Piskač V.: Z fyzikálního šuplíku 002 (Veletrh 17, Praha 2012) / Sborník Veletrhu nápadů učitelů fyziky

O příspěvku

Klíčová slova

Použití

SŠ/VŠ

Pomůcky

S jednoduchými pomůckami
S běžným vybavením kabinetu

PDF ke stažení

Z fyzikálního šuplíku 002

Piskač V.

Abstrakt

Přípěvek seznamuje se dvěma soubory pomůcek pro demonstrační experimenty – „Vodič v magnetickém poli“ a „Lepenkové vozíky“. Obě sady pomůcek i pokusy, které s nimi lze provádět, jsou podrobně popsány formou webových článků na stránkách autora [1].

1. Vodič v magnetickém poli

Na Veletrhu 2011 jsem předváděl demonstrační podkovovitý magnet [2] a slíbil, že k němu připravím soubor elektromagnetických pokusů. Soubor je podrobně zdokumentován na mých stránkách [3]. Zde uvádím pouze základní popis některých experimentů (jedná se o všeobecně známé pokusy, proto zde necituji literaturu, i když nejsem jejich autorem).

1.1. Elektromagnetická houpačka

Na stojící podkovovitý magnet se pomocí malých magnetek uchytí dřevěná hrazdička, ze které visí „houpačka“ z drátu. Po připojení k ploché baterii vylétne houpačka do boku. Ze známé orientace magnetického pole a směru proudu je možno snadno odvodit pravidlo pro směr síly působící na vodič.

Obrázek - Piskač V.: Z fyzikálního šuplíku 002

1.2. Cívka v magnetickém poli

Cívka tvořená 20 závity izolovaného drátu je uchycena na pevnou osku. Ke zdroji je připojena dvojicí ohebných káblíků. Po zapnutí zdroje se prudce natočí do vodorovného směru. Při přepólování zdroje se otočí na opačnou stranu.

Obrázek - Piskač V.: Z fyzikálního šuplíku 002

1.3. Elektromotory

Sada obsahuje dvě funkční makety elektromotorů. První z nich je takzvaný „jednopólový“ elektromotor, který je znám z mnoha návodů na webu (např. [7] a [8]). Seříznutá izolace na ose ho během jedné poloviny otáčky odpojí od zdroje. Díky tomu je připojen ke zdroji vždy jen během části otáčky – ve „správný okamžik“.

Cívka druhého rotoru má dva vývody podél osy. Ke zdroji se připojuje pomocí drátků, které drží učitel v rukou a opatrně se dotýká vývodů. Při roztočení fungují vývody jako dvoupólový komutátor.

Obrázek - Piskač V.: Z fyzikálního šuplíku 002

2. Lepenkové vozíky

Díky svým synům jsem zjistil, jak vyrobit lehké vozíky jezdící s minimálním třením. Klíčem k úspěchu je ocelová podložka přilepená k bočnici vozíku jako ložisko a mosazná oska, která jí prochází. Oska tře pouze o podložku, nedotýká se materiálu bočnice vozíku. Tímto způsobem je možno vyrobit vozíky z dřevěných lišt nebo z tvrdého papíru (postup stavby viz [4]).

Pro sebe jsem si vyrobit vozíky z 2 mm silné papírové lepenky (díly jsou řezány laserem, ale stačí i šikovná ruka). Vozíky jsou dostatečně velké, přitom ale velmi lehké a unesou až kilogramovou zátěž. Na vozících mám osazeny narážecí matice, takže lze snadno měnit nebo přidávat potřebné nástavce.

Se dvojicí vozíků lze demonstrovat většinu experimentů nutných pro úvodní kurz mechaniky (složky síly, zákon akce a reakce, zákon zachování hybnosti, rázy, reaktivní pohon, ...). Podrobný popis viz [5] a [6].

Obrázek - Piskač V.: Z fyzikálního šuplíku 002

2.1. Rázy těles

Dvojice nástavců, které se k čelům vozíků přichytávají šrouby, umožňují demonstrovat dokonale pružný i dokonale nepružný ráz. Efekt experimentů je srovnatelný s použitím vzduchové lavice.

Obrázek - Piskač V.: Z fyzikálního šuplíku 002

2.2. Vrtulový nástavec

Dalším z nástavců je stojan s modelářským elektromotorem a vrtulkou. Jedním z jevů, který nástavec umožňuje předvést, je vliv směru síly na pohyb tělesa. Motorek s vrtulkou lze naklánět, takže do směru pohybu působí různě velká složka síly – vozík se rozjíždí s výrazně rozdílným zrychlením.

Obrázek - Piskač V.: Z fyzikálního šuplíku 002

Sonarem lehce změříme závislost rychlosti vozíku na čase (jedná se prakticky o rovnoměrně zrychlený pohyb). Na druhý vozík lze přišroubovat stěžeň s plachtou a hrát si na plachetnici.

Pokud spojíme vozík s vrtulkou a vozík s plachtou gumičkou, můžeme prakticky ověřit klasický problém, jestli se plachetnice rozjede, pokud její posádka fouká do plachet…

Obrázek - Piskač V.: Z fyzikálního šuplíku 002

2.3. Zpětný ráz

Efektní pokusy umožňuje nástavec s gumovým prakem vystřelující dřevěné „šípy“. Guma je po natažení praku zajištěna nití. Její přepálení umožňuje vystřelit, aniž by byl vozík ovlivněn. Pokud je šíp zatížen plastelínou nebo gumovou zátkou, získá vozík značný zpětný ráz. Pokud vystřelíme šíp bez zátěže, vyletí větší rychlostí, ale vozík získá výrazně menší zpětný ráz. Pokud vozík před výstřelem zablokujeme zarážkou, doletí střela mnohem dál.

Obrázek - Piskač V.: Z fyzikálního šuplíku 002