ VOZÍČKU PŘI POUŠTĚNÍ KULIČEK : s1 = ............... * ................. mm, s2 = ................ * ................ mm, s3 = ............... * ................. mm, s4 = ................ * ................ mm POROVNEJ ZJIŠTĚNÉ DRÁHY : ...................... s1 < s2 < s3 < s4 ....................................................... DRÁHA POSUNUTÍ VOZÍČKU PŘI POUŠTĚNÍ ZÁTĚŽE : sA = ............ * ................. mm, sB = ............ * ................. mm,

sC = ............... * .............. mm

POROVNEJ ZJIŠTĚNÉ DRÁHY : ................................... sA < sB < sC ................................................... * = dráhy se mohou lišit, záleží na hmotnosti kuliček, úhlu otočení zátěže a podkladu pod vozíčkem (druhu podlahy)

Závěr (odpověz na otázky) : Která energie se mění v jakou? …........... potenciální (polohová) v kinetickou (pohybovou) ............. Jaký zákon se tady projevuje?

............................... zákon zachování energie ...........................................

Jak se mění dráha vozíčku s rostoucí hmotností kuliček? ..................... zvětšuje se ................................... Jak se mění dráha vozíčku s větší výškou pouštění zátěže? .................. zvětšuje se ....................................

18

7. ENERGIE PRUŽNOSTI Pomůcky kromě LEGO sady : 2 různé gumičky (lišící se délkou nebo pevností), malé papírové kuličky (udělané z kousku měkkého papíru), pravítko nebo jiné měřidlo Zadání úlohy : 1) Natrhej papír na větší kousky a smotej každý do kuličky, vzniknou tak papírové míčky (průměr asi kolem 1 cm). 2) Sestav model podle návodu. Při práci s modelem je nutné přidržovat spodek stojanů (kvůli stabilitě modelu). 3) Na katapult nasaď 1.gumičku. Do důlku v horní části katapultu vlož papírový míček, rameno katapultu zatlač mírně dozadu a pusť. Změř dráhu sA1 letu míčku. 4) Vrať míček na katapult, rameno katapultu zatlač tentokrát víc dozadu a pusť. Změř dráhu sA2 letu míčku. 5) Posuň černou spojku u kola výš (o 2 zdířky nahoru). Opět nasaď 1.gumičku (bude víc natažená). Vlož do katapultu míček, rameno katapultu zatlač mírně dozadu a pusť. Změř dráhu sA3 letu míčku. 6) Vrať míček na katapult, rameno katapultu zatlač tentokrát víc dozadu a pusť. Změř dráhu sA4 letu míčku. 7) Posuň černou spojku zpět ke kolu. 1.gumičku přelož v půli a znovu nasaď (dvojitou). Vlož do katapultu míček, rameno katapultu zatlač mírně dozadu a pusť. Změř dráhu sA5 letu míčku. 8) Vrať míček na katapult, rameno katapultu zatlač tentokrát víc dozadu a pusť. Změř dráhu sA6 letu míčku. 9) Nasaď na model 2.gumičku. Opakuj všechny body 3) až 8), změřené dráhy zapisuj postupně jako sB1 , sB2 , sB3 , sB4 , sB5 , sB6 . Vypracování úlohy : DRÁHA LETU MÍČKU – 1.GUMIČKA : sA1 = ................................ cm, sA2 = ................................ cm, sA4 = ................................ cm, sA5 = ................................ cm, DRÁHA LETU MÍČKU – 2.GUMIČKA : sB1 = ................................ cm, sB2 = ................................ cm, sB4 = ................................ cm, sB5 = ................................ cm,

sA3 = ................................ cm, sA6 = ................................ cm sB3 = ................................ cm, sB6 = ................................ cm

POROVNEJ TYTO DRÁHY : sA1 ............ sA2 , sA3 ............ sA4 , sA5 ............ sA6 , sB1 ............ sB2 , sB3 ............ sB4 , sA1 ............ sA3 , sA1 ............ sA5 , sA2 ............ sA4 , sA2 ............ sA6 , sB1 ............ sB3 , sB1 ............ sB5 , sB2 ............. sB4 , sB2 ............ sB6 , sA1 ............ sB1 , sA3 ............ sB3 , sA5 ............ sB5

sB5 ............ sB6

Závěr (doplň správné odpovědi – větší, menší, stejnou) : Natáhneme-li gumičku víc, urazí papírový míček ....................................... dráhu. Přeložíme-li gumičku napůl a takto ji nasadíme, urazí papírový míček ....................................... dráhu. Má-li gumička větší pevnost, urazí papírový míček ....................................... dráhu. Odpověz na otázky : Která energie se mění v jakou? ...................................................................................................................... Jaký zákon se tady projevuje? ......................................................................................................................

19

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : DRÁHA LETU MÍČKU – 1.GUMIČKA : sA1 = ............. * ............... cm,

sA2 = ............. * ............... cm,

sA3 = ............. * ............... cm,

sA4 = ............. * ............... cm,

sA5 = ............. * ............... cm,

sA6 = ............. * ............... cm

DRÁHA LETU MÍČKU – 2.GUMIČKA : sB1 = ............. * ............... cm,

sB2 = ............. * ............... cm,

sB3 = ............. * ............... cm,

sB4 = ............. * ............... cm,

sB5 = ............. * ............... cm,

sB6 = ............. * ............... cm

* = dráhy se liší, každá skupinka má jiné gumky (platí ale následující nerovnosti) POROVNEJ TYTO DRÁHY : sA1 .... < ... sA2 ,

sA3 .... < ... sA4 ,

sA5 .... < ... sA6 ,

sB1 .... < ... sB2 ,

sA1 .... < ... sA3 ,

sA1 .... < ... sA5 ,

sA2 .... < ... sA4 ,

sA2 .... < ... sA6 ,

sB1 .... < ... sB3 ,

sB1 .... < ... sB5 ,

sB2 .... < ... sB4 ,

sB2 .... < ... sB6 ,

sA1 .... * ... sB1 ,

sA3 .... * ... sB3 ,

sA5 .... * ... sB5

sB3 .... < ... sB4 ,

sB5 .... < ... sB6

* = nerovnosti závisí na délce a tuhosti použitých gumiček Závěr (doplň správné odpovědi – větší, menší, stejnou) : Natáhneme-li gumičku víc, urazí papírový míček ................ větší ....................... dráhu. Přeložíme-li gumičku napůl a takto ji nasadíme, urazí papírový míček ................... větší .............. dráhu. Má-li gumička větší pevnost, urazí papírový míček ..................... větší .................. dráhu. Odpověz na otázky : Která energie se mění v jakou? …........... energie pružnosti v kinetickou (pohybovou)/práci .................. Jaký zákon se tady projevuje?

20

.................................. zákon zachování energie ...........................................

8. ENERGIE VĚTRU Pomůcky kromě LEGO sady : NIC NENÍ POTŘEBA Zadání úlohy : 1) Sestav model podle návodu. 2) Sundej z motoru vrch s vrtulí a nastav motor na střední rychlost blíže k vrtuli (pootoč oranžovým kolečkem pomocí tyče na prostřední čárku). 3) Nasaď vrch s vrtulí zpět, zapni motor a sleduj, co se stane. 4) Znovu sundej z motoru vrch s vrtulí a nastav motor na maximální rychlost stejným směrem (pootoč oranžovým kolečkem pomocí tyče na poslední čárku). 5) Nasaď vrch s vrtulí zpět, zapni motor a opět pozoruj, co se změní. 6) Zase sundej z motoru vrch s vrtulí, nech motor nastaven na maximální rychlosti. Z vrtule sundej 2 protilehlé listy (zůstanou jen 2 jakoby do přímky). 7) Opět nasaď vrch s vrtulí zpět, zapni motor a pozoruj, co se změní. 8) Opakuj body 2) až 7), ale motor nastavuj opačným směrem–dále od vrtule (otáčej oranžovým kolečkem pomocí tyče na druhou stranu). POZOR!!! NEDOTÝKEJ SE, ANI SE NEPŘIBLIŽUJ K TOČÍCÍ SE VRTULI!!!!! Vypracování úlohy : VYBER SPRÁVNOU ODPOVĚĎ–vůbec, k vrtuli, od vrtule, stejně rychle, pomaleji, rychleji : Je-li motor nastaven na střední rychlost blíže k vrtuli, rozjede se model směrem .......................................... Nastavíme-li rychlost motoru na maximum, pojede model .............................................................................. Sundáme-li 2 listy vrtule, pojede model ................................................................................................................ Nastavíme-li motor na střední rychlost dále od vrtule, rozjede se model směrem ......................................... Nastavíme-li rychlost motoru na maximum, pojede model ............................................................................... Sundáme-li 2 listy vrtule, pojede model ................................................................................................................ Závěr (odpověz na otázky) : Je-li vítr silnější, je pohyb .................................................................................................................................. Má-li vrtule více listů, je pohyb ........................................................................................................................ Jaký zákon se tady projevuje? ............................................................................................................................ Jaká energie je pohonem? .................................................................................................................................. V jakou energii se tato energie mění? .............................................................................................................. 21

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : VYBER SPRÁVNOU ODPOVĚĎ – vůbec, k vrtuli, od vrtule, stejně rychle, pomaleji, rychleji : Je-li motor nastaven na střední rychlost blíže k vrtuli, rozjede se model směrem ...........od vrtule * .......... Nastavíme-li rychlost motoru na maximum, pojede model ........................... rychleji ................................... Sundáme-li 2 listy vrtule, pojede model ............................................... pomaleji .............................................. Nastavíme-li motor na střední rychlost dále od vrtule, rozjede se model směrem ........... k vrtuli * .......... Nastavíme-li rychlost motoru na maximum, pojede model ........................... rychleji .................................. Sundáme-li 2 listy vrtule, pojede model ............................................... pomaleji ............................................. * pohyb může být opačně – závisí na původním nastavení motoru

Závěr (odpověz na otázky) : Je-li vítr silnější, je pohyb ................................................. rychlejší ................................................................... Má-li vrtule více listů, je pohyb ........................................ rychlejší ................................................................... Jaký zákon se tady projevuje? .................................. zákon zachování energie ............................................... Jaká energie je pohonem? ................................................ větrná energie .......................................................... V jakou energii se tato energie mění? ......................... v kinetickou (pohybovou) energii .........................

22

9. VODNÍ ENERGIE Pomůcky kromě LEGO sady : Hodinky nebo stopky, proud vody (vodovodní kohoutek) Zadání úlohy : 1) Sestav model podle návodu. Chytni jej za zátěžovou kostku. Pootoč vrtulí a zjisti, jestli tvá ruka nevadí jejímu pohybu (ruku posuň tak, aby se vrtule otáčela volně). 2) Pusť vodu malým proudem. Pozor, ať voda nestříká ven z umyvadla!!! Pod proud vody vlož vrtuli (jen listy vrtule). Ruku natoč tak, aby se vrtule hladce (třeba i pomalu) točila. Teprve potom začni s měřením. 3) Spočítej, kolikrát klapne (zvedne se a vrátí se zpět) bílý nosník na vačkách během 1 minuty. Počet zapiš. Pokud se vrtule přestane točit, natoč listy do proudu tak, aby se vrtule opět roztočila. 4) Pusť vodu větším proudem a opakuj vše z předchozích bodů 2) a 3). 5) Sundej z vrtule 1 list (zůstanou jen 3 listy vrtule). Zopakuj body 2) až 4). Snaž se pustit vodu přibližně stejnými proudy jako u předchozích měření. Oba počty z měření opět zapiš. 6) Sundej z vrtule ještě 1 list, tak aby zůstaly 2 listy v přímce. Zopakuj body 2) až 4). Snaž se pustit vodu přibližně stejnými proudy jako u předchozích měření. Oba počty z měření opět zapiš. POZOR!!! NEDOTÝKEJ SE, ANI SE NEPŘIBLIŽUJ K TOČÍCÍ SE VRTULI!!!!! Vypracování úlohy : 4 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malém proudu vody ................................ . Počet klapnutí při velkém proudu vody ................................ . 3 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malém proudu vody ................................ . Počet klapnutí při velkém proudu vody ................................ . 2 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malém proudu vody ................................ . Počet klapnutí při velkém proudu vody ................................ . Závěr (doplň správné odpovědi) : Pustíme-li vodu větším proudem, bude vykonaná práce (počet klapnutí) ................................................ Má-li vrtule více listů, je vykonaná práce (počet klapnutí) .......................................................................... Jaký zákon se tady projevuje? ...................................................................................................................... Voda padá na vrtuli, roztáčí ji a následně nadzvedává nosník. Napiš postupné přeměny energie (ne vodní!!) : ................................................. → ................................................. → ..............................................

23

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : 4 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malém proudu vody ............... * ................. . Počet klapnutí při velkém proudu vody .............. * ................. . 3 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malém proudu vody ............... * ................. . Počet klapnutí při velkém proudu vody .............. * ................. . 2 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malém proudu vody ............... * ................. . Počet klapnutí při velkém proudu vody .............. * ................. . * = každá skupinka pouští vodu jiným proudem a jinak vrtuli natáčí (ale v druhých řádcích musí být počet klapnutí vždy větší, a s ubývajícími listy vrtule se počet klapnutí zmenšuje)

Závěr (doplň správné odpovědi) : Pustíme-li vodu větším proudem, bude vykonaná práce (počet klapnutí) ................ větší ............................ Má-li vrtule více listů, je vykonaná práce (počet klapnutí) ............................... větší ....................................... Jaký zákon se tady projevuje?

............................... zákon zachování energie ...............................................

Voda padá na vrtuli, roztáčí ji a následně nadzvedává nosník. Napiš postupné přeměny energie (ne vodní!!) : ...... polohová (potenciální) ...... → ...... pohybová (kinetická) ...... → ................... práce ......................

24

10. VĚTRNÁ ENERGIE Pomůcky kromě LEGO sady : Hodinky nebo stopky, proud vzduchu (např. větrák s nastavitelnou rychlostí) Zadání úlohy : 1) Nachystej si model s vrtulí z předchozího úkolu = Fy10 Vodní energie. Sestav model podle návodu (spoj předchozí model Fy10 s podstavcem). Vzadu dole podstavec přidržuj kvůli stabilitě. Pootoč vrtulí a zjisti, jestli tvá ruka nevadí jejímu pohybu (ruku posuň, aby se vrtule otáčela volně). 2) Nastav větrák na malou rychlost. Přímo proti větráku postav (a přidržuj) vyrobený model tak, aby se vrtule hladce (třeba i pomalu) točila. Teprve potom začni s měřením. 3) Spočítej, kolikrát klapne (zvedne se a vrátí se zpět) bílý nosník na vačkách během 1 minuty. Počet zapiš. Pokud se vrtule přestane točit, natoč listy do proudu tak, aby se vrtule opět roztočila. 4) Nastav větrák na větší rychlost a opakuj vše z předchozích bodů 2) a 3). 5) Sundej z vrtule 1 list (zůstanou jen 3 listy vrtule). Zopakuj body 2) až 4). Nastavuj větrák na stejné rychlosti jako u předchozích měření. Oba počty z měření opět zapiš. 6) Sundej z vrtule ještě 1 list, tak aby zůstaly 2 listy v přímce. Zopakuj body 2) až 4). Nastavuj větrák na stejné rychlosti jako u předchozích měření. Oba počty z měření opět zapiš. POZOR!!! NEDOTÝKEJ SE, ANI SE NEPŘIBLIŽUJ K TOČÍCÍ SE VRTULI!!!!! Vypracování úlohy : 4 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malé rychlosti větráku ............................... . Počet klapnutí při velké rychlosti větráku ............................... . 3 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malé rychlosti větráku ............................... . Počet klapnutí při velké rychlosti větráku ............................... . 2 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malé rychlosti větráku ............................... . Počet klapnutí při velké rychlosti větráku ............................... . Závěr (doplň správné odpovědi) : Bude-li mít větrák větší rychlost otáčení (je-li vítr silnější), bude vykonaná práce (počet klapnutí) ........................................................................................................................................................ . Má-li vrtule více listů, je vykonaná práce (počet klapnutí) .................................................... . Jaký zákon se tady projevuje? ................................................................................................ . Vítr vzniklý u větráku roztáčí vrtuli a pak nadzvedává nosník. Napiš postupné přeměny energie (ne větrnou!!) : ................................................. → ................................................. → .............................................. 25

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : 4 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malé rychlosti větráku ............... * ................. . Počet klapnutí při velké rychlosti větráku .............. * ................. . 3 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malé rychlosti větráku ............... * ................. . Počet klapnutí při velké rychlosti větráku .............. * ................. . 2 listy na vrtuli : Počet klapnutí při malé rychlosti větráku ............... * ................. . Počet klapnutí při velké rychlosti větráku .............. * ................. . * = každá skupinka pouští větrák jinou rychlostí a jinak vrtuli natáčí (ale v druhých řádcích musí být počet klapnutí vždy větší, a s ubývajícími listy vrtule se počet klapnutí zmenšuje)

Závěr (doplň správné odpovědi) : Bude-li mít větrák větší rychlost otáčení (je-li vítr silnější), bude vykonaná práce (počet klapnutí) ................................................................. větší ...................................................................................................... Má-li vrtule více listů, je vykonaná práce (počet klapnutí) ........................... větší ........................................ Jaký zákon se tady projevuje? ............................... zákon zachování energie ................................................ Vítr vzniklý u větráku roztáčí vrtuli a pak nadzvedává nosník. Napiš postupné přeměny energie (ne větrnou!!) : ............. elektrická ............. → ......... pohybová (kinetická) .......... → ................... práce .....................

26

11. TEPLO Pomůcky kromě LEGO sady : Kádinka, voda, teploměr, hodinky nebo stopky Zadání úlohy : 1) Sestav model podle návodu. Při práci dej pozor, aby se na baterii ani motor nedostala voda!!! Baterii drž úplně stranou od vody. 2) Do kádinky dej trochu vody (jen kolem 10 ml), urči její objem VA a vypočítej její hmotnost mA. Změř teplotu vody tA0 . 3) Šlehače modelu mixéru vlož do kádinky s vodou, sepni motor a šlehej 2 min. Po dvou minutách změř teplotu vody tA2 . 4) Šlehej vodu další 3 min. Celkem po 5 minutách změř teplotu vody tA5 . 5) Šlehej vodu dalších 5 min. Celkem po 10 minutách změř teplotu vody tA10 . 6) Dej do kádinky dvojnásobné množství vody VB = 2 VA a vypočítej její hmotnost mB. Změř teplotu vody tB0 . 7) Opakuj bod 3) až 5) a změř teploty tB2 , tB5 , tB10 . POZOR!!! NEDOTÝKEJ SE, ANI SE NEPŘIBLIŽUJ K TOČÍCÍM SE ŠLEHAČŮM!!! Vypracování úlohy : objem vody VA = ................ ml = ................. m3 hmotnost vody mA = VA • ρ =......................... = = ...................... kg teplota před mixováním tA0 = ...................... ºC teplota po 2 min. mixování tA2 = .................. ºC teplota po 5 min. mixování tA5 = .................. ºC teplota po 10 min. mixování tA10 = ............... ºC

objem vody VB = ................ ml = ................. m3 hmotnost vody mA = VA • ρ =......................... = = ...................... kg teplota před mixováním tB0 = ...................... ºC teplota po 2 min. mixování tB2 = ................... ºC teplota po 5 min. mixování tB5 = ................... ºC teplota po 10 min. mixování tB10 = ................ ºC

Porovnej dané teploty : tA0 ........... tA2 , tA0 .......... tA5 , tA0 .......... tA10 , tA2 ......... tA5 , tA2 ......... tA10 , tA5 ........ tA10 tB0 .......... tB2 , tB0 .......... tB5 , tB0 .......... tB10 , tB2 .......... tB5 , tB2 .......... tB10 , tB5 ........ tB10 Spočítej o kolik se změnily dané teploty : tA2 - tA0 = .............................. = .................. ºC tB2 - tAB0 = .............................. = .................. ºC tA5 - tA0 = ............................... = .................. ºC tB5 - tAB0 = .............................. = .................. ºC tA10 - tA0 = ............................. = .................. ºC tB10 - tAB0 = ............................. = .................. ºC Porovnej tyto změny teplot : tA2 - tA0 ............ tB2 - tB0 , tA5 - tA0 ............ tB5 - tB0 , tA10 - tA0 ............ tB10 - tB0 Závěr – doplň správné odpovědi (nemění, snižuje, zvyšuje, pomaleji, rychleji) : Čím déle je konána práce (šlehání), tím se teplota vody víc ....................................................... . Šleháme-li více vody, bude se teplota vody měnit ........................................................................ . Odpověz na otázky : Která energie se mění v jakou? ....................................................................................................... . Jaký zákon se tady projevuje? .......................................................................................................... .

27

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : objem vody VA = ...... *....... ml = ....... * ....... m3 hmotnost vody mA = VA • ρ = ... * • 1 000 ..... =

objem vody VB = ...... *....... ml = ....... * ....... m3 hmotnost vody mA = VA • ρ = ... * • 1 000 ..... =

= ........... * ........... kg

= .......... * ............ kg

teplota před mixováním tA0 = ............. * ........ ºC

teplota před mixováním tB0 = .............. * ........ ºC

teplota po 2 min. mixování tA2 = ......... * ........ ºC

teplota po 2 min. mixování tB2 = ......... * ........ ºC

teplota po 5 min. mixování tA5 = ......... * ........ ºC

teplota po 5 min. mixování tB5 = .......... * ........ ºC

teplota po 10 min. mixování tA10 = ...... * ........ ºC

teplota po 10 min. mixování tB10 = ...... * ....... ºC

Porovnej dané teploty : tA0 .... < .... tA2 , tA0 .... < .... tA5 , tA0 .... < .... tA10 , tA2 .... < .... tA5 , tA2 .... < .... tA10 , tA5 .... < .... tA10 tB0 .... < .... tB2 , tB0 .... < .... tB5 , tB0 .... < ..... tB10 , tB2 .... < ..... tB5 , tB2 .... < .... tB10 , tB5 .... < .... tB10 Spočítej, o kolik se změnily dané teploty : tA2 - tA0 = ............ * ............... = ....... * ....... ºC

tB2 - tAB0 = ............ * ............... = ....... * ....... ºC

tA5 - tA0 = ............ * ............... = ....... * ....... ºC

tB5 - tAB0 = ............ * ............... = ....... * ....... ºC

tA10 - tA0 = ............ * .............. = ....... * ....... ºC

tB10 - tAB0 = ........... * ............... = ....... * ....... ºC

Porovnej tyto změny teplot : tA2 - tA0 .... > .... tB2 - tB0 ,

tA5 - tA0 .... > .... tB5 - tB0 ,

tA10 - tA0 .... > .... tB10 - tB0

* = teploty a jejich rozdíly se liší, každá skupinka má jiné množství vody a jinou počáteční teplotu (ale nerovnosti platí podle řešení) Závěr – doplň správné odpovědi (nemění, snižuje, zvyšuje, pomaleji, rychleji) : Čím déle je konána práce (šlehání), tím se teplota vody víc ..................... zvyšuje ........................................ Šleháme-li více vody, bude se teplota vody měnit .................................. pomaleji .......................................... Odpověz na otázky : Která energie se mění v jakou? .. kinetická (pohybová) nebo práce, případně elektrická v teplo (tepelnou). Jaký zákon se tady projevuje? ................................... zákon zachování energie ...............................................

28

12. HUSTILKA Pomůcky kromě LEGO sady : Hodinky nebo stopky, nafukovací balónek, (provázek na upevnění a uzavření balónku) Zadání úlohy : 1) Sestav model A podle návodu na stranách 1 – 4. 2) Zatoč kolečky u motoru a zkontroluj, že pohyb pumpičky je bez problémů. 3) Na volný konec hadičky nasaď nafukovací balónek, vyfoukni z něj vzduch. Konec balónku pořádně zatoč kolem hadičky a pevně stiskni, aby nemohl nikudy unikat vzduch. 4) Pusť motor a změř čas tA, za jak dlouho se balónek vyplní vzduchem (hlídej jen, aby se narovnal, ať lze srovnávat – nečekej na úplné nafouknutí, nedalo by se srovnávat). 5) Přidej k modelu A cisternu, aby vznikl model B (viz návod strany 5 a 6). 6) Opět nasaď na volný konec hadičky nafukovací balónek a vyfoukni z něj vzduch. Konec balónku zase pořádně zatoč kolem hadičky a pevně stiskni, aby neunikal vzduch. 7) Pusť motor a změř čas tB, za jak dlouho se balónek vyplní vzduchem (jen do narovnání balónku). 8) Sestav model C (návod – strana 6 dole). Na volný konec hadičky nasaď nafukovací balónek, vyfoukni z něj vzduch, konec balónku zatoč kolem hadičky a opět pevně stiskni. 9) Pořádně pumpuj palcem a změř čas tC, za jak dlouho se balónek vyplní vzduchem (do narovnání balónku). 10) Srovnej všechny změřené časy. 11) Zkus pustit motor opačným směrem a pozoruj změny. POZOR!!! NA PUMPIČKU A HADIČKY BUĎTE VELICE OPATRNÍ!!!! Vypracování úlohy : ČASY NAFUKOVÁNÍ BALÓNKU : tA = ................................... s, tB = ................................... s, POROVNEJ TYTO ČASY : tA .................. tB , tA .................. tC ,

tC = ................................... s,

tB .................. tC

Popiš změnu, jakou pozoruješ na fungování modelu, pustíš-li motor opačným směrem : ..................................................................................................................................................................................... Závěr (doplň správné odpovědi) : Nejpomaleji byl nafouknut balónek modelem ......., protože .............................................................................. Nejrychleji byl nafouknut balónek modelem ......., protože ................................................................................ Jaká vlastnost plynů pomáhá při nafukování balónku? ...................................................................................... Pustí-li se motor opačným směrem, balónek se opět nafukuje/nenafukuje, protože ..................................... ......................................................................................................................................................................................

29

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : ČASY NAFUKOVÁNÍ BALÓNKU : tA = .............. * ..................... s, tB = .................. * ................. s,

tC = ............... * .................... s,

* = skupinky používají různé balónky, baterie jsou jinak nabité a každý pumpuje jiným rytmem POROVNEJ TYTO ČASY : tA ........ < .......... tB , tA ........ > .......... tC ,

tB ......... > ......... tC

Popiš změnu, jakou pozoruješ na fungování modelu, pustíš-li motor opačným směrem : ........................ pumpička se s vačkou pohybuje dole/nahoře (podle vybraného směru) .......................... .

Závěr (doplň správné odpovědi) : Nejpomaleji byl nafouknut balónek modelem .. B .., protože ... se vzduch napřed hromadí v cisterně ..... Nejrychleji byl nafouknut balónek modelem .. C .., protože ... je pumpa mnohem větší (má větší objem) Jaká vlastnost plynů pomáhá při nafukování balónku? .................... prchavost (rozpínavost) ..................... Pustí-li se motor opačným směrem, balónek se opět nafukuje/nenafukuje, protože ...................................... ......................... opačně se točí jen motor, ale pumpa pumpuje stále stejně ................................................ .

30

13. REAKČNÍ POHON Pomůcky kromě LEGO sady : nafukovací balónek, pravítko nebo jiné měřidlo Zadání úlohy : 1) Sestav model podle návodu. 2) Jemně foukni do balónku, uprav jeho pozici tak, aby nafukovaný konec (v ústech) byl nad koncem poslední destičky. 3) Balónek trošku nafoukni, při vyndávání z úst přetoč konec o 180º a pevně stiskni, aby vzduch neunikal. 4) Model postav na rovnou zem, pusť konec balónku a sleduj, co se stane. Vzduch z balónku musí unikat směrem za model (ne pod něj). POZOR, AŤ BALÓNEK NEPRASKNE!!!! Pokud balónek odletí nebo se model nepohne, je nutné upravit pozici při nafukování (v bodě 2). 5) Změř dráhu posunutí modelu s1. 6) Opakuj body 2) až 5), ale balónek nafoukni více. Změř dráhu posunutí modelu s2. 7) Znovu opakuj body 2) až 5), ale balónek nafoukni ještě více (foukni aspoň 2krát). Změř dráhu posunutí modelu s3. 8) Srovnej změřené dráhy podle velikosti.

Vypracování úlohy : Vzduch z balónku se vyfukuje dozadu za model. Kterým směrem se model pohybuje? ................................ Dráha posunutí modelu : s1 = ............. cm = .............. m,

s2 = ............. cm = .............. m,

s3 = ............. cm = .............. m

SROVNÁNÍ DRAH MODELU : .................................. < .................................. < .................................. Závěr (doplň správné odpovědi) : Čím více balónek nafoukneme, tím bude dráha modelu .................................................................................. . Jaký zákon se tady projevuje?

..................................................................................................................... .

Jaká vlastnost plynů způsobuje tento pohyb .................................................................................................... . Napiš příklad z praxe, kde se reakční pohon využívá : ...................................................................................... ........................................................................................................................................................................... .

31

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : Vzduch z balónku se vyfukuje dozadu za model. Kterým směrem se model pohybuje? ....... dopředu ........ Dráha posunutí modelu : s1 = ..... * ..... cm = ..... * ..... m,

s2 = ..... * ..... cm = ..... * ..... m,

s3 = ..... * ..... cm = ..... * ..... m

* = skupinky používají různé balónky a různě je nafukují

SROVNÁNÍ DRAH MODELU : .............. s1 .................... < ............... s2 ................... < ............... s3 ...................

Závěr (doplň správné odpovědi) : Čím více balónek nafoukneme, tím bude dráha modelu ......................... větší ............................................... Jaký zákon se tady projevuje? .............. Zákon akce a reakce = 3. Newtonův pohybový zákon ................. Jaká vlastnost plynů způsobuje tento pohyb?............................ prchavost (rozpínavost) .............................. Napiš příklad z praxe, kde se reakční pohon využívá ............. např. letadla, raketoplán, čluny ...............

32

14. PASCALŮV ZÁKON Pomůcky kromě LEGO sady : NIC NENÍ POTŘEBA

Zadání úlohy : Při nasazování hadiček a prací s pumpami buďte VELMI OPATRNÍ, ať NEZNIČÍTE PUMPY A HADIČKY!!!!!! Pumpy jsou lehce pohyblivé, aby se hadičky lépe nasazovaly, ale POZOR, ať je NEZLOMÍTE (ANI jejich VÝPUSTI)!!!! 1) Sestav model A podle návodu. POZOR, aby byly pístnice obou velkých pístů zatlačeny dole. 2) Přidrž 1 píst dole a zmáčkni pružinovou pumpu. Pozoruj 2.píst a počkej, než se jeho pístnice úplně zastaví. 3) Bod 2) opakuj, než se dostane pístnice 2.pístu zcela nahoru (při dalším pumpnutí se už nepohne). VŽDY ČEKEJ NEŽ SE PÍSTNICE USTÁLÍ!!!!! Zapiš počet potřebných pumpnutí n1 . 4) Uvolni hadičku z pružinové pumpy a pístnice obou pístů stlač až dolů. Potom hadičku nasaď zpět. 5) Opakuj body 2) až 3), ale tentokrát přidrž dole 2.píst. Počet potřebných pumpnutí zapiš jako n2 . 6) Přestaň přidržovat 2.píst (nedrž žádný), stiskni 1.píst, potom opět 2., pak zase 1., .... a pozoruj, co se stane. 7) Znovu uvolni hadičku z pružinové pumpy a pístnice obou pístů stlač až dolů. Potom hadičku nasaď zpět. 8) Nepřidržuj ani jeden píst, zmáčkni pružinovou pumpu. Pozoruj oba písty, VŽDY počkej než se OBĚ jejich pístnice úplně zastaví. Po zastavení pístnic pumpni znovu. Zapiš, kolikrát je nutné pumpnout, aby se 1.pístnice n3 a 2.pístnice n4 dostaly až nahoru. 9) Přestav model A na model B (vyměň velký píst u nejdelší hadičky za malý píst). POZOR, aby byly pístnice obou pístů opět zatlačeny dole. 10) Přidrž velký píst dole a zmáčkni pružinovou pumpu. Pozoruj malý píst a počkej, než se jeho pístnice úplně zastaví. 11) Bod 10) opakuj, než se dostane pístnice malého pístu zcela nahoru (při dalším pumpnutí se už nepohne). VŽDY ČEKEJ NEŽ SE PÍSTNICE USTÁLÍ!!!!! Zapiš počet potřebných pumpnutí n5 . 12) Uvolni hadičku z pružinové pumpy a pístnice obou pístů stlač až dolů. Potom hadičku nasaď zpět. 13) Opakuj body 10) až 12), ale tentokrát přidrž dole malý píst. Počet potřebných pumpnutí zapiš jako n6 14) Nepřidržuj ani jeden píst, zmáčkni pružinovou pumpu. Pozoruj oba písty, počkej než se OBĚ jejich pístnice úplně zastaví. Po zastavení pístnic pumpni znovu. Zapiš, kolikrát je nutné pumpnout, aby se malá pístnice n7 a velká pístnice n8 dostaly až nahoru. 15) Porovnej vzájemně dvojice počtů pumpnutí n1 a n2 , n3 a n4 , n5 a n6 , n7 a n8 .

33

Vypracování úlohy : MODEL A (s oběma velkými písty) : n1 = ..................... , n2 = ..................... ,

n3 = ..................... ,

n4 = ..................... ,

MODEL B (s velkým a malým pístem) : n5 = ..................... , n6 = ..................... ,

n7 = ..................... ,

n8 = .....................

POROVNÁNÍ POČTŮ PUMPNUTÍ : n1 ..................... n2 , n3 ..................... n4 ,

n5 ..................... n6 ,

n7 ..................... n8

POZOROVÁNÍ Z BODU 6) : ......................................................................................................................... .............................................................................................................................................................................

Závěr (doplň správné odpovědi) : Jsou-li oba písty stejně veliké, bude píst u delší hadičky naplněn ................... než/jako píst u kratší hadičky, protože tlak ......................................................................................................................................................... . Jaký zákon se tady projevuje? ........................................................................................................................... .

Jsou-li oba písty různě veliké, bude malý píst naplněn ...................................................... než/jako velký píst, protože ............................................................................................................................................................... .

34

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : MODEL A (s oběma velkými písty) : n1 = ........ 2 ......... , n2 = ........ 2 ......... ,

n3 = ........ 3 ......... ,

n4 = ........ 3 ......... ,

MODEL B (s velkým a malým pístem) : n5 = ........ 1 ......... , n6 = ........ 2 ......... ,

n7 = ........ 1 ......... ,

n8 = ........ 2 .........

POROVNÁNÍ POČTŮ PUMPNUTÍ : n1 ........ = ......... n2 , n3 ........ = ......... n4 ,

n5 ........ < ......... n6 ,

n7 ........ < ......... n8

POZOROVÁNÍ Z BODU 6) : ............. Stlačením vyvýšené pístnice se vzduch přesune do 2.pístu, jeho pístnice se zvedne, stlačíme-li tuto pístnici, vzduch se vrátí zpět do 1.pístu a nadzvedne jeho pístnici, atd. (stále dokola – děj se opakuje). ...........................

Závěr (doplň správné odpovědi) : Jsou-li oba písty stejně veliké, bude píst u delší hadičky naplněn ... stejně ... než/jako píst u kratší hadičky, protože tlak ......................... se šíří všude stejně (při působení vnější síly) .................................................. . Jaký zákon se tady projevuje? .............................. Pascalův zákon.................................................................... .

Jsou-li oba písty různě veliké, bude malý píst naplněn .................... dříve ....................... než/jako velký píst, protože ..................................... malý píst má menší objem, délka hadičky nemá vliv ................................. .

35

15. HYDROSTATICKÝ TLAK Pomůcky kromě LEGO sady : Kelímek (např. od jogurtu, smetany, másla) s malým otvorem ve dně, plastelína, voda, menší hadřík a větší hadr na utření vody Zadání úlohy : Na HADIČKU buďte VELMI OPATRNÍ, ať ji NEZNIČÍTE (rozřezaný kelímek může být ostrý)!!!!!! 1) Sestav model podle návodu. Malou dírku do kelímku vám mohou udělat rodiče doma (NE VY SAMI, ať SI NEUBLÍŽÍTE!!!), na míru ji zvětšíme ve škole. 2) Plastelínou pořádně hadičku připevni a otvor v kelímku zadělej, aby voda nemohla vytéct. 3) Do kelímku nalij vodu (skoro plný kelímek). U šedé T-spojky uzavři prstem výpust, která míří do boku. Zvedni tento konec hadičky nad kelímek a postupně ho snižuj až dolů. Pozoruj, co se děje s vodou vytékající z T-spojky. Pro lepší pochopení můžeš pozorování opakovat – konec hadičky s T-spojkou střídavě pomalu posunovat nahoru a dolů. Samozřejmě vodu do kelímku dolévej podle potřeby. Pozor, ať voda nestříká ven z umyvadla!!! 4) Opakuj vše z bodu 3), ale u šedé T-spojky uzavři tentokrát prstem výpust, která míří nahoru. 5) Opakuj vše z bodu 3), ale neuzavírej žádnou výpust. Srovnej vytékání vody i s předchozímí pokusy. 6) Po skončení úlohy je nutné pořádně očistit hadičku od plastelíny (podle potřeby i uvnitř) a vše osušit. Vypracování úlohy : DOPLŇ SPRÁVNÉ ODPOVĚDI : Uzavřená boční výpust : Je-li konec hadičky s T-spojkou nad hladinou vody, potom voda ...................................................................... Je-li konec hadičky s T-spojkou přímo ve výšce hladiny vody, potom voda ..................................................... Je-li konec hadičky s T-spojkou pod hladinou vody, potom voda ...................................................................... Čím je konec hadičky s T-spojkou níž pod hladinou vody, tím je vodotrysk ................................................... Uzavřená horní výpust : Čím je konec hadičky s T-spojkou níž pod hladinou vody, voda dosahuje .................................. vzdálenosti. Neuzavřená žádná výpust : Platí předchozí zjištění i v tomto pokusu? ano/ne Dosah vody v tomto případě je .................................................................. než v předchozích dvou pokusech. Co musíš udělat, aby byl vodotrysk vyšší? (Pokud ti vyjde čas, své řešení ověř úpravou modelu). ...................................................................................................................................................................................... Závěr (doplň správné odpovědi) : Čím je hladina vody zásobníku výš nad fontánou, tím je proud vody .............................................................. Čím je hladina vody výš, tím je hydrostatický tlak u dna nádoby ..................................................................... Někdy je ve vodovodním potrubí malý tlak. V kterých patrech poteče voda slaběji? .................................... Stačí, aby byl vodojem jen o málo výš než nejvyšší patro v domě? Vysvětli. ..................................................................................................................................................................................... 36

ŘEŠENÍ : Vypracování úlohy : DOPLŇ SPRÁVNÉ ODPOVĚDI : Uzavřená boční výpust : Je-li konec hadičky s T-spojkou nad hladinou vody, potom voda ................... nevytéká ................................. Je-li konec hadičky s T-spojkou přímo ve výšce hladiny vody, potom voda ..... začíná bublat (vytékat) Je-li konec hadičky s T-spojkou pod hladinou vody, potom voda ............... vytéká (stříká) .......................... Čím je konec hadičky s T-spojkou níž pod hladinou vody, tím je vodotrysk ........... silnější/vyšší ............... Uzavřená horní výpust : Čím je konec hadičky s T-spojkou níž pod hladinou vody, tím voda dosahuje ...... do větší ..... vzdálenosti. Neuzavřená žádná výpust : Platí předchozí zjištění i v tomto pokusu? ano/ne Dosah vody v tomto případě je ........... slabší (vytéká 2 otvory) ............ než v předchozích dvou pokusech. Co musíš udělat, aby byl vodotrysk vyšší? (Pokud ti vyjde čas, své řešení ověř úpravou modelu). ............ např. napojit za T-spojku další hadičku a zvětšit výškový rozdíl pod hladinou vody .................

Závěr (doplň správné odpovědi) : Čím je hladina vody zásobníku výš nad fontánou, tím je proud vody ................. silnější ............................... Čím je hladina vody výš, tím je hydrostatický tlak u dna nádoby .................... větší ....................................... Někdy je ve vodovodním potrubí malý tlak. V kterých patrech poteče voda slaběji? ........ v horních ......... Stačí, aby byl vodojem jen o málo výš než nejvyšší patro v domě? Vysvětli. ... ne, musí být o dost výš, jinak by tlak v nejvyšších patrech byl moc slabý a voda by nemusela téct ....

37