Populární mechanika Staňte se vývojářem strojů

Populární mechanika Staňte se vývojářem strojů Mechanika Energie Určeno pro žáky ve věku 9 až 11 let

Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

Obsah Obsah .................................................................................................................... 2 Přehled projektu ................................................................................................... 3 Potřeby ................................................................................................................. 4 Lekce 1 – Jaké je zadání? ................................................................................... 8 1.1 Úvodní aktivita – nastavení souvislostí – diskuse ve třídě – 10 minut .................. 1.2 Definování předmětu pomocí mechanismu – práce ve skupinách – 25 minut ..... 1.3 Prezentace skupin a stanovení klíčových bodů výuky – 25 minut ........................ 1.4 Závěr – celá třída – 10 minut ................................................................................ Lekce 2 – Co potřebujeme vědět? ...................................................................... 11 2.1 Úvodní aktivita – připomenutí předchozí lekce – diskuse ve třídě – 15 minut ...... 2.2 Co se děje uvnitř mechanického předmětu? – práce ve skupinách – 20 minut .... 2.3 Objev vaček! – práce ve skupinách – 80 minut .................................................... 2.4 Doplňková aktivita: Objev ozubených kol! – práce ve skupinách – 80 minut ....... 2.5 Závěr – celá třída – 5 minut .................................................................................. Lekce 3 – Začínáme stavět! ................................................................................ 15 3.1 Úvodní aktivita – připomenutí předchozí lekce – diskuse ve třídě – 10 minut ...... 3.2 Mechanické hračky – práce ve skupinách – 60 minut .......................................... 3.3 Doplňková aktivita – počítadlo – práce ve skupinách – 80 minut ......................... 3.4 Závěr – celá třída – 30 minut ................................................................................ Lekce 4 – Co jsme udělali? ................................................................................ 18 4.1 Úvodní aktivita – diskuse ve třídě – 15 minut ....................................................... 4.2 Vylepšování – práce ve skupinách – 60 minut ...................................................... 4.3 Závěr – celá třída – 25 minut ................................................................................. Konstrukční proces ........................................................................................................................ Úvodní příběh ................................................................................................................................ Pracovní a odpovědní listy ............................................................................................................. Pracovní list 1, lekce 1 – Najděte mechanický předmět Odpovědní list – pracovní list 1, lekce 1 – Najděte mechanický předmět Pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Odpovědní list – pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Odpovědní list – pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Odpovědní list – pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Odpovědní list – pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Pracovní list 2, lekce 2 – Pojďme si hrát s vačkami! (1/3) Pracovní list 3, lekce 2 – Pojďme si hrát s vačkami! (2/3) Odpovědní list – pracovní list 3, lekce 2 – Pojďme si hrát s vačkami! (2/3) ....................... Pracovní list 4, lekce 2 – Pojďme si hrát s vačkami! (3/3) .................................................. Odpovědní list – pracovní list 4, lekce 2 – Pojďme si hrát s vačkami! (3/3) ....................... Pracovní list 5, lekce 2 – Pojďme si hrát s ozubenými koly! .............................................. Odpovědní list – pracovní list 5, lekce 2 – Pojďme si hrát s ozubenými koly! .................... Návrhy pro zkonstruování mechanických předmětů ...................................................................... Jak postavit mechanickou hračku .................................................................................................. Jak postavit počítadlo? .................................................................................................................. Šablony kol .................................................................................................................................... Vědecké poznámky pro učitele týkající se mechaniky ................................................................... Představy žáků o vědeckých pojmech mechaniky .........................................................................

9 9 9 10 12 12 12 13 14 16 16 16 17 19 19 19 20 21 23 24 25 27 28 29 30 31 32 33 34 35 37 38 40 41 42 43 45 45 49 51 52 54


Přehled projektu Potřebná doba: 6 hodin a 40 minut (400 minut) Cílová skupina: žáci ve věku 9, 10 a 11 let

Popis: Prací na zadání zkonstruovat mechanické stroje (hračky nebo počítadlo) se žáci stanou inženýry a naučí se mechaniku se zaměřením na přenos a transformaci pohybu. V tomto projektu budou žáci manipulovat se skutečnými předměty, aby popsali jednoduché mechanické prvky (vačky, páky, převodovky), a budou je používat jako nástroje, aby pochopili, jak předměty fungují. Žáci použijí jednoduché materiály, aby své hypotézy a představy otestovali a potom je vylepšili. Žáci pracují ve skupinách a své návrhy poté představí a prodiskutují. Tento proces je považován za způsob, jak vyvolat u žáků zájem o vědu a inženýrství, bez ohledu na to, jakým obtížím mohou čelit. Aktivity jsou spojeny s příběhem a žáci musejí vyřešit zadaný úkol. Při závěrečném hodnocení mohou žáci probrat, zda vytvořili předmět, který funguje. Rámcově vzdělávací porgram: • člověk a svět práce – konstrukční činnosti – práce s návodem, předlohou, jednoduchým náčrtkem • člověk a svět práce – konstrukční činnosti – stavebnice (plošné, prostorové, konstrukční), sestavování modelů • člověk a svět práce – práce s drobným materiálem – vlastnosti materiálu (přírodniny, modelovací hmota, papír a karton, textil, drát, folie aj.)

Technický obor: Tento projekt představuje obor strojního inženýrství.

Cíle: V tomto projektu se žáci naučí: • jak aplikovat některé klíčové prvky základního inženýrství pro vytvoření mechanické hračky, • porozumět vědeckým poznatkům v oblasti síly a pohybu, které se tohoto projektu týkají, • aplikovat konstrukční proces pro splnění konstrukčního zadání.

Lekce v tomto projektu: Přípravná lekce je zaměřená na zlepšení povědomí žáků o tom, jak se inženýrství podílí na našem každodenním životě, i když to není na první pohled patrné. Lekce 1 představuje inženýrský problém, jeho souvislosti a konstrukční proces: žáci musejí vymyslet počítadlo návštěvníků, anebo vytvořit mechanické hračky s příběhem. Žáci jsou vyzváni, aby definovali a analyzovali, jak může být mechanický pohyb přenášen a transformován. V lekci 2 povede krok „zadání a pokládání otázek“ konstrukčního procesu k prozkoumání strojního inženýrství. Učitel se může rozhodnout, zda se bude vyrábět počítadlo a bude se zkoumat činnost ozubených kol, nebo zda se bude vyrábět mechanická hračka a zkoumat činnost vaček. Tato lekce je příležitostí shromáždit nezbytné znalosti, díky nimž žáci dokáží zkonstruovat svůj mechanický předmět. V lekci 3 žáci aplikují konstrukční proces na zadání tohoto projektu – vytvořit mechanické předměty (hračky nebo počítadlo). Žáci mohou začít s řešením, které navrhuje tato příručka pro učitele, nebo na základě testování různých materiálů přijdou s vlastním řešením. V lekci 4 dostanou žáci prostor zhodnotit proces výroby mechanických hraček nebo počítadla. V této fázi žáci prokážou, zda splnili všechna kritéria zadání. Mají možnost svá řešení vylepšovat a sdílet své poznatky.


3

Potřeby Seznam materiálu a jeho množství potřebné pro 30 žáků.

Nůžky

Celkové množství Lekce 0 Lekce 1 Lekce 2 Lekce 3 Lekce 4 30 1 30 30 30

Gumičky

40

30

20

20

Lepicí tyčinky

30

30

30

30

Fixační hmota Blu-tack

13

3

5

5

Spojovací kolíky

100

40

30

30

Brčka

100

50

30

20

Lepicí páska

3

1

1

1

Lepicí pistole

1

1

1

1

Nebozízek (ruční vrták)

5

5

5

5

Krabice z polystyrenu Tužky

15 30

15 30

15 30

30

Materiál

30


4

Materiál

Celkové množství

Provázek

1

Lepenkové krabice Řezací nůž pro učitele (není nezbytný)

30 1

Korkové zátky

20

Lepenka Modelovací hmota (modelína „Play doh“)

X X

Lekce 0 Lekce 1 Lekce 2

Lekce 4

½

½

15 1

1

10

10

X

X X

X X

X

X

X

15

Papír

1.

Lekce 3

Tyto materiály jsou nezbytné pro předvedení ukázek.

Jízdní kolo

Celkové množství Lekce 0 Lekce 1 1 1

Hodiny

1

1

Kuchyňský váleček

1

1

Vývrtka

1

1

Materiál

Lekce 2

Lekce 3

Lekce 4

1

1


5

Materiál Deštník

Celkové Lekce 0 množství 1

Lekce 1 1

Nůžky

1

1

Tužky a pera

2

2

Kružítko

4

Školní aktovka

1

1

Mechanická hračka

1

1

Fotoaparát

1

1

Jeřáb – hračka

1

1

Hasičské auto (hračka)

1

1

1

1

Lekce 2 Lekce 3

Lekce 4

1

4

4

1

1

1

Lampa s viditelnými mechanismy

Učitel také může přinést jiné nemechanické předměty, např. balón, botu, knihu, svíčku, klopu z košile, vidličku apod. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

6

Tyto materiály jsou nepovinné. Pokud učitel některé z nich žákům představí, diskuse bude zajímavější.

Materiál

Celkové množství

Ruční psací stroj

1

1

Mikroskop

1

1

Šicí stroj

1

1

Odstředivka na salát

1

1

Šlehač na vajíčka

1

1

Sady kol (návrh: Celda nebo Lego)

10 sad

Lekce 0

Lekce 1

Lekce 2

Lekce 3 Lekce 4

10 sad


7

Lekce 1 – Jaké je zadání? Seznámení s úkolem Potřebná doba: 70 minut

Cíle: V této lekci se žáci naučí: • identifikovat klíčové způsoby, jimiž stroje přeměňují (transformují) sílu na pohyb, • zavádět konstrukční proces jako výchozí bod svého projektu, • společně a efektivně spolupracovat.

Potřeby (pro 30 žáků) • 30× pracovní listy 1, • předměty, které přinesl učitel nebo žáci. Některé potřeby nejsou povinné, ale jsou příležitostí pro zajímavou diskusi.

Příprava: Učitel musí: • Připravit pracovní listy. • Požádat žáky, aby každý z nich přinesl nějakou hračku. • Přečíst si příběh a rozhodnout se, zda jej přizpůsobí. • Rozhodnout se, zda využít počítadlo jako doplňkovou aktivitu.

Způsob práce • Celá třída pro nastolení kontextu, • experimentování ve skupinách, • diskuse výsledků experimentů v celé třídě.

Hlavní myšlenky této lekce • Mechanika se týká mnoha předmětů, které žáci den co den používají. • Žáci si sami stanoví pravidla a společně jsou schopni definovat mechanický předmět. • Na vědeckém zkoumání pracují žáci ve skupinách.

Kontext a pozadí Jsou představeny úkol (zadání), souvislosti a konstrukční proces. Učitel převypráví příběh, a představí tak zadání úkolu. Žáci přemýšlejí, jaké znalosti musejí mít, aby mohli zadání splnit. Musejí dokázat přesně definovat mechanický předmět za pomoci analyzování předmětu, který přinesl učitel nebo žáci.


8

1.1

Úvodní aktivita – nastavení souvislostí – diskuse ve třídě – 10 minut

Učitel přečte příběh a zasadí jej do souvislostí (viz příloha). Shrnutí příběhu: Pan Toyz prodává hračky. Jednoho dne dostal dopis od Alfreda, svého syna žijícího daleko od domova. Alfred ho žádá o pomoc s vytvořením mechanických hraček pro chudé děti. Pan Toyz však nemá představu, jaké hračky vytvořit, a proto se rozhodl uspořádat něco nového: požádal děti, aby vytvořily hračky pro jiné děti. Hračky musejí mít nějakou souvislost s populárními pohádkami. Tento počin je velmi úspěšný a obchod pana Toyze je najednou příliš malý. Ve skutečnosti může přijmout maximálně deset osob. Aby pan Toyz našel řešení, požádal starší děti, aby zkusily vymyslet mechanický systém, který by mohl počítat osoby, jež vstupují do jeho obchodu, a určil tak, kdy bude obchod plný. Učitel zdůrazní, že další čtyři lekce se budou týkat výroby mechanických hraček pro pana Toyze. Učitel vysvětlí, že třída, než začne navrhovat své hračky, má dva úkoly: nejprve zjistit, čím se mechanické hračky odlišují od ostatních hraček, a za druhé zjistit, co je činí mechanickými.

1.2

Definování předmětu pomocí mechanismu – práce ve skupinách – 25 minut

Žáci v tomto projektu vytvoří mechanický předmět. Proto je důležité nejprve pochopit, co to mechanický předmět je. Učitel s žáky prodiskutuje hračky, které přinesli, a pak rozhodnou, které z nich jsou mechanické. Učitel také přinese nějaké mechanické předměty a rozmístí je po učebně. Děti jsou také vyzvány, aby se zamyslely, které každodenní předměty v učebně mohou být mechanické. Žáci je poté najdou a proberou, proč si myslí, že jde o mechanické předměty. Doporučujeme, aby učitel pro tuto aktivitu ponechal dostatek času: je důležité, aby se žáci naučili mechanické předměty identifikovat. Je to první možnost takové předměty identifikovat (např. ozubená kola, vačky, nápravy). V této fázi jim ještě nemusejí být známé technické pojmy, ale měli by být podporováni, aby odhadovali, jaká slova by mohla být použita k popisu mechanických částí předmětů, které objeví. Učitel může využít jejich odhadované termíny a představit jim techničtější mluvu strojního inženýrství. Třída je rozdělena do skupin po 5 žácích tak, aby v nich byla zastoupena obě pohlaví i žáci různé úrovně. Když žáci najdou předmět, vyplní pracovní list 1 lekce 1 – každá skupina představí předmět (název, účel a vysvětlení, proč je předmět mechanický s použitím vhodného slovníku). Učitel tak může objasnit prinicipy fungování různých mechanických předmětů.

1.3

Prezentace skupin a stanovení klíčových bodů výuky – 25 minut

Žáci identifikují společné body u každého mechanického předmětu, se kterým manipulují, a pokusí se ho popsat. Učitel žáky navrhovaný popis zapíše na tabuli a vysvětlí, proč předmět je mechanický, či není. Součástí této aktivity je příležitost stanovit klíčový bod výuky pomocí první fáze konstrukčního procesu, ve kterém žáci začínají klást otázky, proč mechanické předměty fungují tak, jak fungují.


9

Klíčový bod výuky, který stanoví žáci a učitel podpoří: Mechanický předmět nemusí být nutně mechanický zcela. Může být elektrický s určitými mechanickými částmi. Chceme-li mít jistotu, že jsme identifikovali mechanický předmět, musíme „vstoupit dovnitř předmětu a prozkoumat jej“ a pochopit, jak funguje. Mechanická část předmětu je stroj. Stroj se skládá z ozubených kol, řetězů (např. jízdní kolo), vaček, pák či kladek. Tento stroj je spojením mezi rukou a nohou (počáteční pohyb) a konečným pohybem. Při použití jízdního kola netlačíte přímo na kolo, ale šlapáním pohybujete řetězem mezi dvěma koly. Váš pohyb je tímto způsobem přenášen. Mechanický stroj přenáší počáteční pohyb na konečné místo, kde je pohyb využit. Mechanický předmět může představovat buď celý předmět, jehož je mechanický stroj součástí (např. jízdní kolo, kde mechanický stroj představuje část obsahující řetěz a případně ozubená kola (převod), nebo pouze jeho část (vytáčecí číselník na starých telefonech).

1.4

Závěr – celá třída – 10 minut

Učitel zopakuje hlavní body výuky této lekce: • Stroje se používají pro přenos síly a transformaci pohybu. • Právě se nacházejí v důležitém bodě konstrukčního procesu, ve kterém pokládali otázky ohledně návrhu a konstrukce mechanických hraček. • Žáci se naučili několik důležitých slov, která jim pomohou při plnění zadání – vačky a ozubená kola. • Žáci ve svých skupinách dobře pracovali a projekt se jim líbí.


10

Lekce 2 – Co potřebujeme vědět? Seznámení se s mechanikou Potřebná doba: 120 minut

Cíle: V této lekci se žáci naučí: • rozumět silám, např. že ozubená kola a vačky mohou přenášet a transformovat pohyb, • že forma mechanického stroje (typ vačky nebo velikost ozubených kol) pohyb ovlivňuje. Potřeby (pro 30 žáků) • 30× pracovní listy 1, 2 a 3, • vývrtka, • jízdní kolo, • mechanické hračky.

• -

• • -

Pro výzkum vaček Lepenka, 30 nůžek, gumičky, 30 lepicích tyčinek, fixační hmota Blu-tack, spojovací kolíky, 50 šablon vaček (viz příloha), 50 brček, papír, samolepicí páska.

-

Pro výzkum ozubených kol Sady kol. Doporučujeme např. sady od společnosti Celda nebo Lego (viz příloha). Pro zkonstruování vlastních ozubených kol Plastové uzávěry různých velikostí, lepicí pistole, lepenka, lepenkové tyčky nebo hřebíky, 5 nebozízků, krabice z polystyrenu.

Příprava: Učitel musí: • Vyzkoušet experimenty, • připravit a uspořádat materiály, • připravit pracovní listy.

Způsob práce • Průzkum prováděný ve skupinách, • diskuse v celé třídě o výsledcích.

Kontext a pozadí Krok „zadání a pokládání otázek“ konstrukčního procesu k prozkoumání mechaniky. Žáci budou provádět pokusy a „vstoupí“ dovnitř mechanických strojů. Zjistí, jak velikost a tvar ozubených kol nebo vaček ovlivňují přenos pohybu. Učitel může o obsahu lekce 2 rozhodnout: zda se bude vyrábět počítadlo a bude se zkoumat činnost ozubených kol, nebo zda se bude vyrábět mechanická hračka a zkoumat činnost vaček. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

11

2.1

Úvodní aktivita – připomenutí předchozí lekce – diskuse ve třídě – 15 minut

Učitel žákům krátce připomene lekci 1 – jaký je konstrukční problém, který je třeba vyřešit. Učitel se žáků také zeptá na klíčový bod výuky, který stanovili během první lekce, a tak jim připomene, které předměty jsou označované jako mechanické, a které ne. Opakování jim pomůže při další aktivitě v lekci 2. Učitel pak na příkladech mechanického předmětu žákům představuje klíčové pojmy strojního inženýrství, včetně ozubených kol, pák a klik. Sem může být zahrnuto i posouzení poměrně velkého předmětu, jako je např. stolní polohovací lampa s viditelnými mechanismy. Má-li třída přístup na internet, mohou navštívit webové stránky „Jak věci fungují“ („How stuff works“) (www.howstuffworks.com/). Žáci „vstupují“ do vnitřní části mechanického předmětu a zjišťují, jak funguje.

2.2

Co se děje uvnitř mechanického předmětu? – práce ve skupinách – 20 minut

Navrhujeme, aby žáci pracovali ve skupinách po 4. Učitel rozdá pracovní listy 1 lekce 2, jeden pro každou skupinu. Žáci prozkoumají obrázek, určí pohyblivé části předmětu a tyto části vybarví. Učitel se rozhodne, zda rozdá všechny čtyři předměty, nebo jen některé z nich (vývrtka, jízdní kolo či nějaké hračky). Je-li to možné, měla by mít každá skupina svůj předmět a pracovní list, aby žáci mohli s předmětem manipulovat a určovat jeho funkčnost a použití. Na konci této aktivity každá skupina ostatním žákům vysvětlí fungování každého předmětu.

U aktivit 2.3 a 2.4 se může učitel rozhodnout prodloužit první aktivitu do druhé aktivity, a to v závislosti na čase a dovednostech žáků mezi prozkoumáváním ozubených kol či vaček. Aktivita 2.4 popisuje pokusy (experimenty) s ozubenými koly. Tato část umožní učiteli a žákům vyrobit počítadlo. Aktivita 2.3 se týká vytvoření mechanické hračky. Aktivita 2.4 je náročnější než aktivita 2.3, může ale přispět ke zkoumání mechaniky.

2.3

Objev vaček! – práce ve skupinách – 80 minut

Účel této aktivity je, aby žáci na základě vytvoření vačky pochopili základní principy mechaniky. Prvním úkolem je sestrojit vačku podle pokynů v pracovním listu 2 lekce 2. Nejlepší je, když tuto aktivitu vede učitel a žáci ve skupinách jej v každé fázi konstruování základní vačky následují. Při vytvoření základní vačky žáci pochopí vztah mezi otáčením nápravy a pohybem vlajky. Žáci mohou také experimentovat s různými tvary vaček – viz pracovní list 3 lekce 2 a šablony vaček. Žáci s vačkami různě manipulují, aby pochopili, jak přenášet pohyb a jak jej transformovat. Po vyřešení dvou úkolů (pracovní list 2) použijí jednoduchý mechanismus vačky a stanoví dvě poučky. Učitel může žáky požádat, aby před zahájením testování vypracovali své předpovědi. 1. Kam je podle zvoleného pohybu nejlepší vačku umístit? 2. Který tvar vačky je pro vybraný pohyb vhodný?

Zjistit víc: nebojte se výzev! Aby učitel zjistil, zda žáci opravdu pochopili, jak může vačka přenášet či transformovat pohyb, může skupinám předložit určité výzvy – úkoly. Aby žáci objevili a pochopili, jak vačka funguje, jsou požádáni, aby vytvořili vačkový mechanismus.


12

Poté tento mechanismus použijí pro experimentování s tvary vaček. Každý výsledek si zaznamenají a na základě těchto výsledků vyřeší doplňkové úkoly (pracovní list 3 a 4). Žáci přemýšlejí nad různými tvary vaček a vyrábějí je, aby našli jeden nebo více způsobů, jak: • zvednout kolo na hřídeli do nejvyšší možné úrovně, • 8krát kolo na hřideli zvednout, zatímco se vačka otočí o jednu celou otáčku, • otáčet kolem na hřídeli co nejrychleji. Každý úkol je v příloze objasněn.

2.4

Doplňková aktivita: Objev ozubených kol! – práce ve skupinách – 80 minut

• Aby žáci zjistili, jak fungují ozubená kola, doporučujeme, aby učitel přinesl do třídy hodiny, otevřel je a ukázal jim ozubená kolečka uvnitř. Může pak pohybovat různými částmi hodin a ukazovat přenos pohybu. • Žáci s ozubenými koly různě manipulují, aby pochopili, jak přenášet pohyb a jak jej transformovat. Používají dvě ozubená kola různých velikostí a stanoví tři poučky. Pro zaznamenání výsledků doporučujeme používat pracovní listy. 1. 2. 3.

Aby ozubená kola přenášela pohyb, musejí se navzájem dotýkat. Pro zrychlení pohybu musí být poslední kolečko menší než počáteční. Pro zpomalení pohybu musí být poslední kolečko větší než počáteční.

Zjistit víc: nebojte se výzev! Aby učitel zjistil, zda žáci opravdu pochopili různé funkce ozubených kol (přenos pohybu, jeho transformování, zrychlení nebo zpomalení), může skupinám předložit určité výzvy – úkoly. Učitel může využít speciální sady (např. pedagogické materiály od společností Celda nebo Lego) s jednoduchými mechanickými prvky. Učiteli doporučujeme, aby vybral sady s různými velikostmi kol. Je-li to možné, vysvětlování je jednodušší s barevnými koly. Učitel se ale může také rozhodnout, že si s žáky vyrobí svá vlastní ozubená kola. Jednotlivé kroky jsou popsány v příloze. Poté dá učitel každé skupině jednu sadu a uvede pravidla/omezení (použití pouze 2 kol či použití největších kol atd.). Učitel může také žáky požádat, aby ukázali jeden nebo více způsobů, jak: • přenášet pohyb, • transformovat pohyb, • zrychlovat pohyb, • zpomalovat pohyb, • přeměnit (transformovat) pravidelný pohyb na nepravidelný, • odhadnout směr kola. Každý úkol je v příloze objasněn. Doporučujeme přijít s jedním řešením pro každý úkol, ale žáci mohou najít i další. Účelem je, aby žáci skutečně poznali různé funkce ozubených kol. Vidí-li učitel, že žáci s prvním úkolem nemají žádný problém, mohou začlenit ještě prvek času, aby se tak dokončení úkolu stalo pro skupiny náročnější. Učitel pak může žáky požádat, aby pro každý úkol stanovili poučku.


13

2.5


Lekce končí shrnutím toho, co skupiny zjistily. Učitel může každou skupinu požádat, aby představila své řešení úkolu zbytku třídy. V lekci 3 se budou používat určité poučky. Doporučujeme, aby učitel napsal na tabuli jejich shrnutí, a tak je žákům připomněl.

Poučky týkající se ozubených kol: 1. Pro přenos stejného pohybu z prvního kola na třetí musí mít první a poslední kolo stejnou velikost. 2. Pro zpomalení pohybu musí být poslední kolo větší než první. 3. Pro transformaci pravidelného pohybu na nepravidelný se musí změnit tvar kola. Toto pravidlo žáci použijí, aby si představili „propojku“. Druhé kolo se musí otáčet po otočení prvního kola.

Poučky týkající se vaček: 1. Kolo na hřídeli je v konstantním pohybu, pokud je tvar vačky kruhový. 2. Kolo na hřídeli se zvedá a klesá, má-li vačka tvar hrušky, kapky nebo je excentrická. Počet „zubů“ vačky ovlivňuje pohyb kola na hřídeli. 3. Pro urychlení kola na hřídeli musí jí být vačka co nejblíže.

Na konci této lekce budou žáci schopni: • Spojit pohyb a použitou mechaniku. • Zvolit nejlepší mechanický prvek podle požadovaného pohybu. • Pochopit, že poučky napsané na tabuli jsou důležité: nezáleží na tom, zda jim přesně porozuměli, protože si je mohou vyzkoušet během vlastního konstruování (lekce 3).


14

Lekce 3 – Začínáme stavět! Návrh vašeho mechanického předmětu (hračky nebo počítadla) Potřebná doba: 100 minut (plus 80 minut v případě doplňkové aktivity)

Cíle: V této lekci se žáci naučí: • zapojit konstrukční proces pro vytvoření mechanické hračky, • vyjádřit vědecké poznatky v oblasti síly a pohybu v rámci technického projektu, • zkonstruovat funkční hračku a následně ji vyhodnotit. Potřeby (pro 30 žáků) • 15 šablon pro vytvoření předmětu. Doporučujeme konstruovat 1 předmět ve skupině o 2 či 3 žácích. • -

Pro počítadlo: 30 šablon kol, lepenka, dřevěné tyčky (nápravy), 30 nůžek, modelovací hmota (modelína „Play doh“), 30 brček, 15 krabic (doporučujeme polystyrenové), 30 tužek, 30 lepicích pistolí, nebozízků, provázek a veškerý materiál, který žáci požadují pro vytvoření svých strojů.

• -

Pro mechanickou hračku: Lepenkové krabice, dřevěné tyčky (nápravy), papír, 30 lepicích tyčinek, 30 nůžek, lepicí pistole, samolepicí páska, řezací nůž pro učitele (není nezbytný), korkové zátky, gumičky, sada nebozízků, brčka, šablony tvarů vaček, fixační hmota Blu-tack, lepenka, 30 tužek.

Příprava: Učitel musí: • Připravit materiály, • připravit nějaké modely počítadla (nebo hračky).

Způsob práce • Práce ve skupinách.

Hlavní myšlenky této lekce • Dokázat vymyslet stroj a naplánovat jeho konstrukci. • Dokázat přednést své představy ostatním žákům.

Kontext a pozadí V této lekci žáci projdou kroky „přemýšlení“, „plánování“, „zkonstruování“ a „vylepšování“. Žáci využijí vědecké poznatky, které se naučili, aby splnili zadání. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

15

3.1

Úvodní aktivita – připomenutí předchozí lekce – diskuse ve třídě – 10 minut

Učitel spolu s žáky shrne, co se dozvěděli v lekci 2 o vztahu mezi sílou a pohybem a o úloze ozubených kol a vaček při řízení pohybu. Proberou prokázané poučky a zformulují úkol, který mají vyřešit. Učitel žákům připomene konstrukční proces. Tento proces zahrnuje 5 kroků, které budou tvořit strukturu lekce: • „Zadání a pokládání otázek“: Učitel žákům připomene příběh a zadání, jež žáci musejí řešit. • „Přemýšlení“: Žáci představují různé návrhy. Mohou nakreslit schémata, aby svým nápadům dodali formu. • „Plánování“: Na základě svých schémat shromáždí žáci materiály, které budou potřebovat. Ve skutečnosti lze tyto tři kroky spojit, ale vše musí být zastoupeno. • „Zkonstruování“: Žáci vytvoří svůj prototyp. Pátý krok „vylepšování“ lze probrat při ukončení lekce 4.

3.2

Mechanické hračky – práce ve skupinách – 60 minut

Krok 1: Zadání a pokládání otázek: Prozkoumejte a rozeberte nějaké hračky, abyste viděli metody spojování. Učitel přinese mechanickou hračku, aby předvedl, jak funguje. Učitel se může ptát: Jaký pohyb hračka vykazuje? Jak se tato část otáčí/pohybuje? Co ji otáčí? Když žáci představí a vysvětlí některé své názory, ukáže učitel vnitřní část hračky a předvede, jak hračka funguje. Krok 2: Přemýšlení: Hledání nových nápadů při společné diskusi (brainstorming) Žáci jsou vyzváni, aby uvedli příklady pohádek, např.: Červená Karkulka či Popelka. Na konci této diskuse vyberou skupiny nebo učitel pohádku. Žáci potom budou přemýšlet, jakou mechanickou hračku k dané pohádce vytvořit. Doporučujeme, aby společně pracovali 4 žáci. Každá skupina si musí představit pohyb, který má jejich hračka vykonávat, a poté nakreslí návrh. Žáci jsou vyzváni, aby sepsali seznam materiálů, které budou k vytvoření hračky potřebovat. Krok 3: Zkonstruování hračky Učitel připraví materiály vypsané v úvodu této lekce. Učitel může dodat také zvláštní materiály, o které zažádají žáci. Každý krok konstruování mechanické hračky je vysvětlen v příloze. Krok 4: Prezentace prototypu Jde o důležitou součást konstrukčního procesu, ve kterém žáci vyhodnotí svůj inženýrský úspěch.

3.3

Doplňková aktivita – počítadlo – práce ve skupinách – 80 minut

Tato aktivita je komplexnější. Jedná se o doplňkovou aktivitu pro zdatnější žáky vyšších stupňů. Krok 1: Hledání nových nápadů při společné diskusi (brainstorming) Žáci jsou vyzváni, aby počítadlo popsali. Mohou jej spojit s příklady, které lze nalézt ve třídě, obchodech, jejich domovech atd. Vysvětlí, co se dá s počítadlem dělat: sčítat a odčítat. Učitel žákům na konci debaty připomene zadání – vytvořit počítadlo osob v obchodě pana Toyze. Tento krok je také možné zakončit návštěvou technického muzea.


16

Krok 2: Výroba stroje Každý krok je v příloze vysvětlen. Krok 3: Prezentace prototypu:

3.4


Na konci lekce 3 žáci svůj model analyzují a všímají si všech problémů s jeho používáním. V lekci 4 jsou potom modely vylepšovány. Plánování a výroba jako součást hlavní aktivity této lekce se výslovně vztahuje ke konstrukčnímu procesu. Každá skupina představí svůj prototyp hračky celé třídě. Pečlivě si zaznamenají jakékoli návrhy svých spolužáků na vylepšování, které zpracují v další lekci.


17

Lekce 4 – Co jsme udělali? Splnili jsme zadání? Potřebná doba: 100 minut

Cíle: V této lekci se žáci naučí: • jak vylepšovat svůj předmět, • vyhodnocovat a analyzovat své výrobky, a tak je vylepšovat.

Potřeby (pro 30 žáků) • Mechanické předměty postavené v lekci 3, • tužky, • papír, • lepidlo, • nůžky, • materiály požadované pro vylepšení. Ty závisejí na vylepšeních, ke kterým se žáci rozhodnou.

Příprava: Učitel musí: • Sesbírat výrobky žáků. • Připravit materiály požadované žáky.

Způsob práce • Práce ve skupinách, • celá třída.

Hlavní myšlenky této lekce • Dokázat vyhodnotit a analyzovat své výrobky, a tak je vylepšovat. • Diskutovat konstrukční proces.

Kontext a pozadí V této lekce probíhá hodnocení procesu a výrobku. Splnili jsme zadání? Jak žáci uplatňují vědecké poznatky, které získali, a jak pracují s konstrukčním procesem? Je to také chvíle, kdy předvedou své řešení problému a mohou být hrdí na to, co se naučili a co vytvořili.


18

4.1

Úvodní aktivita – diskuse ve třídě – 15 minut

Učitel spolu s žáky shrne dosažené výsledky v lekci 3. Každá skupina si naplánuje, jak na základě bodů z předchozí lekce své hračky vylepší.

4.2

Vylepšování – práce ve skupinách – 60 minut

Žáci provedou důležitá vylepšování svých výrobků (hračky či počítadla). Musejí určit, jaké další materiály budou potřebovat. A také je nutné, aby měli prostor pro konzultaci svých návrhů s ostatními skupinami a pro získání nových nápadů.

Například pro mechanickou hračku: 1. použijte na vačku lepenku o větší tloušťce, aby nedocházelo k prokluzování vačky, 2. použijte tenčí spojovací kolík (špejli), aby se mohl v brčku volně pohybovat, 3. použijte větší krabici pro přidání postav, 4. změňte některé pohyby a otestujte další možnosti, 5. vyrobte vačku z jiného materiálu, nebo např. k zajištění vačky použijte lepicí pistoli namísto fixační hmoty Blu-tack.

Například pro počítadlo: 1. použijte větší kolo pro lepší spojení, 2. vybarvěte kola pro jejich lepší rozpoznání, 3. čísla na kolech napište větší, aby šla snadněji přečíst, 4. použijte jiný materiál než polystyren pro lepší podporu, 5. na vnitřní stranu lepenkových zubů dejte tyčky, aby byly silnější.

Každá skupina se musí rozhodnout, kterého nápadu se bude držet. Když skupiny sesbírají různé názory, jsou připravené začít stavět nový stroj. Učitel jim může poskytnout více času pro zkonstruování nového stroje. Nový stroj budou žáci stavět podle kroků popsaných v lekci 3 a zároveň budou dělat vylepšování.

4.3


Když žáci svůj stroj vylepší, představí ho ostatním. Na konci této lekce učitel a žáci proberou, co se naučili, konstrukční proces a jeho pět kroků: „zadání a pokládání otázek,“ „přemýšlení,“ „plánování,“ „zkonstruování“ a „vylepšování.“


19

Konstrukční proces


20

Úvodní příběh Nacházíme se v malém městečku Hagury... Toto městečko je proslulé něčím konkrétním... Víte čím? Ne?! To je překvapení! Je proslulé díky zvláštnímu obchodu! Obchodu pana Toyze. Pan Toyz má úžasnou práci. Je návrhářem hraček. A navíc – je jedním z nejlepších! Ve skutečnosti byl návrhářem hraček jeho tatínek a také jeho dědeček. Ke každé významné události vyrobí pan Toyz nové hračky. Vánoce právě skončily a zbývá už jen několik dní zamyslet se nad novými hračkami na Silvestra. Je tu ale jeden problém... Pan Toyz si vždycky své hračky tvořil sám. A je tak kreativní, že ani nedokážeme všechny jeho vynálezy vyjmenovat. Dnes mu však nápady došly. Každé ráno na cestě do své dílny se snaží vymyslet nové hračky. Po všech těch letech navrhování a vyvíjení mu ale jeho představivost došla... A dnes... „Vytvořil jsem tolik hraček... A teď jsem troska! Nemám už žádnou inspiraci.“ Z myšlenek vytrhlo pana Toyze zaklepání na dveře. Pošťák. „Dobrý den, pane! Mám pro vás několik dopisů!“ Přišly tři dopisy a jeden z nich je zcela odlišný. Pan Toyz okamžitě rozpoznal razítko: dopis přichází z veliké dálky. Jeho syn, který má také obchod s hračkami, odešel z Francie, aby v té daleké zemi pomáhal dětem. Ve svém dopise žádá něco speciálního...

„Milý tatínku, jsem zde už šest měsíců... Každý den tu není růžový, jak víš, ale jsem šťastný, že mohu lidem tady pomáhat z těch několika málo zdrojů, které mám. Učím je vše, co znám, pomáhat jim stavět domy... Ale teď bych chtěl něco víc. Přál bych si zlepšit život dětí, anebo jim přinést do něj alespoň více zábavy! Nemají tu žádné hračky a ani dostatek peněz, aby si je mohly koupit, a tak si hrají s věcmi, které najdou... Myslím, že chápeš, proč tě potřebuji. Mohl bys vyrobit nějaké hračky pro místní děti? Víš o našich podmínkách tady... Věřím ti... Děkuji! Alfred“

Pan Toyz se zahloubal... „Tak další problém jsem opravdu nepotřeboval...“ Zírá do šálku kávy a přemýšlí... A najednou dostal nápad! „Jde-li o hračky pro děti... proč by je nenavrhly samy děti?!“ Pana Toyze okamžitě napadne soutěž... Každé dítě sní o tom, že bude jako pan Toyz a že bude tvořit hračky! Je to poprvé, co někdo bude něco takového pořádat ve svém obchodě. Pan Toyz rychle vyrábí plakáty, oznámení a tak dále. Všechno musí být hotovo následující den a pak bude schopen vytvořit hračky pro svůj obchod a také pomoci svému synovi. A nazítří má jeho obchod novou tvář! Všechny děti z městečka spěchají k výloze, aby si přečetly vyvěšený plakát. „SOUTĚŽ: Vytvoř hračku a pomoz dětem, které nemají takové štěstí a žádnou nemají. Musíš být kreativní. “ Děti jsou velmi nadšené a chtějí vědět více. „Pane, jak se můžeme soutěže zúčastnit? Co vyhrajeme? Nedokážeme vymyslet takové nádherné hračky, jako jsou vaše!“ „Nebojte se. Nejdůležitější je, abyste se bavili a aby se bavily i děti, které hračky dostanou! A tu nejlepší vystavíme v mém obchodě! “ Existují však určitá pravidla: Pravidlo číslo 1: Hračky musejí být ekologické, nesmějí obsahovat baterie ani žádné připojení na elektřinu. Pravidlo číslo 2: Hračky se musejí hýbat. Pravidlo číslo 3: Hračky musejí být vyrobeny z recyklovaného materiálu – lepenky, korku, brček... Když si to tedy celé shrneme, musíte vymyslet mechanické hračky.


21

Teď má ale pan Toyz další problém... Jeho hračky od počátku soutěže zaznamenaly skutečný úspěch, větší než kdy dřív. Jeho obchod je ale velmi malý a pan Toyz je znepokojený. „Nemůžu tu mít více než 10 lidí. A nemohu celý den stát před obchodem a říkat dětem, že musejí počkat... Musím najít nějaký systém...“ A protože je soutěž s hračkami úspěšná, rozhodně se prodavač hraček vyzkoušet ještě jednu... „Mohu uspořádat pro děti další soutěž! Požádám je, aby přišly se systémem, díky kterému budu vědět, kolik lidí je v mém obchodě. Tento systém by mi měl říci, zda je v mém obchodě již plno, nebo ne.“ A příští den se před obchodem objeví další nápis... a nyní je řada na vás, abyste panu Toyzovi pomohli...


22

Pracovní a odpovědní listy


23

Pracovní list 1, lekce 1 – Najděte mechanický předmět Jméno: Datum:

Víte, že mechanické předměty jsou všude kolem nás? Váš učitel někde v učebně schoval mechanické předměty. Najděte je. Hodně štěstí!

Co potřebujete? • Vaše pozorovací schopnosti.

Do práce! 1. Napište název předmětu, který jste našli. ……….……………………………………………………….………………………………………………...

2.

Popište jeho funkci.

……….……………………………………………………….………………………………………………… …….……………………………………………………….……………………………………………………

3.

Vysvětlete, proč jste si jisti, že je tento předmět mechanický.

……….……………………………………………………….………………………………………………… …….……………………………………………………….…………………………………………………… ….……………………………………………………….………………………………………………………. ……………………………………………………….……………………………………………………….… …………………………………………………….……………………………………………………….…… ………………………………………………….……………………………………………………….……… ……………………………………………….……………………………………………………….…………


24

Odpovědní list – pracovní list 1, lekce 1 – Najděte mechanický předmět Jméno: Datum:

Víte, že mechanické předměty jsou všude kolem nás? Váš učitel někde v učebně schoval mechanické předměty. Najděte je. Hodně štěstí!

Co potřebujete? • Vaše pozorovací schopnosti.

Obrázek je jen návrhem, jak v učebně mechanické předměty „schovat“.

Do práce! 1. Napište název předmětu, který jste našli. Seznam mechanických předmětů nakreslených na obrázku: 1. hodiny nebo hodinky, 2. deštník, 3. jízdní kolo, 4. hračka jeřáb, 5. kružítko, 6. dveře,

7. mikroskop, 8. hračka „pes“, 9. nůžky, 10. fotoaparát, 11. školní aktovka, 12. okno.


25

2.

Vysvětlení, proč některé předměty na obrázku jsou mechanické.

Předmět

Je mechanický?

Vysvětlení

Jízdní kolo

Ano

Hodinky

Ano

Šlápnete do pedálů a díky řetězu a řetězovým kolečkům se roztočí kola. Ručičky hodin se otáčejí díky ozubeným kolečkům uvnitř a také díky baterii.

Deštník Dveře

Ano Ano

Okno

Ano

Školní aktovka Mechanický pes hračka Nůžky

Ano Ano Ano

Jeřáb – hračka

Ano

Mikroskop

Ano

Kružítko

Ano

Chcete-li pohnout nožičkami kružítka, budete muset otočit malým kolečkem mezi nimi.

Fotoaparát

Ano

Funkce jsou většinou elektronické, ale část týkající se clony je mechanická.

3. Některé další předměty Předmět Je mechanický?

Když deštník otevíráte, mačkáte tlačítko pro jeho otevření. Dveře se otáčí podél své osy. A když chcete dveře otevřít, stisknete kliku, abyste je otevřeli - klika se otáčí. Otočíte kliku do pozice zamknutí nebo odemknutí a poté zatlačíte na okenní tabuli. Pro otevření nebo uzavření aktovky používáte zip. Jsou zde kola a díky fyzické síle se pes může pohybovat. Projevuje se zde přenos pohybu. Existuje zde přenos pohybu, protože čepele se pohybují díky síle, kterou přenášíme z našich rukou. Je zde klika a díky ní a kladkám se hák může pohybovat dolů a nahoru. Otáčíte nastavovacím knoflíkem a pohybujete stolkem mikroskopu nahoru a dolů pro zaostření.

Vysvětlení

Psací stroj Váleček Mechanický šlehač Vývrtka Šicí stroj Odstředivka na salát Elektronická kalkulačka

Ano Ano Ano

Uvnitř psacího stroje jsou ozubená kolečka. Uvnitř kol válečku jsou kulová ložiska. Když točíte klikou, otáčí se díky ozubeným kolečkům šlehač.

Ano Ano Ano

Jsou zde dvě páky, jedna na každé straně vývrtky. Uvnitř šicího stroje jsou vačky a řemenice. Uvnitř odstředivky jsou ozubená kolečka.

Pero

Ano i ne

Balón Sluneční brýle

Ne Ne

Ne U některých per musíme zmáčknout tlačítko, aby tuha vylezla ven.


26

Pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Jméno: Datum:

Zde máte mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat?

Co potřebujete? • Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. ……….……………………………………………………….……… ……….……………………………………………………….………

2.


……….……………………………………………………….……… ……….……………………………………………………….………

3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď se pojďme na předmět podívat blíže. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: a. červeně páku, b. zeleně ozubená kolečka, c. modře vačky, d. oranžově kliku.


27



Co potřebujete? • Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. ……….……………………………………………………….……… ……….……………………………………………………….………

2.


……….……………………………………………………….……… ……….……………………………………………………….………



28



Co potřebujete? • Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. ……….……………………………………………………….……………… ……….……………………………………………………….………………

2.


……….……………………………………………………….……………… ……….……………………………………………………….………………



29


Ahoj! Zde máte mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat?

Co potřebujete? • Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. ……….……………………………………………………….… ……….……………………………………………………….…

2.


……….……………………………………………………….… ……….……………………………………………………….… ……….……………………………………………………….…



30

Odpovědní list – pracovní list 1, lekce 2 – Definujte mechanický předmět Jméno: Datum:


Co potřebujete? • Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. Vývrtka 2. Popište jeho funkci. Vývrtka se používá k odstranění zátky z láhve. 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď se pojďme na předmět podívat blíže. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: • červeně páku, • zeleně ozubená kolečka, • modře vačky, není zde žádná vačka • oranžově kliku, není zde žádná klika

páka

ozubená kolečka


31



Co potřebujete? • Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. Jízdní kolo

2. Popište jeho funkci. Na kole se jezdí. 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď pojďme předmět blíž prozkoumat. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: • červeně páku, není zde žádná páka • zeleně ozubená kolečka, • modře vačky, není zde žádná vačka • oranžově kliku.

ozubená kolečka

„zvláštní klika pro pedál“


32


Tady je mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat?

Co potřebujete? • Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. Krabička s klikou - hračka 2. Popište jeho funkci. Slouží ke hraní: když se točí klikou, obrázek stoupá a klesá.

3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď pojďme předmět blíž prozkoumat. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: • červeně páku, není zde žádná páka • zeleně ozubená kolečka, nejsou zde žádná ozubená kolečka • modře vačky, • oranžově kliku.

klika

vačka


33


Ahoj! Tady je mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat?

Co potřebujete? • Předmět, který přinesl učitel nebo žáci.

Do práce! 1. Napište název předmětu. Hračka 2. Popište jeho funkci. Slouží ke hraní: když hračku tlačíme, nakreslená ozubená kola stoupají a klesají.

3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď pojďme předmět blíž prozkoumat. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: • červeně páku, není zde žádná páka • zeleně ozubená kolečka, nejsou zde žádná ozubená kolečka • modře vačky, • žlutě kliku.

3 vačky

táhlo


34

Pracovní list 2, lekce 2 – Pojďme si hrát s vačkami! (1/3) Jméno: Datum:

Mnoho mechanických hraček se skládá z vaček. Jsem si jistý, že je znáte: když s vačkou pohybujete, některé části hraček stoupají nebo klesají. Pojďme vačky prozkoumat, abychom pochopili, jak fungují!

Co potřebujete? • Kousek kartonu (40 cm × 50 cm) nebo lepenkové krabice, • lepenku, • lepidlo, • nůžky, • kousky spojovacího kolíku (špejle), • fixační hmotu Blu-tack, • gumičky. Do práce! 1. Výroba mechanismu vačky Použijte lepenkovou krabici nebo si nakreslete vzor na kus kartonu a vytvořte otevřenou krychli o délce hrany 10 cm. Vystřihněte ji a udělejte rýhy pro záhyby.

Vyměřte a označte tři otvory ve vzdálenosti 5 cm od jedné hrany a 2 cm od druhé. Tady je uveden nákres.

Vytvořte krychli, záložky přilepte lepidlem. Je-li třeba, můžete použít kancelářské sponky.

Nakreslete kolo o průměru 2 cm a vystřihněte ho. Kolo přilepte na spodní část spojovacího kolíku (špejle): to bude vaše kolo na hřídeli.

Kolo na hřideli


35

Kolo na hřídeli provlékněte otvorem v horní části rámu tak, aby kolo zůstalo na vačce. Chcete-li jistotu, že získáte správný pohyb, doporučujeme použít brčko. Navlékněte vačku na silnější spojovací kolík (špejli), provlékněte ji otvory v rámu a v místě zajistěte fixační hmotou Blu-tack, tak aby se vačka otáčela pomocí nápravy, ne sama o sobě.

Zde je naše provedení

papírový praporek

spojovací kolík (špejle) Lepenková krabice

kousek brčka

lepenkové kolo spojovací kolík

gumička

lepenková vačka

trochu fixační hmoty Blu-tack Vyzkoušejte tvar vačky. Abyste se ujistili, že je mechanismus správný, vyzkoušejte kruhový tvar vačky.


36


Když jste poznali vačku, pojďme vyzkoušet různé tvary vaček.

Co potřebujete? • Kousek kartonu (40 cm × 50 cm) nebo lepenkové krabice, • lepenku, • lepidlo, • nůžky, • kousky spojovacího kolíku (špejle), • fixační hmotu Blu-tack, • gumičky. Do práce! Sledujte pohyb podle tvaru vačky. Vyzkoušejte různé tvary a výsledky si poznamenejte. Co se děje s...

Nakreslete vaši vačku

A výsledek je...

Kruhová vačka

Kruhová vačka, ale excentrická Vačka ve tvaru hrušky

Vačka ve tvaru elipsy

Vačka ve tvaru kapky

Vačka ve tvaru hvězdy Vaše vačka!


37

Odpovědní list - pracovní list 3, lekce 2 – Pojďme si hrát s vačkami! (2/3) Jméno: Datum:

Když jste poznali vačku, pojďme vyzkoušet různé tvary vaček.

Vyzkoušejte různé tvary a výsledky si poznamenejte. Co se děje s...

Nakreslete vaši vačku

A výsledek je...

Kruhová vačka

Vlajka se otáčí, ale nezvedá se ani neklesá.

Kruhová vačka, ale excentrická

Vlajka se otáčí. Když vačka rotuje, vlajka stoupá a poté zase klesá. Pohyb je plynulý.

Vačka ve tvaru hrušky

Vlajka se otáčí a jednou se zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otáčku. Pohyb je plynulý.

Vačka ve tvaru elipsy

Vlajka se otáčí a dvakrát se zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otáčku. Pohyb je plynulý.

Vačka ve tvaru ulity

Vlajka se otáčí, poté se pomalu zvedá, a když kolo na hřídeli projde vrcholem, náhle poklesne.

Vačka ve tvaru kříže

Vlajka se otáčí a čtyřikrát se zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otáčku.

Vaše vačka!


38

Šablony pro vačky

Tyto velikosti šablon jsou pro krabice o délce hrany 10 cm.


39


Nyní jste dokončili vačkový mechanismus. Pojďme nyní vyzkoušet, jak vyřešit zadání!

Co potřebujete? • Váš mechanismus postavený v pracovním listu 2, • lepenku, • lepidlo, • nůžky,

• • • •

kousky spojovacího kolíku (špejle), doporučené šablony pro vačky, fixační hmotu Blu-tack, gumičky.

Do práce! 1. Zamyslete se, jaký tvar by vaše vačka měla mít, aby kolo na hřiídeli vystoupalo co možná nejvýše. Nakreslete vaši vačku.

2. Zamyslete se, jaký tvar by vaše vačka měla mít, aby se kolo na hřídeli osmkrát zvedlo, zatímco se vačka otočí o jednu celou otáčku. Nakreslete vaši vačku.

3. Zamyslete se nad systémem, ve kterém by se vlajka otáčela co možná nejrychleji! Nakreslete vaši vačku.


40

Odpovědní list – pracovní list 4, lekce 2 – Pojďme si hrát s vačkami! (3/3) Jméno: Datum:

Nyní jste dokončili vačkový mechanismus. Pojďme nyní vyzkoušet, jak vyřešit zadání!

Do práce! 1. Zamyslete se, jaký tvar by vaše vačka měla mít, aby kolo na hřideli vystoupalo co možná nejvýše. Nakreslete vaši vačku. Vačka musí mít vačka musí mít protáhlý tvar/tvar kapky (viz obrázek níže). Druhý obrázek znázorňuje, jak změnit tvar vačky, aby kolo na hřídeli vystoupalo co nejvýše. Maximální výška, které kolo na hřídeli dosáhne.

Maximální výška, které kolo na hřideli dosáhne.

Poznámka: Oba nákresy se zdají být stejné. 2. Zamyslete se, jaký tvar by vaše vačka měla mít, aby se kolo na hřídeli osmkrát zvedlo, zatímco se vačka otočí o jednu celou otáčku. Nakreslete vaši vačku. 3. Zamyslete se nad systémem, ve kterém by se vlajka otáčela co možná nejrychleji! Nakreslete vačku. To záleží na pozici vačky a kola na hřídeli: čím blíže je vačka k ose kola na hřídeli, tím rychleji se praporek otáčí. Kolo na hřídeli se jednou zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otočku.

Kolo na hřídeli se čtyřikrát zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otočku.

Kolo na hřídeli se osmkrát zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otočku.


41

Pracovní list 5, lekce 2 – Pojďme si hrát s ozubenými koly! Jméno: Datum:

Pro roztočení každého kola potřebujeme motor, což znamená, že potřebujeme energii. A pro transformaci pohybu musíme použít kolo správné velikosti. Pojďme vyrobit ozubená kola! Co potřebujete? • Sadu ozubených kol, různě barevných a různě velkých. • Desku pro upevnění ozubených kol Do práce! 1. Vyberte dvě kola a upevněte je. Na jedno z kol nasaďte kliku. 2. Porovnejte rychlost různých kol a výsledky zaznamenejte do tabulky. Kolo bez kliky je…

Nakreslete váš pokus.

Které ze dvou kol se otáčí rychleji?

To menší

To nejmenší

Kolo o stejné velikosti

To větší


42

Odpovědní list – pracovní list 5, lekce 2 – Pojďme si hrát s ozubenými koly! Jméno: Datum:

Pro roztočení každého kola potřebujeme motor, což znamená, že potřebujeme energii. A pro transformaci pohybu musíme použít kolo správné velikosti. Pojďme vyrobit ozubená kola!

1. Doporučujeme použít materiály společnosti „CELDA“ nebo „LEGO“ s ozubenými koly různých barev a velikostí. Učitel může použít i průmyslové materiály nebo ozubená kola spolu s žáky vyrobit. Obsah sady: • 1 růžové kolo s nápravou, • 2 šedé desky a 2 šedé kousky umožňující jejich spojení, • 1 červená klika, • 1 malé červené kolečko, • 1 modré kolečko, • 2 žlutá kolečka, • 7 náprav.

Kolo bez kliky je...

Nakreslete svůj experiment

Které kolo se točí rychleji? Menší kolo se otáčí rychleji než kolo s klikou.

To menší

Nejmenší kolo se otáčí rychleji než kolo s klikou. To nejmenší

Dvě stejně velká kola se otáčejí stejnou rychlos%.

Kolo o stejné velikos&

Větší kolo se otáčí pomaleji než kolo s klikou.

To větší


43

Žáci musí zaznamenat, že: Větší kolo se otáčí pomaleji než druhé kolo. Velikost kola je z hlediska rychlosti důležitá. Je-li kolo větší, má více zubů a kolo se otáčí pomaleji. U menšího kola je tomu naopak. 2.

Pokud by učitel ozubená kola raději vyrobil, zde je návod:

Co potřebujete? Část 1: příprava potřebných materiálů. • • • • • • •

Lepenku, nůžky, krabici z polystyrenu, plastové uzávěry různých velikostí, lepicí pistoli, nebozízek (ruční vrták), tyčky (špejle).

Část 2: výroba ozubených kol. • Sundejte vrstvu lepenky, abyste získali „zuby“. • Nebozízkem udělejte do plastového uzávěru otvor. • Pomocí lepicí pistole přilepte lepenku okolo plastového uzávěru. Ozubené kolo je hotovo! Žáci mohou použít jiné plastové uzávěry a vyrobit kola různých velikostí.

Část 3: upevnění prvního kola A/ Rozdělte kola podle velikosti: od nejmenšího po největší. B/ Vyberte kolo prostřední velikosti. Upevněte jej na polystyrenovou krabici pomocí tyčky (špejle) nebo hřebíčku. Toto kolo bude obdoba žlutého kola z výše uvedené sady.

tyčka (špejle) nebo hřebíček

ozubené kolo krabice z polystyrenu

Část 4: výroba převodovky Cílem této části je prozkoumat rychlost otáčení každého kola. Doporučujeme začít experimenty s většími koly. Připevněte dvě kola vedle sebe, aby se mohl přenášet pohyb. Experiment zakreslete a pozorované výsledky zaznamenejte do tabulky. Zde je uveden příklad převodovky, k jejíž výrobě byli žáci vyzváni. Pohled shora

Pohled ze strany Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

44

Návrhy pro zkonstruování mechanických předmětů Jak postavit mechanickou hračku Učitel musí pro žáky připravit potřebný materiál. Také může žáky požádat, aby nějaký materiál přinesli z domova (brčka, modelovací hmotu, např. Play doh, lepenku, ale musí upřesnit, jaký typ lepenky mají přinést, různé lepenkové krabice). Pak se může rozhodnout, zda nechá každou skupinu postavit jejich vlastní hračku, nebo zda všechny skupiny budou vyrábět hračku pouze jednu. Hračku lze vyrobit různými způsoby. Naše návrhy jsou pouze doporučení, využít se nemusí. Doporučujeme ale, aby si učitel naše návrhy prostudoval a pomohl žákům, aby si navrhli předmět sami (rada, nápad...). Co potřebujete? • Krabici (například krabici od bot), • lepenku pro výrobu krabice, nemáte-li ji, a pro výrobu vaček, • brčka, • spojovací kolíky (špejle), • samolepicí pásku, • 2 gumičky, • lepicí pistoli, • fixační hmotu Blu-tack. Krok 1: Jakou pohádku a jakou postavu? a. Žáci a učitel musejí nejprve pro hračku vybrat pohádku. Pamatujeme si, že pan Toyz požádal žáky, aby vymysleli hračky pro vyprávění pohádek. b. Poté žáci upřesní hlavní postavu a nakreslí ji na lepenku. Mohou ji také vytisknout a na lepenku nalepit. V našem případě jsme vybrali postavu Timona z Lvího krále (©Walt Disney Pictures). Krok 2: Definice mechanického pohybu Když žáci vybrali postavy, definují pohyb. To znamená, že využijí znalosti získané v lekci 2 a definují tvar vačky, kterou budou potřebovat. Musejí ji vyrobit: po prvním pokusu ji samozřejmě vylepší. V našem případě, jsme se rozhodli, že Timon jednou vyskočí a zatočí se kolem dokola, když se vačka otočí o jednu celou otáčku. Proto jsme zvolili vačku ve tvaru hrušky. Krok 3: Sestavit a uspořádat nápady Kvůli lepší organizaci doporučujeme, aby si žáci udělali nákres a rozhodli, kde na krabici přesně upevní postavu a kde bude mechanismus. Když žáci pracují ve skupinách, usnadní to vypracování seznamu materiálů.


45

Krok 4: Zkonstruování hračky Nyní je čas vyrobit hračku. 1. Nejprve si připravte krabici. Můžete použít krabici od bot a rozříznout ji napůl. Jestli žádnou nemáte, použijte 4 kousky lepenky o délce strany 10 cm a vyrobte krabici z nich. 2. Postava musí být upevněna na dřevěné tyčce (špejli). Použili jsme samolepicí pásku, ale vy můžete použít lepicí pistoli, abyste vaši postavu lépe upevnili.

3. 4. 5. 6.

7.

Na krabici označte místo, kde bude postava umístěna. Zkontrolujte její mechanismus. Na každé straně krabice vytvořte otvory pro upevnění „hlavní“ vačkové hřidele. Nakreslete vačku vybranou v kroku 2. Vystřihněte ji a upevněte na vačkovou hřídel. V našem případě jsme zvolili vačku ve tvaru hrušky.

Umístěte umístěte špejli s postavou do otvoru v krabici a zkontrolujte, zda je dobře upevněná. Tyčku (špejli) jsme vložili do brčka, abychom zajistili, že bude postava svisle. A přilepili jsme ji ke dnu krabice pomocí lepicí pistole.

8. Upevněte kolo na hřídeli pomocí fixační hmoty Blu-tack nebo lepicí pistole. Buďte opatrní! Musí se dotýkat vačky, aby docházelo k přenosu pohybu.


46

Krok 5: Vyzkoušení a vylepšování Žáci nyní vyzkouší svou hračku a zkontrolují, zda je pohyb při otáčení nápravy v pořádku. Je-li to nutné, mohou provést úpravy. Je-li vše v pořádku, doporučujeme mechanismus (vačku, vačkovou hřídel a kolo na hřídeli) zajistit. Doporučujeme je zajistit gumičkou nebo lepenkou.

spojovací kolík (špejle)

lepenková krabice

lepenková vačka

lepenkové kolo na hřídeli spojovací kolík (špejle)

gumička

gumička

kousek brčka

fixační hmota Blu-tack

Když je všechno v pořádku, mohou žáci pracovat na druhé postavě. Budou postupovat stejným způsobem. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

47

Krok 6: Vyzdobení hračky Mají-li žáci v krabici dostatek místa, mohli by přidat nějaké pozadí. V našem případě jsme se rozhodli přidat jedno pozadí kolem krabice.


48

Jak postavit počítadlo? Učitel musí pro žáky připravit potřebný materiál. Také může žáky požádat, aby nějaký materiál přinesli z domova (brčka, modelovací hmotu, např. Play doh, lepenku, ale musí upřesnit, jaký typ lepenky mají přinést, polystyrenovou krabici). Pak se může rozhodnout, zda nechá každou skupinu postavit jejich vlastní počítadlo, nebo zda všechny skupiny budou vyrábět stejný stroj. Stroj lze vyrobit různými způsoby. Vysvětlíme si dva způsoby, ale nemusí se využít ani jeden z nich. Doporučujeme ale, aby si učitel naše návrhy prostudoval a pomohl žákům jejich stroje vyrobit (rada, nápad...).

1.

První možnost

Co potřebujete? • 2 šablony kol, • 2 lepenkové tyčky (špejle), • 1 brčko, • kousky modelovací hmoty pro upevnění lepenkové tyčky (špejle) v kolmé pozici, • malé kousky lepenky pro výrobu propojky, • krabici z polystyrenu, • PATAFIX (nebo „Blu-tack“). Stavbu lze provést ve třech krocích. Popíšeme si je.

Krok 1: Výroba kol Učitel rozdá lepenku a šablony kol. Žáci: 1. Přilepte „papírová“ kola na lepenku. 2. Kola vystřihněte. 3. Ve středu 2 kol vytvořte malý otvor. Otvor musí být dostatečně velký, aby do něj šla vložit lepenková tyčka, ale ne příliš široký, aby kolo zůstalo pevné. 4. Na jedno z kol napište čísla od 0 (10) do 9. 5. Kolo upevněte na polystyrenovou krabici. Toto počítadlo je vyrobeno ze 2 kol stejné velikosti. Učitel může zvýšit počet šablon, změnit jejich velikost a nechat žáky zvolit si velikost kola, které chtějí použít.

Krok 2: Kolo pro počítání počtu účastníků Skupina = vybere další kolo a na něj napíše „Obsazeno“ a „Volno“. Lze použít různé tvary: čtverec, trojúhelník nebo kruh či jakýkoli jiný tvar.... My jsme se rozhodli pro kruh.


49

Krok 3: Jak spojit dvě kola? Nejprve se žáci zkusí zamyslet, jak dvě kola spojit. Potom upraví umístění propojky pro druhé kolo, aby se pohybovala pouze tehdy, když první kolo přechází z 9 do 10. Pokud žáci tento úkol vyřeší snadno, můžete je vyzvat, aby se zamysleli nad propojkou, která umožní sčítání a také odčítání.

První možnost, jak spojit dvě kola:

A počítadlo je hotové!

Druhá možnost, jak spojit dvě kola:

obsazenost

počet osob

Nedoporučujeme vyrábět dva druhy strojů. Nicméně se domníváme, že je důležité, aby si je učitel nastudoval. Pomůže mu to při poskytování rad žákům a navrhování nápadů. Tento dokument byl připraven na základě smlouvy č. 288989. Toto dílo podléhá licenci Creative Commons: Uveďte autora – Nepoužívejte dílo komerčně – Mezinárodní licence 4.0

50

Šablony kol Učitel, chce-li, může velikost kol změnit.


51

Vědecké poznámky pro učitele týkající se mechaniky Některé klíčové vědecké pojmy obsažené v lekci 2 • V pohyblivých mechanických soustavách může být pohyb přenášen z jednoho místa na jiné (pomocí sil a jejich momentů). • Síly mohou měnit velikost rychlosti* pohybu předmětu (zrychlovat nebo jej zpomalovat). • Síly mohou měnit směr pohybu předmětu.

*V angličtině se ve vědecké mluvě pro rychlost používá termín „velocity“. V lekci 2 žáci prozkoumají, jak lze jednoduché stroje použít k přenosu pohybu, transformaci pohybu, zrychlování či zpomalování. Je důležité, aby si žáci používání sil v různých souvislostech prakticky vyzkoušeli („osahali“) a měli možnost předvídat výsledky a o svých zjištěních diskutovat. Obrázek 1: Použití převodovky pro přenos pohybu. náprava klika

ozubené kolo systém převodovky Přenos pohybu Ve výše uvedeném obrázku síla aplikovaná na kliku roztočí kolo (pokud nepůsobí směrem k ose otáčení) a je přenášena prostřednictvím systému převodovky. Je užitečné, když žáci dostanou prostor předvídat smysl otáčení (ve směru nebo proti směru hodinových ručiček), ve kterém se bude každé ozubené kolo otáčet, když se zatočí klikou. Když ozubeným kolem s klikou otočíme proti směru hodinových ručiček, v jakém směru se budou otáčet ostatní ozubená kola? Změna rychlosti přenášeného pohybu Výše uvedená ozubená kola mají různou velikost. Otočením ozubeného kola s klikou o jednu celou otáčku se nejmenší ozubené kolo otočí o více než jednu otáčku. Pokud se ozubené kolo s klikou otáčí konstantní rychlostí, budou se menší ozubená kola v systému otáčet rychleji a pohyb bude zrychlen. Účelným úkolem pro žáky je, aby přemýšleli, jak by mohl být pohyb ve stejném systému zpomalen. Bylo by třeba, aby klika byla připojena na menší ozubené kolečko. V tomto případě bude vztah mezi počtem otáček opačný. Otočením menšího ozubeného kola o jednu celou otáčku se tedy větší kolo otočí o část otáčky. Pokud se menší ozubené kolo otáčí konstantní rychlostí, budou se ostatní ozubená kola v systému otáčet pomaleji a pohyb bude zpomalen. Žáci mohou prozkoumat různé systémy ozubených kol a předvídat, jak se bude v systému pohyb zrychlovat a zpomalovat.


52

Obrázek 2: Použití ozubených kol pro transformaci pohybu.

Ozubená kola v jednoduchých strojích lze pro transformaci pohybu použít různými způsoby. V příkladu (obrázek 2) převodový systém převádí (transformuje) rotační pohyb na lineární. Když se kruhové ozubené kolo otáčí, rovná ozubená tyč se pohybuje zprava doleva dle toho, zda se ozubené kolo pohybuje ve směru hodinových ručiček nebo proti směru hodinových ručiček. Ozubený systém tohoto typu lze využít různými způsoby jak pro pohyb horizontální, tak vertikální. Tyč by např. mohla být upevněna na vodorovné horní části posuvné brány pro otevírání a zavírání. Nebo by tyč mohla být upevněna svisle na stavidle pro regulaci vodní hladiny (jako vrata v plavební komoře). Obrázek 3: Použití vaček pro přenos a transformaci pohybu. kolo na hřideli posuvník náprava

vačka Vačky jsou na výrobu jednodušší a mohou být účinnými mechanismy pro přenos a transformaci pohybu. Tento projekt poskytuje žákům příležitost ke kreativitě při používání a aplikování vaček na základě prozkoumání vlivu, který mají různé vačky na přenos a transformaci pohybu. Ve výše uvedeném příkladu, když se vačka otáčí, kolo na hřídeli se pohybuje nahoru a dolů podle profilu vačky. Posuvník umožňuje, aby se kolo na hřideli volně pohybovalo. Pohyb kola na hřideli se odvíjí od profilu vačky. Žáci s tím budou provádět pokusy v lekci 2. Vstupní rotační pohyb vačky, obdobně jako u převodového mechanismu na obrázku 2, je transformován do lineárního pohybu kola na hřideli.


53

Představy žáků o vědeckých pojmech mechaniky Představy dětí o tom, jak funguje příroda, mají základ v jejich každodenních zkušenostech. Ty nemusejí odpovídat aktuálním vědeckým poznatkům, ale obvykle je děti umí rozumně zdůvodnit na základě svých vlastních pozorování a zkušeností. Mají-li děti možnost ověřit si své představy pomocí vhodných praktických pokusů, přijmou nový názor spíše, než když je jim nový poznatek pouze teoreticky vysvětlen. To je hlavním úkolem učitele. Pro studenty a žáky všech věkových kategorií je velmi náročné přijmout za své nové poznatky o určitém jevu, zejména pokud o něm měli již zažitou představu. Díky různým průzkumům máme sice určité informace o tom, jaké představy mají studenti a žáci o základních fyzikálních jevech a principech, avšak žáci často své názory jen obtížně formulují, takže je třeba při vyhodnocování úrovně jejich znalostí dbát opatrnosti. Proto je důležité poskytovat dětem příležitosti o svých představách diskutovat. Díky konstrukčnímu procesu popsanému v tomto projektu si žáci mohou představit kreativní řešení technických úkolů. Jsou podporováni, aby svůj přístup prezentovali a debatovali o něm a také aby pozitivním způsobem kriticky hodnotili výtvory ostatních žáků, a to prostřednictvím návrhů na vylepšení. Když se budou žáci o mechanice učit tímto způsobem, mohou lépe pochopit působení sil. Žáci nedokáží vysvětlit (nebo jen s obtížemi), co síly jsou, ale snadno rozpoznají, jak síly působí na předměty. Ze zkušenosti vědí, že síly předměty pohybují a že je mohou urychlovat nebo zpomalovat. Vědí, že aby přesunuli stojící předmět, musejí vyvinout sílu. Stojící a pohybující se předměty představují vlastní výzvy v chápání a porozumění oblasti sil. Rovnováha sil: statické objekty Žáci se často domnívají, že na statické objekty nepůsobí žádné síly, a nechápou, že síly jsou potřeba k tomu, aby udržely objekt ve stálé poloze. Mají-li žáci možnost vlastníma rukama se přesvědčit o tom, jak síly působí na statické objekty, budou nové poznatky snadněji přijímat. V tomto ohledu je užitečné zkoumání rovnováhy řady předmětů a změna jejich stavu. Například když žáci zatlačí balónek do nádrže s vodou, pocítí „na vlastní ruce“ působení vztlakové síly. Hlavní myšlenkou je, že objekty nejsou statické proto, že na ně nepůsobí žádné síly, ale proto, že jsou působící síly v rovnováze. Tento fakt si můžeme přímo ověřit při přetahování lanem, kdy nedochází k žádnému pohybu, jsou-li síly působící proti sobě stejné. Je obtížné si uvědomit, že síly ve statických konstrukcích mohou být přenášeny v rámci konstrukce samotné. Je obtížné si představit síly působící v objektu, který se nepohybuje. Pokud je to možné, je důležité umožnit žákům vidět nebo cítit síly působící na statický objekt. Vhodným způsobem může být snažit se kreativně vyhledávat rovnováhu v modelových strukturách (například v mostech, ale nejenom v nich). Rovnováha sil: pohybující se objekty Nutnost použití síly pro uvedení nehybného předmětu do pohybu může žáky svádět k myšlence, že pokud budou působit silou na statický objekt, aby ho uvedli do pohybu, bude tento pohyb trvat, dokud působení této síly neskončí. Pokud například vyhodí do vzduchu míč, mohlo by se zdát logické, že síla, která uvedla míč do pohybu, bude na míč působit i nadále (tedy že síla působí na pohyb, a nikoli na předmět). Tento názor je neobyčejně citlivý a intuitivní, avšak není vědecky správný. Síly nepatří k objektům, síly na objekty působí. Síly působící na objekt, který se pohybuje konstantní rychlostí po přímce, jsou v rovnováze. To může být obtížné pochopit, protože je těžké rozeznat, které síly na pohybující se objekt působí, a to, zda je rychlost objektu konstantní, nebo ne. Pokud nejsou síly působící na pohybující se objekt v rovnováze, bude objekt zrychlovat, zpomalovat nebo bude měnit směr svého pohybu. Žákům může pomoci, je-li učitel schopen ilustrovat jim tento fakt na příkladech z běžného života.


54

Žáci například vědí, že při jízdě na bicyklu z kopce je třeba stále brzdit a aplikovat na kola třecí sílu, aby bylo možné zpomalit. Důležitým poznatkem je to, že na zpomalení pohybujícího se objektu je nutné působit silou nepřetržitě. Totéž platí i pro objekt, jehož pohyb se zrychluje. Aby objekt zrychloval, musí na něj urychlující síla působit nepřetržitě. Například při jízdě na kole na vodorovné silnici je třeba pro stálé zrychlování nepřetržitě šlapat. Na volně padající objekt nepřetržitě působí gravitační síla, která jeho pohyb směrem k zemi zrychluje. To znamená, že tento padající objekt bude stále zrychlovat, dokud nedopadne na zem. Ve skutečnosti se však rychlost nebude zvyšovat do nekonečna, protože proti pohybu padajícího objektu působí odpor vzduchu. To je dobře vidět na příkladu parašutisty. Tento projekt nabízí žákům řadu příležitostí ověřit si některé ze svých představ o působení sil v jiném kontextu. Lze ho využít k rozšíření jejich povědomí o tom, jak inženýři konstruktéři využívají své znalosti působení sil při navrhování a výrobě strojů určených pro konkrétní účely. Prací na projektu si žáci rozšiřují své vědomosti o různých způsobech, jakými se síly transformují, jak mohou jednoduché stroje využívat přeměnu pohybu pro stanovené účely a jaké mechanismy mohou způsobovat zrychlování nebo zpomalování pohybu. Většinu poznatků o působení sil si žáci budou moci při práci na projektu ověřit hmatem i vizuálně.


55

Populární mechanika Staňte se vývojářem strojů

Recommend Documents