Hrajeme si s fyzikou

Věra Bdinková, J. Šimečková, Z. Bobek

1. Tančící potápěč /karteziánek/

Potřeby: plastová láhev (1,5 l), kapátko, kádinka s obarvenou vodou, víčko na zavařování, kružítko, nůžky

Příprava a provedení: Plastovou láhev naplníme vodou. Z víčka vystřihneme kruh (průměr asi třikrát větší než průměr kapátka). Kruh po celém obvodě nastříháme (šířka asi 4 mm). Uprostřed kruhu uděláme otvor o průměru jako kapátko. Z nastříhaných částí ohneme lopatky. Kruh nasuneme na kapátko pod pružnou část. Pak do kapátka nasajeme trochu obarvené vody tak, aby plovalo těsně pod hladinou. Láhev dobře uzavřeme.

Zmáčkneme-li láhev, kapátko se nejen potápí, ale i otáčí. Povolením tlaku potápěč vyplouvá vzhůru a opět se otáčí, ale na opačnou stranu.

Vysvětlení: Stlačením láhve se zvětší tlaková síla působící na potápěče, vniká do něj voda a kapátko se pohybuje dolů. Při zmenšení tlakové síly naopak vodu z kapátka vytlačuje vytlačuje stlačený vzduch a to se pohybuje směrem vzhůru a otáčí se na druhou stranu.

Směr pohybu ovlivňuje výslednice vztlakové a tíhové síly, která působí na kapátko. Lopatky kola na kapátku jsou pak příčinou, proč se kapátko při pohybu dolů a vzhůru otáčí. Směr pohybu otáčení potápěčě se mění, protože se mění směr výsledné síly (stlačení láhve - směr svisle dolů, povolení - směr svisle vzhůru).

2. Vodováha

Potřeby: lahvička se širším hrdlem, 2 korkové zátky, 2 hřebíčky, kousek plastelíny (tmelu, vodovzdorného lepidla), niť, nůžky, voda, vosk nebo parafín

Příprava a provedení: Do menší zátky zarazíme hřebík, na kterém je přivázána niť. Druhý konec nitě přilepíme plastelinou (tmelem) doprostřed dna lahvičky. Lahvičku naplníme asi do poloviny vodou. Zátka uvázaná na niti se zvedne a špička hřebíku bude směřovat vzhůru. Do zátky, která bude uzavírat lahvičku rovněž zarazíme hřebík, jehož špička je obrácena směrem dovnitř lahvičky. Lahvičku pak položíme na vodorovnou plochu, na které seřídíme vodováhu tak, aby hroty obou hřebíků směřovaly přesně proti sobě. Po dokonalém seřízení zalijeme horní zátku voskem.

Vysvětlení: Při jakékoli poloze nádoby je vždy volná hladina vody vodorovná. Pokud podložka není vodorovná, nebudou směřovat špičky obou hřebíků proti sobě.

3. Vodní lupa

Potřeby: kelímek od Ramy, ostrý nůž, nůžky, průhledná pružná potravinářská fólie, gumička, pravítko, voda

Provedení: Z boku kelímku od Ramy vyřežeme otvor o rozměrech 6x3 cm. Přes okraj nádoby dáme pružnou průhlednou fólii a upevníme ji gumičkou. Lehce zatlačíme uprostřed fólie, aby se vytvořil důlek, do kterého nalijeme vodu. Fólie musí být naplněná vodou celá (výška vody uprostřed asi l - 2 cm). Otvorem vložíme do nádoby libovolný drobný předmět (prst, kousek textu,…) a pozorujeme ho přes vodní hladinu.

Vysvětlení: Blána s vodou vytvořily čočku - spojku. Pomocí takto vyrobené lupy získáme zvětšený zdánlivý obraz.

4. Skotačivá žába

Potřeby: tvrdý papír (výkres), kulička (hliněná, lépe ocelová z ložiska nebo rybářské olůvko), nůžky, tužka, lepidlo, pastelky, deska.

Příprava a provedení: Rozložený tvar krabičky přeneseme na tvrdý papír. Nakreslíme a vybarvíme žabičku. Podle čárkovaných čar ohneme některé části a slepíme do tvaru podle obrázku. Před zalepením poslední části vložíme dovnitř kuličku. Po zalepení poslední části a zaschnutí lepidla můžeme vidět na nakloněné rovině, jaké kousky žabka dokáže.

Vysvětlení: Krabička je podstatně lehčí než kulička. Proto se kulička na nakloněné rovině bude pohybovat větší rychlostí. Se změnou polohy kuličky v krabičce se mění poloha těžiště soustavy krabička-kulička, a to tak, aby těžiště bylo nad opěrnou plochou (oblá část). Krabička se „postaví“ a zároveň se setrvačností vychýlí ze stabilní polohy. Kulička přiklopí krabičku zpět k nakloněné rovině, začne se znovu pohybovat a děj se opakuje…

5. Vlákno, které hřeje a svítí

Potřeby: kousek prkna, 2 kolíčky na prádlo, baterie 4,5 V, žárovička 4,5 V, 2 hřebíčky, kousek kartónu, připínáček, 2 jehly, hliníková fólie (alobal), vodiče, železný drátek (z drátěnky).

Příprava a provedení: Sestavíme el. obvod podle nákresu. Otočením kolíku umístíme žárovku na připínáček. Žárovka se rozsvítí. Pak ji posuneme na stranu a na připínáček umístíme kouli z alobalu. Dotkneme-li se drátku, zjistíme, že hřeje. Za chvíli se drátek přepálí. Jestliže pokus zopakujeme ve tmě s novým drátkem, uvidíme ho zčervenat a pak vydávat slabé světlo.

Využití: Vhodné využít při vysvětlování účinku el. proudu, funkce el. pojistky a žárovky.

6. Tepelná vodivost

Potřeby: špalíček dřeva, velký hřebík, malé hřebíčky, parafín, svíčka, zápalky, (špejle, skleněná tyčka).

Příprava a provedení: Do špalíčku dřeva zatlučeme dlouhý hřebík a postavíme ho tak, jak vidíme na obrázku. Ke spodní části hřebíku přilepíme parafínem nebo voskem několik malých hřebíčků. (Hřebíčky se nejlépe nalepují, máme-li celou soustavu otočenou.) Pod hlavičku velkého hřebíku dáme zapálenou svíčku. Sledujeme, že nejdříve odpadl hřebíček, který je nejblíže hlavičce, pak druhý, třetí,...

Vysvětlení: Teplo se předává od nahřátého konce hřebíku ke chladnému a to postupně tak, jak se postupně předává kinetická energie částic velkého hřebíku.

Poznámka: Pokus můžeme zopakovat se špejlí. Uvidíme trochu jiný obrázek. Konec se zapálí, ale hřebíčky budou držet. Znamená to, že dřevo vede hůře teplo než železo. Pokus můžeme zopakovat se skleněnou tyčkou, která vede teplo lépe než dřevo.

7. Poslušné a neposlušné vajíčko

Pomůcky: 2 vyfouknutá vajíčka, broky (příp. písek), parafín, lepící páska, vařič.

Příprava a provedení: a) Vezmeme vyfouknuté vajíčko a vnitřek pořádně promyjeme vodou a necháme vyschnout. Jeden otvor zalepíme lepící páskou. Do skořápky nasypeme asi do jedné čtvrtiny broky (písek). Zalepíme druhou dírku a „poslušné“ vajíčko máme hotové. Můžeme ho postavit do libovolné polohy. Stačí trochu zatřepat vajíčkem v té pozici, do které ho chceme postavit. Broky se přemístí a bude zachována stabilní poloha.

b) Chceme-li udělat neposlušné vajíčko, přidáme do skořápky k brokům kousky parafínu ze svíčky. Vajíčko postavíme na jeden konec do kovového kelímku od svíčky a zahřejeme na plotýnce. Na tomto kelímku necháme vajíčko i vychladnout. Parafín se rozpustí, a když ztuhne, slepí broky a přilepí je ke skořápce. Zalepíme druhou dírku. Neposlušné vajíčko nemůžeme položit ani postavit na druhý konec. Vždy se vrátí do původní polohy.

Vajíčka můžeme barevně vyzdobit nebo z nich udělat figurky.

Vysvětlení: Každé těleso má jediné těžiště. Poloha těžiště má praktický význam. Čím je těžiště níže, tím je poloha stabilnější. Umístění těžiště závisí na rozložení látky v tělese.

Ve vajíčku je těžiště „asi uprostřed“, proto normální vajíčko nemůžeme postavit na žádný jeho konec. Ve skořápce, kterou jsme naplnili broky do jedné čtvrtiny, leží těžiště níže (uvnitř broků). Proto ho můžeme postavit i na špičku. Umístění těžiště můžeme měnit přesýpáním broků, a tím i polohu, ve které bude vajíčko stát.

Neposlušné vajíčko má těžiště nízko položené a stálé, proto je jeho poloha stabilní. Položíme-li vajíčko nebo postavíme-li ho na druhý konec, otočí se zpět do původní polohy, protože v ní je těžiště nejníže.

8. Strašidlo z vodiče a izolantu

Potřeby: baterie 4,5 V, velká krabička od zápalek, lepidlo, gumička, korková zátka, 2 žárovky, alobal, lepící páska (izolepa), nůž, nůžky

Příprava a provedení: Strašidlo zhotovíme postupně podle obrázků. Posouváním horní části krabičky od zápalek docílíme blikání žárovek.

Vysvětlení: Pokud se žárovka posunutím krabičky dostane na alobal (vodič), uzavře se el. obvod a žárovka svítí. Pokud se konce žárovky dotýkají lepící pásky (izolant), el. obvod je otevřen a žárovky nesvítí, protože neprochází el. proud.

9. Záhada kečupu

Potřeby: trubička od toaletního papíru, papír na kouli

Příprava a provedení: Vezmeme papírovou trubičku od toaletního papíru. Do středu dáme kouli papíru o stejném průměru jako trubka. Musí dobře držet na místě, ale nesmí být příliš stisknuta. Pak dáme tubu svisle a budeme klepat zeshora. Koule se v tubě pohne proti směru pohybu nahoru. Aby se koule pohnula dolů, musíme klepat na trubku zespodu.

Vysvětlení: V obou případech má koule tendenci setrvat v původním stavu klidu, klepneme-li na trubku zeshora, trubka sjede a koule se v ní posune nahoru, při klepnutí odspoda je to naopak. (Výsledek závisí na tření mezi koulí a stěnami trubky a na síle našeho úderu.)

Tohoto poznatku využíváme při „vyklepávání“ kečupu z láhve.

10. Kouzelný motýl

Potřeby: trubka z PVC asi 5O cm dlouhá, magnet (musí prokluzovat v trubce), 2 korkové zátky, kus polystyrénu, kancelářské sponky, lepící páska, papír, pastelky

Příprava a provedení: Magnet vlepíme mezi 2 kousky polystyrénu. Jeden konec trubky uzavřeme korkovou zátkou. Trubku naplníme vodou a vložíme do ní soupravu polystyrén-magnet. Trubku uzavřeme druhou zátkou. Z papíru vystříhneme motýla a ze zadní strany nalepíme lepící páskou kancelářskou sponku. Trubku otáčíme vzhůru nohama a motýl se bude stále pohybovat nahoru.

Vysvětlení: Souprava magnet - polystyrén se chová jako plovák a bude vždy stoupat nahoru. Motýl bude sledovat změnu polohy magnetu, protože je k němu přilepena kancelářská sponka z feromagnetické látky.

11. Soubor létajících těles

a) Vrtulník

Potřeby: papír, tužka, lepidlo, nůžky, kancelářské sponky, pravítko

Příprava a provedení: Vrtulník nakreslíme na tvrdý papír podle rozměrů uvedených na obrázku. Vystřihneme po plné čáře. Čárkovaná čára znamená přehýbání. Část 1. přehneme a nalepíme na část 2., část 3. přehneme a nalepíme na část 1. + 2. Části 4. a 5. jsou křídla, a proto je ohneme každé na jinou stranu. Vrtulník pouštíme z výšky.

1. pokus: Pomocí tohoto vrtulníčku můžeme sledovat, jaký vliv má jeho tíha na rychlost otáčení. Tíhu zvětšujeme přidáváním kancelářských sponek na spodní část vrtulníčku. Zjistíme, že do určité hodnoty závaží rychlost otáčení vrtulníku roste, za touto hranicí padá vrtulník dolů jako každý jiný předmět.

Vysvětlení: Když vrtulník padá, vzduch ho obtéká ve všech směrech. Vzdušný proud tlačí na jeho křídla a vrtulník se otáčí. Při zvětšení závaží vrtulník padá rychleji, vzdušný proud působí silněji a rychlost otáčení je větší.

2. pokus: Pomocí tohoto vrtulníčku můžeme sledovat i směr jeho otáčení. Směr otáčení změníme, když křídla ohneme na opačnou stranu. (viz obr.)

b) Bumerang

Potřeby: tvrdý papír, tužka, nůžky, lepidlo

Příprava a provedení: Obrys bumerangu překreslíme na tvrdý papír (pozn. red.: obrázek je zmenšen, rozměry udávané autorem jsou 140x70 mm). Podle čárkované čáry přehneme a obě části slepíme k sobě. Křídla bumerangu v prstech trochu prohneme (jako křídlo). Hotový bumerang položíme na hřbet ruky (kraj stolu) a do přečnívající části prudce cvrnkneme tužkou. Bumerang vylétne a po opsání vzdušné dráhy se opět vrátí. Létá-li špatně, byla práce nepřesná, zejména je chybné vytvarování prohnutí křídel.

Vysvětlení: Profil křídel u bumerangu je stejný jako u křídel letadla. Vzduch jej obtéká pomaleji na spodní straně než na horní, a aerodynamická síla tak působí směrem nahoru.

Při rotaci jsou obě křídla obtékána vzduchem různými rychlostmi zleva a zprava a tlaková síla vychyluje bumerang z původní roviny vrhu. Protože bumerang nejen rotuje, ale pohybuje se i postupným pohybem, je u něho ještě efekt gyroskopický.

Diskutovat o principu letu můžeme i nad netradičními létajícími tělesy.

c) Létající talíř

Potřeby: tvrdý papír, kružítko, tužka, pravítko, nůžky, klobouková gumička, lepidlo

Příprava a provedení: Z tvrdého papíru vystřihneme kruh, narýsujeme 2 kolmé průměry a nakreslíme 4 dvojice křidélek (viz obr.) Křidélka střídavě ohýbáme nahoru a dolů. Z dalšího kruhu o menším poloměru uděláme kužel a pomocí nastříhaného okraje ho přilepíme na první kruh (viz obr.)

Talíř startujeme pomocí gumičky (nejlépe kloboukové).

d) Helikoptéra

Potřeby: tvrdý papír, nůžky, tužka, pravítko, brčko, špulka od nití, provázek, lepidlo

Příprava a provedení: Obrys rotoru helikoptéry obkreslíme na tvrdý papír a vystřihneme. Na každém listu rotoru jsou čárkovanou čarou označeny dva přehyby. Jeden ohneme nahoru a druhý dolu. Ve středu uděláme díru a nastrčíme do ní brčko, které přilepíme. Pak na brčko přivážeme nebo přilepíme špagátek, který rovněž namotáme na brčko. Brčko dáme do špulky od nití. Špulku přidržíme a druhou rukou prudce zatáhneme za špagátek. Helikoptéra vzlétne.

Vysvětlení: Roztočí-li se rotor vrtulníku, jeho přehnuté části stlačují vzduch pod sebe. Vzniká aerodynamická vztlaková síla, která zvedá helikoptéru do vzduchu.

e) Vznášedlo

Potřeby: tvrdý papír, lepidlo, trubička o průměru 8-10 mm. tužka, nůžky

Příprava a provedení: Podle obrázku se zadanými rozměry obkreslíme tvary na tvrdý papír a slepíme díly. Dostaneme tak komolý kužel a šikmo seříznutý válec, které k sobě přilepíme. Vyšší část válce musí být u místa přelepu kužele, aby tato strana byla těžší. Trubičkou o průměru 8-10 mm (může být slepena i z papíru) foukáme do otvoru vznášedla shora. Vznášedlo se nadzvedne a bude se pohybovat směrem dopředu těžší částí.

Jako podložku je nejlépe použít sklo.

Vysvětlení: Vznášedlo se udržuje v malé výšce nad hladkou plochou proudem vzduchu hnaným pod vznášedlo.