Rovnomerný priamočiary pohyb

Martin Belluš

Pomôcky: sklenená (plexi) trubica Ø1–2 cm, l~1 m, stopky (metronóm), pravítko

Základné pojmy kinematiky – dráha, rýchlosť, zrýchlenie – nerobia žiakom na prvý pohľad problémy. V praktickom živote sa s nimi často stretávajú. Často však tiež zistíme, že nesprávne určujú rýchlosť priamočiareho rovnomerného pohybu z grafickej závislosti dráhy od času v prípade, keď graf nezačína od nulovej dráhy. Chyba vzniká nesprávnou interpretáciou praxou zafixovanej skutočnosti, že rýchlosť je prejdená dráha za určitý čas. Zaviesť rýchlosť ako podiel prírastku dráhy a prírastku času, čo v ďalšom zjednoduší rozlíšiť jej okamžitú a priemernú hodnotu, je najjednoduchšie a najefektívnejšie priamym meraním príslušných Δs a Δt. Jednoduchá realizácia rovnomerného priamočiareho pohybu využíva prúdenie kvapaliny (vody), resp. vzduchovej bubliny v známej Mikolovej trubici. Pohyb bubliny má konštantnú rýchlosť. V najjednoduchšom prípade, pre malý sklon trubice, to možno zdôvodniť tým, že prúdenie je laminárne, platí rovnica kontinuity ρSV = konst, kde ρ je hustota kvapaliny, S prierez trubice a v rýchlosť prúdenia. Pre nestlačiteľnú kvapalinu platí jednoduchší tvar Sv = konst.

Realizácia: Trubicu naplníme vodou a zazátkujeme tak, aby v nej zostala vzduchová bublina (1–2 cm). V ľubovoľnej šikmej polohe trubice bude bublina stúpať konštantnou rýchlosťou vďaka prúdeniu kvapaliny opačným smerom. Pohyb je dostatočne pomalý na to, aby žiaci mohli merať časové úseky medzi označenými bodmi na trubici, tak ako ich míňa bublina a následne kresliť príslušné grafy a počítať rýchlosť.

Poznámka: K problematike pohybu vzduchovej bubliny je možné vrátiť sa vo vyššom ročníku a upozorniť na ďalšie skutočnosti, ktoré majú naň vplyv. Prúdenie nie je nikdy prísne laminárne. Na bublinu sa môžeme pozerať ako na teleso na ktoré pôsobí vztlaková sila, odpor prostredia (Stokesova sila), trenie o steny trubice, gravitačná sila. Kvalitatívnym rozborom príkladu môžu žiaci hlbšie pochopiť zložitosť na prvý pohľad jednoduchého deja. Pri inej príležitosti môžeme použiť trubicu s bublinou napr. pri zavádzaní pojmu diera, dierová vodivosť a modelovať pohyb kvázičastice v elektrickom poli.