Jan Koupil: Rychlá fyzika1 Rychlá fyzika Jan Koupil Gymnázium Pardubice, Dašická

Jan Koupil: Rychlá fyzika2 Kde vzít rychloběžné video? Casio Exilim EX-F1Casio Exilim EX-F1 –digitální zrcadlovka –60 FPS Full HD –1200 FPS 336×96 px –cca ,- Kč –již se nevyrábí, nástupce má poněkud horší parametry (1000 FPS 224×64 px)

Jan Koupil: Rychlá fyzika3 Propíchnutí balonku

Jan Koupil: Rychlá fyzika4 Magnetky Neocube

Jan Koupil: Rychlá fyzika5 Imploze plechovky – je tepelná výměna pomalý děj? Doba chlazení: přibližně 0,15 sDoba chlazení: přibližně 0,15 s Doba hroucení: přibližně 2,5 msDoba hroucení: přibližně 2,5 ms

Jan Koupil: Rychlá fyzika6 Leidenfrostův jev 0,4 s 0,8 s

Jan Koupil: Rychlá fyzika7 K čemu vlastně? MotivaceMotivace DemonstraceDemonstrace MěřeníMěření

Jan Koupil: Rychlá fyzika8 Proč kapka nakonec propadne?

Jan Koupil: Rychlá fyzika9 Kalibrace videa

Jan Koupil: Rychlá fyzika10 Zpracování videa Nekvalitní zdroj  Bezztrátový střih a otáčení mov MPEG Streamclip ( zdroj  Bezztrátový střih a otáčení mov MPEG Streamclip ( Potřeba měření po snímku  Snadné načítání a krokování videa MPC-HC ( )Potřeba měření po snímku  Snadné načítání a krokování videa MPC-HC ( )

Jan Koupil: Rychlá fyzika11 Jak se proudem rozsvítí drát? DrátDrát –365 snímků, 304 ms Žárovka:Žárovka: –43 snímků, 36 ms –(cca 3,5 periody výkonu)

Jan Koupil: Rychlá fyzika12 Výbojová trubice Rtuť: Neon: Perioda: 14 snímků, tzn. cca 12 ms. (86 Hz)

Jan Koupil: Rychlá fyzika13 Monitor, projektor CRT monitorCRT monitor –Frekvence 75 Hz (nastaveno)75 Hz (nastaveno) 76 Hz (naměřeno)76 Hz (naměřeno) DLP projektor –Zobrazování za pomocí hranolů nebo zrcátek –Střídání barev BGR+W (T = 120 Hz) A dál? TV, rozklad lichých a sudých, LCD monitory, projektory, …

Jan Koupil: Rychlá fyzika14 Přesýpací hodiny Pružné odrazy Pružné odrazy Porovnání s vodou Porovnání s vodou Úhel kuželu Úhel kuželu

Jan Koupil: Rychlá fyzika15 Raketa na lihový pohon Z. Polák: Jednoduché pokusy, Veletrh nápadů učitelů fyziky 7, Praha 2002

Jan Koupil: Rychlá fyzika16 Raketa na lihový pohon a = 123 m·s -2 = 12,5 g (hodnoty pro 1 měření, každý pokus je originál) v = 9,3 m·s -1 = 33 km·h -1

Jan Koupil: Rychlá fyzika17 Raketa na lihový pohon v = 2,3 m·s -1 … hoření par lihu v = 9,3 m·s -1 … raketa na konci záběru

Jan Koupil: Rychlá fyzika18 Výbuch v krabičce (výbušný motor) M. Jílek: Kroužek fyziky pro středoškolské studenty, Veletrh nápadů učitelů fyziky 7, Praha 2002 obrázky převzaty z

Jan Koupil: Rychlá fyzika19 Výbuch v krabičce (výbušný motor) v = 15,7 m·s -1 = 56,3 km·h -1 … získaná za dobu 1 snímku, tedy 0,83 ms a ≥ m·s -2 = 1920 g

Jan Koupil: Rychlá fyzika20 Výbuch v krabičce (výbušný motor) A jak rychlá je jiskra? – –Při vzdálenosti hrotů 4 mm kolem 1 ms

Jan Koupil: Rychlá fyzika21 Odraz pulzu na struně

Jan Koupil: Rychlá fyzika22 Kmity ladičky 440 Hz příliš rychlá440 Hz příliš rychlá 128 Hz lze nasnímat128 Hz lze nasnímat –Zajímavý náběh

Jan Koupil: Rychlá fyzika23 Kmity ladičky Dokazujeme výstřikem vodyDokazujeme výstřikem vody Mohou vybudit vlnyMohou vybudit vlny

Jan Koupil: Rychlá fyzika24 Jak to vypadá, když to padá? Všichni víme, jak vypadá vodní kapka … už od dob Ferdy MravenceVšichni víme, jak vypadá vodní kapka … už od dob Ferdy Mravence

Jan Koupil: Rychlá fyzika25 Jak to vypadá, když to padá? Poměr rychlostí0,438 Poměr hmotností2,285 Poměr poloměrů1,317 Naměřený poměr poloměrů1,31

Jan Koupil: Rychlá fyzika26 Povrchové napětí J. Koupil, V. Vícha: 1200 FPS 26 d1d1 d2d2

Jan Koupil: Rychlá fyzika27 Vodní kladivo a)Láhvi se nic nestane b)Láhvi se utrhne dno c)Láhvi se utrhne hrdlo d)Zátka ve zpětném rázu vyskočí ven Na hrdlo zazátkované poloprázdné lahve udeříme gumovou palicí. A. Caletka: Dva pokusy, Veletrh nápadů učitelů fyziky 1, Praha 1996

Jan Koupil: Rychlá fyzika28 Vodní kladivo - původní pohled a) a)Setrvačnost vody způsobí zpoždění proti dnu b) b)Mezi vodou a dnem vznikne skoro vakuum c) c)Tlak nad kapalinou s ní uhodí o dno d) d)Vodní kladivo urazí dno

Jan Koupil: Rychlá fyzika29 Vodní kladivo Pohled na celekPohled na celek DetailDetail

Jan Koupil: Rychlá fyzika30 Volný pád Závislost polohy na čase g = 9,86 m/s 2 rel. odch. 0,5 %

Jan Koupil: Rychlá fyzika31 Odraz míčku Z jaké výšky h 1 míček padal?Z jaké výšky h 1 míček padal? Do jaké výšky h 2 míček vystoupil?Do jaké výšky h 2 míček vystoupil? Jakou silou působil míček na podložku?Jakou silou působil míček na podložku? Porovnejte poměr výšek a poměr rychlostíPorovnejte poměr výšek a poměr rychlostí

Jan Koupil: Rychlá fyzika32 Z jaké výšky h 1 míček padal?Z jaké výšky h 1 míček padal? d = 20 mm průměr míčku t 1 = 0,023 s doba, za kterou se míček posune o svůj průměr v 1 = 1,03 m/s rychlost před dopadem

Jan Koupil: Rychlá fyzika33 Do jaké výšky h 2 míček vystoupil?Do jaké výšky h 2 míček vystoupil? d = 20 mm průměr míčku t 2 = 0,028 s doba, za kterou se míček posune o svůj průměr v 2 = 0,87 m/s rychlost po odrazu

Jan Koupil: Rychlá fyzika34 Jakou silou působil míček na podložku?Jakou silou působil míček na podložku? m = 8,0 g hmotnost míčku  t = 0,0025 s doba kontaktu míčku s podložkou

Jan Koupil: Rychlá fyzika35 Pád hřebene S pukem S pytlíkem

Jan Koupil: Rychlá fyzika36 Pád hřebene s pytlíkem Závislost polohy na čase a = 9,34 m·s -2, rel. odchylka od tabulek 4,8 %

Jan Koupil: Rychlá fyzika37 Pád hřebene s pukem Závislost polohy na čase a = 9,87 m·s -2, rel. odchylka od tabulek 0,6 %

Jan Koupil: Rychlá fyzika38 Postřehnete rozdíl?

Jan Koupil: Rychlá fyzika39 Dvě pružiny a = 15,52 m·s -2 Pohyb horního závaží

Jan Koupil: Rychlá fyzika40 Odraz – vysoký výskok Proč pingpongový míček vyskočí do větší výšky než ze které padal?Proč pingpongový míček vyskočí do větší výšky než ze které padal?

Jan Koupil: Rychlá fyzika41 Pružná srážkaPružná srážka v 1 = 1,68 m/s m 1 = 24,3 g v 2 = 2,76 m/s m 2 = 1,7 g Rychlost horního míčku po srážce Výpočtem u 2 = 5,54 m·s -1, měřením z videa u 2 = 6,05 m·s -1, rel. odch. 9% Hopík padal z výšky 42 cm, pingpongový míček se mohl, odrazit do výšky 187 cm. Neuvažujeme ztráty kin. energie.

Jan Koupil: Rychlá fyzika42 Stav beztíže v lahvi Adrian Corona et al 2006 Phys. Educ , doi: / /41/3/F / /41/3/F05

Jan Koupil: Rychlá fyzika43 Čistý průstřel vejce Netradiční důkaz Pascalova zákonaNetradiční důkaz Pascalova zákona J. Brockmeyerová-Fenclová, Z. Drozd: Pokusy s vejci, Veletrh nápadů učitelů fyziky 1, Praha 1996 Veletrh nápadů učitelů fyziky 1, Praha 1996

Jan Koupil: Rychlá fyzika44 Nárazy na rázostroji

Jan Koupil: Rychlá fyzika45 Jak ten datel datluje?

Jan Koupil: Rychlá fyzika46 Jak ten datel datluje?

Jan Koupil: Rychlá fyzika47 Připoutejte se, prosím

Jan Koupil: Rychlá fyzika48 Připoutejte se, prosím

Jan Koupil: Rychlá fyzika49 Smykové tření, žádná věda Třecí síla je přímo úměrná síle normálové Třecí síla nezávisí na velikosti styčné plochy Třecí síla nezávisí na vzájemné rychlosti povrchů (tzv. Coulombovské tření)

Jan Koupil: Rychlá fyzika50 Smykové tření, žádná věda Rozptyl hodnot zrychlení v řádu desítek %  Závislost na ploše ??? Závislost na rychlosti nenalezena

Jan Koupil: Rychlá fyzika51 Elá - hop

Jan Koupil: Rychlá fyzika52 Galtonova deska Běžná kamera detailcelek

Jan Koupil: Rychlá fyzika53 Pascalův trojúhelník Shora dolů vede 512 cest 0,036 0,0352 0,1406 0,3281 0,4922 0,4922 0,3281 0,1406 0,0352 0,0039 0,036 0,0352 0,1406 0,3281 0,4922 0,4922 0,3281 0,1406 0,0352 0,0039 Jsou zásahy přihrádek stejně pravděpodobné?

Jan Koupil: Rychlá fyzika54 Teoretická předpověď pro 200 kuliček

Jan Koupil: Rychlá fyzika55 Reálné výsledky

Jan Koupil: Rychlá fyzika56 Čas průchodu KuličkaČas Průchod 1. kuličky 1,3 s Průchod 2. kuličky 1,2 s Průchod 3. kuličky 1,4 s Průchod 4. kuličky 0,5 s Průchod 5. kuličky 1,1 s Průchod 6. kuličky 0,7 s Nejdelší „rozhodování“ kuličky ……………….. 0,25 s

Jan Koupil: Rychlá fyzika57 Pružné srážky vozíků s magnety

Jan Koupil: Rychlá fyzika58 Pružné srážky – stejná hmotnost v 1 = 0,56 m/s u 2 = 0,47 m/s u 1 = 0 m/s v 2 = 0 m/s Pokles rychlosti o 16 % Pokles kinet. energie o 30 %

Jan Koupil: Rychlá fyzika59 Pružné srážky – lehké najíždí na těžké v 1 = 0,37 m/s u 2 = 0,15 m/s u 1 = - 0,13 m/s v 2 = 0 m/s Pokles kinet. energie o 50 %

Jan Koupil: Rychlá fyzika60 Kam se kinetická energie ztratila? Tvar koleček a umístění osy, valivý odpor Na zvednutí těžšího vozíku o 1 mm je třeba práce 0,0046 J Kinetická energie před srážkou 0,0146 J Kinetická energie po srážce 0,0071 J