Fyzikální pokusy a laboratorní práce

Projekt Lego ve výuce informatiky a fyziky

Fyzikální pokusy a laboratorní práce RNDr. Jaroslava Veselá Mgr. Eva Riessová

Obsah Ukázkové pokusy: 1. Teplotní senzor – pokles teploty chlazením................................................................................................. 2. Teplotní senzor – pokus s termotaškou......................................................................................................... 3. Pneumatické zařízení – vysokozdvižná plošina........................................................................................... 4. Teplotní senzor – změna vnitřní energie mícháním................................................................................... 5. Silové působení – síla a směr pohybu............................................................................................................

4 5 6 7 8

Laboratorní práce: 1. Senzor pulsometr – měření tepu pulsometrem............................................................................................. 9 2. Teplotní senzor – měrná tepelná kapacita................................................................................................... 10 3. Převody ozubenými koly................................................................................................................................. 11 4. Senzor elektrosmogu....................................................................................................................................... 12 5. Infrasenzor – měření tepelného záření infrasenzorem............................................................................... 13 6. Senzor vlhkosti – měření relativní vlhkosti prostředí................................................................................. 14 7. Zvukový senzor – měření intenzity zvuku.................................................................................................... 15 8. Hydraulické zařízení – mechanická "ruka"................................................................................................... 16 9. Optický senzor ................................................................................................................................................. 17 10. Voltmetr – měření napětí voltmetrem.......................................................................................................... 18

Řešení Ukázkové pokusy: 1. Teplotní senzor – pokles teploty chlazením................................................................................................. 19 2. Teplotní senzor – pokus s termotaškou......................................................................................................... 20 3. Pneumatické zařízení – vysokozdvižná plošina.......................................................................................... 21 4. Teplotní senzor – změna vnitřní energie mícháním.................................................................................. 22 5. Silové působení................................................................................................................................................. 23 Laboratorní práce: 1. Senzor pulsometr – měření tepu pulsometrem........................................................................................... 24 2. Teplotní senzor – měrná tepelná kapacita.................................................................................................... 25 3. Převody ozubenými koly................................................................................................................................ 26 4. Senzor elektrosmogu...................................................................................................................................... 27 5. Infrasenzor – měření tepelného záření infrasenzorem.............................................................................. 28 6. Senzor vlhkosti – měření relativní vlhkosti prostředí................................................................................ 30 7. Zvukový senzor – měření intenzity zvuku ................................................................................................... 31 8. Hydraulické zařízení – mechanická "ruka"................................................................................................... 33 9. Optický senzor.................................................................................................................................................. 34 10. Voltmetr – měření napětí voltmetrem ......................................................................................................... 36 Ukázka použitých senzorů.................................................................................................................................. 38

1. TEPLOTNÍ SENZOR – pokles teploty chlazením Cíl hodiny: Sledování změn teploty při odpařování. Vyhodnocení grafického záznamu dvou křivek ve dvou případech sledovaných dvěma teplotními senzory zároveň. Pomůcky: Dva teplotní senzory, programovatelná LEGO kostka, PC, diaprojektor, éter, skleněná miska na podložení vlhčeného senzoru, trubička na foukání vlhčeného senzoru. Postup práce: Dva teplotní senzory připojíme k PC přes programovatelnou LEGO kostku. 1) První teplotní senzor leží volně na pracovním stole ve třídě. 2) Druhý senzor obalíme tkaninou a polijeme éterem. UPOZORNĚNÍ: S éterem pracujeme rychle a místnost dobře větráme. 3) Zahájíme měření doprovázené grafickým záznamem závislosti teploty na čase. 4) První senzor měří teplotu v učebně (23°C). 5) Druhý senzor zaznamenává pokles teploty.

Obrázek 1: Vlhčený teplotní senzor propojený s LEGO kostkou Závěr: Éter se velmi snadno odpařuje, přičemž odnímá teplo z okolí. Účinnějšího odpařování jsme dosáhli foukáním trubičkou na vlhčený senzor. Teplota poklesla až na -2°C během čtyř minut.

4

2. TEPLOTNÍ SENZOR – pokus s termotaškou Cíl hodiny: Použití dvou teplotních senzorů na porovnání teplotních křivek při oteplování za různých podmínek. Vyhodnocení grafického záznamu dvou křivek ve dvou případech sledovaných dvěma teplotními senzory zároveň. Pomůcky: 2 teplotní senzory, programovatelná LEGO kostka, PC, diaprojektor, termotaška, dvě kádinky s  vodou z vodovodu 200 ml, šest kostek ledu. Postup práce: Dva teplotní senzory připojíme k PC přes programovatelnou LEGO kostku. 1) První teplotní senzor vložíme do kádinky s 200 ml vody a třemi kostkami ledu. Necháme na pracovním stole ve třídě. 2) Druhý teplotní senzor ponoříme do druhé kádinky se stejným množstvím vody a třemi kostkami ledu. Vše vložíme do termotašky, přikryjeme bublinkovou fólií a víko uzavřeme zipem. 3) Zahájíme měření doprovázené grafickým záznamem závislosti teploty na čase po dobu 30 minut. Na grafu vyhodnotíme, co se dělo během měření jednotlivými senzory. Žáci také přiřadí, která barva grafu patří příslušnému teplotnímu senzoru. 4) Po 3,5 hodinách opět měříme po dobu 30 minut teplotu v jednotlivých kádinkách. Uložený grafický záznam lze promítnout příští hodinu při vyhodnocování pokusu jako zajímavost navíc. Před promítnutím necháme žáky provést odhad závěrečných teplot na obou senzorech. 5) Údaje z nejdůležitějších okamžiků měření lze zapisovat do tabulky v pracovním listu ( teplota na za- čátku měření, teplota při největším poklesu teploty, teplota na konci měření).

Obrázek 1: Umístění obou teplotních senzorů

Závěr: Žáci zhodnotí možnosti uchovávání potravin v termotašce v případě, že si ji berou v létě na výlet. Navrhnou, jak by se dalo zabránit opětnému nárůstu teploty a tím prodloužit dobu kvalitního uchovávání potravin v termotašce (např. použitím většího množství ledu, lepší izolací uvnitř tašky). Rada: Pokud vložíme víc kostek ledu, teplota obou senzorů klesne, ale během třicetiminutového pozorování přímo ve vyučovací hodině se nestihne zaznamenat opětný nárůst teploty po rozpuštění ledu.

5

3. PNEUMATICKÉ ZAŘÍZENÍ – vysokozdvižná plošina Cíl hodiny: Ukázka vysokozdvižné plošiny jako příklad pneumatického zařízení. Pozorování konstrukce a principů funkce modelu. Fyzikální aspekty uplatňující se při používání vysokozdvižné plošiny. Vnímání modelu jako možného zařízení užívaného v reálných situacích, hodnocení konstrukce a vzhledu. Pomůcky: Vysokozdvižnou plošinu sestavil žák kvarty v rámci mezitřídní spolupráce. Důležité prvky použité v pneumatickém zařízení – pumpa, písty, zásobník, manometr a propojovací hadičky. Postup práce: 1. Elektromotorek napájený šesti tužkovými bateriemi uvede do chodu kompresor. Pozorujeme činnost prvního pístu, převodů a růst tlaku měřeného manometrem. 2. Kompresor zastavíme při naměřeném tlaku 1,4 barů neboli 20 psi a spustíme vysokozdvižnou plošinu. 3. Pozorujeme činnost druhého pístu a způsob zvedání plošiny. 4. Pozorujeme pohyb druhého pístu při poklesu plošiny. 5. Prohlédneme si konstrukci a usazení plošiny, která umožňuje přiblížit se těsně k pracovišti.

Obrázek 1: Vysokozdvižná plošina s příslušenstvím

Obrázek 2: Vysokozdvižná plošina spuštěná

Závěr: Žáci vidí v chodu zařízení, které by v reálném provedení mohlo sloužit člověku při práci v těžko dostupných nebo komplikovaných situacích. Například při opravě elektrických trolejí, řezání stromů kolem komunikací, při opravách pouličních světel, údržbě fasád a opravách omítek, při montáži plášťů budov, při záchranářských pracích, hašení požárů, při instalaci kamer při televizních přenosech, při natáčení filmů.

6

4. TEPLOTNÍ SENZOR – změna vnitřní energie mícháním Cíl hodiny: Použití dvou teplotních senzorů na porovnání teplotních křivek při oteplování za různých podmínek. Vyhodnocení grafického záznamu dvou křivek ve dvou případech sledovaných dvěma teplotními senzory zároveň. Pomůcky: 2 teplotní senzory, programovatelná LEGO kostka, PC, dataprojektor, mixér, dvě kádinky s vodou z vodovodu 200 ml. Postup práce: 1) Dva teplotní senzory připojíme k PC přes programovatelnou LEGO kostku. 2) První teplotní senzor vložíme do kádinky s 200 ml vody. Necháme na pracovním stole ve třídě. 3) Druhý teplotní senzor ponoříme do druhé kádinky se stejným množstvím vody a mícháme mixérem po dobu šesti minut. 4) Zahájíme měření doprovázené grafickým záznamem závislosti teploty na čase po dobu 6 minut. Na společném grafu vyhodnotíme přírůstek teploty během měření oběma senzory. 5) Žáci také přiřadí, která barva grafu patří příslušnému teplotnímu senzoru. 6) Po vyhodnocení grafu zvážíme, jaké okolnosti mohly ještě přispět ke zvýšení teploty míchané vody (např. teplo v místnosti, zahřívání mixéru). Dobrá zkušenost je měřit teplotu také v první kádince s nemíchanou vodou. Na grafu je vidět, že teplota takřka nevzrostla, tudíž vliv okolí na nárůst teploty během šesti minut nebyl tak velký.

Obrázek 1: Míchání vody mixérem v druhé kádince

Závěr: Otáčivý kotouč mixéru působí na vodu silou. Tím, že se kotouč otáčí, koná práci. Odporem prostředí se část pohybové energie kotouče přeměňuje na pohybovou energii molekul vody. Molekuly vody se proto pohybují rychleji. To se projeví zvýšením teploty vody. Zvýšení vnitřní energie tělesa lze docílit konáním práce působením síly a dotykem tělesa s jiným tělesem. 7

5. SILOVÉ PŮSOBENÍ – síla a směr pohybu Cíl hodiny: Použitím modelu LEGO uskutečníme pozorování, jak směr působení síly může ovlivnit pohyb tělesa. Pomůcky: Pojízdný model LEGO, fén. Teorie: Pokud působí síla na těleso ve směru pohybu, je jeho pohyb nejrychlejší. Pokud působí síla na těleso pod určitým úhlem, dochází k rozkladu sil a na pohybu tělesa se podílí jen jedna ze složek. Složka je menší než původní síla a pohyb tělesa je pomalejší. Této skutečnosti se také používá u zařízení s plachtou, která se může natáčet tak, aby pohyb pomocí větru byl co nejefektivnější. Praktické provedení pokusu 1) Na model opatřený pevnou nepohyblivou plachtou foukáme fénem kolmo k plachtě. 2) Na model foukáme šikmo na plachtu a pozorujeme zpomalení pohybu pojízdného modelu.

Obrázek 1: Pozorování směru pohybu modelu při experimentu Závěr: 1. Žák vyhodnotí obě pozorování a dá do souvislosti směr foukání s rychlostí pohybu. 2. Žák navrhne změnu v uzpůsobení plachty (pohyblivost a schopnost „naplnit se větrem“) , aby se co nejvíce využilo větrné energie.

8

LABORATORNÍ PRÁCE 1. SENZOR PULSOMETR – měření tepu pulsometrem Cíl hodiny: Vyzkoušení senzoru „Pulse monitor 2“ a uskutečnění biofyzikálního měření. Vyhodnocení výstupního grafu na PC. Pomůcky: Monitor srdeční činnosti, PC, LEGO programovatelná kostka, dataprojektor, stopky. Postup práce: Monitor srdeční činnosti připojíme k PC přes programovatelnou LEGO kostku. a) Nejdříve si každý žák sám změří svůj tep pohmatem se stopkami. Spočítá si počet tepů za minutu a zapíše si údaj do tabulky v pracovním listu. b) Pak si jednotliví žáci měří tep senzorem připevněným na ušní lalůček po dobu 15 s, sledují graf závis- losti elektrického napětí na čase, na který se převádí srdeční činnost pomocí senzoru. Spočítají si počet maxim v intervalu od 3 s do 13 s, v této době se graf ustálí a křivky jsou pravidelné. Údaj zapíšeme do tabulky. c) Potom měříme tep senzorem po zátěži (10 dřepů) a údaj zapíšeme do tabulky. d) Doma si žáci změří tep ráno v klidu před vstáváním pohmatem po dobu jedné minuty a připojí údaj do tabulky.

Obr. 1: Před zátěží

Obr. 2: Po zátěži

Poznámka: Žáci se učí vyhodnotit grafický záznam. Vidí, že je nutno vyloučit počáteční hodnoty a počítat maxima až v době, kdy se průběh měření ustálí. Získají také jen částečný údaj – počet tepů za 10 s. Pak teprve spočítají počet tepů za minutu. Porovnáním tří údajů v tabulce si žáci uvědomí, že tep se může během dne měnit a že srdeční činnost ovlivňuje zátěž a emoce.

9

2. TEPLOTNÍ SENZOR – měrná tepelná kapacita Cíl hodiny: Použití tepelného senzoru k určení neznámého kovu pomocí výpočtu měrné tepelné kapacity. Pomůcky: Tepelný senzor, PC, LEGO programovatelná kostka, dataprojektor, neznámý kov, varná konvice, kleště, digitální váhy, kádinka s vodou 200 ml. Teorie: Při tepelné výměně mezi dvěma tělesy platí kalorimetrická rovnice: Teplejší těleso má index 1, chladnější těleso má index 2. Teplejší těleso odevzdá teplo chladnějšímu tělesu. Teplota se ustálí na výsledné teplotě t. Neznámou měrnou tepelnou kapacitu vypočteme podle vzorce: Postup práce: 1) Hmotnost neznámého kovu zvážíme digitálními váhami. 2) Neznámý kov ponoříme do vroucí vody ve varné konvici. Pomocí kleští vložíme kov do kádinky s vodou 200 ml a změřenou teplotou. Teplotu jsme změřili předem pomocí teplotního senzoru. Stejně tak změříme i výslednou teplotu. 3) Na grafu pozorujeme mírný nárůst teploty. Až se ustálí, přečteme hodnotu výsledné teploty. Změřené veličiny zapisujeme do tabulky.

Obr.1: Měření teploty vody teploměrem



Obr. 2: Měření teploty vody teplotním senzorem

Závěr: Žáci určí podle vypočtené měrné tepelné kapacity druh neznámého kovu vyhledáním v tabulce uvedené v učebnici nebo v matematicko-fyzikálních tabulkách. Žáci se pokusí uvést okolnosti, které mohly způsobit nepřesnosti měření (např. únik tepla do okolí).

10

3. PŘEVODY OZUBENÝMI KOLY Cíl hodiny: Pozorování pohybu ozubených kol a seznámení se s funkcí převodů při praktickém používání ve strojích nebo v jiných zařízeních. Pomůcky: Ozubená kola různých průměrů, kombinované zařízení sestrojené ze součástek LEGO. Teorie: Převody slouží k přeměně elektrické energie v mechanickou energii nebo naopak. Výsledný pohyb je otáčivý. Postup práce: 1) Sestavením různě velkých ozubených kol můžeme docílit souhlasného nebo protisměrného otáčení kol. Převod nám může výsledný otáčivý pohyb urychlit nebo zpomalit. 2) Pozorujeme několik kombinovaných převodů ozubenými koly na modelu LEGO. Soukolí se uvádí do chodu otáčením klikou. Na této části lze demonstrovat funkci jednoduchého stroje kola na hřídeli. 3) Na hřídeli je na navinutém provázku zavěšeno břemeno, které můžeme zvedat nebo spouštět. 4) Soukolí by také mohl pohánět vítr, který by se opíral do lopatek, jimiž je kombinované zařízení také vybaveno. Tato část velmi připomíná stavbu větrného mlýna.

Obr.1: Model s lopatkami, hřídel s břemenem

Obr.2: Model s lopatkami, boční pohled

Závěr: Žáci si vyzkoušejí funkci jednoduchého převodu v různých kombinacích. Žáci si zkusí uvést do pohybu model a pozorují chod celého souboru převodů. Žáci uvedou příklady převodů ozubenými koly v praxi (např. větrný mlýn, orloj, hodinový strojek,…). 11

4. SENZOR ELEKTROSMOGU Cíl hodiny: Změření výkonu vyzařované energie mobilem pomocí senzoru elektrosmogu. Měření zachytíme v grafu závislosti výkonové energie na čase. Pomůcky: Senzor elektrosmogu, mobil, PC, dataprojektor. Teorie: Zářením se přenáší energie. Záření se šíří průhlednými látkami a vakuem. Tento přenos má tepelné účinky. Různé druhy záření zahrnujeme pod názvem elektromagnetické záření. K přenosu informací se používají mikrovlny. Na tomto základě pracuje také mobil. Postup práce: 1) K zapnutému mobilu přiložíme senzor elektrosmogu. Měření probíhá 30 s. Na grafickém záznamu vidíme, že dochází k vyzařování energie mikrovlnami. 2) K mobilu v režimu volání přiložíme senzor elektrosmogu a měření opakujeme po stejný čas. Opět pořídíme grafický záznam.

Obrázek 1: Průběh měření

Závěr: Mobil vyzařuje energii, i když jím zrovna nevoláme. Děje se tak proto, že udržuje neustále spojení s vysílačem. Pokud voláme, vyzařovaná energie se zvýší. Pokud senzor vzdalujeme od mobilu, vyzařovaný výkon klesá. Pro zajímavost můžeme vyzkoušet přiložit k senzoru více mobilů nebo vkládat mezi mobil a senzor překážky různých druhů. V grafu se mohou žáci seznámit s jednotkou vyzařovaného výkonu energie: W/m2.

12

5. INFRASENZOR – měření tepelného záření Cíl hodiny: Použití infrasenzoru při detekci tepelného záření. Zachycení měření v grafu závislosti vyzařované energie na čase. Pomůcky: Infrasenzor, zdroj tepelného záření, PC, dataprojektor. Teorie: Tepelné záření je jeden z druhů elektromagnetického záření. Budeme zkoumat tepelné záření, které se šíří od zdroje vzduchem. Do 500° je toto záření pro lidské oko neviditelné. S rostoucí teplotou se však stává pro lidské oko viditelným a určité teplotě přísluší určitá barva rozpáleného tělesa. Pokusíme se detekovat tepelné záření infrasenzorem. Postup práce: 1) Přibližujeme se infrasenzorem k teplometu ze vzdálenosti 1,5 m až do blízkosti 0,5 m. Na grafu sledujeme vzrůstající výkon tepelné energie. 2) Mezi zdroj a infrasenzor vložíme překážku (např. knihu). Pozorujeme pokles výkonu tepelné energie. 3) Zkusíme měřit teplo hřejícího slunce otevřeným oknem. Potom okno zavřeme a opakujeme pokus se senzorem za sklem okna. 4) Přiblížíme sondu k obličeji. Také lidské tělo vyzařuje teplo. Porovnáme s oblastí brýlí. Sklo v tomto případě funguje jako izolant a na grafu je patrný pokles energie. 5) Na infrasenzor posvítíme ovladačem dataprojektoru. Na grafu zaznamenáme maxima výkonu vyzářené energie. V tomto případě je dobré si přepnout na grafický záznam s drobným rozlišením.

Obrázek 1: Zdroj tepelného záření a infrasenzor Závěr: Žáci zhodnotí intenzitu vyzařované energie v jednotlivých případech. Žáci uvedou příklady užití tepelného záření neboli infrazáření v praxi (např. zdroje tepelného záření - teplomety, dálková ovládání, lékařské přístroje). A dále uvedou příklady využití snímání tepelného záření (např. termokamerou). 13

6. SENZOR VLHKOSTI – měření relativní vlhkosti prostředí Cíl hodiny: Použití senzoru vlhkosti při měření relativní vlhkosti různých prostředí. Pomůcky: Tepelný senzor, mikrotenový sáček, slánka, varná konvice s vroucí vodou, kádinka s vodou o teplotě místnosti. Teorie: Vodní režim člověka. Voda je v lidském těle obsažena v buňkách, mimo buňky v krvi a tkáňovém moku. Z těla se vylučuje dýcháním, pocením a močí. Denní potřeba vody je zabezpečována příjmem potravy, vodou vznikající při látkové přeměně a pitím. Denní příjem vody by měl činit až 3l vody. Bez potravy vydrží člověk 14 dní, bez vody jen několik. Proto je pitný režim člověka velmi důležitý. Relativní vlhkost vzduchu je poměr hustoty vodních par obsažených ve vzduchu a hustoty sytých vodních par obsažených ve vzduchu při téže teplotě. Poznámka: Pojem relativní vlhkosti vysvětlíme přiměřeně úrovni probraného učiva fyziky. Postup práce: a) Senzor vlhkosti uzavřeme do mikrotenového sáčku, do kterého dýcháme slánkou. Senzor vlhkosti je propojen programovatelnou LEGO kostkou s PC. Na obrazovce pozorujeme graf závislosti relativní vlhkosti udané v procentech na čase, po který dýcháme do sáčku. (Dobrá rada – z hygienických důvodů dostane každý žák svůj sáček a slánku.) b) Senzorem vlhkosti změříme relativní vlhkost vzduchu ve třídě, nad volnou hladinou vody v kádince pokojové teploty a nad hladinou vroucí vody ve varné konvici. Na grafu porovnáme hodnoty naměřených relativních vlhkostí. (Dobrá rada – dáváme pozor, aby se senzor nenamočil ve vodě).

Obr. 1: Průběh měření vlhkosti lidského dechu Závěr: Žák přečte z grafu relativní vlhkost vlastního dechu a zapíše. Žák vyčte z grafu a zapíše relativní vlhkosti ve třech různých podmínkách. Žák porovná relativní vlhkost vzduchu při vypařování a varu, kdy dochází k přeměně vody v páru, tedy ke změně skupenství kapalného v plynné.

14

7. ZVUKOVÝ SENZOR – měření intenzity zvuku Cíl hodiny: Použití akustického senzoru na proměření hladiny intenzity zvuku různých zdrojů zvuku. Pomůcky: Akustický senzor, programovatelná LEGO kostka, PC, dataprojektor, různé zdroje zvuku. Teorie: Zvuk je podélné vlnění s frekvencí od 16 Hz do 20 000 Hz. Zvuk se šíří ze zdroje a jako každé vlnění je nositelem energie. K měření hlasitosti zvuku byla zavedena fyzikální veličina - hladina intenzity zvuku - udávaná v decibelech (dB). Postup práce: a) Akustickým senzorem změříme hladinu intenzity zvuku ze sluchátek, jimiž se poslouchá hudba přehrávaná např. z mobilu. Výstupem je pak grafický záznam závislosti hladiny intenzity zvuku (v dB) na čase. Měříme po dobu 30 sekund. b) Kromě tohoto zdroje zvuku proměříme i jiné zdroje a zapíšeme hodnoty v dB do tabulky.

Obr. 1: Grafický výstup akustického senzoru

Obr. 2: Průběh měření senzorem

Závěr: Žák přečte z grafu hladinu intenzity reprodukované hudby ze sluchátek mobilu a zakreslí. Žák vyčte z grafu a zapíše hladinu intenzity různých zdrojů. Žák porovná hladiny intenzit různých zdrojů a vyhodnotí je vzhledem ke škodlivosti velkého hluku na sluch člověka.

15

8. HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ – LEGO model „mechanické ruky“ Cíl hodiny: Zkoumání funkčnosti hydraulického zařízení tzv.„mechanické ruky“ (modelu LEGA) a vyhledávání možností využití takového zařízení v praxi. Pomůcky: Model LEGO hydraulické zařízení ve formě „mechanické ruky“. Jeho součástí je kompresor a barometr. Teorie: Stlačený vzduch v kompresoru může po uvolnění přepínače způsobit otáčení pohyblivé části „mechanické ruky“. Ruka se tímto pohybem sevře a může uchopit věc. Aby se pohyb uskutečnil, musí být v kompresoru patřičný tlak. Ten je měřený přístrojem zvaným barometr. Tento tlakoměr měří v barech, což není veličina fyzikální soustavy jednotek SI. V praxi se ale používá a v MFCHT tabulkách lze najít převodní vztah mezi bary a Pascaly (patří do SI). Postup práce: 1) Stlačujeme píst a sledujeme na barometru, jak se zvyšuje tlak v kompresoru. 2) Přepneme tlačítko a pohyblivá část ruky se začne pohybovat. 3) Opětovným přepnutím tlačítka se ruka zase otevře. Můžeme několikrát opakovat, tlak v kompresoru klesá a pohyb ustane.

Obrázek 1: Pozorování funkčnosti hydraulické ruky

Závěr: a) Žák si vyzkouší funkčnost hydraulického zařízení v podobě „mechanické ruky“. b) Žák pozoruje spojení důležitých součástí zařízení, převodů a jednotlivých detailů. c) Žák navrhne zlepšení, která by rozšířila funkčnost ruky. d) Žák si promyslí, kde v praxi by se dalo takové zařízení využívat. 16

9. OPTICKÝ SENZOR Cíl hodiny: Použití optického senzoru při měření osvětlení různých prostředí. Pomůcky: Světelný senzor, programovatelná LEGO kostka, PC, dataprojektor a různé druhy optických materiálů. Teorie: Použitý optický senzor neměří osvětlení v luxech, ale udává v %, na kolik kleslo osvětlení v daném prostředí oproti přímému slunečnímu osvětlení. To se změří nejdříve. Naměří se osvětlení na plných 100%. Potom se mohou před senzor předkládat různé druhy optických materiálů, může se měnit optické prostředí ve třídě – tlumit světlo žaluziemi, zatemněním anebo se mohou zkoumat různé světelné zdroje. Postup práce: a) Světelný senzor nastavíme k oknu s přímým slunečním osvětlením. b) Světelný senzor nastavíme k oknu se zataženými žaluziemi. c) Světelný senzor nastavíme ke svíčce v plně zatemněné místnosti. d) Světelný senzor nastavíme ke kapesní svítilně v plně zatemněné místnosti. e) Světelný senzor necháme snímat osvětlení v zatemněné místnosti za postupného rozsvěcování zářivek až po reflektory. f) Na světelný senzor dopadá sluneční světlo přes hnědé sklo, modrou a zelenou pet-láhev. g) Na světelný senzor dopadá sluneční světlo přes červený, žlutý a modrý filtr.

Obrázek 1: Průběh měření optickým senzorem

Závěr: 1. Žák přečte z grafu na kolik procent pokleslo osvětlení oproti plnému slunečnímu světlu za různých podmínek. 2. Žák porovnává pokles, či nárůst osvětlení při změně vzdálenosti od zdroje světla. 3. Žák se seznámí se základními pravidly hygieny osvětlení v zájmu ochrany zraku. 17

10. MĚŘENÍ NAPĚTÍ VOLTMETREM Cíl hodiny: Použití voltmetru ze soupravy LEGO senzorů a proměření napětí mezi dvěmi různými kovovými elektrodami v různých prostředích. Pomůcky: Voltmetr, programovatelná LEGO kostka, PC, dataprojektor, půlku citronu, pomeranče, jablka, kiwi, okurku, kádinku se slanou vodou, ochucená jemně perlivá minerální voda Magnezia. Teorie: Různé kovy mají různou schopnost přitahovat si k sobě elektrony, kladné a záporné ionty obsažené v ovoci, zelenině, slané vodě i v mineralizovaných vodách. Vznikne mezi nimi tzv. potenciálový rozdíl. Ten se měří voltmetrem jako napětí udávané ve voltech. Postup práce: a) Elektrody (měděný a zinkový plíšek) zabodneme postupně do půlky citronu, pomeranče, jablka, kiwi, okurky, ponoříme do nálevu se slanou vodou a nakonec do mineralizované vody. b) Napětí, které se mezi elektrodami vytvořilo, měří žáci voltmetrem a výstup pozorují na grafu. c) Graf závislosti napětí ve voltech na čase v sekundách žáci zakreslí. d) Žáci vyhodnotí všechny grafy závislosti napětí na čase a pokusí se odhadnout střední hodnotu napětí ve všech pokusech.

Obrázek 1: Měření napětí v různých prostředích Závěr: Žák přečte z grafu střední velikost napětí mezi elektrodami, porovná ho ve všech případech a pokusí se dát tuto informaci získanou experimentálně do souvislosti s neměnnými kovovými elektrodami.

18

UKÁZKOVÉ POKUSY – ŘEŠENÍ 1. TEPLOTNÍ SENZOR – pokles teploty chlazením Pracovní list - řešení 1. Pomůcky: Dva teplotní senzory, programovatelná LEGO kostka, PC, dataprojektor, éter, skleněná miska na podložení vlhčeného senzoru, trubička na foukání vlhčeného senzoru. 2. Výlet do historie: Popiš, jak se chladily potraviny, když nebyla elektřina. Chlazení ledem, který se uchovával v dobře izolovaných sklepech. 3. Teorie: a) Zakresli graf závislosti teploty na čase obou senzorů. Oba teplotní senzory ukazují stejnou hodnotu – a to asi 20 °C.

b) Vysvětli pokles teploty u senzoru vlhčeného éterem. Oba teplotní senzory ukazují stejnou hodnotu – a to asi 20 °C.Éter se rychle odpařuje a při odpařování odnímá teplo z okolí, což se projeví poklesem teploty senzoru vlhčeného éterem. 4. Současnost: a)Vyjmenuj některá chladicí zařízení používaná k uchovávání potravin v současnosti. Chladničky a mrazničky b) Nakresli koloběh chladicího média v chladicím systému elektrických chladniček. Vyhledání na internetu „koloběh chladicího média v chladicím systému elektrických chladniček“. c) Co je to energetická třída A, A+, A++ u chladniček? A+ znamená , že spotřeba energie daného elektrospotřebiče je alespoň o 25% nižší než u třídy A. A++ může mít spotřebu ještě nižší. 5. Závěr: a) Zhodnoť spotřebu elektrické energie v domácnostech, které používají elektrické spotřebiče energetické třídy A++. Je celkově nižší odběr elektrické energie. b) Jak se toto promítá v ekonomice domácnosti? Lze ušetřit.



19

2. TEPLOTNÍ SENZOR – pokus s termotaškou Pracovní list - řešení 1. Pomůcky: 2 teplotní senzory, programovatelná LEGO kostka, PC, diaprojektor, termotaška, dvě kádinky s vodou z vodovodu 200 ml, šest kostek ledu. 2. Postup práce: a) Zahájení měření a začátek pozorování teplotních křivek. b) Určení barvy křivek v grafu jednotlivým senzorům asi tak po 10 minutách. Žlutá je barva venkovního teplotního senzoru, červená je barva senzoru v termotašce. c) Zakreslení grafu závislosti teploty na čase po 30 minutách s barevným rozlišením dvou křivek. d) Proč teplota klesla? Klesla v obou případech stejně? Voda byla ochlazena ledem, klesla skoro stejně, v termotašce se nižší teplota udržela déle. e) Co ovlivnilo opětný nárůst teploty? Opětný nárůst způsobila pokojová teplota ve třídě. f) Odhad teploty po 3,5 hodinách v obou případech a porovnání se skutečným výsledkem. Teploty se vyrovnaly na pokojovou teplotu. g) Záznam nejdůležitějších okamžiků do tabulky:

8

Obr.1: Grafický výstup po 30 minutách

Obr.2: Grafický výstup po 3,5 hodinách

3. Závěr: a) Jak se chová chladnější a teplejší těleso, dotýkají- li se? Teplejší předává teplo chladnějšímu tělesu. b) Za jakých podmínek by se dala udržet v termotašce nižší teplota? Lepší izolací, větším zchlazením vkládaných potravin. c) Jaké materiály se používají k tepelné izolaci? Např. polystyren. d) Jaká je energetická bilance tepelně izolovaných domů? Lépe udrží teplo. e) Jak se zateplení obydlí promítne v ekonomice domácnosti? Jsou nižší finanční náklady na topení. 20

3. PNEUMATICKÉ ZAŘÍZENÍ – vysokozdvižná plošina Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Vysokozdvižnou plošinu sestavil žák kvarty v rámci mezitřídní spolupráce. Důležité prvky použité v pneumatickém zařízení – pumpa, písty, zásobník, manometr a propojovací hadičky. 2. Postup práce: 1. Pozorujeme činnost prvního pístu při stlačování vzduchu po spuštění elektromotorku. Popište přeměnu elektrické energie v mechanickou. Elektromotorek uvede do chodu píst kompresoru, kterým se mechanicky stlačuje vzduch a v kompresoru roste tlak. 2. Všímáme si hodnoty tlaku měřené manometrem. Měřidlo je ručičkové, obsahuje dva druhy stupnice pro bary (1 bar=100 000Pa) a pro psi (1 psi=6894, 757Pa), což nejsou jednotky soustavy SI. Kolik Pascalů je naměřených 1,4 barů? (140 000Pa). Důležité je také číst údaje tlaku pro určitou jednotku na správné stupnici. 3. Pozorujeme činnost druhého pístu po spuštění vysokozdvižné plošiny. Popište přeměnu potenciální energie plošiny v kinetickou energii. Plošina se pohybuje nahoru a zastaví se. Kinetická energie se přeměnila v potenciální. Část kinetické energie se spotřebovala na překonání tření a odporu vzduchu. Plošina se zvedne, pokud je v zásobníku dosaženo patřičného tlaku. Určíme experimentálně dolní mez hodnoty tlaku. Uplatňuje se zde i vliv tření? Ano, tření působí proti pohybu tělesa. 4. Pozorujeme souvislost s posunem druhého pístu a zvedáním plošiny. Kterým směrem se pohybuje píst, kterým směrem se pohybuje plošina? Vyplyne z pozorování při experimentu. 5. Vyzkoušíme možnosti přesunu samotného zařízení na místo potřeby. Jakou trajektorii opisují kolečka při pohybu, jakou trajektorii opisuje samotné zařízení. Kolečka konají otáčivý pohyb, celá plošina posuvný. Prohlédneme si konstrukci a usazení plošiny, která umožňuje přiblížit se těsně k pracovišti. 6. Uvážíme stabilitu vysokozdvižné plošiny. Kde musí být těžiště celé soustavy, aby práce na plošině byla bezpečná? Těžiště musí být nízko nad zemí, může se experimentálně vyzkoušet. 3. Závěr: Napište, v jakých případech by se dalo v praxi použít takové vysokozdvižné plošiny.Zařízení by v reálném provedení mohlo sloužit člověku při práci v těžko dostupných nebo komplikovaných situacích. Například při opravě elektrických trolejí, řezání stromů kolem komunikací, při opravách pouličních světel, údržbě fasád a opravách omítek, při montáži plášťů budov, při záchranářských pracích, hašení požárů, při instalaci kamer při televizních přenosech, při natáčení filmů.

Obr.1:Vysokozdvižná plošina s příslušenstvím 21

4. TEPLOTNÍ SENZOR – změna vnitřní energie mícháním Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: 2 teplotní senzory, programovatelná LEGO kostka, PC, dataprojektor, mixér, dvě kádinky s vodou z vodovodu 200 ml. 2. Postup práce v hodině: a) Zahájení měření a začátek pozorování teplotních křivek.

Obr.1: Míchání vody mixérem v druhé kádince Obr.2: Grafický výstup s barevným rozlišením obou senzorů po 6 minutách b) Přiřazení barvy křivek v grafu jednotlivým senzorům po 6 minutách. Žlutá je barva teplotního senzoru v kádince s pokojovou teplotou, červenou má teplotní senzor sledující teplotu míchané vody. c) Zakreslení grafu závislosti teploty na čase po 6 minutách s barevným rozlišením dvou křivek. viz obrázek 2 3. Závěr: a) Co je to vnitřní energie tělesa? Součet pohybových a potenciálních energií všech molekul v tělese. b) Vyjmenuj dva způsoby zvýšení vnitřní energie tělesa. Který způsob je použitý v pokusu? Dotykem tělesa s tělesem o vyšší teplotě, konáním práce V pokusu je použit způsob konání práce. c) Proč teplota vody vzrostla? Otáčivý kotouč mixéru působí na vodu silou. Tím, že se kotouč otáčí, koná práci. Odporem prostředí se část pohybové energie kotouče přeměňuje na pohybovou energii molekul vody. Molekuly vody se proto pohybují rychleji. To se projeví zvýšením teploty vody. Zvýšení vnitřní energie tělesa lze tedy docílit konáním práce působením síly. Vzrostla v obou případech stejně? Ne, v kádince s pokojovou teplotou zůstala teplota stejná …22,5°C,  míchaná voda zvýšila svou teplotu na 23,5°C. d) Co ovlivnilo nárůst teploty vody v jednotlivých kádinkách? viz c) e) Jak se chová chladnější a teplejší těleso dotýkají- li se? Teplejší těleso předává teplo chladnějšímu tělesu. 22

5. SILOVÉ PŮSOBENÍ – síla a směr pohybu Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Pojízdný model LEGO, fén. 2.

Teorie: Pokud působí síla na těleso ve směru pohybu, je jeho pohyb nejrychlejší. Pokud působí síla na těleso pod určitým úhlem, dochází k rozkladu sil a na pohybu tělesa se podílí jen jedna ze složek. Složka je menší než původní síla a pohyb tělesa je pomalejší. Této skutečnosti se také používá u zařízení s plachtou, která se může natáčet tak, aby pohyb pomocí větru byl co nejefektivnější.

3. Postup práce v hodině: a) Na model opatřený pevnou nepohyblivou plachtou foukáme fénem kolmo k plachtě.



b) Na model foukáme šikmo na plachtu a pozorujeme zpomalení pohybu pojízdného modelu.

4. Závěr: a) Směr foukání větru souvisí s rychlostí pohybu. Jak? Foukáme-li kolmo, jede zařízení rychleji, než když foukáme šikmo. b) Jak by se měla změnit pevná plachta, aby bylo využití větru efektivní? Plachta se musí otáčet, aby se mohla „naplnit větrem“ a aby mohla reagovat na změnu směru větru. c) Kde se používají zařízení s plachtami? Plachty se používají u lodí např. v jachtingu, u katamaránů (dvoutrupé plavidlo), ve sportu může být zařízení s plachtou na kolečkách, bruslích, lyžích, na prkně (windsurfing). Lze vzpomenout historické vory indiánů, plachetnice a velké lodě mořeplavců. 23

LABORATORNÍ PRÁCE – ŘEŠENÍ 1. SENZOR PULSOMETR – měření tepu pulsometrem Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Monitor srdeční činnosti, PC, LEGO programovatelná kostka, dataprojektor, stopky. 2. Postup práce: a) Zakreslíme si tabulku na zápis sledovaných údajů: 66 72 78

10

60

b) Zjistíme počet tepů za minutu v klidu pohmatem na zápěstí a zapíšeme do tabulky. c) Měříme tep senzorem, spočítáme maxima v grafu od 3s do 13 s, tedy během 10 s. Počet tepů za minu- tu dostaneme vynásobením 6. Zapíšeme. d) Měříme tep senzorem po zátěži 10 dřepů opět stejným postupem jako b). Zapíšeme. e) Změříme puls ráno v klidu před vstáváním pohmatem po dobu jedné minuty. Zapíšeme. 3. Závěr: a) Porovnejte počet tepů za minutu ve všech čtyřech případech. Kdy byl tep nejnižší, kdy nejvyšší? Nejnižší tep v klidu ráno, nejvyšší po zátěži. b) Který živočich má nejnižší počet tepů za minutu, který nejvyšší? Nejnižší může mít např. želva v době zimování (až 1 tep za minutu), nejvyšší netopýr ( asi 800 tepů za minutu).

Obr.1: Před zátěží Obr.2: Po zátěži 24

2. TEPLOTNÍ SENZOR – měrná tepelná kapacita Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Tepelný senzor, PC, LEGO programovatelná kostka, dataprojektor, neznámý kov, varná konvice, kleště, digitální váhy, kádinka s vodou 200 ml. 2. Postup práce: a) Zakreslíme si tabulku na zápis sledovaných údajů. Teplejší těleso bude mít index 1, chladnější index 2. Výslednou teplotu označíme písmenem t. Na vážení použijeme digitální váhy. Grafický výstup průběhu teploty při měření

1

1

2

2

2

b) Neznámou měrnou tepelnou kapacitu vypočteme dosazením do vzorce:

c) Vypočtenou hodnotu porovnáme s údaji v matematicko-fyzikálních tabulkách nebo tabulkou v učebnici a určíme kov. c1= 453 J/kg°C, což je po zaokrouhlení na 450 J/kg°C měrná tepelná kapacita železa. 3. Závěr: a) Uvedeme, zda hodnota měrné tepelné kapacity vyšla přesně nebo přibližně. Výsledek vyšel přibližně. b) Které okolnosti mohly způsobit nepřesnosti měření? Únik tepla do okolí při měření, ohřev kádinek, nepoužili jsme kalorimetr.

25

3. PŘEVODY OZUBENÝMI KOLY Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Ozubená kola různých průměrů, kombinované zařízení sestrojené ze součástek LEGO. 2. Postup práce v hodině: a) Složíme ozubená kola tak, aby se otáčela v protisměru. Uspořádání zakreslíme.(obr.1)

(obr.1) (obr.2) b) Použitím třetího kolečka složíme ozubená kola tak, aby se otáčela souhlasným směrem. Zakreslíme. (obr.2) Vložené kolečko je mezi prvním a druhým. c) Větší a menší kolečko uspořádáme tak, abychom docílili zrychleného pohybu. Zakreslíme. Točíme velkým kolečkem, malé se otáčí rychleji. d) Větší a menší kolečko uspořádáme tak, abychom docílili zpomaleného pohybu. Zakreslíme. Točíme malým kolečkem, velké se otáčí pomaleji. e) Zrychlení nebo zpomalení otáčivého pohybu zachytíme také spočítáním otáček malého a velkého kola. Údaje doplníme do tabulky.

5 f) Pozorujeme funkci kombinovaného zařízení sestaveného z LEGA součástek. Pozorujeme několik kombinovaných převodů ozubenými koly na modelu LEGO. Soukolí se uvádí do chodu otáčením klikou. Na této části lze demonstrovat funkci jednoduchého stroje kola na hřídeli. Na hřídeli je na navinutém provázku zavěšeno břemeno, které můžeme zvedat nebo spouštět. Soukolí by také mohl pohánět vítr, který by se opíral do lopatek, jimiž je kombinované zařízení také vybaveno. Tato část velmi připomíná stavbu větrného mlýna např. v Kuželově. 3. Závěr: a) Vyjádři slovně zjištění z tabulek o počtu otáček a rychlosti otáčení malého a velkého kola. Čím větší poloměr má větší kolo vzhledem k menšímu kolu, tím je jeho počet otáček menší vzhledem k  menšímu kolu. b) Uveď příklady použití převodů ozubenými koly v praxi. větrný mlýn, orloj, hodinový strojek,…).

26

4. SENZOR ELEKTROSMOGU Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Senzor elektrosmogu, mobil, PC, dataprojektor. 2. Postup práce: a) K zapnutému mobilu přiložte senzor elektrosmogu. Měření probíhá 30 s. Na grafickém záznamu pozorujte, že dochází k vyzařování energie mikrovlnami. Grafický záznam si můžete vytisknout a nalepit.

Obrázek 1: Průběh měření

Obrázek 2: Mobilní telefon v klidovém režimu

b) K mobilu v režimu volání přiložte senzor elektrosmogu a měření opakujte po stejný čas. Opět pořídíme grafický záznam.

Obrázek 3: Mobilní telefon v režimu volání c) Mobil od senzoru vzdalujeme a měření opakujeme. Pořídíme grafický záznam. 3. Závěr: Vyhodnoť výkon vyzařované energie ve všech třech případech. Mobil v klidu má nejnižší výkon energie asi 0,1 W/m2, protože udržuje spojení s vysílačem. Mobil v režimu volání zvýšil svůj výkon vyzářené energie na 10 W/m2. Se zvětšující se vzdáleností od mobilu se výkon vyzařované energie zmenšuje.

27

5. INFRASENZOR – měření tepelného záření Pracovní list 1. Pomůcky: Infrasenzor, zdroj tepelného záření, PC, dataprojektor. 2. Postup práce: a) Přibližujte se infrasenzorem k teplometu ze vzdálenosti 1,5 m až do blízkosti 0,5 m. Na grafu sledujte vzrůstající výkon tepelné energie.

Obr.1: Zdroj tepelného záření a infrasenzor

Obr.2: Přibližování infrasenzoru k teplometu.

b) Mezi zdroj a infrasenzor vložte překážku (např. knihu). Pozorujte pokles výkonu tepelné energie. c) Zkuste měřit teplo hřejícího slunce otevřeným oknem. Potom okno zavřete a opakujte pokus se senzorem za sklem okna. Za oknem byl tepelný výkon udávaný ve W/m2 větší, protože infrasenzor nebyl ochlazovaný chladnějším venkovním vzduchem.

Obr. 3: V průběhu měření vložena překážka mezi teplomet a senzor

28

Obr. 4: Sluneční světlo přímo a přes sklo

d) Přibližte senzor k obličeji. Také lidské tělo vyzařuje teplo. Porovnejte s oblastí brýlí. Sklo v tomto případě funguje jako izolant. Jak se projeví pokles energie na grafu? Projeví se poklesem tepelné energie.

Obr. 5: Vyzařování tepla z obličeje přímo a přes brýle. e) Na infrasenzor posviťte ovladačem dataprojektoru. Na grafu si všimněte maxima výkonu vyzářené energie. V tomto případě je dobré si přepnout na grafický záznam s drobným rozlišením. f) Pro zajímavost můžete na grafu s drobným rozlišením pozorovat záblesky slunečního světla odraženého zrcátkem.

Obr. 6: Odražené světlo zrcátkem 3. Závěr: a) Jaké zdroje tepelného záření byly použity? Teplomet, sluneční záření, ovladač dataprojektoru. b) V jaké vzdálenosti od zdroje tepla je výkon tepelného záření větší? V nejbližší. S rostoucí vzdáleností od zdroje tepla výkon klesá. c) Kdy výkon tepelného záření poklesne? Když infrasenzor oddálíme. 29

6. SENZOR VLHKOSTI – měření relativní vlhkosti prostředí Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Tepelný senzor, mikrotenový sáček, slánka, varná konvice s vroucí vodou, kádinka s vodou o teplotě místnosti. 2. Teorie: Vodní režim člověka. Voda je v lidském těle obsažena v buňkách, mimo buňky v krvi a tkáňovém moku. Z těla se vylučuje dýcháním, pocením a močí. Denní potřeba vody je zabezpečována příjmem potravy, vodou vznikající při látkové přeměně a pitím. Denní příjem vody by měl činit až 3l vody. Bez potravy vydrží člověk 14 dní, bez vody jen několik. Proto je pitný režim člověka velmi důležitý. 3. Postup práce: a) Zakreslíme si tabulku na zápis sledovaných údajů:

89%

95%

b) Vložíme do mikrotenového sáčku senzor vlhkosti a slánku. Utěsníme rukou a nafoukneme sáček vlastním dechem. Údaj z grafu zapíšeme do tabulky.

Obr. 1: Průběh měření vlhkosti lidského dechu

Obr. 2: Grafický výstup senzoru vlhkosti

c) Senzorem vlhkosti změříme relativní vlhkost vzduchu ve třídě, nad volnou hladinou vody v kádince pokojové teploty a nad hladinou vroucí vody ve varné konvici. Údaje z grafu zapíšeme do tabulky. 3. Závěr: a) Můj dech má relativní vlhkost vzduchu: 82 % b) Největší relativní vlhkost vzduchu jsme naměřili: nad vroucí vodou c) Porovnání vypařování a varu:Nad klidnou hladinou vypařující se vody za pokojové teploty je relativní vlhkost menší než nad vroucí vodou.

30

7. ZVUKOVÝ SENZOR – měření intenzity zvuku Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Akustický senzor, programovatelná LEGO kostka, PC, dataprojektor, různé zdroje zvuku. 2. Teorie: Zvuk je podélné vlnění s frekvencí od 16 Hz do 20 000 Hz. Zvuk se šíří ze zdroje a jako každé vlnění je nositelem energie. K měření hlasitosti zvuku byla zavedena fyzikální veličina - hladina intenzity zvuku - udávaná v decibelech (dB). 3. Postup práce: řešení + vzorová ukázka grafického výstupu ke každému přístroji: a) Akustickým senzorem změříme hladinu intenzity zvuku ze sluchátek, jimiž se poslouchá hudba přehrávaná např. z mobilu. Výstupem je pak grafický záznam závislosti hladiny intenzity zvuku (v dB) na čase. Měříme po dobu 30 sekund. Střední hodnota hladiny intenzity reprodukované hudby ze sluchátka je asi 30 dB:

b) Kromě tohoto zdroje zvuku proměříme i jiné zdroje a zapíšeme střední hodnoty v dB do tabulky. Zakreslíme si tabulku na zápis sledovaných údajů:



Střední hodnota hladiny intenzity ladičky Střední hodnota hladiny intenzity fénu je asi 70 dB: je asi 50 dB. Jde o vlnění tlumené:

31

Střední hodnota hladiny intenzity tikotu hodinek je asi 5 dB:

Střední hodnota hladiny intenzity hlasitého čtení je asi 15 dB:

70

50

4. Závěr: 1. Hladina intenzity zvuku reprodukované hudby ze sluchátka je: 30 dB. 2. Nejvyšší hladinu intenzity zvuku jsme naměřili u: fénu. 3. Velký hluk může poškodit sluch člověka. Práh bolesti je: 130 dB.

32

5

15

8. HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ – LEGO model „mechanické ruky“ Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Model LEGO hydraulické zařízení ve formě „mechanické ruky“. Jeho součástí je kompresor a barometr. 2. Teorie: Stlačený vzduch v kompresoru může po uvolnění přepínače způsobit otáčení pohyblivé části „mechanické ruky“. Ruka se tímto pohybem sevře a může uchopit věc. Aby se pohyb uskutečnil, musí být v kompresoru patřičný tlak. Ten je měřený přístrojem zvaným barometr. Tento tlakoměr měří v barech, což není veličina fyzikální soustavy jednotek SI. V praxi se ale používá a v MFCHT tabulkách lze najít převodní vztah mezi bary a Pascaly (patří do SI). 3. Postup práce: a) Vyzkoušej funkčnost hydraulického zařízení v podobě „mechanické ruky“. b) Kompresor se tlakuje stlačováním pístu. c) Zkus navrhnout zlepšení, která by rozšířila funkčnost ruky (ruka by mohla mít např. nastavitelnou pohyblivou část podle tvaru těles, které by měla uchopit). d) Zařízení by se dalo využívat např. u automatických robotizovaných linek nebo při práci v kontamino- vaném prostředí škodlivém pro člověka, při výrobě protéz…. e) Vyhledej převodní vztah mezi barem a Pascalem. Vyzkoušej několik převodů z barů na Pascaly a z Pascalů na bary. Zapiš do tabulky.

Obrázek 1: Pozorování funkčnosti hydraulické ruky 4. Závěr: Model hydraulického zařízení ve formě mechanické ruky by se v praxi dal využít např.: u automatických robotizovaných linek nebo při práci v kontaminovaném prostředí škodlivém pro člověka, při výrobě protéz….

33

9. OPTICKÝ SENZOR Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: 2. Teorie: Použitý optický senzor neměří osvětlení v luxech, ale udává v %, na kolik kleslo osvětlení v daném prostředí oproti přímému slunečnímu osvětlení. To se změří nejdříve. Naměří se osvětlení na plných 100%. 3. Postup práce: a) Předkládejte před senzor různé druhy optických materiálů, měňte optické prostředí ve třídě – tlumením světla žaluziemi, zatemněním. Zkoumejte různé světelné zdroje. b) Výsledky měření pozorujte na grafech, kde je pokles nebo nárůst osvětlení vyjadřován v procentech. c) Grafy zakreslete. d) Všimněte si, jak souvisí změny osvětlení se změnou vzdálenosti od zdroje. e) Seznamte se se základními pravidly hygieny osvětlení v zájmu ochrany zraku. 4. Závěr: a) Ve kterých případech se osvětlení snížilo? V případě použití žaluzií, zatemnění, barevných obalů a filtrů. b) Blíží se nějaká forma osvětlení slunečnímu světlu? Rozsvícení všech 6 řad zářivek a reflektorů u tabule. c) Jak souvisí změny osvětlení se změnou vzdálenosti od zdroje? Čím dále od zdroje, tím slabší osvětlení. d) Zapište základní pravidla hygieny osvětlení v zájmu ochrany zraku: Při psaní a čtení mít přiměřené osvětlení, při psaní mít osvětlení zleva, chránit si zrak před přímým slunečním světlem…. e) Používají se v praxi barevné obaly, aby chránily obsah před světlem? Použití např. při balení léků, minerálních vod,….

Ukázky grafických výstupů k bodu 3c ): 1. Sluneční světlo přímo a přes žaluzie 2. Hnědé sklo, modrá PET lahev, zelená PET lahev 3. Zatemnění, zářivky, reflektory 4. Plné zatemnění a svíčka 5. Filtry: červený, žlutý, modrý 6. Plné zatemnění a kapesní svítilna 34

Obr. 1: Sluneční světlo přímo a přes žaluzie.

Obr. 3: Zatemnění, zářivky, reflektory

Obr.2: Hnědé sklo, modrá PET lahev, zelená PET lahev

Obr. 4: Plné zatemnění a svíčka

Obr. 5: Filtry: červený, žlutý, modrý

Obr. 6: Plné zatemnění a kapesní svítilna

35

10. MĚŘENÍ NAPĚTÍ VOLTMETREM Pracovní list – řešení 1. Pomůcky: Voltmetr, programovatelná LEGO kostka, PC, dataprojektor, půlku citronu, pomeranče, jablka, kiwi, okurku, kádinku se slanou vodou, ochucená jemně perlivá minerální voda Magnezia. 2. Teorie: Různé kovy mají různou schopnost přitahovat si k sobě elektrony, kladné a záporné ionty obsažené v ovoci, zelenině, slané vodě i v mineralizovaných vodách. Vznikne mezi nimi tzv. potenciálový rozdíl. Ten se měří voltmetrem jako napětí udávané ve voltech. 3. Postup práce: a) Elektrody (měděný a zinkový plíšek) zabodněte postupně do půlky citronu, pomeranče, jablka, kiwi, okurky, ponořte do nálevu se slanou vodou a nakonec do mineralizované vody. b)Napětí, které se mezi elektrodami vytvořilo, měřte voltmetrem a výstup pozorujte na grafu. c)Graf závislosti napětí ve voltech na čase v sekundách zakreslete. Vzorové ukázky grafických výstupů napětí v jednotlivých prostředích: 1. Citron 2. Pomeranč 3. Jablko 4. Kiwi 5. Minerálka – Magnesia 6. Slaná voda

1. Citron



36

2. Pomeranč



3. Jablko

4. Kiwi

5. Minerálka – Magnesia

6. Slaná voda

a) Vyhodnoťte všechny grafy závislosti napětí na čase a pokuste se odhadnout střední hodnotu napětí ve všech pokusech. Výsledné hodnoty zapište do tabulky.

0,9

0,9

0,9

0,9

0,9

0,9

4. Závěr: Střední hodnota napětí ve všech případech je přibližně …0,9…..V.

37

UKÁZKA POUŽITÝCH SENZORŮ



teplotní senzor



elektrosmog(senzor zamoření)



teplotní senzor

senzor vlhkosti





38



akustický senzor

infrasenzor



pulsometr





voltmetr

optický senzor

adaptér senzorů Vernier

adaptér senzorů LogIt NXT

39