Metodika k pracovnímu listu Síla a pohyb pro ZŠ

str. 1 z 11

Metodika k pracovnímu listu Síla a pohyb pro ZŠ Tato metodika je doplňujícím materiálem pro učitele k pracovnímu listu Síla a pohyb určenému žákům ZŠ. Je rozdělena do tří hlavních oblastí: I.

Zaměření pracovního listu – zde je zmíněno učivo a dovednosti, na které jsou úlohy zaměřeny, začlenění pracovního listu podle RVP.

II.

Vzorové řešení pracovního listu – zde je vyřešen pracovní list pro rychlou orientaci a kontrolu žákovských odpovědí, třeba ještě přímo na místě v iQparku.

III.

Jednotlivé úlohy – obsahují podrobnější rozbor jednotlivých úkolů zadaných žákům v pracovním listu, cíle jednotlivých úloh, náměty na další úlohy a experimentování ve škole i doma, příklady, časté chyby žáků v řešení pracovních listů zjištěné na základě pilotáže pracovních listů a další.

Zaměření pracovního listu RVP ZV: Člověk a příroda – Fyzika: Pohyb těles, síly Klíčové kompetence: Kompetence k řešení problémů, kompetence k učení Učivo: rovnováha na páce, průměrná rychlost, tlaková síla, magnetická síla, rozklad sil, účinky síly

K cílům pracovního listu: Science centrum představuje pro žáky možnost být tím, kdo řídí celý experiment. Mohou ovlivňovat různé parametry pokusu a tímto způsobem si vyzkoušet fyziku vlastníma rukama a nahlédnout na ni zase jiným způsobem, než jak ji znají ze školních lavic, kde je strůjcem většiny experimentů obvykle vyučující. Důležitou dovedností spojenou s fyzikálním experimentováním je samotné pozorování jevů a jeho popis. Proto právě na tyto dovednosti je zaměřena velká část úloh, která se snaží zadáním úkolů napomoci tomu, aby žáci vnímali podstatné charakteristiky exponátu a dokázali popsat, jaký jev pozorují.

Vzorové řešení Následující strana obsahuje vzorově vyřešený pracovní list. K úlohám a částem řešení označeným symbolem *) uvádíme poznámky příp. podrobnější řešení v části III.

str. 2 z 11 str. 2 z 11

str. 3 z 11

Jednotlivé úlohy V této části naleznete podrobnější informace a náměty k jednotlivým úlohám. Jsou rozděleny do několika oblastí: Symbol Popis Poznámky k řešení, podrobnější řešení Další úkoly v iQparku Uplatnění v praxi Příklad, kvantitativní přiblížení Experimentování doma Navázání ve výuce Časté chyby (zjištěné na základě pilotáží pracovních listů) Odkazy U každé úlohy jsou zároveň uvedeny její cíle (očekávané výstupy úlohy) Popisují činnost, kterou je žák schopen provést, pokud úlohu správně vyřeší. Tyto metodické listy jsou k dispozici v elektronické verzi na webových stránkách iQparku http://www.iqpark.cz/ v sekci Školy – Pro učitele. Webové adresy na rozšiřující informace, videa, applety atd. jsou v elektronické verzi metodických listů upraveny jako hypertextové odkazy, na které lze přejít jedním kliknutím.

str. 4 z 11

1) Stlač láhev Cíle úlohy Žák: ● pozoruje deformační účinky síly ● pochopí, že stiskem ruky dokáže deformovat skleněnou lahev ___________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Optická vlákna (internetová komunikace) silná několik mikrometrů se vyrábějí z čistého skla. Díky zde ukázané pružnosti skla se tato vlákna mohou ohýbat a navíjet, aniž by se zlomila. ___________________________________________________________________________ Příklad Lahev Becherovky má objem 1 litr. Když jsme ji zmáčkli na plochých stěnách, hladina vody v kapiláře (trubičce) vystoupila o 1 cm. Průměr kapiláry je 1,5 mm. O kolik mm 3 se deformací zmenšil objem lahve? Řešení: Lahev změnila při deformaci svůj objem o tolik mm3, kolik vody vystoupilo do kapiláry. Vypočítáme tedy tuto změnu objemu jako objem válce o výšce 1 cm a průměru podstavy 1,5 mm (viz obr.).

To je hodně malý objem. Abychom si ho mohli lépe představit, je to zhruba objem třetiny zrnka čočky. Pro zajímavost: Lze vypočítat i o jakou vzdálenost se prohne stěna lahve, ale na úrovni ZŠ je to obtížné, proto uvádíme jen výsledek. Stěna lahve se prohne o tak malou vzdálenost (~1μm), že pozorovat ji pouhým okem není možné (nejmenší rozměry viditelné lidským okem jsou 0,1 mm). Je to zhruba stokrát méně, než jaká je tloušťka listu běžného papíru! Velikost této deformace totiž můžeme přirovnat k velikosti červených krvinek, některých bakterií nebo virů. ___________________________________________________________________________ Experimentování doma Podobně funguje jakákoliv zploštělá nádoba. Žáci se mohou přesvědčit například doma v koupelně. Když zmáčknou lahvičku šamponu nebo sprchového gelu na plochých stěnách, vytlačí z ní bublinu nebo šampon. Naopak při zmáčknutí na bocích lahvička bublinu vsaje nebo k otvoru přisaje prst. ___________________________________________________________________________ Časté chyby Zhruba třetina žáků i přes správné zodpovězení úvodní části úlohy odpověděla, že pouhým stiskem ruky skleněnou lahev zdeformovat neumí. I z tohoto důvodu by autorka ML doporučovala spočítat s žáky ve škole výše uvedený příklad a na něm znovu demonstrovat, že skleněnou lahev zdeformovat rukou umíme. Pouhým okem

str. 5 z 11 však patrně nepozorujeme přímo prohnutí lahve, které je velmi malé, deformaci vidíme prostřednictvím kapaliny stoupající nebo klesající v kapiláře. Uvedená chyba ovšem mohla být také důsledkem žákovské představy deformace pouze ve smyslu deformace plastické, nikoli pružné.

str. 6 z 11

2) Běžecká dráha Cíle úlohy Žák: ● rozumí rozdílu mezi okamžitou a průměrnou rychlostí ______________________________________________________________________________ Poznámky k řešení Úloha se nemusela podařit všem. Je vhodné s žáky rozebrat, komu se podařilo úkol splnit a jak to udělal. Je možné i úlohu zopakovat v obdobné podobě například ve výuce jako součást mírně sportovní hodiny fyziky (viz ). Číselné hodnoty uvedené ve vzorovém řešení jsou orientační (určené na základě výsledků udávaných testovacím vzorkem žáků). _____________________________________________________________________________ Příklad Současný světový rekord v běhu na 100 m drží jamajský sprinter Usain Bolt s časem 9,58 s. a) Jaká byla průměrná rychlost jeho běhu? b) Na úseku mezi 60. a 80. metrem běhu byla jeho průměrná rychlost dokonce 44,72 km/h. Za jak dlouho tento úsek uběhl? Řešení:

Dále je např. možné s žáky počítat, za jak dlouho by oni uběhli 100m, kdyby po celou dobu dokázali běžet svou maximální rychlostí změřenou v iQparku. _____________________________________________________________________________ Navázání ve výuce Lze navázat mírně sportovní hodinou fyziky, k níž potřebujeme stopky a pásmo nebo jiné délkové měřidlo. S žáky např. venku před školou nebo v tělocvičně provádíme měření průměrných rychlostí různých pohybů (skákání „žabáků“, běhu pozadu, trakaře ve dvojicích…), žáci mohou předvádět i různé druhy pohybu – zrychlený, zpomalený, pokusit se o pohyb blízký rovnoměrnému. Žáci si sami naměří délky úseků, stopují si čas a zapisují údaje do tabulek. ______________________________________________________________________________ Odkazy [1] Článek o U. Boltovi a jeho běhu: http://fyzmatik.pise.cz/123788-boltomanie-aneb-prumernarychlost-na-100-m.html

str. 7 z 11

3) Silné magnety Cíle úlohy Žák: ● vymyslí a provede experiment, kterým dokáže, že magnetická síla působí na dálku ● popíše vlastní experiment ____________________________________________________________________________ Podrobnější řešení Je více možných způsobů důkazu/odpovědi, některé další uvádíme zde: ►Vezmu jednu podložku do ruky, přiblížím ji k magnetu (aby se ho nedotýkala) a pustím ji. Magnet ji přitáhne. ►Přiložím železnou podložku na jeden z magnetů tak, aby se ho dotýkala hranou. K podložce hranou přiložím další, vytvářím jakýsi řetízek. Vidím, že řetízek je napnutý směrem k druhému magnetu i když se ho nedotýká, tedy magnetická síla na podložky působí i na dálku. ►Cítím, jak mi podložka v blízkosti magnetu vyklouzává z ruky. ______________________________________________________________________________ Další úkoly v iQparku S uplatněním v praxi souvisí i exponát Magnetická spojka (1. patro – 085). Žáci si mohou vyzkoušet, že při otáčení jednoho kola se otáčí i druhé, ačkoli nejsou spojena. Proč to tak je? Funguje spojka stejně, když otáčíme prvním kolem plynule a když prudce měníme jeho rychlost a směr otáčení? ______________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi V domácnosti jako držáky nářadí, nástěnek apod., v kompasech, v magnetické spojce v klimatizaci některých automobilů. Magnety se také používají spolu s elektrickým proudem v řadě dalších zařízení, jako jsou: elektromagnety, elektromotory, alternátory a dynama, vlak na magnetickém polštáři, reproduktor, mikrofon, kazety, diskety, harddisk v počítači, magnetické pásky na kreditních kartách a jako ochrana zboží před krádeží,… ______________________________________________________________________________ Navázání ve výuce Je možné žákům rozdat magnety a nechat je, aby prozkoumali jejich vlastnosti. Kdy se přitahují a kdy odpuzují? Přitahují se i přes papír, desku lavice, ruku,…? (Pozor na mobily a jiná zařízení, kterým může magnet zničit paměťové záznamy!) Další zajímavé pokusy s magnety najdete např. na [1]. ______________________________________________________________________________ Odkazy [1] Pokusy s magnety: http://www.fyzikahrou.cz/fyzika/jednoduche-pokusy/hrajeme-si-s-magnety [2] Magnetické pole tyčového magnetu – applet: http://www.walter-fendt.de/ph14e/mfbar.htm [3] Magnet a kompas – applet ukazující podobnost Země a tyčového magnetu: http://phet.colorado.edu/en/simulation/magnet-and-compass

str. 8 z 11

4) Houpačka – páka Cíle úlohy Žák: ● vyzkouší si podmínky rovnováhy na páce ____________________________________________________________________________ Další úkoly v iQparku Využití rovnoramenné páky jako vah si mohou žáci přímo vyzkoušet na exponátu Váha (2. patro – 1008). Co musí platit pro zavěšené předměty, aby byly váhy v rovnováze? ____________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Tento princip využívají rovnoramenné váhy, které vlastně jen porovnávají hmotnost dvou těles. Používaly se zejména v dřívějších dobách – v obchodech, lékárnách, ale i vědě. Páka jako taková se dále využívá v případech, kdy potřebujme znásobit naši sílu. Na jejím principu je založena funkce různých předmětů (louskáček na ořechy, stavební kolečko, páčidlo, otvírák na pivo, lis na česnek…). _____________________________________________________________________________ Experiment v domácích podmínkách Žáci si mohou doma zhotovit jednoduché váhy z papíru na vážení drobných předmětů (viz [1]). Pak na nich mohou zvážit například různé české mince a výsledky ve škole porovnat. Tabulka hmotností jednotlivých mincí Mince Hmotnost 50 hal 1g 1 Kč 3,6 g 2 Kč 3,7 g 5 Kč 4,8 g 10 Kč 7,62 g ______________________________________________________________________________ Odkazy [1] Návod na výrobu papírových vah: http://fyzweb.cz/materialy/sily/paka/vaha.php [2] Rovnováha na páce – aplet: http://www.walter-fendt.de/ph14cz/lever_cz.htm

str. 9 z 11

5) Fakírovo lůžko Cíle úlohy Žák: ● uvědomí si význam rozkladu síly ______________________________________________________________________________ Další úkoly v iQparku Žáci mohou prozkoumat Exponát Klenba (4. patro – 202), ukazující rozklad sil. Úkol pro žáky: Sestav klenbu a zkus ji poškodit silou působící na oblouk zvenčí (shora apod.). Pak se o totéž pokus zevnitř (zespoda). Co bylo snazší? ______________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Rozklad síly na velkou plochu využívají těžká pásová vozidla na stavbě (buldozery, pásové bagry) a v nezpevněném terénu (tanky, obrněné transportéry), konstrukce budov, sloupů elektrického vedení apod. Při záchraně člověka, který se právě propadl na zamrzlém rybníce, se také snažíme zvětšit plochu, na kterou naše tělo působí tlakovou silou. Toho docílíme např. plazením na břiše, nebo si pod sebe můžeme dát něco plochého a velkého (prkno,…). Opačným příkladem ze života je, když nám křehké děvče šlápne jehlovým podpatkem na nohu. Bolí nás to víc, než kdyby nám na nohu šlápl těžký muž v botě s plochou podrážkou. Plocha jehlového podpatku je totiž několikrát menší než plocha podrážky (resp. její části). Dalším příkladem může být i bolestivé píchnutí hmyzu. ______________________________________________________________________________ Příklad Vypočítejte, jakým tlakem působí špička vosího žihadla na naši kůži. Víme, že vosa vpichuje žihadlo silou 10 mikronewtonů. Žihadlo je na konci velmi ostré, obsah jeho hrotu je pouhých 3.10–16 m2. [3] Řešení:

Tlak, kterým působí špička vosího žihadla při vpichu na naši kůži je 33 GPa. ______________________________________________________________________________ Experiment v domácích podmínkách Žáci doma provedou měření, jakým tlakem působí na podlahu, když: a) stojí na obou nohách b) stojí na jedné noze (Před zadáním úkolu je vhodné se s žáky pobavit, jak změřit plochu nohy? Celkem přesnou variantou je obkreslit nohu na čtverečkovaný papír, zjistit si plochu jednoho čtverečku a spočítat počet čtverečků ve stopě, obsah částečně zaplněného čtverečku počítat např. za polovinu obsahu celého čtverečku.)

str. 10 z 11 ______________________________________________________________________________ Navázání ve výuce Je možné se žáky vyzkoušet úlohu „Vejce jako nosníky“ (popis experimentu viz [1]), např. v rámci laboratorních prací. Je možné ji také modifikovat tak, že se nafoukne několik balonků, ty se dohromady slepí izolepou a na ně se položí větší dřevěná deska. Na desku si potom mohou stoupat žáci. Případně lze úlohu doporučit k domácímu experimentování. ______________________________________________________________________________ Odkazy [1] Vejce jako nosníky – experiment: http://fyzika.gjvj.cz/pokusy/pokusy/341.htm [2] Článek o dalším využití rozkladu sil: http://fyzmatik.pise.cz/11037-ziva-kovadlina.html [3] Příklad s vosím žihadlem http://fyzmatik.pise.cz/149548-tlak-vyvolany-vosim-zihadlem.html

str. 11 z 11

6) Rotující kapalina Cíle úlohy Žák: ● pozoruje experiment a zaznamená jeho průběh ______________________________________________________________________________ Další úkoly v iQparku Žáci mohou na základě zjištěných poznatků o odstředivé síle a jejích účincích zkusit vyřešit úlohu Kuličky od sebe (3. patro – 529).

____________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Odstředivá síla se využívá na ždímání prádla v pračce, na odstřeďování mléka, čištění odpadní vody od mechanických nečistot atp. Rotující kapalinu (konkrétně rtuť) využíval i dalekohled NODO. Hladina rotující rtuti v něm vytvářela velké zrcadlo, které bylo stejně přesné jako skleněné nebo kovové zrcadlo, ale přitom bylo mnohem levnější. Odstředivá síla může mít nepříznivé účinky u otáčení těles s nerovnoměrně rozloženou hmotností. Proto je potřeba vyvažovat kola aut, aby nedocházelo ke kmitání osy kol během jízdy a nadměrnému opotřebení dílů. ______________________________________________________________________________ Odkazy [1] Dalekohled NODO: http://www.podpora-techniky.cz/page/hladina-v-rotacni-nadobe [2] Rotující kapalina – video: http://www.youtube.com/watch?v=Zip9ft1PgV0 [3] Rozklad sil – applet: http://www.walter-fendt.de/ph14cz/forceresol_cz.htm