Souhrnný sborník Veletrhu nápadů učitelů fyziky

O příspěvku

PDF ke stažení

Goldová K., Holík M.

Co všechno se dá změřit pomocí struny

Pomůcky: stavebnice MERKUR, sada závaží, různé vzorky struny (kovové dráty, silonový vlasec, atd.)

Příprava: Ze stavebnice sestavíme konstrukci pro upevnění struny, viz obr. Ramena x, y se mohou otáčet v bodech 1, 2. Vzorek struny upevníme mezi body A, D a sílu, která ji napíná, ovládáme umístěním závaží na rameno x, které slouží jako dvojzvratná páka.

Provedení: Délku chvějící se části struny (úsek B, C) ovlivníme otáčením ramene y. Každý, kdo někdy vzal do ruku kytaru, dobře ví, že výška tónu závisí na několika parametrech. Na délce struny, síle, která ji napíná, na její tloušťce a na materiálu, ze kterého je vyrobena. Nechme studenty, ať sami objeví tyto závislosti. Ačkoliv se rovnice struny na střední škole zpravidla neuvádí, bylo by snad možné po takovém experimentování s různými vzorky strun tuto rovnici zavést.

,

f – frekvence, l - délka struny, F – velikost síly napínající strunu, r - hustota materiálu struny, S – obsah průřezu struny

a) Měřič frekvence: známe-li hustotu a průměr struny a sílu, která ji napíná, a změříme-li vzdálenost bodů B, C, můžeme určit frekvenci, s jakou struna kmitá.

b) Měřič hustoty, siloměr, váha, …: Naladíme-li strunu otáčením ramene y pomocí ladičky nebo tónového generátoru na určitou frekvenci, můžeme vypočítat některý z parametrů struny – dostaneme tak netradiční hustoměr (změříme s ním např. hustotu silonového vlasce), siloměr (na délce páky x závisí jeho citlivost), váhu, nebo třeba měřič malých průměrů drátu (samozřejmě v mezích přesnosti, které jsou dány také hudebním sluchem).

Tímto způsobem můžeme i na střední škole ukázat, jak dokáže fyzika vysvětlit některé principy, používané v hudbě, ale také jak je můžeme využít ve zdánlivě nesouvisejících oblastech.

Optické vlákno „za babku“

Pomůcky: hadička z PVC o vnitřním průměru 4 mm, stolní olej, voda se saponátem, svítivá dioda (15 mA), baterie 4,5 V, rezistor 180 Ω

Provedení: Připravíme zdroj světla z diody, baterie a rezistoru (sériové zapojení). Do hadičky opakovaně nasajeme saponátový roztok a zase ho vypustíme tak, aby ulpěl na vnitřním povrchu. Roztok saponátu nenecháme úplně vytéct a rychle do hadičky nasajeme stolní olej a do jednoho jejího konce zastrčíme diodu, která zároveň slouží jako zátka. Po připojení diody ke zdroji dochází na rozhraní olej–saponát k totálnímu odrazu a hadička slouží jako optické vlákno. Pokus můžeme doplnit tím, že zaměníme pořadí obou kapalin nebo napustíme jen jednu z nich a ukážeme, že k totálnímu odrazu nedojde.

Poznámka: Použijeme-li kratší hadičku (což je výhodnější i kvůli nasávání kapalin), můžeme ji vyčistit pomocí špejle, na jejíž konec namotáme kousek vaty.