Další vzdělávání pro pracovníky škol v Plzeňském kraji CZ.1.07/1.3.47/02.0010 Experimenty ve výuce fyziky II. Mgr. Robert Kunesch 11. 6. 2014.

Prezentace na téma: "Další vzdělávání pro pracovníky škol v Plzeňském kraji CZ.1.07/1.3.47/02.0010 Experimenty ve výuce fyziky II. Mgr. Robert Kunesch 11. 6. 2014."— Transkript prezentace:

1 Další vzdělávání pro pracovníky škol v Plzeňském kraji CZ.1.07/1.3.47/02.0010 Experimenty ve výuce fyziky II. Mgr. Robert Kunesch 11. 6. 2014

2 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

3 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

4 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.

5 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 1842. 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: http://youtu.be/s8HGoqRrCE0 http://www.youtube.com/watch?v=Qvp0r0 pMKr8

6 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.

7 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.

8 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.

9 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: https://www.vimproc.cz/ ?page=record&id=188

10 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.

11 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