No title

FYZIKA P r pokus z elektiny JAROSLAV KUSALA

Masarykovo gymn zium, Vsetn

Ani v dob nejrzn jch virtulnch laborato, efektnch potaovch simulac i profesionln natoench videonahrvek neztratily reln fyzikln eperimenty svj vznam. Spe naopak { klikn potaovou my nem e nahradit vlastnorun manipulaci ka s relnmi pedm ty, s trojrozm rnmi uebnmi pomckami. Zejm na v vodu probrn urit ho t matu, pi motivaci a vkladu, je demonstran pokus uitele a tvoiv prce k nezastupiteln. Zvl cenn jsou pokusy, kter si mohou ci vyzkouet i sami doma s t mi nejb n jmi pedm ty. A proto e nm t na jednoduch fyzikln pokusy nen nikdy dost, nabzme n kolik drobnch experiment, vybranch z nov ho vukov ho CD rmy Pachner: Fyzika zajmav { ELEKTINA I.

Faradayova klec

Jednou z u itench aplikac elektrostatick indukce ve vodii je mo nost odstn n elektrick ho pole. Tento vznamn objev uinil u zatkem 19. stolet M. Faraday. V hodinch fyziky obvykle demonstrujeme odstn n elektrick ho pole pipojenm vysokonap ov ho zdroje k drt n Faradayov kleci. Paprov prou ky na jejch vnitnch st nch se nevychyluj a to dokazuje, e intenzita pole uvnit klece je nulov. Stn n elektronickch pstroj hraje v technice dle itou roli, ale tato archaick demonstrace dnes velk zjem mezi actvem nevyvol. Bude proto rozumn j prov st aspo malou inovaci. Rdiov signl se pomoc elektromagnetick ho vln n, kter m dv slo ky, elektrickou a magnetickou. Obstarejte si miniaturn radiopijma (z vprodeje), kus plechu nebo alobalu a velk drt n cednk. Na stoln Matematika - fyzika - informatika 17 2007/2008

237

desku polo te plech a na n j hrajc rdio (obr. 1). Pak piklopte rdio cednkem { a z pijmae nevyjde ani hlsek, nebo je jen velmi slab. Znamen to, e cednk odstnil elektrick pole, kter se nedostane k ant n pijmae a ten pestane hrt. Provete pokus se stanicemi na stednch (AM) a velmi krtkch (FM) vlnch, s plechovou podlo kou a bez n. Zjistili jste n jak rozdl?

; ; ; Obr. 1 Faradayova klec pro radiopijma

Tranzistorov zesilova

Tranzistor je zkladem zesilova veho druhu. Je proto vhodn , aby se

ci vlastnm pokusem pesv dili, e male zm ny proudu v obvodu bze opravdu vyvolaj mnohem v t zm ny proudu v obvodu kolektoru. Velikost proudu bze se m n potenciometrem, zapojenm jako reostat. Aby byl pokus rychl, spolehliv a pesv div, je vhodn zhotovit jednoelov panel s jednoduchm tranzistorovm zesilovaem. Na jeho pedn st n je zjednoduen sch ma zapojen (obr. 2), propojen tranzistoru s pipojovacmi zdkami je provedeno vodii na zadn sti panelu (obr. 3). Vb r soustek nen nijak kritick, v prototypu jsme pou ili vkonov tranzistor KD501 (typ NPN), potenciometr 1 M s linernm prb hem, ochrann odpory 1 k a 10 . V napjec v tvi je zapojena kemkov dioda KY130, kter zabrn pokozen tranzistoru pi nesprvn m p lovn napjecho zdroje. Soustky propojme se zdkami podle sch matu a pomcka je hotova. 238

Matematika - fyzika - informatika 17 2007/2008

; Obr. 2 Schma zapojen panelu s tranzistorem

Obr. 3 Panel pro demonstraci tranzistorovho zesilovae

Postup demonstrace je jednoduch: Zapojte miliamp rmetry do obvodu bze a kolektoru. Nastavte potenciometr na maximln odpor (minimln proud bze). Pipojte zdroj nap t (nap. plochou baterii). M te proud bze IB otenm potenciometru mezi krajnmi polohami. Sledujte odpovdaj zm ny kolektorov ho proudu IK . Zapite hodnoty proud IB a IK do pehledn tabulky. Z nam ench hodnot je vid t, e mal zm na IB vyvol velkou zm nu IK , dojde k zeslen proudu. Je teba upozornit ky, e toto zeslen nen "zadarmo# { nezbytnou energii dodv pou it napjec zdroj.

Magnetick hky

Pon kud nudn tvrzen, e souhlasn p ly magnet se odpuzuj a nesouhlasn se pitahuj, by bylo vhodn trochu o ivit. Nabzme dv varianty: Pita liv a odpudiv magnetick sly m ete nzorn demonstrovat pomckou se esti magnety. Budete potebovat est malch vlcovch feritovch magnet, zv sy a vhodn stojnek (obr. 4). Stojnek prototypu pomcky jsme zhotovili ze siln j lepenky (nebo pekli ky) a dvou vyazench "c d ek#. Na spodnm kotoui jsou v pravidelnch rozestupech pilepeny vteinovm lepidlem ti magnety. Dva maj nahoe severn p l (oznaen ervenou samolepkou), jeden m nahoe ji n p l (modr). Na hornm kotoui jsou na nitkch pivzny ti elezn dr ky s pilepenmi magnety. Uspodn jejich p l je vid t na fotograi. Pro sprvnou funkci je dle it , aby dv dvojice magnet m ly u sebe souhlasn p ly, jedna dvojice p ly nesouhlasn . %ci si "vlastnma rukama# ov , e souhlasn p ly se navzjem odpuzuj a nesouhlasn pitahuj. Matematika - fyzika - informatika 17 2007/2008

239

;; ; ;

Obr. 4 Ti dvojice magnet demonstruj pita liv a odpudiv magnetick sly

Na podobn m principu funguje tak magnetick kyvadlo. Na stojnek zav ste vlcov magnet a na podlo ku rozmst te n kolik dalch magnet. Rozkmitan magnet vykonv rzn chaotick pohyby, vynucen souasnm psobenm magnet le cch na podlo ce. Kmitajc magnet mus bt tak vysoko, aby se k n mu nepithl dn z magnet na podlo ce. Charakter pohyb kyvadla snadno zm nte pemsovnm magnet na podlo ce, mo nosti jsou velice pestr .

Men indexu lomu kapalin CTIBOR HENZL

Stedn kola teleinformatiky, Ostrava, p. o.

&lnek pojednv o mo nosti m en indexu lomu kapalin pomoc jednoduchch pomcek. Nenronm zpsobem se km pibli uj pojmy index lomu, ohniskov vzdlenost, polom r kivosti oky. Vsledky m en jsou zpracovny v EXCELu s vyu itm zabudovanch statistickch funkc. M en m pouze kvalitativn charakter. Nen nutno opakovat znm fakta o teoretick m charakteru vuky fyziky na mnoha naich stednch kolch. Rovn je znmo, e studenti, a 240


obeznmeni s poslednmi vkiky audio a videotechniky, neznaj principy fyziklnch d j, na nich jsou tyto produkty zalo eny. PC je pro mnoh studenty v rnm prvodcem ve sv t virtuln reality a zdrojem podivuhodnch informac. Bohu el, zapsat a vyhodnotit pomoc potae nap. data z pokusu a ud lat odpovdajc zv r v tina student neum. Rozhodli jsme se pro proveden jednoduch ho experimentu a statistick zpracovn vsledk na potai. Na pprav i proveden pokusu se studenti aktivn podleli. Cel prce, vsledky a z nich plynouc zv r je pro studenty zpravidla mnohem zajmav j, ne pouh verbln projev uitele.

Pomcky a pracovit

Pracovit m je obyejn stl, ppadn katedra, pokud m en provdme ped v t skupinou student. Pomcky jsou jednoduch : laser line genertor (mo no nahradit run akumultorovou svtilnou), baka (prm r 8,33 cm byl zm en posuvnm m idlem), pou it kapalina (voda, pop. vodn roztok NaCl), podstavec s mo nost nastaven vky, stntko, podlo ka. Podstavec a stntko jsme zhotovili ze stavebnice MERKUR. Plochu stntka tvoil ern karton. Podlo ka slou k snadn jmu odetn hodnot. Stupnice pro odhad vzdlenosti postauje centimetrov. Nad prsek os (bod 0) umstme sted baky (obr. 1). Celkov pohled na kovsk pracovit je na obr. 2.

; Obr. 1


241

;; ;; ; Obr. 2

Men

Z genertoru propustme dva paprsky, zbvajc ti otvory pelepme. Pot posunujeme stntko tak, a se paprsky protnou v pedpokldan m ohnisku. Ohniskovou vzdlenost snadno odeteme na podlo ce (obr. 3). Dlky jsou vzdleny 1 cm, milimetry odhadneme. Ohniskovou vzdlenost zapeme do tabulky.

;; ;; ;; Obr. 3

242


;; ;; ;; Obr. 4

Zpracovn a v sledek

Pro vpoet indexu lomu pou ijeme znm vztah (viz '1], s. 58) 1 1 1 f = (n ; 1) r1 + r2

kde polo me r1 = r2 = r a vyjdme n:

n = 1 + 2rf

(1)

Nam en hodnoty ohniskov vzdlenosti pepeme do EXCELu (tabulka 1). M en jsme opakovali s akumultorovou svtilnou (obr. 5). Tmto postupem vak lze urit polohu ohniska s men pesnost. Matematika - fyzika - informatika 17 2007/2008

243

;; ;; ; ; ; Obr. 5

Tabulka 1

Koment k tabulce Tabulce 1

Prvn st tabulky V prvnm sloupci je uvedeno slo m en. Ve sloupcch 2 a 4 jsou nam en ohniskov vzdlenosti. Druh st tabulky V prvnm dku je vypoten aritmetick prm r f nam ench hodnot. 244


Ve druh m dku je vypotena prm rn odchylka aritmetick ho prm ru +f . Ve tetm dku je vypotena relativn odchylka aritmetick ho prm ru f. Ve tvrt m dku je vypotena prm rn hodnota n podle rovnice (1). V pt m dku je vyjdena "nejistota# vsledku jako prm rn odchylka n podle '3]. Odhadne se absolutn odchylka pi m en prm ru baky posuvnm m tkem +d = 0 002 cm, relativn odchylka d prm ru baky se vypote jako podl absolutn odchylky +d a m en hodnoty d = +d :

d

Prm rn odchylka +n, pedstavujc nejistotu vsledku vypote z prm rn hodnoty n a z relativnch odchylek a f a d: Literatura 1] Lepil, O.: Fyzika pro gymn zia. Optika, Prometheus, Praha 2002. 2] Henzl, C.: Vlny na mlk vod, MFI, ro. 16 (2006/2007), . 8, s. 479. 3] Lank, V.: Pehled fyzik lnch vzorc, z kon a pouek, TOBI, Havlkv Brod 1999.

Jzdn kolo { stedn prvek dopravn vchovy na Z N mt pro koln projekt JOSEF JANS

Pedagogick fakulta MU, Brno

(Dokon en) Ze sedmi tematickch okruh Rmcov ho vzd lvacho programu pro fyziku na Z,, kter maj vazbu na dopravn vchovu (viz st D) m eme JK sp n vyu t v p ti nsledujcch: Matematika - fyzika - informatika 17 2007/2008

245

1. Pohyb tles P1 Trajektorie, drha, vzta n soustava K porozum n zkladnm kinematickm pojmm: trajektorie a drha pohybu t lesa (hmotn ho bodu = t it ), vztan soustava, relativnost klidu a pohybu, lze dosp t provedenm jednoduchch pokus s jzdnm kolem. JK postavme na stl koly nahoru Na obvodu jednoho kola zvraznme sledovan bod (nap. svtc barvou nebo uvznm barevn stu ky). Pokusy budou nzorn j, upevnme{li na obvod kola rovku z kapesn svtilny, pipojen k baterii upevn n mezi drty. M eme volit nap. nsledujc postup: (1) Na tabuli nakreslme kdou ru (trajektorii), ppadn zm me jej d lku (drhu). (2) Probl mov loha P t dvojic k rozestavme okolo stolu tak, aby mohli pozorovat pohyb svtc rovky z rznch mst ve td . Po dme je, aby sd lili a na tabuli zakreslili trajektorii pohybujc se rovky (pi opakovan m pokusu ppadn urili i velikost drhy rovky). Zznam pozorovn, kter bude na tabuli ukazuje obr. 8. Pro ky bv pekvapenm, e tent jev lze popsat rznm zpsobem. (3) Ptme se, kdo m pravdu, kdy o t e skutenosti ( rovka kon pohyb po kru nici) mme p t rznch tvrzen? Z diskuse vyplyne,

e zle na vztan soustav ze kter skutenost pozorujeme. Pi pozorovn ns nae smysly mohou klamat. Ne vak fyziku, kter hled pravdu a studuje jevy v prostoru a ase ve vzta n soustav spojen se Zem. Krom toho, e si ci osvojuj fyzikln poznatky (pohyb, trajektorie, vzta n soustava), zskvaj poznatek, kter m obecnou platnost., tj. poznatek, e zrak nm nemus podvat objektivn informace o pozorovan skutenosti. Proto je nutn zva ovat nzor druh ho lov ka s kterm komunikujeme, hodnotit okolnosti a neukvapovat se ve svch sudcch. V tomto ppad vytvme u k po adovan klov kompetence k uen, een probl m a komunikativn. 246


Skup. k

Stanovit k

1.

z pohledu kolmo na rovinu kola zezadu

2.

3.

z lev i z prav strany v rovin kola

4.

z nadhledu za kolem

5.

z nadhledu ped kolem

; ;

Pozorovan prmt trajektorie

;

; ;

Dlka prmtu drhy

kru nice levotoiv

2 r

kru nice pravotoiv

2 r

seka

2r

elipsa (levotoiv )

2 r<s<2 r

elipsa pravotoiv

2 r<s<2 r

Obr. 8


247

P2 Otiv pohyb kola a pmoar pohyb jezdce i kola

Pokus s rovkou na obvodu kola m eme rozit na pozorovn trajektorie rovky a osy kola pi pohybu po vodorovn m stole (nebo po podlaze). Trajektori rovky je cykloida, trajektori osy je seka { viz obr. 9. Zznam cykloidy m eme snadno podit, pilo me-li za otejc se kolo desku s pruhem papru a na n m postupn zaznamenvme polohu

rovky. Pou itm svtc rovky upevn n na rfku kola v zatemn n mstnosti jsou pokusy efektn j.

; Obr. 9

Z nam en hodnoty prm ru kola d, vypotme drhu s cyklisty pi jednom otoen kola a porovnme s hodnotou nam enou (s = d = = 2AA8 ).

P3 Problmov loha o rychlosti, skalry a vektory

Pi jzd na JK kon kolo rovnom rn pohyb, ale cyklista s kolem pohyb translan. Pokus P2 ukazuje, e body K na obvodu kola se pohybuj nerovnom rn . Provedeme nsledujc jednoduch pokus: Ped kolo postavme ty, jak ukazuje obr. 10a. V nejvym a nejni m bodu kola pipevnme na pneumatiku barevn prou ky A, B a pootome kolem tak, aby se od stojc tye posunula asi o 25 cm. Zjistme, e horn znaka A se posunula mnohem dle ne doln znaka B . Stejn efekt m eme pozorovat, kdy sledujeme jeden barevn prou ek pi jzd . V doln sti otejcho se kola prou ek zeteln rozeznme, v horn se jen rychle mihne. Vysv tlen skldnm rychlost, tedy vektorovm soutem, se na Z, prakticky neprobr, ale umo n km pochopit rozdl mezi skalrnmi a vektorovmi veliinami a pozd ji rovn inerciln a neinerciln soustavy. 248


Bod M na obvodu kola (obr. 10b) kon slo en pohyb. Ve vodorovn m sm ru rovnom rn pohyb s rychlost v. Souasn po kru nici rovnom rn pohyb t s rychlost v, kter m v ka d m bod sm r teny ke kru nici. Proto m bod M v nejni m bod vslednou rychlost nulovou, v nejvym bod dvojnsobnou.

; Obr. 10a

Obr. 10b

P4 Rychlost, hlov rychlost drha, hel otoen

Problmov loha Po zaveden pojmu rychlost t lesa m eme kola s rovkou vyu t k rozen o pojmy rychlost posuvnho pohybu a rychlost hlov. V polovin vpletu (drtu) spojujcho bod A a osu oten O umstme druhou rovku (barevnou) { viz obr. 11 a diskutujeme se ky otzku, kter rovka se pohybuje rychleji, kdy vid, e pi otoen kola se vrtily na stejn msto za stejnou dobu, ale bod A urazil del drhu ne bod B . Porovnnm drah a rychlosti bod A, B pi otoen kola zjistme, e oba body jsou na pvodnch mstech, akoliv se po stejnou dobu bod A pohyboval po delm oblouku ne bod B .

; Obr. 11


249

Op t z nam ench hodnot prm r obou kru nic d1 , d2 a periody T vypoteme rychlosti v1 , v2 a !1 , !2 a zjistme, e d1 > d2 , v1 > v2 , ale !1 = !2 .

2. Sla. Moment sly

Podle prvnho Newtonova pohybov ho zkona (na Z, zkon setrvanosti) jsou vechna t lesa v klidu nebo pohybu rovnomrnm p mo arm a ke zm n tohoto stavu je nutn vn j sla. Pinou jzdy jak hokoli dopravnho prostedku je t ec sla. Proto i cyklista k tomu, aby se pohyboval rovnom rnm pohybem po pm silnici, mus pekonvat tec slu mezi pneumatikami a povrchem vozovky. Problmov loha: Pi jzd do kopce cyklista m n pevodn pom r otek. Zdvodn te co je vhodn j, peadit na koleko s v tm nebo s menm potem zub? Princip jzdy na JK spov v tom, e svalov sla cyklisty, psobc svisle na pedl, se pen na pevodnk a et zem na zadn ozuben kolo (pastorek), kter pen tlakovou slu cyklisty na ot iv pohyb zadnho kola. %ci se ve fyzice u, e pro oten t lesa nen rozhodujc sla, ale moment sly. Pro dobr porozum n t to fyzikln veliin a pro sprvnou odpov na otzku m e pisp t nsledujc pokus (obr. 12).

; ; Obr. 12a

Obr. 12b

JK postavme na stl koly nahoru podle obr. 12a. Kliky pevodnku bicyklu dme do vodorovn polohy a na jeden pedl (pku) zav sme zva , kter psob na pku silou F1 (stejn velkou silou psob cyklista na pedl). 250


Vznikl moment sly M1 se pen na zadn kolo (obr. 12b) a uvd je do otiv ho pohybu. Silom rem (mincem) zm me slu Fa , resp. Fb , nutnou k tomu, aby k oten nedolo. Postupn m nme hmotnost zva i prm r (polom r) pastorku a z m en dosp jeme k zv ru: Zv tme-li polom r pastorku (poet zub) dvakrt, pak pi konstantn sle F1 se dvakrt zv t i "brzdc# sla. Za pedpokladu, e cyklista psob na pedl stle stejnou silou, m eme z obr. 12b, na kter m je znzorn no zadn kolo, napsat momentovou v tu

Fa = Fa r Fb = Fb r: Odtud vyplv, e

a = Fa : b Fb

Je-li a > b, je i Fa > Fb . Proto, jede-li cyklista do kopce, je vhodn j pou t pevod s v tm polom rem (v tm potem zub). Vsledky m en ukazuje tabulka 1.

Tabulka 1 poet cihel 2 2 2 2 4 4 4 4 6 6 6 4

F1

(N)

130 130 130 130 260 260 260 260 390 390 390 390

poet zub na pastorku 13 18 22 26 13 18 22 26 13 18 22 26


F2

(N)

20 25 30 40 45 50 70 80 65 75 110 130

251

3. Mechanika tekutin

Problmov loha pro skupinovou prci: Urit velikost tlaku, kter vznik v mst styku JK s povrchem vozovky, jestli e k sm sed na JK. Potom zm it tlak vzduchu v pneumatice a vsledky komentovat. e en: %ci z fyziky znaj vztah pro vpoet tlaku p = F=S , kde F je sla, kter psob na plochu S , a rovn se tze cyklisty a kola. Slu F mohou urit nap. na houpace z momentov v ty. Nvod: Skupina 5 k. Jeden sed na JK, dva ho udr uj v rovnovze (ka d z jedn strany kolmo na sm r jzdy), dal dva m stynou plochu. Pi kontrole vsledk je teba diskutovat otzku jak tlak v pneumatikch ovlivn drhu jzdy (u motorovch vozidel spotebu paliva).

4. Energie, prce, v kon

.loh na vpoet t chto veliin je v uebnicch fyziky pom rn dost. Jsou to vak lohy ky mlo motivujc, proto e se netkaj pmo jich samotnch. Vhodn j je nap. loha vypotat vlastn vkon pi jzd na bicyklu, jedou-li do znm vesnice (vzdlenost a vkov rozdl si musej najt v map ). Dle it je diskuze o vsledcch, hlavn zdvodn n, pro neodpovdaj skutenosti (odpor prosted, tec sla).

5. Svteln dje

Ze zkona odrazu by ci m li um t vysv tlit: pro nejsou odrazky u JK jedno rovinn zrcadlo, ale je to shluk malch odraznch ploch orientovanch do rznch sm r, jak zobrazuje vypukl zrcadlo na ki ovatkch, jak pispvaj zrcadla i odrazky k bezpenosti v doprav .

6. Pasivn a aktivn bezpenost jzdy na JK

Neznalost prodnch zkon ohro uje bezpenost cyklisty: zkon setrvanosti, stabilita t les zvis na poloze t it , ten, jzda v zatce a za det (nebezpe smyku) apod. Nutnost dodr ovat dopravn pedpisy.

Literatura je uvedena v 1. sti pspvku.

252


No title

Recommend Documents