Molekulová fyzika a termika - UÄme fyziku jinak!
Molekulová fyzika a termika - UÄme fyziku jinak!
Molekulová fyzika a termika - UÄme fyziku jinak!
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Mgr. Jana Šišková<br />
Modul 1<br />
Reálný fyzikální experiment I. -<br />
mechanika, molekulová <strong>fyzika</strong> a<br />
<strong>termika</strong>, kmitání a vlnění<br />
Učme <strong>fyziku</strong> <strong>jinak</strong>!<br />
-<br />
Modernizace výukových metod v zrcadle kurikulární reformy fyzikálního vzdělávání.
Obsah<br />
Úvod ............................................................................................................................................... 1<br />
Mechanika ...................................................................................................................................... 3<br />
Objem těles z pevné látky .............................................................................................................3<br />
Určení hustoty kapalin pomocí spojitých nádob ............................................................................4<br />
Tíhová síla .......................................................................................................................................6<br />
Skládání sil .....................................................................................................................................7<br />
Dvouramenná páka ........................................................................................................................9<br />
Pevná kladka ............................................................................................................................... 11<br />
Volná kladka ............................................................................................................................... 12<br />
Kladkostroj .................................................................................................................................. 13<br />
Práce na nakloněné rovině .......................................................................................................... 16<br />
Třecí síla ...................................................................................................................................... 19<br />
Práce potřebná k překlopení tělesa ............................................................................................ 22<br />
Stabilita těles ............................................................................................................................... 24<br />
Spojité nádoby ........................................................................................................................... 26<br />
Vztlaková síla ............................................................................................................................... 28<br />
Archimédův zákon ....................................................................................................................... 30<br />
Model hustoměru ...................................................................................................................... 34<br />
Hydrostatický tlak ....................................................................................................................... 35<br />
Prodloužení pružiny .................................................................................................................... 40<br />
Rovnoměrný pohyb .................................................................................................................... 43<br />
Rovnoměrně zrychlený pohyb .................................................................................................... 46<br />
Volný pád .................................................................................................................................... 48
Obsah<br />
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong> ......................................................................................................... 50<br />
Délková roztažnost pevných látek .............................................................................................. 50<br />
Bimetal ........................................................................................................................................ 52<br />
Teplotní objemová roztažnost kovové kuličky ............................................................................ 54<br />
Objemová roztažnost kapalin ..................................................................................................... 57<br />
Objemová roztažnost různých kapalin ....................................................................................... 60<br />
Povrchová vrstva kapalin ............................................................................................................ 62<br />
Povrchová síla ............................................................................................................................. 64<br />
Závislost povrchového napětí na druhu kapaliny I ..................................................................... 66<br />
Závislost povrchového napětí na druhu kapalin II ...................................................................... 68<br />
Kapilarita ..................................................................................................................................... 70<br />
Objemová roztažnost vzduchu při konstantním tlaku ............................................................... 71<br />
Vedení tepla u různých kovů ....................................................................................................... 74<br />
Proudění tepla ............................................................................................................................. 78<br />
Tepelné záření ............................................................................................................................ 79<br />
Tepelná izolace ............................................................................................................................ 81<br />
Měrná tepelná kapacita pevných látek ....................................................................................... 85<br />
Teplota tání ................................................................................................................................ 89<br />
Skupenské teplo tuhnutí ............................................................................................................. 93<br />
Teplota varu ................................................................................................................................ 96<br />
Destilace ..................................................................................................................................... 98<br />
Mechanické kmitání a vlnění ....................................................................................................... 102<br />
Doba kmitu matematického kyvadla ....................................................................................... 102<br />
Doba kmitu pružinového oscilátoru .......................................................................................... 104<br />
Doba kmitu ploché pružiny ....................................................................................................... 106<br />
Časový průběh kmitavého pohybu ploché pružiny ................................................................... 108
Obsah<br />
Měření gravitačního zrychlení .................................................................................................. 110<br />
Dynamické měření tuhosti pružiny ........................................................................................... 111<br />
Spřažená kyvadla ....................................................................................................................... 113<br />
Chvění ladičky ........................................................................................................................... 114<br />
Chvění kovových desek ............................................................................................................. 115<br />
Závěr ........................................................................................................................................... 116
Úvod<br />
Tento výukový materiál vznikl jako jeden z hlavních výstupů projektu zaměřeného na<br />
modernizaci výukových metod fyzikálního vzdělávání na 2. stupni základních škol a školách<br />
středních s názvem Učme <strong>fyziku</strong> <strong>jinak</strong>! – Modernizace výukových metod v zrcadle<br />
kurikulární reformy fyzikálního vzdělávání. Klade si za cíl výrazným způsobem zefektivnit,<br />
zjednodušit a urychlit práci vyučujícího fyziky při zavádění nejmodernějších forem výuky.<br />
Hlavní podporu tento materiál zřejmě přinese ve fázi přípravy vyučujícího na vyučovací<br />
hodinu, ale může být též námětem např. pro samostatnou práci žáků ve fyzikální laboratoři.<br />
Celý projekt pokrývá výuku ve čtyřech základních modulech:<br />
1. Reálný fyzikální experiment I. - mechanika, molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong>, kmitání a vlnění<br />
2. Reálný fyzikální experiment II. - elektřina, magnetismus, optika<br />
3. IT podpora reálného fyzikálního experimentu<br />
4. Interaktivní <strong>fyzika</strong> - virtuální fyzikální experiment<br />
Tento výukový materiál je určen pro výuku modulu č. 1, zabývajícího se reálným<br />
fyzikálním experimentem v oblasti mechanika, molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong>, mechanické<br />
kmitání a vlnění. Jde o přímou práci s fyzikálními pomůckami, o klasické experimenty, které<br />
jsou součástí výuky fyziky na všech stupních škol. text je rozdělen do tří kapitol, jejich dělení<br />
je určeno názvy celků fyziky.<br />
První část textu obsahuje pokusy z oblasti mechaniky – jde o měření fyzikálních<br />
veličin, pohyby těles, síla, skládání sil, práce, mechanika kapalin a plynů.<br />
Druhá část obsahuje pokusy z kapitoly molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong> – jde o délkovou a<br />
objemovou roztažnost látek, povrchovou vrstvu, povrchovou sílu, povrchové napětí,<br />
kapilaritu, vedení tepla, skupenské přeměny.<br />
Poslední část nabízí pokusy z oblasti mechanické kmitání a vlnění – matematické<br />
kyvadlo, pružinový oscilátor, plochá pružina, chvění.<br />
1
Úvod<br />
Pokusy byly prováděny především s nově pořízenými žákovskými a demonstračními<br />
soupravami DIDAKTIK – šlo o soupravy MECHANIKA I, MECHANIKA II, NAUKA O TEPLE a<br />
STATIVOVÝ MATERIÁL, při některých bylo využito starších pomůcek ze sbírky fyziky na GJW.<br />
2
Mechanika<br />
Název pokusu: Objem těles z pevné látky<br />
Cíl pokusu: ukázky různých způsobů zjišťování objemu těles pravidelných i nepravidelných<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium<br />
Pomůcky: hliníkový kvádr, závaží, držák závaží, odměrný válec, délkové měřidlo<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 15 minut<br />
Pomocí délkového měřidla změříme hrany hliníkového kvádru. Dle vzorce vypočteme objem kvádru.<br />
Měříme objem hliníkového kvádru pomocí objemu vytlačené vody.<br />
3
Mechanika<br />
Název pokusu: Určení hustoty kapalin pomocí spojitých<br />
nádob<br />
Cíl pokusu: zjištění hustoty kapaliny porovnáním s kapalinou známé hustoty<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: 2 trubičky, hadička, stativ, stativové tyče, objímky – univerzální a válcová, petrolej,<br />
délkové měřidlo<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Obě trubičky naplníme vodou, vyznačíme výšku hladiny v obou ramenech, pak jednu plníme<br />
petrolejem a měříme v obou ramenech výšku sloupce kapalin nad původní dělicí čarou.<br />
4
Mechanika<br />
: : <br />
5
Mechanika<br />
Název pokusu: Tíhová síla<br />
Cíl pokusu: zjištění souvislosti mezi hmotností a tíhovou silou<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, závaží, siloměr<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Zavěsíme závaží různé hmotnosti a zjišťujeme velikost tíhové síly a její závislost na hmotnosti.<br />
6
Mechanika<br />
Název pokusu: Skládání sil<br />
Cíl pokusu: najít výslednici dvou nerovnoběžných sil, určení rovnoběžníku sil<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativy, stativové tyče, závaží, 2 siloměry, pravoúhlý trojúhelník<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
V této poloze zjistíme stav siloměrů, který považujeme za nulovou výchozí pozici.<br />
7
Mechanika<br />
Siloměry svírají pravý úhel, změříme velikost sil na siloměrech, odečteme výchozí sílu. Kolmo<br />
dolů působí síla 0,6N (držák + závaží). Výsledná síla má velikost výslednice v rovnoběžníku sil.<br />
8
Mechanika<br />
Název pokusu: Dvouramenná páka<br />
Cíl pokusu: podmínka rovnováhy dvouramenné páky, na jejíž obou stranách působí síly<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, závaží různé hmotnosti<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Najdeme podmínku rovnováhy páky.<br />
9
Mechanika<br />
Rovnováha je splněna, pokud · · <br />
10
Mechanika<br />
Název pokusu: Pevná kladka<br />
Cíl pokusu: demonstrace použití pevné kladky, určení podmínek rovnováhy, porovnání velikostí<br />
působících sil<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, pevná kladka, siloměr, závaží, provázek<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 5 minut<br />
Zavěsíme závaží a udržujeme rovnováhu siloměrem. Pevnou kladkou neušetříme sílu, pouze<br />
můžeme měnit směr síly za lépe vyhovující.<br />
11
Mechanika<br />
Název pokusu: Volná kladka<br />
Cíl pokusu: demonstrace použití volné kladky, určení podmínek rovnováhy, porovnání velikostí<br />
působících sil<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativová tyč, volná kladka, siloměr, závaží, provázek<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 5 minut<br />
Síla nutná k udržení volné kladky v rovnováze je poloviční vzhledem k tíze závaží.<br />
12
Mechanika<br />
Název pokusu: Kladkostroj (2 kladky)<br />
Cíl pokusu: demonstrace použití kladkostroje, určení podmínek rovnováhy, porovnání velikostí<br />
působících sil, porovnání dráhy volné kladky s dráhou působiště tahové síly, porovnání mechanické<br />
práce v jednotlivých případech<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: magnetická tabule, pevná kladka, volná kladka, provázek, závaží, siloměr, barevné šipky,<br />
délkové měřidlo<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Základní sestavení kladkostroje bez závaží (volnou kladku je nutné před začátkem pokusu vyvážit na<br />
volném konci lana vhodným závažím)<br />
13
Mechanika<br />
Rovnovážná poloha kladkostroje (na volné kladce je závaží o dvojnásobné hmotnosti než na volném<br />
konci lana)<br />
Rozdílné dráhy volné kladky a konce lana (volný konec lana urazí dvojnásobnou dráhu než volná<br />
kladka)<br />
14
Mechanika<br />
Rozdílné velikosti tíhové a tahové síly (na volný konec lana působí síla o poloviční velikosti)<br />
15
Mechanika<br />
Název pokusu: Práce na nakloněné rovině<br />
Cíl pokusu: zjištění, zda pomocí nakloněné roviny lze ušetřit práci<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativová tyč, závaží, vozík, provázek, siloměr<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Sestavíme nakloněnou rovinu délky 60 cm, jejíž výška je 36 cm.<br />
16
Mechanika<br />
Pomocí siloměru vytáhneme vozík po dráze nahoru. Práce ·, kde je délka<br />
nakloněné roviny. Porovnáme s prací vykonanou při kolmém vytáhnutí vozíku se závažím do<br />
stejné výšky. Dokážeme, že pomocí nakloněné roviny práci neušetříme.<br />
17
Mechanika<br />
0,9 · 0,6 1,5 · 0,36<br />
18
Mechanika<br />
10Název pokusu: Třecí síla<br />
Cíl pokusu: demonstrace závislosti velikosti třecí síly na hmotnosti a na materiálu podložky,<br />
demonstrace valivého tření<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: hliníkový kvádr, železný kvádr menší, vozík, siloměr, závaží, podložky různých<br />
materiálů<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Tahem siloměru uvedeme železný kvádr do rovnoměrného pohybu. Měříme velikost síly<br />
smykového tření.<br />
19
Mechanika<br />
Malý železný kvádr se dvěma závažími má stejnou hmotnost jako kvádr v předchozí části,<br />
mění se jen velikost styčných ploch. Smykové tření na velikosti styčných ploch nezávisí.<br />
Při odebrání jednoho závaží se mění hmotnost smýkaného tělesa, siloměr ukazuje menší sílu.<br />
Smykové tření závisí na hmotnosti smýkaného tělesa.<br />
20
Mechanika<br />
Při změně materiálu podložky dochází ke změně velikosti síly, kterou ukazuje siloměr.<br />
Smykové tření tedy závisí na materiálu styčných ploch.<br />
21
Mechanika<br />
Název pokusu: Práce potřebná k překlopení tělesa<br />
Cíl pokusu: závislost práce potřebné k překlopení tělesa na poloze těžiště<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: siloměr, listová pružina, stativová tyč, provázek<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 5 minut<br />
Síla potřebná k překlopení tělesa má velikost 0,14N.<br />
22
Mechanika<br />
Měříme sílu, kterou je třeba vynaložit na překlopení tělesa. Velikost síly je větší než<br />
v předchozí části, protože těleso má větší stabilitu.<br />
23
Mechanika<br />
Název pokusu: Stabilita těles<br />
Cíl pokusu: zjištění, na čem závisí stabilita tělesa<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: 2 železné kvádry různé velikosti, 1 hliníkový kvádr, siloměr, listová pružina<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Určíme velikost síly potřebné k překlopení hliníkového kvádru přes listovou pružinu.<br />
24
Mechanika<br />
Opět změříme velikost síly potřebné k překlopení železného kvádru stejné hmotnosti jako měl<br />
kvádr hliníkový.<br />
Tentokrát měříme velikost síly potřebné k překlopení železného kvádru, jehož hmotnost je<br />
dvojnásobná.<br />
25
Mechanika<br />
Název pokusu: Spojité nádoby<br />
Cíl pokusu: hladina vody je ve spojitých nádobách s rozdílným průměrem ve stejné výšce<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, hadička, 2 trubičky různého průměru, odměrný válec<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Do trubičky s větším průměrem nalijeme vodu a sledujeme hladinu vody ve spojité nádobě.<br />
26
Mechanika<br />
I při naklánění celého zařízení je hladina vody v obou ramenech ve stejné výšce.<br />
27
Mechanika<br />
Název pokusu: Vztlaková síla<br />
Cíl pokusu: demonstrace závislosti velikosti vztlakové síly na objemu ponořené části<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, hliníkový kvádr, železný kvádr, železný kvádr menší,<br />
odměrný válec, siloměr, provázek<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
28
Mechanika<br />
Zjistíme pomocí siloměru tíhu každého závaží.<br />
Pomocí odměrného válce zjistíme objem každého z těles.<br />
29
Mechanika<br />
Vztlaková síla nezávisí na hmotnosti ponořeného tělesa ani na materiálu. Závisí na objemu<br />
ponořené části tělesa.<br />
30
Mechanika<br />
15. Název pokusu: Archimédův zákon<br />
Cíl pokusu: Velikost vztlakové síly je rovna tíze vytlačené kapaliny<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, hliníkový kvádr, dutý kvádr, kádinka, odměrný válec,<br />
provázek, siloměr<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Dutý kvádr má stejný objem, jako je objem kapaliny, kterou vytlačí hliníkový kvádr. Na<br />
siloměru zjistíme tíhu zavěšené soustavy.<br />
31
Mechanika<br />
Hliníkový kvádr je ponořený ve vodě, dutý kvádr je nad hladinou. Měříme tíhu<br />
nadlehčovaného tělesa.<br />
32
Mechanika<br />
Dutý kvádr naplníme vodou a měříme tíhu soustavy. Vztlaková síla je rovna tíze vytlačené<br />
kapaliny.<br />
33
Mechanika<br />
Název pokusu: Model hustoměru<br />
Cíl pokusu: vytvoření modelu hustoměru, určení hustot kapalin<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium<br />
Pomůcky: zkumavka, odměrný válec, vyvažovací broky, petrolej, cukr, papír<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Model hustoměru ponoříme do válce s vodou, sledujeme, kam se zkumavka ponořila. Toto<br />
místo odpovídá hustotě vody (v našem případě po značku 26 ml). Vodu nahradíme<br />
petrolejem, postup opakujeme. Zkumavka se ponořila po značku 20 ml, což odpovídá hustotě<br />
petroleje ( 0,8 ). Lze ukázat i s cukerným roztokem (100 g vody a 100 g cukru), jehož<br />
hustota je 1,2 x větší než hustota vody, takže zkumavka se ponoří méně než ve válci s vodou.<br />
34
Mechanika<br />
Název pokusu: Hydrostatický tlak<br />
Cíl pokusu: hydrostatický tlak roste s hloubkou, v daném místě je stejný ze všech stran<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, 2 skleněné trubičky, hadice z PVC, barvivo, ponorné sondy<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Pomocí dvou trubiček a hadice z PVC vytvoříme manometr, naplníme ho zabarvenou vodou.<br />
Odměrný válec naplníme vodou a uděláme značku v hloubce 5 a 10 cm.<br />
35
Mechanika<br />
Po značku 5 cm pod hladinou ponoříme nejprve přímou sondu pro měření tlaku zdola, pak<br />
ponornou sondu pro měření tlaku z boku a nakonec sondu pro měření tlaku shora. Ve všech<br />
případech je výškový rozdíl vodní hladiny v trubičkách manometru stejný.<br />
36
Mechanika<br />
37
Mechanika<br />
Provedeme totéž v hloubce 10cm. Výškový rozdíl je opět ve všech případech stejný a je větší<br />
než v hloubce 5 cm.<br />
38
Mechanika<br />
39
Mechanika<br />
Název pokusu: Prodloužení pružiny ( Hookův zákon )<br />
Cíl pokusu: zjištění závislosti prodloužení pružiny na působící síle<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, závaží 2 různé pružiny, délkové měřidlo<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Na pružinu zavěsíme držák závaží a měříme vzdálenost mezi držákem a deskou stolu.<br />
40
Mechanika<br />
Na držák přidáváme závaží a zjišťujeme vzdálenost mezi držákem a deskou stolu.<br />
41
Mechanika<br />
Totéž zopakujeme s pevnější pružinou. Zjistíme, že prodloužení je přímo úměrné působící síle.<br />
Pevnější pružina se při působení stejně velké síly natáhne méně.<br />
42
Mechanika<br />
Název pokusu: Rovnoměrný pohyb<br />
Cíl pokusu: při rovnoměrném pohybu jsou uražené dráhy za stejný čas stejné<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: 2 dráhy 50cm, spojka, stativová tyč, vozík, závaží, snímač časového průběhu, vozík<br />
s pohonem, běžec, vodiče, zdroj střídavého napětí, metalizovaný papír<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Snímač časového průběhu připojíme na zdroj 12 V. Při lehkém postrčení by se měl vozík<br />
pohybovat rovnoměrně, ne zpomaleně. Spínač snímače nastavíme na 100 ms a postrčíme<br />
vozík. Snímač vyznačil na pásce dráhy, kterými prošel vozík za časové intervaly 0,1 s.<br />
43
Mechanika<br />
Vozík vyměníme za vozík s vlastním pohonem a pokus zopakujeme.<br />
44
Mechanika<br />
Při rovnoměrném přímočarém pohybu jsou vzdálenosti mezi vyznačenými body na pásce<br />
stejné.<br />
45
Mechanika<br />
Název pokusu: Rovnoměrně zrychlený pohyb<br />
Cíl pokusu: za stejné časové úseky se uražené dráhy rovnoměrně zvětšují<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: 2 dráhy 50cm, spojka, stativová tyč, vozík, závaží, snímač časového průběhu, vozík<br />
s pohonem, běžec, vodiče, zdroj střídavého napětí, metalizovaný papír<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Spojením dvou drah vytvoříme 100 cm dlouhou dráhu, ze které pomocí stativové tyče<br />
vytvoříme nakloněnou rovinu. Snímač časového průběhu připojíme na zdroj 12 V. Spínač<br />
snímače nastavíme na 100 ms a uvolníme vozík. Snímač vyznačil na pásce dráhy, kterými<br />
prošel vozík za časové intervaly 0,1 s.<br />
46
Mechanika<br />
Vzdálenosti mezi značkami odpovídají drahám, které vozík prošel za 0,1 s.<br />
47
Mechanika<br />
Název pokusu: Volný pád<br />
Cíl pokusu: výpočet zrychlení pomocí snímače časového průběhu<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: dráha 50cm. Stolová svorka, držák závaží, závaží, snímač časového průběhu,<br />
metalizovaný papír, vodiče, zdroj střídavého napětí 12V, pásmo<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
48
Mechanika<br />
Snímač časového průběhu nastavíme na 10 ms a uvolníme pásek. Po dopadu závaží vypneme<br />
snímač časového průběhu a pásek vytáhneme.<br />
Pro zrychlení platí: ∆<br />
∆ ∆ ∆ ∆ ∆ <br />
∆<br />
∆<br />
<br />
; kde ∆ je přírůstek dráhy a ∆ je 0,01s.<br />
Lze tedy vypočítat zrychlení pomocí údajů zaznamenaných snímačem.<br />
49
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Délková roztažnost pevných látek<br />
Cíl pokusu: s rostoucí teplotou se hliníková tyč prodlužuje<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: délkový dilatometr, líh, zápalky<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Kovová tyč je upevněna v držácích dilatometru. Prodloužení tyče bude převedeno pákovým<br />
převodem na pohyb ručičky.<br />
50
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Tyč zahříváme.<br />
Pozorujeme prodloužení tyče přenášené pákovým převodem. Při ochlazování pozorujeme<br />
zkrácení tyče.<br />
51
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Bimetal<br />
Cíl pokusu: dokázat, že různé kovy se s rostoucí teplotou roztahují různě<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, držák, bimetalový pásek, kahan, zápalky<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Upevníme bimetalový pásek do stojanu nad kahan.<br />
52
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Ohříváme bimetalový pásek a sledujeme jeho chování. Po ochlazení ho upneme do stojanu<br />
obráceně a znovu zahříváme. Pásek se v obou případech zkroutí díky různé tepelné<br />
roztažnosti obou kovů, které bimetal tvoří.<br />
53
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Teplotní objemová roztažnost kovové kuličky<br />
Cíl pokusu: s rostoucí teplotou se objem kovové kuličky zvětšuje<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativová tyč, kroužek s držákem, kulička, kahan<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Kulička při pokojové teplotě projde těsně kroužkem.<br />
54
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Kuličku zahřejeme nad plamenem kahanu. Po zahřátí kulička zvětší svůj objem a neprojde<br />
kroužkem. Necháme ji ležet na kroužku.<br />
55
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Po určité době kulička teplota kuličky o něco klesne a kulička sama propadne kroužkem,<br />
protože zmenšila svůj objem.<br />
56
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Objemová roztažnost kapalin<br />
Cíl pokusu: s rostoucí teplotou roste objem kapaliny<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativová tyč, držák, síťka, kádinka, trubička z umělé hmoty, zátka,<br />
zkumavka, teploměr, kahan, voda, barvivo<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 15 minut<br />
Obarvenou vodu nalijeme do kádinky, uzavřeme zátkou s otvorem, kterým prostrčíme<br />
trubičku. Na trubičce poznačíme výšku hladiny vody.<br />
57
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Při zahřívání kapalina zvětšuje svůj objem, proto vystoupí v trubičce nad původní značku.<br />
Vypneme kahan, poznačíme novou hladinu vody a sledujeme stav při ochlazování.<br />
58
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Při ochlazování kapalina svůj objem zmenšuje.<br />
59
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Objemová roztažnost různých kapalin<br />
Cíl pokusu: různé kapaliny mění při stejné změně teploty svůj objem různě<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, síťka, kádinka, trubičky z umělé hmoty, zátky,<br />
zkumavky, teploměr, kahan, voda, petrolej<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
V pravé zkumavce je voda, v levé petrolej. Původní výšku hladiny každé kapaliny označíme<br />
tužkou.<br />
60
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Při zahřívání vodní lázně, ve které jsou zkumavky ponořeny, se zvětšuje teplota kapalin ve<br />
zkumavkách, proto se zvětšuje jejich objem. Objem petroleje se zvětšuje rychleji než objem<br />
vody.<br />
61
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Existence povrchové vrstvy kapaliny<br />
Cíl pokusu: ukázat, že volný povrch kapaliny se chová jako tenká pružná blána a závislost<br />
povrchového napětí na druhu kapaliny<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: miska s vodou, lehké mince, saponát<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 5 minut<br />
Na volný povrch opatrně položíme mince. Povrch kapaliny se prohne, předměty se nepotopí, i<br />
když mají větší hustotu než voda.<br />
62
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Kápneme-li do vody trochu saponátu, mince se potopí. Došlo ke snížení povrchového napětí.<br />
63
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Povrchová síla<br />
Cíl pokusu: existence povrchové síly<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: drátěný rámeček s očkem z niti, jehla, nádoba se saponátovým nebo mýdlovým<br />
roztokem<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Na drátěném rámečku, na jehož sousedních dvou stranách je volně uvázaná nit, vytvoříme<br />
blánu. Pokud blánu uvnitř očka protrhneme jehlou, zanikne povrchová síla a nit se napne do<br />
oblouku.<br />
64
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
65
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Závislost povrchového napětí na druhu<br />
kapaliny<br />
Cíl pokusu: změnou povrchového napětí se mění velikost povrchové síly<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: fotomiska, saponát, polystyrénová loďka<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 5 minut<br />
Pokud se špejlí namočenou do saponátu dotkneme povrchu vody za lodičkou, loďka prudce<br />
vyletí. Došlo ke snížení povrchového napětí vody a zmenšení povrchové síly působící na<br />
lodičku.<br />
66
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
67
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Závislost povrchového napětí na druhu<br />
kapaliny<br />
Cíl pokusu: změnou povrchového napětí se mění velikost povrchové síly<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: fotomiska, zápalky saponát<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 5 minut<br />
Jde o obměnu předchozí úlohy. Na povrch čisté vody položíme zápalky. Mezi konce zápalek<br />
kápneme trochu saponátu.<br />
68
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Zápalky rychle odplují k okraji misky.<br />
69
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Kapilarita<br />
Cíl pokusu: demonstrace rozdílných výšek hladin kapaliny v kapilárách různého průměru<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: kádinka, sada kapilárních trubiček, barvivo, voda<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 5 minut<br />
Kapilární trubičky mají různý vnitřní průměr, sledujeme závislost mezi výškou hladiny vody<br />
v kapiláře a jejím průměrem.<br />
70
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Objemová roztažnost vzduchu při<br />
konstantním tlaku<br />
Cíl pokusu: s rostoucí teplotou se objem plynu zvětšuje<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, síťka, kádinka, baňka, skleněná trubička, zátka,<br />
hadice z PVC, kahan, voda<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Sestavíme pokus – baňka se uzavře zátkou s otvorem, kterým se protáhne skleněná trubička.<br />
Hadice se nasadí na trubičku, druhý konec ponoříme do kádinky s vodou. Baňku postavíme na<br />
síťku, opatrně ohříváme vzduch v baňce a pozorujeme hadici v kádince.<br />
71
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Při zahřívání vidíme v kádince vystupovat bublinky vzduchu. Nyní kahan zhasneme.<br />
72
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Při ochlazování vzduch svůj objem zmenšuje, čímž se dostane voda z kádinky do hadice.<br />
73
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Vedení tepla u různých kovů<br />
Cíl pokusu: dva různé kovy vedou teplo různě<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, hliníková e železná trubka, vosk, kahan<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Hliníkovou a železnou tyč stejného průměru upevníme do stojanů tak, aby se jejich konce<br />
vzájemně dotýkaly. Pod styčné místo umístíme stojan. Na obě tyče přilepíme 3 voskové<br />
kuličky do stejných vzdáleností.<br />
74
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Po třech minutách odpadla první vosková kulička z hliníkové tyče.<br />
75
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Po pěti minutách od začátku zahřívání odpadla první kulička ze železné tyče, v tuto dobu<br />
začíná již sjíždět druhá kulička z hliníkové tyče.<br />
76
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Po osmi minutách kahan zhasneme. Na hliníkové tyči zůstala jedna kulička, která již začíná<br />
sjíždět, na železné tyči zůstávají dvě voskové kuličky. Hliník je tedy lepší vodič tepla než<br />
železo.<br />
77
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Proudění tepla<br />
Cíl pokusu: určení směru proudění ohřátého vzduchu<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, držák, zalomená jehlice do pravého úhlu, spirála, kahan<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 5 minut<br />
Papírovou spirálu nasadíme na špici jehlice, uchycené ve stativu. Zapálíme kahan. Spirála se<br />
začne otáčet, což dokazuje, že ohřátý vzduch stoupá vzhůru.<br />
78
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Tepelné záření<br />
Cíl pokusu: světlé a lesklé plochy pohlcují méně tepelného záření než tmavé a matné<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, 2 tělesa pro tepelné záření, 2 teploměry, žárovka<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Tělesa pro tepelné záření upneme do držáků a zasuneme do nich teploměr. Počáteční teplota<br />
je stejná.<br />
79
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Obě tělesa zahříváme žárovkou, teploměr v tmavém tělese již po krátké době ukazuje vyšší<br />
teplotu než teploměr ve světlém tělese.<br />
80
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Tepelná izolace<br />
Cíl pokusu: při dobré tepelné izolaci uniká teplo pomalu<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, 2 držáky, síťka, kádinka, 2 teploměry, kalorimetr, kahan<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
200 ml vody zahřejeme kahanem na 66°C, 100 ml nalijeme do hliníkové nádoby, zbylých 100<br />
ml nalijeme do kalorimetru. Měříme teplotu vody po 1; 3; 5 minutách.<br />
81
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Teploměry ukazují teplotu vody po jedné minutě.<br />
82
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Teploty po třech minutách.<br />
83
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Kalorimetr je vhodný pro tepelnou izolaci.<br />
84
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Měrná tepelná kapacita pevných látek<br />
Cíl pokusu: různé látky mají různou měrnou tepelnou kapacitu<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativová tyč, držáky, síťka, kádinka, odměrný válec, teploměr, kvádr<br />
hliníkový a železný stejné hmotnosti, kalorimetr, kahan, provázek<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 15 minut<br />
85
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Hliníkový i železný kvádr stejné hmotnosti ponoříme do kádinky s vodou. Vodu kahanem<br />
zahřejeme. Do kalorimetru nalijeme 100 ml vody a změříme teplotu.<br />
86
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Hliníkové těleso přeneseme do kalorimetru a zjistíme, o kolik se zvýšila teplota vody<br />
v kalorimetru.<br />
87
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Hliníkové těleso vytáhneme a do kalorimetru vložíme těleso železné. Zjistíme zvýšení teploty<br />
vody v kalorimetru. Měrná kapacita železa je větší než měrná tepelná kapacita hliníku.<br />
88
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Teplota tání<br />
Cíl pokusu: pevná látka se při dosažení teploty tání a dodání skupenského tepla tání stává<br />
látkou kapalnou<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, kruhový držák, síťka, kádinka, zkumavka, teploměr,<br />
thiosíran, kahan<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Zkumavku naplníme thiosíranem sodným a ponoříme do kádinky s vodou. Ohříváme vodu<br />
kahanem a sledujeme teplotu ve zkumavce.<br />
89
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Při dosažení teploty 40°C začíná thiosíran tát.<br />
90
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Teplota vystoupí na 48°, což je teplota tání thiosíranu. Teplota nestoupá do té doby, než<br />
všechen thiosíran roztaje. Teprve poté začne teplota opět stoupat.<br />
91
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Thiosíran je v kapalném stavu, teploměr ukazuje teplotu 57°C.<br />
92
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Skupenské teplo tuhnutí<br />
Cíl pokusu: při tuhnutí látky se uvolňuje teplo<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativová tyč, držáky, kádinka, síťka, zkumavka, teploměr, kruhový držák,<br />
thiosíran sodný<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Thiosíran necháme roztavit ve zkumavce ponořené do kádinky s vodou. Nyní ho necháme<br />
ochlazovat a pozorujeme teploměr.<br />
93
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Teplota klesla na 32°C, kapalina ještě neztuhla, i když teplota tuhnutí je 48°C.<br />
94
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Vhodíme do zkumavky několik krystalků thiosíranu, nyní látka tuhne rychleji. Teplota stoupá,<br />
protože látka při tuhnutí odevzdává teplo. Uchopíme – li zkumavku do ruky, cítíme oteplení.<br />
95
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Teplota varu<br />
Cíl pokusu: porovnání teploty varu vody a teploty varu solného roztoku<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativová tyč, držáky, síťka, kádinka, teploměr, kruhový držák, zkumavka<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Ohříváme kahanem vodu ve zkumavce na bod varu. Při dosažení teploty varu už teplota na<br />
teploměru nestoupá. Teplo se spotřebovává k vypařování vody.<br />
96
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Pokud do vařící vody vhodíme kuchyňskou sůl, teplota začne stoupat – solný roztok má<br />
teplotu varu větší než voda.<br />
97
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Název pokusu: Destilace<br />
Cíl pokusu: ze zabarvené vody znovu uděláme vodu bezbarvou<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, kruhový držák, síťka, kádinka, zkumavka, baňka, odměrný<br />
válec, skleněná trubička, zátka s otvorem, trubička z umělé hmoty, barvivo, kahan<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Do baňky nalijeme obarvenou vodu, baňku uzavřeme zátkou s otvorem, kterým protáhneme<br />
skleněnou trubičku. Na ni nasadíme hadičku z PVC, na její druhý konec připevníme druhou<br />
skleněnou trubičku, kterou ponoříme do zkumavky postavené do kádinky se studenou vodou.<br />
Obarvenou vodu zahříváme kahanem.<br />
98
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
99
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Vodní pára je vedena hadičkou do zkumavky, v níž kondenzuje díky studené vodě v kádince.<br />
100
Molekulová <strong>fyzika</strong> a <strong>termika</strong><br />
Ve zkumavce je bezbarvá voda, barevná látka po odpaření zůstala v baňce.<br />
101
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Název pokusu: Doba kmitu matematického kyvadla<br />
Cíl pokusu: doba kmitu matematického kyvadla závisí na délce kyvadla<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, stolová svorka, držák závaží, závaží, provázek, stopky<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 15 minut<br />
Závaží s držákem má hmotnost 110 g, délka kyvadla je 40 cm. Kyvadlo vychýlíme<br />
z rovnovážné polohy asi 5 cm a měříme dobu 10 kmitů a vypočteme dobu jednoho kmitu<br />
( 1,2). Nyní kyvadlo vychýlíme z rovnovážné polohy asi 10 cm a měříme dobu 10 kmitů<br />
a určíme dobu jednoho kmitu ( 1,2). Nakonec přidáme ještě jedno závaží a ze změřené<br />
doby 10 kmitů určíme dobu jednoho kmitu ( 1,2).<br />
102
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Zvětšíme délku kyvadla na 80 cm a změříme délku 10 kmitů. Doba jednoho kmitu je<br />
1,8. Zkrátíme-li délku kyvadla na 20 cm, zjistíme dobu jednoho kmitu 0,9.<br />
Zjistíme, že doba kmitu matematického kyvadla nezávisí na hmotnosti kyvadla a při malých<br />
úhlech ani na amplitudě výchylky, závisí na délce kyvadla. Porovnáme naměřené hodnoty se<br />
vztahem 2 . ( 1,256; 0,89; 1,78).<br />
103
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Název pokusu: Doba kmitu pružinového oscilátoru<br />
Cíl pokusu: doba kmitu pružinového oscilátoru závisí na hmotnosti tělesa a tuhosti pružiny<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativová tyč, stolová svorka, 2 pružiny, držák závaží, závaží, stopky<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 15 minut<br />
Na jemnější pružinu zavěsíme držák závaží a změříme vzdálenost spodní části držáku a spodní<br />
části objímky. Totéž provedeme s tužší pružinou.<br />
104
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Na každou pružinu zavěsíme závaží 50 g a změříme vzdálenost spodní částí držáku a objímky.<br />
Ze vztahu ·∆ vypočteme tuhost každé pružiny 3,46 . , 19,62 . .<br />
Na jemnější pružině necháme závaží o hmotnosti 50 g, hmotnost celková je tedy 60 g,<br />
změříme dobu 10 kmitů a vypočteme dobu jednoho kmitu ( 0,9 ). Pokus opakujeme se<br />
dvěma závažími, takže hmotnost je nyní 110 g. Doba jednoho kmitu je 1,2 . Totéž<br />
zopakujeme s tužší pružinou ( 4; 5). Porovnáme s hodnotami vypočtenými dle<br />
vzorce 2· . ( 0,83 ; 1,12 ; 0,35 ; 0,47 ). Doba kmitu<br />
pružinového oscilátoru závisí na hmotnosti tělesa a tuhosti pružiny.<br />
105
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Název pokusu: Doba kmitu ploché pružiny<br />
Cíl pokusu: doba kmitu závisí na délce pružiny a hmotnosti, nezávisí na amplitudě kmitů<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stolová svorka, běžec pro upevnění pružiny, závitová tyč, závaží, stopky,<br />
plochá pružina<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
K ploché pružině jsou pomocí závitové tyče připevněna 2 závaží o hmotnosti 50 g. Měříme<br />
dobu 10 kmitů při amplitudě kmitů 4 cm. Vypočteme dobu jednoho kmitu ( 0,5 ).<br />
Změníme amplitudu na 8 cm, změříme dobu 10 kmitů a vypočteme dobu jednoho kmitu.<br />
Zjistíme, že 0,5 . Doba kmitu ploché pružiny tedy nezávisí na amplitudě kmitů. Nyní<br />
přidáme na každou stranu pružiny po jednom závaží o hmotnosti 50 g a vypočteme dobu<br />
jednoho kmitu ( 0,8 ). S rostoucí hmotností se doba kmitu zvětšuje.<br />
106
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Nyní zkrátíme délku pružiny a změříme dobu deseti kmitů Doba jednoho kmitu je 0,3 .<br />
Kratší pružina má kratší dobu kmitu.<br />
107
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Název pokusu: Časový průběh kmitavého pohybu ploché<br />
pružiny<br />
Cíl pokusu: časový průběh kmitavého pohybu ploché pružiny je znázorněn sinusoidou<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stolová svorka, běžec pro uchycení ploché pružiny, držák pera, závitová tyč,<br />
závaží, plochá pružina, pero<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Na konec ploché pružiny umístíme držák, do kterého nasadíme tužku. Rozkmitáme plochou<br />
pružinu a v průběhu kmitání táhneme papír pokud možno rovnoměrně. Poté zkrátíme délku<br />
pružiny na polovinu a opět provedeme záznam pohybu. Časový průběh je vyjádřen<br />
sinusoidou.<br />
108
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Čím kratší je pružina, tím větší je frekvence.<br />
109
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Název pokusu: Měření gravitačního zrychlení<br />
Cíl pokusu: pomocí matematického kyvadla lze vypočítat velikost gravitačního zrychlení<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativové tyče, stolová svorka, držák závaží, závaží, provázek, stopky<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Těžiště soustavy je přibližně mezi oběma závažími. Délka kyvadla je 86 cm. Změříme dobu 10<br />
kmitů a určíme dobu jednoho kmitu 1,86 . Z rovnice 2· <br />
vyjádříme gravitační<br />
zrychlení <br />
. Po dosazení naměřených hodnot vypočítáme 9,80 · .<br />
110
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Název pokusu: Dynamické měření tuhosti pružiny<br />
Cíl pokusu: tuhost pružiny určíme z doby kmitu pružinového oscilátoru<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium<br />
Pomůcky: stativ, stativová tyč, stolová svorka, držák závaží, závaží, 2 pružiny, stopky<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Použijeme pevnější pružinu. Na držáku o hmotnosti 10 g jsou zavěšena tři závaží, každé o<br />
hmotnosti 50 g. Hmotnost soustavy je tedy 160 g. Měříme dobu 10 kmitů a určíme dobu 1<br />
kmitu 0,57 . Tuhost pružiny vyjádříme ze vztahu 2 .<br />
<br />
19,42 · .<br />
111
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Pokus opakujeme s jemnější pružinou, na kterou zavěsíme držák o hmotnosti 10 g s jedním<br />
závažím o hmotnosti 50 g. Doba jednoho kmitu je 0,85 .<br />
Tuhost této pružiny po dosazení do vzorce vyjde 3,28 · .<br />
112
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Název pokusu: Spřažená kyvadla<br />
Cíl pokusu: demonstrace vzájemné periodické výměny energie mezi spřaženými kyvadly<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: spřažená kyvadla, malé závaží<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Vychýlíme první kyvadlo kolmo na rovinu kyvadel, necháme ho volně kývat. Zjistíme, že<br />
amplituda výchylky tohoto kyvadla se zmenšuje, druhé kyvadlo se začíná kývat s rostoucí<br />
amplitudou výchylky. Když se první kyvadlo zastaví, druhé kývá s amplitudou výchylky. Děj se<br />
periodicky opakuje.<br />
113
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Název pokusu: Chvění ladičky<br />
Cíl pokusu: dokázat chvění ladičky vydávající zvuk<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: ladička, stojánek se zavěšeným korálkem<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 5 minut<br />
Úderem kladívka rozezvučíme ladičku a přiblížíme k ní stojánek se zavěšeným korálkem.<br />
Korálek od ladičky odskakuje, což dokazuje chvění ladičky.<br />
114
Mechanické kmitání a vlnění<br />
Název pokusu: Chvění kovových desek<br />
Cíl pokusu: prokázat chvění desek vydávajících zvuk<br />
Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium<br />
Pomůcky: kovové desky pro demonstraci Chladniho obrazců, smyčec, jemný písek<br />
Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut<br />
Délka trvání pokusu: 10 minut<br />
Kovovou desku posypeme jemným pískem, rozezvučíme ji tahem smyčce po okraji desky<br />
kolmo na její rovinu. V důsledku chvění desky odskakují zrnka písku, protože se přemísťují do<br />
uzlových čar a tím vytváří tzv. Chladniho obrazce.<br />
115
Závěr<br />
V materiálu, který máte před sebou, jsou uvedeny základní pokusy z daných kapitol.<br />
Je jistě spoustu dalších pokusů, které lze provádět při výuce fyziky na základní či střední<br />
škole. Snahou bylo uvést typové demonstrační pokusy, většinu z nich lze provádět jako<br />
pokusy žákovské. Některé úlohy jsou natolik základní, že jsou vhodné pro základní školu či<br />
nižší třídy víceletých gymnázií, jiné jsou vhodné i pro učivo střední školy.<br />
116
Change language