SÍLY

Třetí Newtonůw pohybový zákon (zákon akce a reakce)

1. Položte dětský vláček se setrvačníkem na koleje, které jsou samy na kolečkách.

2. Nechte vláček jet vpřed a vidíte, že dráha se pohybuje opačným směrem.

1. Připevněte balónek k brčku. Brčkem provlečte drát tak, aby se balónek mohl volně posunovat podél drátu.

2. Nechte z balónku unikat vzduch a všimněte si, že balónek se pohybuje v opačném směru, než proudí vyfukovaný vzduch.

Třetí pohybový zákon (zákon akce a reakce)

Ke každé akci existuje stejně velká reakce opačného směru.

1.

popisky v obrázku:

plastová láhev obsahující ocet a jedlou sodu.

gumová zátka

tužky nebo brčka

Do plastové láhve dejte jednu vrchovatou lžičku jedlé sody (lze použít i prášek do pečiva) a 10 ml octa. Poté ji opět rychle zazátkujte. Po několika sekundách vzroste tlak v láhvi, způsobený oxidem uhličitým, natolik, že zátka odlétne do jednoho směru, zatímco láhev vystřelí do opačného směru. Umístíte-li láhev na válečky (např. tužky) bude pozorovaný efekt ještě výraznější.

2.

Třetí pohybový zákon můžeme také snadno demonstrovat použitím dvou siloměrů. Zatáhneme-li za spojené siloměry, měly by oba ukázat stejné naměřené hodnoty.

Vajíčkový experiment 1: roztáčení

HOLANDSKO: „Discovery Game“ Piet Blankert a Johan van de Adel

popisky v obrázku:

Vařené vajíčko se otáčí rychle.

Syrové vajíčko se otáčí pomalu.

Roztočte dvě vejce, jedno vařené a druhé syrové.

Tekutina v syrovém vejci se musí otáčet také, a proto se toto vajíčko otáčí nepravidelně a pomaleji, než kdyby bylo uvařené.

Vajíčkový experiment 2: velký vaječný závod

popisky v obrázku:

Vařené vajíčko vyhrává.

Navazující témata: přímočarý pohyb, rotační pohyb, setrvačnost, atd.

Vážíme vzduch

ŠPANĚLSKO: „Teaching Physics with a Smile“ by Rafael Garcia Molina

Vyvažte metrovou tyč tak, jako je to na obrázku.

Propalte pravý balónek.

Balónek na levé straně klesne níž, protože levá strana je nyní těžší.

Plechovka, která se sama valí do kopce

ŠPANĚLSKO: „Teaching Physics with a Smile“ by Rafael Garcia Molina

popisky v obrázku:

Zde je skrytá hmota

Umístěte závaží do plechovky (ideální je magnet).

Plechovka se bude valit nahoru na nakloněnou rovinu (přinejmenším půl otočky!), zdánlivě popírajíc gravitaci.

Druhá možnost je samostatné odvalení plechovky, umístíme-li ji na rovnou podložku.

Navazující témata: těžiště, rovnováha, rotační energie, atd.

Poslušná plechovka aneb „dokonalé domácí zvířátko“

ITÁLIE: Marisa Sasso a kol.

Udělejte na obou koncích plechovky dvě dírky.

Na gumičku v plechovce připevněte závaží.

Odstrčíte-li plechovku od sebe, guma se zkroutí (a přitom napne).

Ve chvíli, kdy se plechovka zastaví, guma se začne rozmotávat a plechovka se začne valit zpět k vám.

Navazující témata: potenciální energie, kinetická energie, pohyb, motory, atd.

Povrchové napětí – „vodní uzel“

ITÁLIE:

Vezměte plastovou láhev a udělejte do ní v blízkosti dna 5 malých otvorů, vzdálených od sebe přibližně 5 mm.

Naplňte láhev vodou, ta z ní vytéká v pěti praméncích.

Sevřete praménky vody mezi váš palec a ukazováček – vznikne jeden jediný.

Naplňte láhev a zavřete ji uzávěrem.

Co se nyní stane s proudící vodou?

Proč?

Síly

Pro sestavení tohoto pokusu použijte špejle a plastelínu. Po zapálení svíček se kyvadlo rozkýve.

Balancující plechovka od Coca-Coly

Je-li v plechovce od Coca-Coly patřičné množství tekutiny, lze ji postavit na hranu.

Kancelářská sponka a hrneček

ŠVÉDSKO: Per Olaf Nilsson

popisky v obrázku:

Tužku držte pevně ve výšce ramen.

Více než 1 metr provázku

Pusťte kancelářskou sponku, aby hrneček mohl začít padat.

Vezměte přibližně 1,5 metru provázku. Uvažte jeden z jeho konců k oušku (laciného) porcelánového hrnečku a druhý k běžné kancelářské sponce. Držte tužku pevně, v horizontální poloze, ve výšce ramen. V druhé ruce držte kancelářskou sponku, provázek veďte přes tužku tak, aby hrneček visel ve výšce zhruba 1,5 metru nad zemí.

(Když to budete nacvičovat, můžete pro jistotu dát na zem pod hrnek měkkou podložku.) Vyzvěte studenty, aby odhadli, co se stane, když pustíte kancelářskou sponku. Udělejte to. V našem případě jsme obvykle skončili s provázkem trojitě obtočeným okolo tužky a dosud jsme nerozbili ani jeden hrneček – ale představte si, jak nadšeni by byli naši studenti, kdyby se nám povedlo ho rozbít!

Toto může vést k úvahám o momentu hybnosti. Co se děje s úhlovou rychlostí kancelářské sponky, zmenšuje-li se její poloměr jejího obíhání kolem tužky?

Jednoduchý model pohybu planet

Způsob, jak lehce zkoumat delší i kratší oběžné dráhy.

Jak porovnat periodu jejich oběhů?

Jak se mění energie?

Co se stane, zvýší-li se nebo naopak úplně zmizí dostředivá síla, jež působí na družici?

popisky v obrázku:

závaží obíhající kolem středu "kruhovým" pohybem

dostředivá síla.

hrana trubičky je zaoblená.

kus 6 mm tlusté skleněné trubičky

značka (vlna)

závaží např. 50 g

tíha

Dobrých výsledků jsme dosáhli při použití 150 mm dlouhé 6 mm silné skleněné trubičky. Jako nejdůležitější se ukázalo zaoblení hran této trubičky na obou jejích koncích změkčením v plameni Bunsenova hořáku. Trubičkou provlékněte asi metr dlouhý tenký provázek nebo silnou nit. Připevněte závažíčko nebo jinou malou hmotu k jednomu konci provázku a závaží o hmotnosti okolo 50 g k jeho druhému konci. Držte trubičku svisle a roztočte závažíčko. Mírnými pohyby trubičky udržujte „kruhový“ pohyb s poloměrem asi 500 mm. Poté ještě zmírněte pohyb trubičky a vidíte, jak družice, pozbývající svou kinetickou energii, klesá po spirále na kratší oběžné dráhy. Ve stejném okamžiku ztrácí svou potenciální energii také závaží na druhém konci provázku. Model můžeme přirovnat k planetám a družicím nebo také k elektronům na různých energetických hladinách, kdy atomy pohlcují či vyzařují světlo.

Poznámka editora (L.D.): Zde je vysvětlení resp. přirovnání nepřesné: kinetická energie planety při přibližování k Slunci naopak roste. Problém by stál za hlubší rozbor; na ten zde ale není místo.

Nakloněná rovina

Toto zařízení může být použito k ukázce toho, že:

1. Gravitační zrychlení nezávisí na hmotnosti.

2. Zrychlení ve svislém směru je nezávislé na složce rychlosti ve vodorovném směru.

Pozadí pokusu

Při studiu pohybu mají žáci často velké potíže připustit, že gravitační zrychlení nezávisí na hmotnosti, a akceptovat nezávislost svislé a vodorovné složky pohybu.

Zde popsané zařízení umožňuje tyto jevy jednoduše ilustrovat. Demonstrace může být provedena kvantitativně, pomocí optických závor a přístroje zaznamenávajícího data, nebo kvalitativně prostým opakováním a sledováním děje.

popisky v obrázku:

skluzavka

optická závora

CBL2

TI-83 Plus

(Poznámka: Skluzavka musí kuličku (z kuličkového ložiska) poslat přesně kolmo na sklon nakloněné roviny, tj. zajistit, aby kulička měla na počátku svého pohybu po nakloněné rovině nulovou složku rychlosti ve svislém směru.)

Jak ukázat, že gravitační zrychlení nezávisí na hmotnosti

Postup 1

Dvě kuličky (z kuličkových ložisek) o rozdílných hmotnostech současně pustímez vrcholu nakloněné roviny, kde předtím byly v klidu. Dále se volně kutálejí po nakloněné ploše dolů. (Je-li však nakloněná rovina příliš dlouhá, větší kulička předběhne menší, díky rozdílnému působení odporu vzduchu. Ten závisí na velikosti povrchu kuliček, vzrůstá tedy s rostoucí velikostí kuličky pomaleji, než její hmotnost.)

Nechte své žáky pokus několikrát opakovat s různě velkými kuličkami. Je také možné porovnat nejprve pohyby dvou kuliček o stejné hmotnosti a potom nechat žáky porovnávat pohyby kuliček s rozdílnými hmotnostmi.

Pohled do historie

Po žácích můžete požadovat, aby se blíže podívali na práci Galilea a experimentální metody, které použil pro vyvrácení Aristotelova tvrzení, že zrychlení v průběhu volného pádu závisí na hmotnosti.

Jak ukázat, že zrychlení ve svislém směru nezávisí na vodorovné složce rychlosti

Postup 2

K vrchní části nakloněné roviny, kolmo ke spádnici, připevníme skluzavku. Kulička spuštěná z této skluzavky získá, než se dostane na nakloněnou rovinu, nenulovou rychlost ve vodorovném směru. Je-li jedna kulička spuštěna z vrcholu skluzavky, zatímco druhá se nechá kutálet přímo z nakloněné roviny přesně ve chvíli, kdy první kulička opustí skluzavku, pozorujeme, že kuličky dosáhnou spodního okraje skluzavky ve stejný okamžik.

Další možnosti

Postupným spouštěním z vyšších míst skluzavky dosáhneme toho, že kulička bude mít větší a větší vodorovnou složku rychlosti.

Pokud k určení vodorovné složky rychlosti kuličky opouštějící skluzavku použijeme optickou závoru, mohou studenti zkusit předpovídat, ve kterém místě na dolním konci nakloněné roviny kulička přepadne přes její hranu (na základě znalosti doby, za níž kulička dosáhne spodního okraje).

Toto cvičení umožní studentům porozumět pojmům vztahujícím se k drahám a závislosti dráhy předmětů na vodorovných složkách jejich rychlostí. Tyto pokusy se ukázaly být výborným úvodem k výkladu Keplerových zákonů a pohybu planet.