Další vzdělávání pro pracovníky škol v Plzeňském kraji CZ.1.07/1.3.47/ Experimenty ve výuce fyziky II. Mgr. Robert Kunesch

Osnova Počítačem podporovaný experiment -Jaký je tlak v nafukovacím balónku? -Měření rychlosti zvuku -Dopplerův jev Jednoduché experimenty z akustiky -Kostelní zvony -Akustický tlak -Postupné a stojaté vlnění Jednoduché experimenty z molekulové fyziky a termiky -Mají různé materiály různou tepelnou vodivost? -Tepelná výměna tepelným zářením -Princip tryskového motoru

Balónek Jaký je tlak v nafukovacím balónku? V první fázi nafukování hodnota tlaku narůstá. V další fázi nárůst ustane a hodnota tlaku začne klesat. Při vypouštění nastane mírný pokles tlaku Jakmile balónek zmenší objem, hodnota tlaku strmě vzrůstá

Měření rychlosti zvuku Jakými způsoby můžeme použít k měření Vernier LabQuest? Rychlost zvuku také můžeme změřit otevřeným rezonátorem – trubicí, v jejímž vzduchovém sloupci vzbuzujeme chvění pomocí zdroje zvuku (reproduktoru). Zvuk je podélné vlnění s frekvencí od 16 Hz do 20 kHz. Rychlost zvuku můžeme změřit přímou metodou tak, že změříme vzdálenost, kterou zvuk urazil a dobu, za kterou mu to trvalo. Rychlost zvuku ve vzduchu závisí na složení vzduchu (nečistoty, vlhkost, druh plynu), ale nejvíce na jeho teplotě: v t = 331,82 + 0,61·t, kde teplota t je v Celsiových stupních.

Dopplerův jev Jak také „přibližování se a oddalování“ objektů? Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnové délky přijímaného signálu oproti vysílanému signálu, způsobenou nenulovou vzájemnou rychlostí vysílače a přijímače. Jev byl poprvé popsán Christianem Dopplerem v roce Jestliže pohyblivý zdroj (auto, motorka, vlak,…) vysílá signál s frekvencí f 0, pak stojící pozorovatel jej přijímá s frekvencí, kde v je rychlost vln v dané látce a v rel relativní radiální rychlost zdroje vůči pozorovateli (kladná rychlost znamená přibližování, záporná vzdalování). Zajímavé ukázky: pMKr8

Tepelná vodivost Mají různé materiály různou tepelnou vodivost? Přístroj na demonstraci se skládá ze dvou stejně dlouhých tyčí o stejném ob­sahu průřezu a zhotovené z různých kovů, např. z mosazi a oce­li. Teplo, které se v tělese přenáší vedením z ohřívaného místa k jinému místu tohoto tělesa, závisí také na součiniteli tepelné vodivosti materiálu, z něhož je uvažované těleso. Proto v určitém místě tělesa z látky, která má větší součinitel tepelné vodivosti, roste teplota rychleji, než ve stejné vzdá­ lenosti u druhého tělesa z materiálu o menším součiniteli tepelné vodivosti. Měď je lepší vodič tepla než hliník, hliník je lepší než ocel, mosaz je lepší než ocel.

Tepelná výměna Demonstrace tepelné výměny tepelným zářením pomůcky Termoskop dáme do těsné blízkosti rozsvícené stolní lampy. Na manometru pozorujeme zvyšování tlaku vzduchu v baňce. Dochází ke změně vnitřní energie vzduchu tepelnou výměnou, která se uskutečnila pohlcením tepelného záření. Vyrovnání tlaku v termoskopu s okolním tlakem dosáhneme tím, že otevřeme tlačku. : Tepelná výměna mezi tělesem a okolím se může také uskutečnit vyzařováním nebo pohlcováním světla. Poněvadž svět­lo má tepelné účinky, nazýváme jej tepelným zářením. Vede­ním tepla by se tlak vzduchu v baňce tak rychle nezvětšoval, neboť sklo i vzduch jsou špatnými vodiči tepla.

Tryskový motor Raketa z PET láhve? Na podobném principu, pracují tryskové a raketové motory. Ve vakuu musí být kromě paliva do spalovacího prostoru dodáván v nějaké formě i kyslík. Do láhve vstříkneme trochu etanolu, vyklepeme kapalné zbytky a láhev uzavřeme zátkou s otvorem. (průměr otvoru asi 8 mm). Láhev zavěsíme na odpalovací šňůrku a zahřejeme fénem (Při dostatečné teplotě v místnosti není zahřátí nezbytné). Přiblížíme zapálenou špejli k otvoru v zátce a vznícená směs horkých plynů reakční silou vymrští láhev po odpalovací šňůrce.

Kostelní zvony Demonstrace šíření zvuku prostředím Na obě strany ramínka přivážeme tenké provázky, přibližně půlmetrové. Každý z provázků natočíme na ukazováček obou rukou. Když takto zvedneme ramínko do výšky, „otočí se obráceně“, tj. háčkem čili věšákem k zemi. Délku navinutí volíme tak, abychom dosáhli ukazováčky do obou uší a háček čili věšák ramínka „klimbal“ ve výšce nějakého pevně ukotveného předmětu. Ve třídě je ideální výška lavice. Ukazováčky necháme v uších, v nahnuté pozici rozkmitáme ramínko tak, aby vždy udeřilo háčkem ramínka do lavice či jiného pevného předmětu. V uších uslyšíme zvony. Ukázka se lžící: ?page=record&id=188

Akustický tlak Zvuk, který vydává chvějící se membrána reproduktoru rádia se šíří vzduchem. Dochází k zhušťování a zřeďování částic – ve vzduchu vznikají tlakové vlny (akustický tlak) ve stejném rytmu, v jakém kmitá membrána. Tlakové vlny působí na plamen svíčky a ohýbají ho. Akustický tlak je zvuková energie vysílaná zdrojem zvuku (reproduktorem). To dokazuje, že zvuk je forma energie. Demonstrace šíření zvuku Na rádiovém přijímači naladíme stanici s kvalitním příjmem. Před reproduktor postavíme svíčku tak, aby po jejím zapálení byl plamen přibližně před středem reproduktoru. Hlasitost zvuku dostatečně zesílíme. Plamen svíčky komíhá v rytmu mluveného slova nebo hrající hudby.

Vlnění Mechanické vlnění vzniká v látkách všech skupenství a jeho příčinou je existence vazebných sil mezi částicemi látky. Takové prostředí se nazývá pružné prostředí. 1. vlnění příčné - vlnění na hladině rybníka, chvění tyče, do níž udeříme kladivem, … 2. vlnění podélné - šíření zvuku ve vzduchu, … Vlnění lze rozdělit i z jiného pohledu - podle přenosu energie: 1. vlnění postupné - energie se vlněním přenáší 2. vlnění stojaté - energie se vlněním nepřenáší Stojaté vlnění lze pozorovat např. na kmitající struně, která vytvoří jakési „buřtíky“ a vlna „stojí na místě“, nešíří se daným prostředím. Demonstrace postupného i stojatého vlnění