Sensible Physics Teaching

Transkript

Překlad knihy:
eaching
hysics T
ensible P
S
Teaching
Physics
Sensible
od Micheal D’Aleo and Stephen
Edelglass
-1-
-2-
Toto jsem si vypůjčil z knihy Duhová jiskra
od Daniely Fischerové (vřele doporučuji):
Proč se medvěd
nestal
člověkem
Jednoho dne se medvědovi znelíbilo být obyčejným hloupým
medvědem. Vzal si do hlavy, že bude žít s lidmi, naučí se dělat
všechno jako oni a tak se taky stane člověkem. Přidružil se ke
mladému dřevorubci, aby s ním sdílel lidský život a co nejdřív
všechno uměl. Ráno spolu šli do zimního lesa. Mladík našpulil rty a
začal foukat do dlaní.
„Proč to děláš?“ ptal se učenlivý medvěd.
„Abych si zahřál ruce,“ odpověděl chlapec.
Medvěd pokýval hlavou a dobře si to zapamatoval.
Večer seděli u polívky. Mladík našpulil rty a začal foukal na lžíci.
„Abych si ochladil polévku,“ vysvětlil hoch.
Medvěd tentokrát hlavou nepokýval, naopak, trošku jí zavrtěl, jako
by se divil, ale i to si dobře zapamatoval.
Po jídle chlapec zapálil v kamnech. Našpulil rty a začal foukal do
třísek.
„Aby se plamen rozhořel.“
Medvěd si bezradně podrbal ucho. V tom mladík našpulil rty a
chtěl sfouknout svíčku.
„Proč to děláš?“ vyjekl zoufalý medvěd.
„Přece abych zhasil plamen“
Tak to už bylo na medvěda moc. Praštil tlapou o stůl a rozkřikl se:
„ Ze mě si nikdo nebude tropit šašky! Jednou tvrdíš, že foukání
ohřívá, pak zas, že ochlazuje, že oheň se po něm rozhoří—a teď mi
chceš namluvit, že zhasne! Buďto jsi blázen, anebo lhář!“
Opustil chalupu a vlezl do doupěte. A tak se medvěd nikdy nestal
člověkem.
-3-
-4-
úvod
Překlad části knihy:
(„Učíme fyziku přes zjevné a smysly vnímatelné
aneb
učíme přímou smyslovou zkušeností“)
od Micheal D’Aleo and Stephen
Edelglass
Poznámka překladatele:
Moje znalost angličtiny není zas až tak na dobré úrovni, proto doporučuji
objednat si i originál a používat jej souběžně s tímto pomocným překladem.
Při práci na tomto překladu (a praktických zkoušek) jsem narazil na mnoho
dalších témat a jevů, které se váží přímo k pokusům, zde uvedeným nebo je
podle mého doplňují. Malou část jsem připojil ve formě příloh. Snad Vám budou
k užitku.
Knihu jsem rozdělil na čtyři části.
Za všechny překlepy a chyby se předem omlouvám.
Ať je Vám všem tato práce aspoň v něčem prospěšná. Určitě stojí za přečtení a
hlavně za pokus!!!
-5-
úvod
Úvod do vědy zakládající se na přímé smyslové
zkušenosti*1
Východ slunce nad jezerem na začátku léta. Muž a žena
nakládají jídlo, oblečení a výstroj do kánoe. Dnešní ráno je jezero
klidné a hladké. Vypadá jako vyleštěné. Vzduch je klidný a čerstvý.
Vše v tichosti naslouchá rannímu zpěvu ptáků. S měkkým žuchnutím
je naložen poslední balík do kánoe. Nad jezerem se ozývá škrábání
dna o drsný písčitý břeh, jak je spouštěna kanoe na hladinu jezera.
Zvuk je okamžitě pohlcen tichem.
Před nimi podél břehu se krásně zrcadlily dva stromy, ale ve
chvilce bylo zrcadlení rozkolísáno měkkou brázdou od lodi. Většina
stromů na břehu byly borovice. Stály tam vysoké a rovné jako děti,
když měříte jejich výšku. Byl tu i padlý strom oběť dávné silné bouře.
Jeho zlomený kmen se špičatěl, zbytek stromu se klonil přes břeh do
vody. V místě, kde kmen vstupoval do vody vypadal, že se láme
blíže k hladině, stejně jako se i ptákům zdají ryby blíž k hladině než
jsou. Žena sedící na zádi upozornila, že pádla stejně jako padlý strom
se ohýbají k hladině. A to přestože pádla byla vyrobena z tvrdého a
pevného dřeva bílého ořechu (hikor), pozorovala žena, že je ohnuté
směrem k hladině od prvního okamžiku ponoření pádla do vody a
ohne se zase zpátky při vytahování z vody ven po tempu. Ohýbání
bylo výraznější, pokud žena naklopila pádlo více vodorovně.
S hlasitým šplouchnutím se ponořil do jezera
pták. Jen co se vynořil z vody, odletěl na vzdálený
břeh s něčím v drápech. Oba přestali pádlovat a
zvedli dalekohledy. Přes čočky mohli vidět rovné,
hladké a lesklé tělo pstruha, kterého mořský orel
chytil. Jak sledovali orla, začala se kánoe
přibližovat ke břehu, kde byla voda mělká. Bylo
vidět mnoho velkých ryb, zatímco malé rybky se
jen občas mihly mezi kameny, vyplašené stínem kanoe a hledaly
ochranu pod lodí. Voda vypadala tak mělká, že se zdálo, že dno lodi
se bude škrábat o kameny. Proti jejich očekávání se tak nestalo. A
když se chtěli odražením pádly o dno dostat na hlubší vodu. Zjistili,
že pádla jdou níž než očekávali a nenaráží na kameny. Až skoro
ztratili rovnováhu, když se nesetkali s očekávaným odporem.
1
(*v originále „sense-based“,
v Čechách je podobný projekt nazývaný „Heuréka“)
-6-
úvod
Získali znovu stabilitu a na hlubší vodě pádlovali klidně. Dívali
se dolů do vody a tu uprostřed záběru zpozorovali, že když je pádlo
kolmo k hladině vypadá rovné jenže kratší.
Kánoe je usazená do hladké klouzavé hladiny, pádlující na přídi
pozoruje svět odrazů a pádlující na zádi přemýšlí o tom, jak se jeví
pádlo pod hladinou, když prochází vodou.
Věda založená na přímé smyslové zkušenosti* (na
zdravém rozumu)
Věda založená na přímé smyslové zkušenosti*(na zdravém
rozumu) staví stejně, jak to dělá většina vědeckých disciplin, na
zážitku nějakého jevu a zkušeností s ním. Ideálně je takového
zážitku dosaženo cestou probuzeného stavu, ve kterém je každý
lidský smysl aktivován získáváním vjemů. Porozumění vzniká
propojením představ a pojmů s prociťováním řádu vjemů z okolního
světa.
Jev je jedna zkušenost nebo událost, kterou si lidské bytosti
mohou uvědomovat svými smysly. Může to být zvuk nebo barva. Jev
může být výsledkem více smyslových vjemů, zahrnujících barvu,
formu, pohyb, zvuk, vůně, hrubost povrchu atd. takovým příkladem je
jelen v lese.
Uvědomování si jevů závisí na schopnostech lidské bytosti
vnímat a na jejím úmyslu soustředit se na vytažení (vyluhování)
něčeho z jevové podstaty. Uvědomění si nějaké smyslové zkušenosti
také závisí na přivedení pojmových vztahů ke zrodu tak, aby byl
smyslový svět poskládaný v pochopitelných zážitcích. Jinými slovy:
Idea (představa) je potřebná pro přímé vidění nějaké věci jako
konkrétní věci.
Představte si, např. procházku v lese. Jeden ze skupiny se
zastaví a zašeptá: „Koukejte támhle, jelen!“ Jiný: „ Á, vidím ho. Je
schován mezi tamtěmi stromy v houští.“ Dítě v ranci na otcově
zádech, jakkoli se ostatní trpělivě snaží mu ho ukázat, není schopno
jej vidět. (pozn. překladatele: není schopno si kousky, které z jelena
vidí poskládat do hromady, pokud nemá základní ideu jak taková
-7-
úvod
zvířata vypadají). Jiný společník možná také nevidí jelena, protože je
krátkozraký.
Pro rozeznání jelena v mlází nemusí mít divák
jen úmysl najít, ale také znalost, tj.mít představu,
toho co hledá. To, co je vyčarováno v mysli, a
označeno slovem jelen, je organizující myšlenka. Ta
nám poskytne možnost přímo vidět jelena
vyděleného z celosti dojmů, se kterými se setkáme.
Právě z nedostatku pojmů je dítěti zabráněno vidět
jelena. Někdo, kdo nikdy neviděl jelena, si ho teď
nemůže také představit. Jakkoli se dá situace rychle
napravit přes pojmy- zvíře, čtyři nohy, hnědý,
vysoký, kopýtko, atd. V běžném životě obyčejně
nevnímáme nutnost znalosti toho, co hledáme
předtím, než to uvidíme. Spíš obvykle vidíme díky
nevědomému předpokládání souvislostí a zkušeností získaných
v čase, kdy my sami jsme byli ještě dětmi.
Ačkoliv důraz v našem příkladu byl dán na vizuální část, idea
jelena zahrnuje hlavně nevizuální pocitové aspekty, a to obzvlášť
dotyk a teplotu. Např. Když vidíte jelena je tu pocit pro měkký
sametový povrch rašícího rohu, na rozdíl od pocitu těžkého a
hladkého rohu kozy nebo krávy. Na druhou stranu zároveň kvůli
neznalosti bučení různých typů jelenů, lidé často zaměňují bučení
jelenů za štěkot psů. To je příklad nevhodného pojmu vedoucího
k nepravdivému vnímání.
Vědomý zážitek ze světa smyslů vyžaduje být si vědom
mnohosti lidských smyslových schopností, stávat se vědomým
v jemnostech každého smyslu a otvírat smysly co nejvíc. Zároveň
dbáme na to, jaké úmysly působí to, co zažíváme.
Rozvíjení pojmů, jak seskupování(organizace), tak zažívání,
nesoucí dál vjemy, vyžaduje tvárnost a jasnost myšlení.Takové
představy podporují bohatší zážitky světa i porozumění. Stavění
základů pro jejich obsahy je cíl vědecké pedagogiky založené na
přímém smyslovém zážitku v 6. až 8. ročník.
Materiály cítíme teplejší na dotek pokud jsme vystaveni
teplejšímu tělesu. To je přímo, co teplo znamená. Podobně, materiál
těles cítíme chladnější na dotek, když jsme vystaveni chladnějšímu
tělesu. Materiály se také roztahují, když jsou natahovány a zkracují
-8-
úvod
se, když jsou smáčknuty. Mimoto, materiály se teplem roztahují a
chladem stahují. (Chování vody blízko jejího bodu mrazu a chování
kovu bismutu, je výjimkou ze zákona, že materiály se rozpínají
s rostoucí teplotou.) Nicméně mohou teplotní změny nastat bez změn
rozměrů a naopak. Stávání se teplejším/studenějším a
delším/kratším jsou skutečně zřetelné zkušenosti. (Veliký Německý
myslitel, Goethe, nazýval takovou zřetelnou zkušenost Archetypální
jev.) Přece, základ pro míru teploty je získán spojením kvalitativně
zřetelné zkušenosti, roztahování rtuťového sloupce při oteplování a
smršťování rtuťového sloupce při ochlazováním v teploměru .
Na zdravém rozumu* založená vědecká metodologie se
odlišuje od mnoha věd vyučovaných dnes v tom, že tak vytrvale
nehledá vysvětlení mimo svět zkušeností. Dnes je většina vysvětlení
v termínech mechanických modelů. Například, pro metodiku
založenou na smyslech je důvodem pro ohřátí se materiálů,
vystavení se teplejšímu materiálu. Toto vysvětlení se skládá s popisu
podmínek, podle kterých lze očekávat zkušenost. V protikladu,
zvětšování teploty těles je obyčejně vysvětleno ve smyslu
hypotetických rychle se pohybujících molekul z teplejšího tělesa,
které se sráží s hypoteticky pomalejšími molekulami chladnějšího
tělesa. To snižuje průměrnou rychlost rychlejších a zvyšuje
průměrnou rychlost pomalejších molekul. Mimo to, protože průměrná
dráha pohybu rychlejších molekul je v představě delší než u
pomalých molekul, z toho vyplývá rozpínání při růstu teploty. Užitím
takového hypotetického modelu mají vědci pocit, že „vysvětlili“
spojení mezi teplotou a roztahováním.
Základním modelovým vysvětlením je zredukováno teplo a
chlad na pohyb hypotetických entit. A tak je teplo a chlad zahrnuto
pouze mezi subjektivní lidské reakce. Molekuly jsou brány reálně,
kdež to lidské zkušenosti ne. Molekuly nejsou brány ani jako teplé ani
jako studené. Jsou představovány právě pohybem a kolizí mezi
sebou. Ve skutečnosti jsou molekuly pouze modely, konstrukce, které
jsou vymyšleny rozumem tak, aby pomocí nich „vysvětlily“ mnoho
jiných jevů, např. proč se materiály roztahují, když jsou teplejší.
Přechodná a nepatrná entita (molekula) je vytvořena mentálně pro
spojení teoretické příčiny a účinků daných podmínek. Cenou za
takový přístup je však odcizení člověka ze světa zažívání skutečnosti.
Naproti tomu, věda zdravého rozumu umisťuje člověka přímo do
zažívání skutečnosti. Věda založená na smyslech umisťuje člověka
přímo do smyslové a zážitkové skutečnosti. Přece jenom, zkušenost
je konečný rozhodčí platnosti vědeckých pojmů.
-9-
úvod
V žádném případě autoři nemají v úmyslu vyjádřit myšlenku, že
modely jsou zbytečné. Ve skutečnosti, vědecké modely můžou být
dosti užitečné. Mnohé z naší moderních technologií byly vyvinuty
jejich užitím. Námitka, kterou vůči nim máme je, že když tito
prostředkovatelé skutečných pojmů jsou brány tak, že tvoří realitu,
postrádají smysluplnou souvislost s člověkem. Tento nedostatek je,
možná, jeden z důvodů, proč technologie nejsou ryzím požehnáním
pro svět.
Vezměme si například silné herbicidy. Protože si chemici přáli
jako počáteční účinek jen zničit nechtěný rostlinný život, ten který
plejete v trávnících, vědecká komunita pomalu reagovala na zjištění
účinku herbicidů na přírodu a zásoby pitné podzemní vody. Jsou zde
ovšem, samozřejmě, mnohé důvody pro použití, zahrnující
ekonomický prospěch pro výrobce a výhodu pohodlí pro uživatele.
Ačkkoli, můžete navrhnout, že jedním důvodem pro pomalost odezvy
je, že věda je dělána způsobem, který ji odděluje od přirozenosti
lidské bytosti, lidé spíš nejsou schopni přijmout rozmanitost takových
zkušeností. Nejsou schopni vidět vše v jednom celku. Věda založená
na smyslové zkušenosti* postupuje tak, že zdůrazňuje vlastní
zkušenost a tím zesiluje schopnosti lidských smyslů. Tak jsou lidé
daleko radši ve skutečném světě než ve světě virtuálním. Přístup
vědy zakládající se na smyslech, přirozeně staví vztahy mezi
člověkem a světem. Hlubokým ponořením do praktických zkušeností.
Tato věda zakládající se na smyslech podněcuje u jednotlivců, být si
více vědom svého vlastního procesu vnímání a cítění. Rozvíjením
schopnosti, zažívat jevy plně a s větším uvědoměním, se podporuje
růst schopnosti rozvíjet pojmy, které spojují jevy mezi sebou.
Takovými spojujícími pojmy jsou přírodní zákony. Tento proces
vyvolává aktivní propojení mezi jedincem a světem. Z toho plyne
důkladnější porozumění vztahu mezi světem subjektivním a světem
objektivním. Takové vědecké porozumění není omezeno jen na
automatické a bezmyšlenkové podmínky, které plynou z lidských
znalostí, ty totiž odcizují člověka ze světa, ve kterém žije.
Většina vědeckých metod také vychází ze zážitků a zkušeností,
ale obvyklá praxe se rychle přesune k představám modelů
z vymyšleného světa existujícího mimo postřehnutelný svět. Je
předpokládáno, že tento vymyšlený svět způsobí to, co je přímo
postřehnutelné. Platnost takového modelového světa je určena jeho
testováním v řízených pokusech. Když je podle modelů předpovězeno
to, co nastane za daných okolností a přímo se to tak stane v řízeném
pokusu, vědci uzavřou, že model je správný a jevu bylo porozuměno.
- 10 -
úvod
Otázka: „Proč se to stalo?“ je zodpovězena v pojmech chování daných
modelů.
Situace je analogická s tím, co zažívá člověk, když sleduje
ručičky hodin jdoucích kolem každou minutu a každou hodinu a ptá
se, proč se to děje. My si můžeme představit, že čísla hodinek můžou
vyvolávat tento jev. Avšak, skutečně vědět, co je tím pravým
mechanismem, můžeme, až když otevřeme vnitřek hodin,
vyzkoušíme jej a porovnáme jej s vymyšleným modelem. Skutečně
známe příčinu pohybu, až když je mechanismus pochopen, ale tento
pochopený mechanismus je ze světa jevů, ne mimo něj, na rozdíl od
vymyšlených modelů světa.
Příčinu je nemožné hledat za světem jevů. Klasické vědecké
chápání, že vše je ve tvaru výchozího modelu, při vysvětlení
zkušeností předpokládá, že svět je jako stroj, že může být brán
odděleně(že se dá rozebrat na součástky). Taková metoda
povzbuzuje a priori mechanické vidění světa, mechanické vidění
světa se má stát smyslem života. A co víc, taková praxe povzbuzuje
zájem o virtuální svět spíše než o svět přímých zkušeností. Praxe
takové vědy odstraňuje lidské bytí z jejích experimentů. To je
odcizuje od reality.
Věda založená na smyslech*, naopak, podporuje zájem
o skutečné zkušenosti(zážitky) a hledá vztahy a souvislosti mezi nimi.
To povzbuzuje spojení s ostatními lidmi a s prostředím daleko více
než hledání mimo toto prostředí (někde stranou a odděleně), protože
vychází z přímých zkušeností člověka s prostředí ve kterém žije a
s lidmi kolem něj. Přímá účast na prostředí - lidském, přírodním a
lidmi vyrobeném- dává okamžitou intuici pro možné škodlivé účinky
lidské činnosti a tím i znalost sebe sama.
Pedagogický význam vědy zakládající se na
smyslech*.
Neuvěřitelný růst a vývoj charakterizuje prvních 7 let dětského
života. Během tohoto času se výška dětí zvětší nejméně třikrát. Děti
vyvíjejí schopnost být pánem svých tělesných pohybů. Učí se
pohybovat se v okolním prostředí, nevědomě koordinovat svůj smysl
- 11 -
úvod
pro rovnováhu s viditelnými obrazy fyzických těles ve světě. Učí se
také mluvit, poslouchat a slyšet, získávají propracované(vysoce
důmyslné) porozumění mluvené řeči, snad nevědomě, zatímco
napodobují lidi, které slyší kolem sebe.
Během let na základní škole děti vyvinou silnou obrazotvornost
a představivost. Se začátkem školní docházky se objevují nové
výukové styly. Děti jsou inspirováni k získávání znalostí láskou,
důvěrou a respektem dospělých kolem nich. Děti mohou začít cítit že
svět má řád a krásu. Během prvních ročníků se děti naučí základní
kulturní prvky: abecedu, čtení, psaní, počítání, mýty, legendy a
příběhy, patřící ke kultuře ve které oni žijí .
Jenže, jak se děti přiblíží k věku 12 let, jsou čím dál méně
upřímně nadšeny příklady dospělých v jejich okolí, které znají. Učitelé
a rodiče, mající přímou zkušenost se žáky šestého ročníku, vědí, že
děti už jsou si dobře vědomy toho, že jejich milovaní dospělí neví vše.
Dokonce, že dospělí někdy nemají pravdu!
V tomto věku, když schopnosti žáků pro chápání jevů se stanou
dostatečně bystré pro kritické myšlení, se vynoří ptaní a kritizování.
Udržují si ještě údiv ze světa, charakterizující minulé období . Ale, od
šesté do deváté třídy, je údiv střídán kritickým myšlením a
soustředěným uvědomováním. To je právě tehdy, když žáci
začínají ovládat své, už zmíněné, síly a on nebo ona se začínají ptát
otázkami typu: „ Jak víš, že je tohle pravda?“ Vnitřně hledají, jak
vědět, komu můžou důvěřovat, a jestli je svět takový, jak dospělý
říkají. Jestli jo, proč tedy občas nemají pravdu?“
Dětské vnitřní hledání začíná nevědomě přes smyslové
zkušenosti, které získávají jejich smysly téměř jako pocity. Ale jak děti
dorůstají do puberty, začínají dotazy více obsahovat pojmy, takže
v období devátého ročníku, studenti jsou často schopní slovně
vyjádřit tyto otázky.
V devátém ročníku už je kritické myšlení žáků tak vyvinuté, že
může učitel pracovat přímo s ním. V tu dobu zdraví žáci začínají věřit
a akceptovat jako pravdu jen to na co přijdou vlastním myšlenkovým
procesem. Učitel musí jednat jako průvodce pomáhající žákům přijít
na dané úsudky vlastním úsilím. Učitelův cíl je dávat takové otázky,
které dodávají odvahu studentům najít odpovídající přiměřenou
odpověď sami. Díky takovému procesu poznávají studenti, že
pravda je získána díky porozumění a ne strávením faktů
- 12 -
úvod
k zapamatování. Studenti vychovávaní tímto způsobem budou
připraveni světu s mnoha problémy. Oni budou mít dovednosti
nezbytné pro zkoumání s ohledem na nové situace se kterými se
setkají. Budou mít schopnosti objevit vztahy a souvislosti i při setkání
s něčím novým. Silná pojmová síla spolu s představivostí můžou
vytvořit základ pro vhodné odezvy, které jsou probuzeny k činnosti.
Studenti jsou připraveni čelit tomu, co bylo dříve neznámé.
Vědecká pedagogika založená na smyslech je prostředek pro
úspěšný přechod mezi obrazotvorným údivem z nižších ročníků a
jasným vědomým pronikavým myšlením vysokoškolského věku. Když
učíme porozumět základům jevů přesně, získáme důvěru čelit
nejistotě a zmatku. Pedagogika popsaná v této knize dává žákům
zkušenosti, které jsou základní pro porozumění lidského vnímání a
poznání . Studenti jsou povzbuzeni začít dávat smysl jejich životu.
Oni se noří nejen do porozumění světa, ale i do porozumění, jak sami
chápou tento svět. Zabývají se otázkami typu: „ Co je základem pro
lidské vnímání zvuku? Světelné říše ? Tepla? Ačkoli jevy jsou
základní (jednoduché), zážitek spojený s nimi je mohutný.
Ve Waldorfských školách tvoří studenti svůj vlastní záznam
v každé třídě pomocí psaní kompozic a malování obrázků. Studenti
při kreslení obrázků jevů nebo aparatur vyvíjejí a zvyšují pozorovací
schopnosti. Jak se tyto schopnosti vyvíjejí jsou žáci schopni tvořit
více detailů a přesnější obrázky. Někomu stačí jen pohled na
uměleckou a vědeckou práci Leonarda da Vinciho, aby si vážil
poznávacích možností umělecké činnosti.
Dvanáct let staré vědomosti o světě a o sobě samých stále
spočívají ve znatelném. Tím, že dáváme studentům možnosti pro
objev, je zkusíme přivést k významnějšímu uvědomění si řádu, který
je vlastní mnoha dobře známým jevům. Oni hledají, například,
jednoduché vztahy mezi intervaly, které slyší a délkou kmitající
struny, mezi osvětlenými a neosvětlenými objekty, nebo mezi teplým
a studeným tělesem. Dokonce hledají vztahy mezi elektrickými a
magnetickými jevy, a dalšími jevy, které jsou mnohem více záludné a
těžší na popsání.
V sedmém ročníku je poněkud větší složitost objevena ve
vztazích mezi jevy. To je děláno v souvislostech, ve kterých jsou žáci
povzbuzováni stát se více vědomími k aktivitě jejich vlastních smyslů.
Pro takové studium se právě hodí zákon odrazu světla pozorovaný
na hladině rybníka. Větší složitost je spojována s nemožností dostat
- 13 -
úvod
se fyzicky přímo do prostoru odrazu(za zrcadlo) a některé pojmy jsou
jen získané.
Když se studenti dívají na rybník, učitel povzbuzuje také
začátek uvědomování si jakou roli ve studentovi hrají jeho smysly při
získávání světelných vjemů. Nebo v mechanice například zvětšíme
složitost tak, že studenti a jejich učitel objevují matematické formule,
které můžou být použity k předpovídání, jak dopadne rovnováha na
páce ještě před tím, než to zkusíme prakticky. Třída odvozuje rovnici
myšlením o výsledcích jejich včerejší práce, ty nejsou odhozeny pryč,
jak se děje při učení se abstraktních informací na zpaměť.
V osmém ročníku studenti pochybují pomocí otázek týkajících
se jevů protože potřebují více duchaplných porozumění. Co se stalo
v našem viditelném světě na hranici mezi dvěma rozdílnými
průhlednými prostředími? Jak můžu porozumět tepelnému záření?
Jak se projevilo porozumění prosté odchylce el.nabité lamely na
vývoji moderního elektrického motoru? A to je okamžik, kdy učitelé
jsou většinou vyzváni pomáhat studentům začít pracovat mentálně
s jevy v modelech – volný prostor pro studenty je nalézání vztahů
mezi nimi.
Metody využívané v osnovách založených na smyslech, které
jsou popisovány v této knize požadují na studentech trochu učení se
zpaměti. Když je spor o tom co se stalo mezi dvěma studenty, nebo
studentem ptajícím se učitele, řešíme to opakování jevů. Tady není
dogma týkající se zážitku. Studenti mají svoje vlastní osobní zážitky a
díky nim se snaží porozumět jevu. Často cítí, že se něco naučili.
Studenti smí říct, :“Já se nebudu spoléhat to, co řekne učitel, že je
dobře a co je špatně. Já to mohu vědět z mé vlastní zkušenosti! Já
mohu potvrdit správnost mého myšlení mojí vlastní zkušeností.“
Ve věku specialistů a expertů, schopnost určit, co je správné
jen na základě vlastní zkušenosti se stává vzácností. Často, génius
ukazuje sám sebe skrze čerstvé porozumění, že nepřijme obvyklé
ideje získané kvůli uznání druhými.
Na konci osmého ročníku by studenti měli být schopni zvyšovat
vědomí si výjimečných jevů a úkazů, které jsou přítomny v daných
situacích, ale jsou často přehlíženy nebo nejsou ještě popsány. Oni
se učí být si vědomi toho, co zrovna zažívají, a jsou schopni sdělit
tuto zkušenost psaním nebo uměleckou formou. Studenti, kteří jsou
- 14 -
úvod
toho schopni na konci osmé třídy jsou dobře připraveni na více
komplikované úlohy ve vyšších ročnících.
Jak užívat tuto knihu
Demonstrace prezentované v této knize jsou řazeny tak, aby
postupně rozvíjeli zkušenosti. Jsou seřazeny podle témat a dnů.
Například pokus 8 W 1 znamená první ze série pokusů v osmém
ročníku a téma teplo (Warmth). Ten je ze dvou částí, obě budou
prezentovány první den. Upozorňujeme učitele, aby si zkusili sami
pokusy předem než je provedou se žáky. Tak předejdete tlaku a
stresu při pokusu v hodině. A s nadhledem můžete vést ukázku pro
studenty a dá vám to často možnost naladit aparaturu.
Pokusy v daném dnu by třída neměla hodnotit ani jinak
komentovat.To si schovejte na druhý den při opakovaném
provedení. Během toho se žáci nejdříve zaměří na detaily uspořádání
aparatury a na postup provedení. Potom můžou udělat podrobné
pozorování. V té době by měli hledat vztahy mezi jevy. Měli by zkusit
objevit vztahy mezi jednotlivými jevy ve smyslu hledání podmínek pro
zjevení. Takové vysvětlení by mělo být v termínech jejich zážitků
místo nějakých hypotetických nebo virtuálních entit. Tato praxe
podporuje ve studentech zájem a lásku ke světu. Během tohoto
opakování má být dáno studentům dost času a dostatek podpory
pro rozvoj jejich myšlenek. Měli by se ptát tak dobře jako dávají
odpovědi. Někdy právě vlastní otázky studentům dovolí hlubší
pochopení. Například, brali jsme v osmém ročníku optiku a stalo se
následující.
Během studování barev a spektra jsme se dívali přes prizma
(hranol na rozložení světla). (pokus 8V3) a studenti dostali za úkol
nakreslit scénu z jejich domova, jak ji viděli skrz prisma. Následující
den, přišla Sarah do třídy plná zklamání a otázek. Řekla asi toto:
Včera jsem začala kreslit okno v mém pokoji, jak vypadá přes
prizma. Jak jsem seděla a kreslila, byly barvy slabší a slabší.
Nakonec zmizely. Pak se zase začaly objevovat čím dál silněji. Ale
byly vzhůru nohama a jiné než původní! Proč se to stalo?
Když jsme se ptali na dobu, kdy kreslila a na to, jak dlouho
kreslila, Sarah řekla, že kreslila odpoledne mezi 3 až 5
- 15 -
úvod
hodinou(Sarah dělala výkres 10. prosince v SARATOGA SPRINGS,
NY.) Když začala kreslit bylo ještě slunce nad obzorem a její okno
bylo světlejší než zeď a ona viděla teplé barvy spektra (červenáoranžová-žlutá) na rámu okna. Jak slunce zapadalo byl kontrast mezi
oknem a zdí slabší a slabší a barvy mizeli. V 5 odpoledne, když je
slunce už za obzorem, je zeď osvětlená lampou světlejší než okno, to
jsou podmínky pro chladné barvy spektra (světle modrá-modráfialová) vznikající při průchodu přes prisma. Z otázek studentky a
spolužáků se vyvinula jejich hlubší citlivost pro rozklad světla.
Hodiny fyziky poskytují skvělou příležitost pro studenty vyvinout
si přehlednost a jasnost předvedení, vlastní zápisy a obrázky. Žáci
šesté třídy mohou být povzbuzeni předvést jejich znalosti geometrie
při fyzikálních ilustracích. Při studiu velkých umělců renesance
v sedmé a osmé třídě mohou být povzbuzeni „kreslit přesně, co vidí.“
Úroveň detailů na jejich obrázcích často ukazuje na jejich schopnosti
něco postřehnout, cítit. Dokonce tak jednoduchý tvar jako je kádinka
se hodí pro cvičení pečlivého pozorování. Skoro se všemi jevy z
fyziky základní školy se setkáme v každodenním životě.
Prací s metodami založenými na smyslech prezentovanými
v této knize, učitel zjišťuje, že jeho vlastní schopnosti vnímání rostou.
S růstem úrovně uvědomování si a úrovně sebevědomí bude učitel
nacházet ještě nepopsané vztahy ve světě. Tato zkušenost muže být
zdrojem nadšení a inspirace v učení. Jak jsou nové detaily světa
popisovány a sdíleny třídou. Studenti budou vnímat učitelovo
vzrušení a budou více vtáhnuti do učení. Individuální zkušenosti
přinesou do třídy diskuzi o příkladech jevů, ať byly přineseny učitelem
nebo žáky a patří mezi nejdlouhodobější upomínky na fyziku. Ony
podporují a povzbuzují upřímný zájem o svět. Ještě více učitelé
používající metody přímé smyslové zkušenosti asi ocení, že jejich
vědomí o studentských silách a slabostech je lepší a lepší a dává jim
schopnost lépe podat fyziku studentům při znalosti jejich potřeb.
Často používáme pomůcky pro důkaz něčeho nebo pro získání
více informací o světě. Užitek a hranice každé takové pomůcky musí
být pochopen pro jejich správné vhodné použití. Konečně, všechny
z těchto zkušeností musí být uchopeny přes naše smysly a seřazeny
do chápání (porozumění) v pojmech nebo představách. Z tohoto
důvodu je nutné, že rozumíme a rozvíjíme naše schopnosti vnímání
za účelem moudrého užití z vnějšího nástroje(prostředku).
- 16 -
Zvuk 6.ročník
Fyzika 6.ročníku
Zvuk – Akustika
Optika – optické pokusy
Teplo a chlad
Elektřina a magnetismus
1 týden
1 týden
4 dni
1 týden
Zvuk – Akustika
Začneme naše studium tím, že si začneme více uvědomovat
různé zvuky. Jakou mají kvalitu? Jaké jsou podmínky nutné pro to
abychom vůbec daný zvuk slyšeli? Potom studenti začnou
experimentovat a porozumí spojitosti mezi zvukem a pohybem.
Pomůžeme jim najít aritmetické vztahy mezi zvukem, který slyšíme a
pohybujícím se předmětem.
Den první
Pokus 6S1. Uvědomování si zvuku
Vytvoř mezi studenty atmosféru absolutního ticha. Ať se
zavřenýma očima, v klidu a bez pohybu poslouchají okolí. První
den venku a druhý den to zopakujte ve třídě. Co jste slyšeli?
Poproste studenty, ať popíší kvalitu zvuků, které slyšeli. Zkuste
popsat i prostorový „vzhled“ zvuku.
Vytvářejte různé zvuky s různými materiály, tak aby je studenti
neviděli. Ať studenti popíší kvalitu každého zvuku a hádají zdroj
zvuku, poté jim ukažte, zda odhadli zvuk správně.
Den druhý
Připomenutí pokusu 6S1
Poslouchejte zvuky ve třídě. Je důležité si uvědomit, že člověk
musí mít úmysl naslouchat, aby slyšel zvuky. Pokud nenaslouchá,
musí být zvuk neočekávaný, aby se vnutil do vědomí. Zeptejte se
- 17 -
Zvuk 6.ročník
žáků, kdy toto zažili. (Kdy zažili, že i přesto, že na ně někdo mluvil, jej
nevnímali apod.)
Pokus 6S2 Zvuk slyšíme přes
vzduch, vodu a pevné látky.
Většina lidí si je vědoma, že zvuky
slyší pokud jsou „ponořeni“ ve vzduchu.
Vždyť je to každodenní zkušenost. Méně
běžná je zkušenost, že se zvuk šíří i
kapalným a pevným prostředím.
Například, udeřte do kusu měděné
trubky, která leží na stole, zatímco žáci
mají uši na stolní desce nebo na trubce.
[Půl palcová měděnou trubku koupíte
v železářství a nebo dostanete od školníka. Trubku nechte uříznout
studenty pilkou na železo.]
Provrtejte na konci trubky otvory a zavěs ji na provázek tak, aby
část její délky byla ponořena v nádobě s vodou. Studenti mohou
ponořit své uši do vody, když udeříme do tyče. Také může učitel
žákům doporučit, aby si ovinuli konce provázku pevně kolem obou
ukazováčků a strčili si oba ukazováčky do uší, pak stačí udeřit do
trubky. (viz obr.)
Opakujte pokusy s trubkami různých délek a materiálů. Všimněte
si, že pokud znějící trubku nebo tyč dotekem umlčujete, něco ucítíte v
místě doteku.
Domácí úkol: Ať se studenti ponoří uši úplně pod vodu ve vaně
nebo velké nádobě s klidnou vodou. A ať poslouchají jak zní, když
udeří do pevné stěny vany nebo nádoby. Srovnejte to se zvukem,
který se vytvoří, udeříme-li na předmět úplně ponořený ve vodě.
Den třetí
Studenti, kteří udělali domácí úkol budou chtít popisovat svoje
mnohé zážitky. Diskuze nad tímto úkolem dodá dětem odvahu sdílet
i další pokusy, kde se setkali se zvukem v kapalné a pevné látce.
Popisují svoje zážitky v plaveckém bazénu, nebo na jezeře s plující
motorovou lodí, nebo co se stane, dáte-li ucho na dveře či železniční
kolej. Můžete se zeptat studentů: „Proč používá lékař stetoskop?“
- 18 -
Zvuk 6.ročník
Pozorujte a poznamenejte si, že kvalita zvuku chvějícího se tělesa
závisí na faktorech jako jsou tvar, délka, materiál. A tyč naopak
potřebuje být rozkmitaná (rozechvělá), aby vydala tón. Navíc,
nedokonalosti materiálu jako prasklinky, dutinky, střípky mění kvalitu
zvuku, který slyšíme. Což můžeme ukázat na prasklé skleničce či
zvonku. Můžete diskutovat o síle zvuku kostelních zvonů (pozn. v
originále si povídají o Liberty bell)
Pokus 6S3. Hudební zvuky
Pozvěte si na návštěvu několik muzikantů, aby studenti mohli
poslouchat smyčcový kvartet nebo trio. Nechte studenty popisovat
zvuky a zkuste propojit jejich vlastnosti s jednotlivými nástroji. [Je
zajímavé a důležité začít s přehráváním hudby jako celku, nedělit ji
na jednotlivé nástroje. Teprve potom může být představen jen part
např. houslí. A studenti můžou vybírat jednotlivé charakteristické
zvuky každého nástroje, když jej poslouchají jednotlivě. Jaké jsou
rozdíly v kvalitě?]
Po skončení poslechu představíte dětem monochord. Ten je
snadné vyrobit.(viz obr)
Pro jednoduchost by měl být vyroben ze struny o délce přesně 1m
nebo 1 yard.
Nejdřív hrajte na volnou strunu (bez zbytečného natahování struny
– jemně ne jako luk). Pak dejte studentům za úkol, aby našli oktávu
změnou délky struny. Podložením struny trojbokým hranolem nebo
válečkem, který má na sobě tenkou drážku pro upevnění struny,
měníme délku struny.
Studenti možná sami určí podíl mezi délkou struny při tónu o
oktávu vyšším než u volné struny a délkou volné struny.
- 19 -
Zvuk 6.ročník
Čtvrtý den
Připomenutí pokusu 6S3
Poproste studenty, aby si vzpomněli hudební vystoupení
z minulého dne. Jakou vlastnost zvuku zažili při poslechu souboru
jako celku? Nechte je porovnat tento zážitek s poslechem
jednotlivých nástrojů. Je tady nějaký vztah mezi velikostí nástrojů a
jejich zvukem? Dejte do podobného vztahu i zkušenosti při pokusech
s měděnou trubkou. Co studenti objevili, když pozorovali tóny o
oktávu vyšší s ohledem na podíl délek?
Poté co si vyzkoušíte tento poměr délek i na dalších strunových
nástrojích, můžete si napsat pravidlo: rozpůlením délky struny získám
tón o oktávu vyšší. [přírodovědecký zákon je souhrn podmínek
nutných k daným zkušenostem].
Pokus 6S4 : hudební intervaly
Ať studenti posouvají kobylku monochordu a najdou několik
dalších intervalů např. kvintu nebo tercii. Pro každý interval
zaznamenejte délku znějící struny. Znovu zjistěte poměry délek.
Učitel může ukončit práci s monochordem dvěma stručnými
pokusy. První, napne strunu jako tětivu. Druhý, otočí monochord
dnem vzhůru a vysype na dno jemný písek smíchaný s práškem
z plavuně. Pak rozezvučte strunu. Po zkušenostech s tímto
jednoduchým pokusem můžete rozeznít hranu Chladniho desky,
kterou posypete stejnou směsí písku a prášku plavuně. (Ernst
Friedrich Florens Chladni (1756-1827), přírodovědec na universitě
v Göttingenu a asi první akustik, který navrhl a postavil hudební
nástroje na základě svých výzkumů.
Den pátý
Připomenutí pokusu 6S4.
Začněte připomenutím různých poměrů délek strun pro dané
zvukové intervaly. Studenti pak mohou popisovat pokus
s práškem(písek a plavuň) na monochordu a na Chladniho deskách.
Buďte jistí, že žáci objeví vztah mezi zvukem a pohybem. Pohyb
(často jen jemné chvění) a zvuk se vyskytují současně. Kde je pohyb,
- 20 -
Zvuk 6.ročník
tam je zvuk, a kde je zvuk, tam je také pohyb. Jedno nemůže být bez
druhého. Zvuk a pohyb jsou zažívány najednou. Jsou vzájemné.
Nadto, nedělá hrstka prášku na vibrující desce zvuk viditelným?!
V takovém případě bychom mohli říct, že Devátá Bethovenova
symfonie je analogií vzorů, které vidíme na obrazovce osciloskopu,
když k němu připojíme mikrofon snímající nástroje v koncertní hale.
(Doporučujeme aby tato sporná otázka byla detailně prohovořena až
v osmé třídě v hodině fyziologie o vnitřním uchu.)
Pokus 6S5. Chladniho obrazce
Učitel může ukázat studentům jak znějí Chladniho desky různých
tvarů, velikostí a materiálů. Na způsobu rozezvučení silně závisí i
zvuk a obrazce, které deska vytvoří.
Konec týdne věnujeme zpěvu.
- 21 -
Světelné jevy 6. ročník
Světelné jevy – Optika
Zrak je převládajícím lidským smyslem. Při činnostech v tomto
světě spoléháme na zrak více než na ostatní schopnosti, které
máme. Naše závislost na zraku je tak pevná, že jej používáme
k odhadnutí dalších smyslových zkušeností. Například očekáváme,
že bohatě zbarvené jablko hezkého tvaru bude chutnat sladce. Nebo
očekáváme, že čerstvě vypadající řezaná květina bude vonět,
zatímco sušená ne.
Taková důvěra, takové spoléhání na zrakové vjemy může vést u
člověka k domnění, že to, co právě vidí, je opravdu skutečné. A
nedokáže už vnímat a uvažovat z hlediska všech našich smyslů a
v celistvosti bytí. Potom všem řekneme : „ Co vidím, tomu věřím.“
Přesto, všechny zrakové zkušenosti se skládají jen z vidění ideí (tzn.
vidění obrazů).
První optické zkušenosti v základním fyzikálním kurzu spočívají ve
vidění barev a světlosti a tmavosti, ty jsou zdůrazněny. Zatímco
ostatní neviditelné vlastnosti jsou potlačeny.
Pokus 6V1 : Svítání a východ slunce.
Ideální způsob, jak začít tento týden je
pozorovat obzor při východu Slunce od
úplné tmy. (Abychom dosáhli, co největší
tmy, měl by být měsíc v novu nebo dorůstat.
Úplné tmy však nedosáhnete v moderní
velkoměstské zástavbě.) Toto setkání je tak
důležité a mimořádné pro porozumění, že to
stojí za námahu, kterou budete mít při
organizaci.
Další, ačkoliv méně úžasný, je způsob, kdy vezmete studenty do
úplně temné místnosti a v tichosti a mlčky pozorujete postupné
pomalé osvěcování okolí. (použij zařízení na tlumení světel a 500-ti
Wattovou žárovku.)
Učitel musí vést vnímání a pozorování studentů během
cvičení. Zachytit první velmi slabý svit. Svět se pak stává
zjevným v proměnlivých stínech (odstínech temnoty a šedi).
Jak se zvětšuje kontrast stínů, přichází teprve možnost začít
rozeznávat předměty a odhalit jejich třetí rozměr ( hloubku).
-22-
První barvy, které jsou pozorovatelné, jsou teplé barvy (červená,
oranžová a žlutá).
Ty jsou poté následovány studenými barvami (azurová, modrá a
fialová). Hloubka a prostor začíná být velmi zřetelný s větší
rozeznatelností barev. Všimněte si, že barvy se mění a mění se i
jejich jasnost. Pokud jde o pokus v místnosti a se žárovkou, mohou
být barvy viděny bělejší a bělejší, když budeme mít dostatečně silné
osvětlení.
Den druhý
Připomenutí pokusu 6V1
Požádejte studenty, aby popsali vztah mezi osvětlením a tím, co
viděli. Je důležité uvědomit si, že svět se jeví ve všech svých
prostorových a barevných bohatstvích, když je osvětlení správně
vyváženo mezi jasem a tmou. Důležitou podmínkou, aby mohli
hodnotit vztah mezi jasem a tím, co vidí, je znalost toho, že
základními podmínkami pro vidění jsou lidská bytost, objekt, který je
pozorován a zdroj světla (zářící těleso). Všechny tři se musí splnit
současně, abychom měly prožitek zrakového obrazu. Například,
okolní vesmír je tmavý i přes přítomnost pozorovatele a Slunce kvůli
nedostatku objektů pro pozorování.
Pokus 6V2. Zářící, zrcadlící(odrážející) a pohlcující
Zkušenost opravdové tmy je nicota (prázdnota) ne černota. Aby si
to dokázal, propíchni konzervu trojhranným šídlem. Vyprázdni a
vyčisti plechovku. Vystříkej vnitřek plechovky černou barvou. Podívej
se do otvoru v plechovce a srovnej tento zážitek s pohledem do
rozsvícené lampy. Když se díváš do lampy vidíš jen světlo(záři). Tady
je světlo, které může být viděno bez objektu. Světlo nemůže být
viděno v žárovce. Světlo nemůže být viděno na své cestě k objektu.
Světlo nemůže být viděno na své cestě od objektu k oku
pozorovatele. Vidíme záři a tmu. Mezi těmito hraničními podmínkami
se svět předmětů ukáže pozorovateli. V tomto okamžiku představíme
názvosloví pro rozlišování mezi kvalitami opticky rozdílných objektů.
Žárovky, plameny a svítící světlušky sami vydávají světlo. Jsou zdroji
světla. Na rozdíl od toho, jeskyně, doly, zorničky očí a náš otvor na
-23-
konzervě jsou vždy tmavé, dokonce i tehdy dáme-li blízko k nim zdroj
světla. Jsou zdrojem tmy. Zdroje tmy jsou vlastně prostory obklopené
objekty. A nakonec jsou zde předměty, které uvidíme jen
v sousedství zářících těles. Ty nazýváme „pasivně svítící“.
Den třetí
Začněte hodinu hodnocením pojmů a návrhů předchozího dne.
Studenti mohou dávat příklady samovyzařovacích, samotemných a
pasívně jasných těles.
Pokus 6V3. Stíny
Začněte pozorováním stínů venku v přírodě. Všímejte si
geometrických vztahů mezi osvětlením(samovyzařujícími), předměty
(pasívně jasnými) a stíny. Když se díváte na stíny vržené jehličím
jedle, zpozorujete, že stíny nemají jehličkový tvar listů,
ale spíše světlé místo obklopují tmavé v kruhové disky
(tvaru podobném slunci). [Listy tady spolu působí stejně
jako otvor kamery promítající Slunce. Tento jev je
probírán v sedmém ročníku Fyziky jako camera obscura
]
Pozorujeme častá místa kde jsou hrany stínů rozmazané a
neostré.
Vytvořte podmínky pro stíny ve třídě. Podmínka pro silné a ostré
stíny je silný bodový zdroj umístěný blízko u neprůsvitných objektů.
Nechte studenty posouvat osvětlenými předměty, tak aby je zdroj
osvětloval z různých úhlů. Pozorujte, že vždy je jedna strana objektu
osvětlena a druhá ne, to ilustruje vyváženost mezi jasem a
temnotou(den/noc). [dříve již bylo uvedeno, že světlo nelze vidět. Zde
nejsou vidět paprsky.] Výše uvedený jev může být pochopen
v termínech: Dokud je povrch tělesa osvětlen zdrojem bude světlý,
pokud nebude osvětlen bude tmavý.
-24-
Den čtvrtý
Které podmínky nevyhnutně potřebujeme, aby byly stíny vidět ?
Jaký je vztah mezi polohou, velikostí a ostrostí stínu a polohou
zdroje a okolních předmětů? Poznamenejte, že stíny jste nalezli na
těch stranách okolních objektů, které směřovali ke zdroji.
Pokus 6V4. zdánlivé barvy
Na zdánlivé barvy se studenti těší. Vytvoří je třeba takto:
V zatemněné místnosti chvíli upřeně pozorujeme malé jasné okénko.
Potom přesuneme upřený pohled na tmavou zeď. Je potřeba mít
kontrastní tmavosvětlý vzor. Je vhodné třeba rámy ve kterých je
upevněno sklo. (Pokud je třeba, můžete použít velký vzor
namalovaný černobíle, namísto jasného okna obklopeného temnotou.
Pak umístěte vzor na tabuli a pokud je opravdu černá stačí přemístit
pohled ze vzoru na tabuli.) Ať studenti namalují, co uvidí. Pak
nakreslete asi 15-ti centimetrový černý kruh na bílé ploše. Pozorujte
jej upřeně a pak přesuňte pohled na bílou plochu. Potom nakreslete
podobně velké kruhy ze sytých barev – červená, zelená, modrá, žlutá
– na bílém pozadí. Poproste studenty ať upřeně sledují každý kruh
postupně jeden za druhým a pak ať přesunou pohled na bílé pozadí.
Nakonec si studenti mohou namalovat kolo barev (color wheel).
[Můžete už předznamenat, že zrakové zážitky vyžadují vždy člověka
stejně jako vyzařující zdroj a objekt.V případě doznívajících barev má
člověk rozhodující účinek. V předchozím případě fyzikální situace byl
rozhodující v přinášení u pozorovaných účinků. Goethe mluvil o
fyzikálních barvách(účinky ovlivněny hlavně podmínkami osvětlení),
fyziologických barvách (účinky ovlivněny hlavně lidským
pozorovatelem) a chemických barvách (účinky ovlivněny především
přírodními pigmenty).
Den čtvrtý
Připomenutí pokusu 6V4.
Jakou doplňkovou barvu, jste viděli po pozorování jednotlivých
barevných kruhů? Doplňkové barvy mají zákonitost: Doplňková barva
je ta, která je naproti původní barvě na Kruhu barev. Těmto párům
barev se říká komplementární(doplňkové) barvy. Také černá a bílá
-25-
jsou doplňkové barvy ačkoli nejsou na kruhu barev. [Zkušeností
autorů je, že někteří studenti nevidí stejné barvy jako většina
ostatních ve třídě. To se dá očekávat hlavně u barvoslepých.]
-26-
Pokus 6V5. Průsvitná a průhledná tělesa.
Záře může být viděna i skrz lidskou kůži (podržíme-li natažené
prsty před zapálenou svíčkou v tmavé místnosti – ukažte tento jev
namalovaný Georgem de la Tour na jeho četných obrazech, např.
Malá dívka se svící nebo svatý Josef, truhlář), velmi tenkou kůži,
malířský papír, sníh, plasty a zakalený led. Nejsou vidět jasné obrazy.
Ty mohou být jasně viděny přes průhledné tělesa (zahrnující led,
vodu, rohovku oka, sklo a vzduch). Průsvitná tělesa vytvářejí stíny,
které jsou někde mezi stíny vytvořenými průhlednými a neprůsvitnými
tělesy. Ukažte tyto jevy pomocí průhledných a průsvitných materiálů.
-27-
Teplo a chlad 6. ročník
Teplo a chlad
Lidé přežijí několik dní bez jídla. Po několika hodinách si budou
stěžovat na nedostatek vody. Na nedostatek vzduchu si budou
stěžovat už během první minuty. Nejvíc neodkladný je však
nedostatek tepla, který nastane téměř okamžitě. Pro pochopení
tohoto jevu vykročte ven do velmi mrazivého zimního dne bez kabátu.
Den první
Připomeňte, jak člověk využívá zrakové smysly k učení o světě.
1. Barvy nám říkají něco o podobě a tvaru objektů.
2. Souhra světla a temnoty nám dává informace o tvaru a podobě
objektů. A také jas či tma jsou činitelé. Kteří ovlivňují barvu těles.
3. Stíny říkají něco o hloubce, šířce těles a nebo o jejich
vzdálenosti od pozorovatele.
4. Zjevená velikost objektů nám dává záchytný bod k určení
vzdálenosti od pozorovatele. [to je začáteční podmínka pro
perspektivu. Nepoužívejte však ještě slovo perspektiva. Toto
porozumění může být připomenuto další rok kdy se perspektiva učí.]
Pokus 6W1a
Jak víte, jak co je studené nebo teplé? Dotknete se toho. Projděte
se po třídě s kusem ledu a s horkou čokoládou nebo polévkou. Pak
vyzvěte žáky, aby se dotkli desky stolu. Ať studenti popíší všechny
tyto experimenty.
Pokus 6W1b
Jen málo lidí má zkušenosti s kapalinami, které mají vyšší teplotu
než vařící voda. Pro tuto zkušenost použijte odlitek železné
instalatérské lžíce, kus cínu na pájení (dostupná ve
specializovaných obchodech pro klempíře) a Bunsenův kahan nebo
-28-
propanový hořák. Používejte izolační ochranné rukavice. ( Ty budete
potřebovat i v dalších pokusech.) Rozpuste pájku. [Tento první
pokus s pájkou je pro studenty zkušeností s velmi horkým
zkapalněním, ne jako tání ledu.] Pozor! Roztavený kov způsobuje
těžké popáleniny. Buďte velmi opatrní. Ujistěte se, že lžíce je suchá.
Studenti vše sledují z bezpečné vzdálenosti a mají nasazeny
ochranné brýle. Pokus s roztaveným kovem udělá na studenty silný
dojem, ale musí být dělán s extrémní pozorností a opatrností.
Pozorujte. Seberte z hladiny roztaveného kovu pěnu obyčejnou lžící.
Všimněte si jaké pozoruhodné zrcadlo se vytvoří na povrchu. Nalijte
polovinu roztaveného kovu do kbelíku se studenou vodou. Nechejte
zbytek kovu, aby zchladl na vzduchu ve instalatérské lžíci.
Pokus 6W1c
Vařící vodu a ledovou vodu nalijte najednou do mísy (z umělé
hmoty). Poslouchejte rozdílný zvuk při lití vody (studené, vařící).
Den druhý
Připomenutí pokusů 6W1
Požádejte studenty, aby seřadili led, desku stolu, lidské tělo,
svíčku, horkou čokoládu, roztavený kov podle teploty(„horkosti“). A
nechte je vysvětlit, proč je zrovna takto uspořádali. (Učitel by ještě
neměl dělat hodnocení těchto uspořádání.)
Pokus 6W2a. Tání ledu pod tlakem.
Tento pokus budeme dělat s blokem
ledu o teplotě o něco menší, ale blízké
teplotě mrazu (0°C). Uvažte dvě velká
závaží (aspoň 5Kg) na holý tenký
kovový drát. Dobře pracují kytarové
struny. Umístěte drát přes blok ledu tak,
že závaží volně visí každé na jedné
straně(viz obr.). Pozorujete, že se drát
zařezává do ledu a prochází skrz něj.
-29-
Pokus 6W2b teplo a chlad jsou naším tělem vnímány
relativně, záleží na teplotě našeho těla.
Naplň misku velmi teplou, ale ne vařící vodou. Druhou misku naplň
velmi studenou vodou. A třetí misku naplň vodou s teplotou
odpovídající teplotě místnosti. (tuto misku můžete naplnit večer a
nechat ji ve třídě do rána). Postavte třetí misku doprostřed mezi ty
dvě ostatní. Nechte sáhnout studenty levou rukou do horké a pravou
rukou do studené vody. Potom dají studenti obě dvě ruce do
prostřední vlažné vody a poproste je, ať nepopisují nahlas, co cítí.
První kdo to zkusí, bude pravděpodobně ohromen výsledkem tak, že
to budou chtít zkusit i ostatní. (Studenti nic neříkají dokud nemají
všichni šanci si to vyzkoušet.)
Pokus 6W2c. Studené a teplé ruce.
Dovolte studentům, aby si ponořili ruce do studené vody na tak
dlouho dokud to vydrží, a pak je nechte napsat jejich jméno. Opakujte
ten samý pokus, ale s horkou vodou.
Podívejte se, co se stalo s kusem ledu a s drátem popř. se
závažím.
Den třetí
Připomenutí pokusů 6W2
Udržujte konverzaci se studenty, co je teplé a co je studené.
Začněte otázkou: „ Je ve třídě teď teplo nebo zima?“ Někdy se
povede, že někteří budou říkat chlad a jiní zima. [horko a chlad jsou
závislé na stavu našeho těla. ] Jaký je účinek tepla a chladu na
člověka? To popisuje pokus (6W2c), když dáme ruku na chvíli do
studené nebo horké vody a pak zkoušíme psát. (Chlad věci dělá
tvrdší, tužší, neohebné, kratší a uzavřené. Horko věci dělá volnější,
ohebnější, otevřenější a větší.) Porovnej pozici člověka na pláži v létě
s pozicí člověka čekajícího na zastávce autobusu v zimním ránu.
(pokud učíte tuto epochu v zimě, mohou si to žáci vyzkoušet tak, že
vyjdou bez kabátu ven)
-30-
Co se týče bloku ledu (6W2a): Voda je jedinečná. Její teplota tání
klesá s rostoucím tlakem. ( U většiny ostatních materiálů bod tání
s rostoucím tlakem roste. Když mluvíme o teplotě tání materiálů,
obyčejně nemluvíme o daném tlaku, ale předpokládáme, že se to
děje při atmosférickém tlaku. Říkáme: „bod tání za normálního
tlaku“.) Zatížený drát působí větším tlakem na led, který lokálně pod
drátem taje a nechá drát projít přes roztátou část. Jakmile je však
tavenina nad drátem už není pod tlakem a zase mrzne, protože
teplota okolí je nižší než bod mrazu(ten je vyšší, protože klesl tlak).
Teplota, při které byla voda pevná nebo kapalná byla pořád stejná a
rovnala se teplotě okolní masy ledu. To je důvod proč můžeme
bruslit. Tlak ostří brusle sníží teplotu tání vody(ledu) takže my se
kloužeme po vrstvičce kapaliny, která opět zmrzne po přejetí z výše
uvedeného důvodu. (Ostří se chová stejně jako drát.) Proberte se
studenty, proč se špatně bruslí, když je venku obrovská zima (nebo
že auta nemají tak velký sklon ke smykům).
Pokus 6W3. Tající a vřící voda.
Umístěte kousek ledu do sklenice o objemu 800 až 1000-ml.
Nepoužívejte moc velký kus, protože pak by byl pokus moc časově
náročný. Použijte Bunsenův hořák nebo kahan a zahřejte led ve
vodu a tu pak v páru. Opatrně pozorujte všechny nastalé změny.
Studenti si mohou namalovat několik pozorovaných situací. Měli by
být absolutně v klidu a v tichosti. Udržení klidu ve třídě je snazší,
když malují. Nicméně učitel potřebuje a smí poznamenat :“Vidím
něco nového. Vidí to všichni ostatní?“
Den čtvrtý
Připomenutí pokusu 6W3.
Připomeneme si postřehy při pokusu6W3. Jistě poznamenejte
druhy bublinek před varem. První druh bublinek je vzduch rozpuštěný
ve vodě. Druhé bubliny vznikají uvolněním páry, nebo varem.
Pokus 6W4 : Tvar proudění v horké, vlažné a studené vodě.
Vezměte plnící pero a kápněte kapku inkoustu do každé ze tří
kádinek. První je naplněná studenou vodou, druhá vlažnou a třetí
-31-
horkou vodou. Pozorujte. A znovu diskutujte o rozdílech mezi horkou
a studenou vodou.
[poznámka pro učitele: V tomto případě se máme poněkud
odtáhnout od situace. Nicméně musíme nést v mysli, že význam
tepla a chladu je vždy zakořeněný v lidských zkušenostech
s těmito vlastnostmi. Teplem my myslíme horko nebo chlad.
Teplo je vnitřní hledisko materiálů, které něco říká o jejich
proměřovacích schopnostech. Aby se zvýšila jejich schopnost
(potenciál) přeměny, teplo v tělese se musí obyčejně zvýšit. To
se stane vystaveným chladnějšího tělesa tělesu teplejšímu.
Např. Aby se led ohřál a roztavil (přeměnil), byl vystaven horké
kádince a horkému vzduchu v kádince. Kádinka byla rozehřátá
vystavením horkému plameni. Vzduch v kádince se ohřál
vystavením se horké kádince. ( Tímto řetězením se můžeme
dostat až ke Slunci. Slunce dává energii listům rostlin a ty se
stávají zdrojem paliva.) Tato myšlenka přeměňování schopnosti
ohřívání je také zobrazena v mnohých legendách a mýtech.
Např. Pták fénix vstává z popela. Pečení chleba může být dalším
příkladem proměřovacích schopností ohřívání.]
-32-
Elektřina a magnetismus 6. ročník
Elektřina a magnetismus
[Důležitá poznámka: pokusy s elektřinou v šestém ročníku se
točí kolem elektřiny vznikající třením (statická elektřina). To
vyžaduje velmi suchý vzduch. Takže, je nejlepší tyto
experimenty dělat v zimě(leden nebo únor na severní polokouli).]
Pokud budete poslouchat a pozorovat pozorně příroda se s námi
podělí o některá svoje tajemství. Něco se stane a už je to pryč.
Připomeňte znovu, že musíme pozorovat a poslouchat s větším
uvědoměním.
Den první
Pozorování souvisí s výsledky pokusu 6W2c.
Pokus 6E1a. vytváření statické elektřiny zaječí srstí a
jantarem.
K seznámení se statickou elektřinou použijeme kus zaječí kůže,
kterou třeme jantarem ( Dobře použitelný je jantarový náhrdelník.)
Studenti musí být absolutně v tichosti. I místnost musí být tichá.
Zavřete okna a odstraňte zdroje hluku. Vše musí být úplně suché,
včetně učitelových rukou. Slyšíte praskání? Vytrhni několik chlupů
z kožešiny a dej je na černou papírovou stavbu. Tři jantar zaječí kůží.
A pomalu přibližuj jantar ke chlupům. A pak stejně přibližuj pomalu
kožešinu ke chlupům. Zkus, co se stane, pokud se chlupy dotknou
jantaru a kůže, a pak zkus znovu docílit původních účinků. Jen po
takto hezky viditelných účincích, velmi lehce poprášíme kožešinu
vodou a zkusíme pokusy zopakovat. (poznámka: Jantar je původní
materiál u kterého byly pozorovány elektrické účinky. Řecké slovo pro
jantar je elektron.)
-33-
Pokus 6E1b.
elektrostatické účinky : bavlna
a lepící papír:
Umísti na stůl list lepícího
papíru o rozměrech aspoň 0,5m
x 0,75m. Ať studenti podrží
pevně okraje papíru na stole.
Roztrhej klubko vlny na malé
tenké kusy a rozprostři je na
povrch papíru. Opatrně oddělte horní část lepícího papíru od
spodního listu, zvedejte ho rovnoměrně hladkým pohybem. [ Po
oddělení listů, se chomáče vlny postaví. Některé možná dokonce
poskočí.] Jemně a hladce pohybujte lepícím papírem nahoru a dolů
nad spodním listem bez toho, abyste se ho dotkli.
Pokus 6E1c. Vznik elektrostatického
pole
Skleněná tyč, hedvábí a kulička
zavěšená na niti (korálek obalený
alobalem, nebo dužnina černého bezu,
při nejhorším kus polystyrenu)
Zavěs kuličku nití na stojan. Tři
skleněnou tyč hedvábím a poté ji přibliž
ke kuličce, opatrně abys ses jí nedotkl.
Den druhý
Připomenutí předchozích pokusů 6E1.
Poproste studenty ať popíší, co pozorovali. [Pozor oni neviděli ani
neslyšeli elektřinu! Slyšeli praskání, možná viděli jiskru. Určitě viděli
pohyb (vlna se postavila, zaječí chlupy se postavili, kulička se
pohnula), ale neviděli „věc“, která se jmenuje elektřina. Elektřinou my
vnímáme ty zvláštní jevy, které se přihodí za daných podmínek. Aby
tyto jevy mohli nastat musíme s materiály zacházet speciálním
způsobem. Musí být dány do velmi blízkého kontaktu, a pak
odděleny. Příprava procesu vytváří elektrické podmínky, které dají
-34-
vzniknout vizuálnímu a sluchovému jevu, které pozorujeme.] Jaké
jsou materiální podmínky pro tyto jevy? Dva rozdílné suché materiály
musí být dány do velmi blízkého kontaktu a rozděleny. (V závislosti
na vybraných materiálech a vlhkosti jsou jevy silnější nebo slabší.)
Pokus 6E2 Zelektrizovaná tyč a elektroskop.
Přibliž skleněnou tyč k zavěšené kuličce bez doteku. Pozoruj
pohyb. A potom tu samou tyč přibliž k elektroskopu a pozoruj, zda je
tu nějaký jev. Dotkni se elektroskopu tyčí a oddal ji. (Křidélko
elektroskopu se pohne a zůstane vychýlená.) Položte před tabuli
koberec. Nechte dva studenty třít nohama s ponožkama o koberec a
pak ať se dotknou vzájemně každou špičkou prstů. Zopakujte to
z různými studenty. Pozorujte závislost jevu na druhu ponožek,
velikosti studentů, a suchosti/vlhkosti kůže.
Den třetí
Připomenutí pokusů 6E2 a 6E1, jejich srovnání
Prodiskutujte pokusy s kuličkou a elektroskopem. Pohyb křidélka a
jeho návrat při přiblížení z elektrované tyče byl podobný jako u
kuličky v blízkosti z elektrované tyče. Nový jev nastane, když se
zelektrovaná tyč dotkne elektroskopu a pak ji oddálíme. Křidélko už
se nevrátí do původní polohy a my to můžeme uzavřít s tím, že
vnitřek přístroje je zelektrizovaný. Můžeme tak najít druhou cestu
zelektrizování tělesa. Nicméně musíte poznamenat, že vnitřní část
elektroskopu je z kovu. Tento druhý způsob přenosu elektřiny pracuje
jen pro nějaké materiály, typický je pro kovy. Materiály, které
přenášejí elektřinu tímto způsobem dobře nazýváme vodiče. Vodiče
jsou materiály, které snadno mění své elektrické vlastnosti, zatímco i
izolátory (dielektrika) velice nesnadno mění svoje elektrické
vlastnosti.
Pokus 6E3a. Magnetismus- magnetovec- kompas.
Ve velké kádi nebo vědru nechte plavat na velmi lehkém kusu
dřeva nebo korku magnetovec, nebo na víčku od nějaké nádoby
-35-
kruhového tvaru. Nechte magnetovec klidně plout na hladině a
poznamenejte si jeho pozici. Pootočte plavidlo a sledujte, zda se
vrátí do původní polohy. [ Učitel by měl zkusit různé polohy kamene a
ve třídě začít s tou, která má nejlepší odezvu, a pak položit kámen i
na jinou stranu a znovu pozorovat stejné pokusy.] Konec kamene,
který míří na sever nazýváme severní pól hledající konec kamene.
[Doporučujeme, aby učitel mluvil o konci kamene hledajícím severní
a jižní pól a ne o jižním a severním pólu magnetu. Rozhodně
neoznačujte konce + a - .] Poznamenejte, že je tu úhlový rozdíl mezi
severním pólem (místo zemského povrchu, kudy prochází zemská
osa, kolem se Země otáčí) a severním magnetickým pólem. Tento
úhel se nazývá magnetická deklinace(odchylka). To se může projevit
u map tak, že se orientují přesně podle kompasu.
Diskutujte užití magnetovce v začátcích navigace. Nánosy
magnetovce byly původně objeveny v Magnesii(část Řecka). Z tohoto
místa přišlo slovo magnetismus. Představte kompas jako moderní
magnetovec. Ukažte obyčejný kompas. Poznamenejte, že kompas je
vyroben z oceli (železo s velmi malým množstvím uhlíku). Srovnejte
orientaci kompasu a magnetovce.
Pokus 6E3b. Magnetování ocele.
Položte asi metr dlouhý ocelový prut o
průměru asi 2,5 cm (používají se pruty do
železobetonu) na vhodně chráněný povrch
stolu. Srovnejte tyč ve směru sever-jih.
Také zkuste orientovat tyč podle odchylky
magnetického pole od povrchu Země. Tato
odchylka se mění obecně místo od místa
na Zemi. Sklonoměr (inklinometr) vám zde
může pomoci, ale tato informace by měla
být dostupná u místních geologů. Důvod,
proč navrhujeme dlouhý prut je, že tento
magnetický jev je velmi slabý a délkou jej
zesílíme. Na druhou stranu je těžší
zmagnetizovat delší tyč. Opakovaně prudce
udeřte na konec tyče kladivem z krátkou
násadou (tzv. perlík). Jestliže rány na konec
tyče nejsou dostatečně silné tlučte prut po celé
délce. To bude možná vyžadovat nakloněnou podpěru, jako
-36-
třeba kovovou desku podepřenou hromadou hlíny. Nepodepřená
nebo špatně podepřená tyč nepracuje, protože se ohýbá. Údery
kladiva musí být velmi tvrdé. Tento proces je těžké zvládnout, ale
stojí za to, protože tu studenti přímo zažívají přípravu a vytváření
magnetu.
Zavěste tyč na stojan provázkem uvázaným v těžišti tyče. Pozor ať
je tyč uvázaná v těžišti a je nad základnou stojanu, jinak vše spadne.
Pozorujte, co se stane.
Den čtvrtý
Připomenutí pokusu 6E3.
Stejně jako u elektrických jevů i zde vidíte pohyb bez zjevných
příčin. Vy jste neviděli nic co by používalo sílu u magnetických
materiálů. Náraz má tu samou roli při magnetizaci jako oddělení
z blízkého kontaktu u elektrizování. Magnetování, nicméně, je
mnohem více stabilní, více či méně trvalé. (pozn. Elektřina a
magnetismus byly považovány za stejný jev do roku 1600 než vydal
Sir William Gilbert publikaci De Magnete.) [pozn. pro učitele: jejich
vzájemné ovlivňování pozorujeme u elektrického motoru, který
probíráme v osmém ročníku.]
Pokus 6E4a. Působení materiálů a prostorové orientace na
magnetování.
Zmagnetizovány mohou být jen ty materiály, které obsahují aspoň
zlomek železa, kobaltu nebo niklu. Zkuste tlouci do hliníkové nebo
plastové tyče, jestli to přinese stejný účinek jako u železného prutu.
Také zkuste zmagnetizovat kus nemagnetického prutu, který je
orientován západ-východ. Tady můžete tlouci po celé délce kusu
tyče. Podívejte v jakém směru musíte orientovat kus, pokud jej
chcete zmagnetovat. ( mělo by to být západ – východ. Nicméně,
protože jev je tak slabý, je pravděpodobné, že kroutivý moment
provázku bude silnější než magnetické směřování.)
Pokus 6E4b. účinek teploty na magnetování
-37-
Zmagnetizujte asi půl metr dlouhou a 3 milimetry v průměru silnou
ocelovou tyč. Předveďte její magnetickou orientaci sever-jih.
Propanovým hořákem ji zahřejte do barvy třešňové červeně. [pozor :
používejte ochranné rukavice!] Až bude tyč chladná, vyzkoušejte
zase její magnetické účinky. (Pokud jste ji dostatečně zahřáli je
demagnetizována.)
Den pátý
Materiál je zmagnetizován v závislosti polohy osy tyčky ke směru
Sever-jih zeměkoule. Z toho my můžeme zjistit, v jaké poloze ležel
magnetovec v zemi, když se formoval. Můžeme si představit
zmagnetování hřebíku, když stavíme zeď orientovanou západvýchod.
[návrh: možná by bylo dobré zakončit šestý ročník fyziky
vytvořením obrazu přírody, který popisuje nějaký jev, který jsme tu
probírali. Například poslední paprsky zapadajícího Slunce
připomenou jas, temnotu a teplo. Vodopád připomene zvuk. Elektřinu
a magnetismus může připomenout polární záře.]
-38-
Teplo a chlad
7.ročník
Fyzika 7.ročníku
Teplo a chlad
Vizuální jevy – optika
Elektrické jevy
Mechanika
1 týden
6 dní
4 dny
6 dní
Teplo a chlad
Vařící polévka se před nandáváním na talíře zamíchá
lžící nebo naběračkou. Polévka je příliš horká pro míchání
prsty (dokonce i když jsou vaše prsty čisté a ostatní vám
prominou jejich olíznutí). Nástroj vám zprostředkuje váš
zážitek s polévkou, která je příliš horká k přímému doteku.
Nicméně, ne vždy pracuje tak, jak máme naplánováno.
Sama lžíce může být tak horká, že se jí nemůžeme dotknout.
Jestli je moc horká závisí na (zprostředkujícím)materiálu.
Zatímco kovová lžíce může být příliš horká, dřevěná nebo
keramická být nemusí. Podobnou zkušenost máme s
teplotou držadla, kterou zažíváte přímo, když zvedáte hrnec.
Hrnec a držadlo(ucho) zprostředkovávají vaše vjemy velmi
horkého plamene.
Rozdílné materiály se také značně liší stupněm roztažitelnosti při
změně teploty.
- 39 -
Teplo a chlad
7.ročník
Den první
Připomenutí pokusů ze šestého ročníku
Před seznámením se s novou látkou začneme hodiny sedmého
ročníku živě, připomenutím experimentů tepla a chladu ze šestého
ročníku. Tady jsou:
a) Člověk cítí teplo dotkne-li se teplého tělesa a chlad dotkne-li se
chladného tělesa.
b) Vaše cítění chladu a tepla je závislé na okamžité teplotě
vašeho těla. Například, když přijdete z chladu do místnosti cítíte
velké teplo, zatímco ve stejné místnosti cítíte chlad, pokud přijdete
z teplé sprchy.
c) Většina materiálů, krom vody (mezi nula a čtyřmi stupni celsia),
se roztahuje se zvyšující se teplotou a smršťuje se s klesající
teplotou.
Pokus 7W1. Přenos tepla a chladu přes materiály
Část první. Uvař vodu v 1000ml kádince a vlož do ní velké lžíce o
stejné velikosti jednu z kovu a druhou ze dřeva. Ponechej je
ponořené ve vodě minutu nebo dvě. Poproste, aby se bez
vzájemného mluvení postupně každý dotkl obou lžic. Po té, když se
už dotkli všichni ze třídy. Je poproste, aby popsaly svoje zážitky ( to
jsou: jednu cítím horkou a druhou necítím horkou).
Část druhá. Zeptejte se třídy zda-li je tu student, který by sundal
kádinku z plamene holýma rukama. A co s rukavicemi nebo
s „chňapkami“ (rukavice pro kuchaře)?(Pak učitel může sundat
kádinku z plamene s chňapkami.)
Den druhý
Připomenutí pokusu 7W1
Poproste studenty, aby si připomenuli a popsali pokus
z předchozího dne(7W1). „ Bylo pro někoho překvapením, že teplota
dvou lžic z jedné vařící vody byla rozdílná?“ Byly ve stejné vodě, jsou
přibližně stejně velké. V čem jsou rozdílné?(V materiálu.) Jak toto
souvisí se sundává- ním kádinky pomocí chňapek? Při kontaktu
s horkým(nebo chladným) tělesem rozdílného materiálu cítíme
s ohledem na materiál teplo nebo chlad. Proberte se třídou, kde se
- 40 -
Teplo a chlad
7.ročník
s tímto jevem setkávají na vlastní kůži. (Např. dotknutí se dřevěného
nebo kovového držadla, kliky za chladného dne, posazení se přímo
na holé nebo s potahem vinylové sedadlo v automobilu za horkého
slunečného dne, procházka po písčitém a nebo travnatém břehu.)
Pokus 7W2. Silní teplotní zprostředkovatelé (izolátory) a slabí
teplotní zprostředkovatelé (vodiče)
Odstraňte víčka ze čtyř konzerv, které se používají na omáčky,
ovoce nebo přesnídávky. Vymyjte je. To samé proveďte se čtyřmi
menšími konzervami, které se používají na konzervovanou polévku.
Hlavně jde o to aby se vešly do větších konzerv. (Ideální je, když
prostor mezi povrchy menší a větší konzervy je 1,5cm.) Nasypte
vhodný štěrk na dno větší konzervy tak, aby byly vršky obou konzerv
stejně vysoko, když vložíte jednu do druhé.( Účel štěrku je fungovat
jako zátěž.) Prostor v prvním páru konzerv vyplň vodou o teplotě
rovné teplotě místnosti, u druhého páru vyplňte prostor stříhanou
vlnou, u třetí dvojice pískem. U čtvrté dvojice nechejte prostor
naplněn vzduchem. Umístěte čtyři páry konzerv na pánev s vařící
vodou tak, aby byly co nejvíc ponořené, ale ještě neplavaly. Potom
umístěte do každé malé plechovky velkou kostku ledu. Pozorujte a
měřte čas, za který se kostky ledu úplně rozpustí.
Den třetí
Co jste pozorovali s ohledem na čas při rozpouštění kostek ledu?
Jaký to má asi vztah k tomu jak dlouho vydržíme být chladní
v horkém dni? A co zůstat teplí za chladného dne? ( Vzduch a
stříhaná vlna izoluje kostky ledu od účinků horké vody mnohem víc
než voda nebo písek. Poznamenejte, že ve střižené vlně je „
uvězněný“ vzduch. Ty materiály, které izolují tepelné účinky svojí
šířkou nazýváme izolanty, zatímco ty materiály, které vedou teplo
(nechají teplo skrz sebe procházet) nazýváme vodiče. Materiály,
které teplotně izolují, jsou právě ty materiály, kterých když se
dotknete rukou necítíte ani horko ani chlad i přestože jsou blízko
nebo přímo v kontaktu s horkým či ledovým tělesem. Jak tohle
vztáhnout ke zvířatům? (Například, uvězněný vzduch v ovčí vlně a
v srsti zvířat.)
- 41 -
Teplo a chlad
7.ročník
Pokus 7W3. teplotní roztažnost pevných látek
Část první. Bunsenovým kahanem nebo propanovým hořákem
zahřejte dlouhý a úzký šroub uchycený ve svěrce na stojanu.(deseti
až třinácti centimetrový šroub stačí) Až jej úplně ohřejete ihned jej
změřte posuvným měřítkem. Pak jej ponořte do ledové vody a znovu
přeměřte posuvným měřítkem.
Část druhá. Vezměte aparaturu Koule a prstenec. (viz obrázekv Čechách snadno dostupná školní pomůcka) Ukažte žákům, že
koule snadno projde prstencem. Provlečenou kouli zahřejte hořákem
nebo kahanem a potom ji zkuste provléci zpět. (Koule zpět neprojde,
po určitou dobu.) Teď ohřejte prstenec tak, aby koule snadno prošla
zpět. Znovu provlíkněte kouli prstencem a zahřejte kouli
tak, aby nemohla zpět. Pak ponořte kouli do
ledové vody a protáhněte ji snadno
zpět skrz prstenec.
Den čtvrtý
Připomenutí pokusu 7w3
Všechny pevné materiály se roztahují se zvyšující se teplotou a
smršťují s klesající teplotou. To je technologicky velice podstatné.
Například, prodlužování spojů mostů, kde železné prsty spojují most
s náspem . V létě jsou prsty k sobě daleko blíž než v zimě. Dosti
malé silniční mosty jsou stavěny s mezerou mezi silniční a mostní
částí. Mosty jsou stavěny tak, že základna povolí natahování a
zkracování jejich částí pohybem po ocelových válcích.
Prostorové kolísání je problémem, protože dlažba se mění v jiném
poměru než pod ní ležící kovová konstrukce. Pro vyřešení tohoto
problému používají stavitelé speciální lepidlo, které dovolí keramické
části a ocelové části roztahovat se a zkracovat nezávisle na sobě.
Z historie, kyvadla hodin byla vyráběna z několika kovů tak, že jeden
kov se za teplého počasí roztáhnul jedním a druhý se roztáhnul
- 42 -
Teplo a chlad
7.ročník
opačným směrem, aby udržel délku kyvadla konstantní( a čas
přesný).
Pokus 7W4a. Teplotní roztažnost kapalné vody
Úplně naplňte láhev vodou a tu uzavřete zátkou s otvorem pro
skleněnou trubičku asi 60cm dlouhou. Ohřejte láhev. Pozorujte výši
hladiny v trubičce (pokud chcete, můžete si vodu obarvit, třeba
potravinářskými barvivy.) Nechte láhev ochladnout a pozorujte.
Podchlaďte ji ještě více ledem. ( Pozor nedávejte horkou láhev
rovnou do ledu, mohla by prasknout !!!)
Pokus 7W4b. teplotní roztažnost vzduchu
Vezměte tenkostěnnou kovovou plechovku – např. od piva,
cocacoly, javorového sirupu, olivového oleje, nebo novou
nepoužitou (!) plechovku na benzin (připomínáme tenkostěnnou),
kterou lze koupit v železářství. Použijte saponát a horkou vodu a
vymyjte zbytky. (Pozor i dosti čistá plechovka od benzinu může
explodovat. Nepoužívejte ji!) potřebujeme vzduchotěsnou zátku.
Umístěte plechovku na stojan a zahřejte, tak jak je to možné.
Použijte chňapky. Odstraňte hořák a plechovku uzavřete. Dobře
přiléhající gumová zátka postačí.(pozn. překladatele používám
obyčejnou plastelínu). Nechte plechovku zchladnout. ( Stěny
plechovky se vyboulí dovnitř, často doprovázeno zvukem „pops“.)
Utište třídu a zátku odendejte.
Den pátý
Připomenutí pokusu 7W4
Tyto pokusy ukazují, že materiály se rozpínají, když jejich teplota
roste, a smršťují, když jejich teplota klesá. V pokusu 7W4a kapalná
voda se rozšiřovala a stoupala úzkou trubičkou. Roztažení vody
souvisí s tím jak je voda horká na dotek. Můžeme tedy dát do
souvislosti výšku vodního sloupce a teplotu vody. Toto je základní
myšlenka teploměru. Znamená to také, že jak se sklo láhve zahřívá,
roste i její objem a průměr. Ale poměr rozpínání skla je o mnoho
menší než vody. Vzrůst objemu trubičky je extrémně malý a může být
zanedbán. Takže výška vodního sloupce může být ukazatelem
- 43 -
Teplo a chlad
7.ročník
teploty. (Poznámka: Tento primitivní teploměr je otevřený atmosféře a
v závislosti na atmosférickém tlaku bude hladina vody při dané
teplotě kolísat.)
Plyny se rozpínají daleko více než kapaliny nebo pevné látky. Při
pokusu 7W4b byla uzavřená nádoba naplněna horkým vzduchem,
který při ochlazení se smrští velkou silou. Smrštění sníží tlak uvnitř
plechovky. V tu chvíli atmosférický tlak (ten působí z venku na
plechovku) je větší než tlak uvnitř plechovky. Stěna plechovky bude
touto nerovnováhou sil zatlačena dovnitř. Vzduch v plechovce
zaujímá menší objem. Při odstranění zátky z ochlazené plechovky je
slyšet jak se vzduch hrne dovnitř, to ukazuje, že vzduch v plechovce
měl menší tlak než v okolní atmosféře.
- 44 -
Vizuální jevy - optika
7.ročník
Vizuální jevy – optika
V šestém ročníku jsme se soustředili na vztahy mezi jasem,
temnotou a viditelným okolím. V sedmém ročníku je důraz na
prostorové vztahy mezi obrazy, obzvláště mezi obrazy zjevného
světa a obrazů v odrazovém prostoru (svět za zrcadlem).
Den první 7V1.Odraz v přírodní nádrži(nebo louže na
chodníku)
Vezměte třídu k nějakému klidnému vodnímu tělesu, ideální je
přírodní nádrž. Pokud není přírodní nádrž dostupná poslouží stejně
louže na ulici či cestě. Pozorujte obrazy na okraji hladiny vody. Ať
studenti prochází pomalu kolem ní. (Měli by vidět, že se mění scéna
podle místa odkud se dívají.) Požádejte studenty ať si udělají skici
scén, které vidí přímo na hladině vody.
Den druhý
Připomenutí pokusu7V1.
Co jste viděli? Výjev, který zrcadlí viditelný svět na hladině vody,
dno nádrže, listy plovoucí na hladině, možná ryby nebo rákos ve
vodě. Barvy v odrazu na hladině vody jsou obyčejně poněkud mdlé
na rozdíl od svých protějšků ve viditelném světě nad hladinou. Klidná
vodní nádrž za bezvětrného dne a její tmavé dno jsou nutné pro
zrcadlení. „Jsou tu nějaké vztahy mezi viditelným světem v nádrži a
obrazy světa nad hladinou?“ ( Tato otázka je klíčová pro tento týden.)
Pokus 7V2. Odraz na pevných látkách.
Podívejte se na zdrsněný a vyhlazený kus povrchu nějakého kovu.
Bude stačit hliník, ocel, nebo stará pochromovaná poklice. Zkuste to
samé s kusem vyhlazeného a zdrsněného dřeva. Zde je zajímavé
zkusit také některý tmavý odstín dřeva jako je mahagon, eben nebo
vlašský ořech.
- 45 -
7.ročník
Dejte každému studentovi kus skla, ať se dívají z různých úhlů.
Studenti mají najít podmínky, za kterých vidí ve skle odražené
obrazy. Opakujte tento pokus, ale dejte si za sklo různé pozadí.
Například tak, že zadní stranu zakryjete černým nebo bílým papírem.
Den třetí
Vyleštěný povrch velmi zvyšuje jasnost a ostrost odrazů. Tmavé
pozadí má sklon k tomu samému. Najděte podobnosti s
pozorováním vodní nádrže (7V1). [Poznámka pro učitele: Asi budete
chtít říci něco o historii zrcadel. Zrcadlení bylo prvně pozorováno na
vodní plochách. První zrcadlo bylo vyrobeno z vyleštěného kovu.
Modernější druh zrcadla byl vyráběn vysrážením stříbra z roztoku
jeho soli na kusu skla. Sklo chránilo stříbro před poškrábáním a
oxidováním. Pamatujete si ještě roztavený cín v loňském roce? Na
začátku, když se pomalu formoval povrch taveného cínu, odrážel
velmi hezky, ale tato jasnost a ostrost se rychle zhoršovala právě
oxidací povrchu cínu. Velmi jemné vyleštění skel se dělá pomocí
plování roztaveného skla na povrchu roztaveného kovu (plavené
sklo) a pak se nechá chladnout. ( Sklo tuhne za vyšší teploty než
kov.)
Pokus 7V3. Geometrie zrcadlových obrazů.
Postavte třídu tak, aby stáli studenti v řadě vedle sebe před velmi
velkým zrcadlem. (To většinou nejde a tak rozdělte děti do skupin.)
- 46 -
7.ročník
Udělejte do výše očí na zrcadle malé „x“ pomocí pásky. Ať studenti
popíší, kterého spolužáka vidí, pokud koukají na „x“. ( Student stojící
uprostřed vidí sebe a studenti stojící na opačných stranách řady se
vidí navzájem.) Přilepte střed asi osmimetrového provázku na „x“.
Jeden student chytí konec provázku a napne jej tak, aby ukazoval od
jeho oka k „x“. Druhý student ať udělá podobnou věc s druhým
koncem, ale ať zároveň kromě svého oka a „x“ dá do stejné roviny i
oko prvního spolužáka. [poznámka! Dva dobře napnuté provázky
budou vypadat, jako by se protáhly do prostoru za zrcadlo, nechte
třetího studenta změřit úhel mezi každým provazem a povrchem
zrcadla. Úhly by měly být téměř stejné. Zopakujte tento pokus
s jinými studenty stojícími na jiných místech. ]
Den čtvrtý
Byl tu vizuálně hladký, špatně pozorovatelný přechod mezi
prostorem obrazů v zrcadle a hmatatelnými předměty před zrcadlem.
Když se díváme do zrcadla pod určitým úhlem (k povrchu zrcadla)
jeví se obrazy v zrcadle ve stejné linii. ( provázek se nejeví na
povrchu zrcadla ohlý nebo zlomený. U pozorovatele stojícího přímo
před „x“ je linie jeho pohledu na sebe sama kolmá k zrcadlu. Také
zrcadlový obraz druhého pozorovatele je viděn přímo proti
aktuálnímu pozorovateli a kouká na něj z prostoru za zrcadlem pod
stejným úhlem k ploše zrcadla jako aktuální pozorovatel, oba jsou
v jedné linii. To ukazují napnuté provázky (spojující odraženého
pozorovatele a pozorovatele ve skutečném prostoru) vidím jakoby
procházet z prostoru za zrcadlem do skutečného světa. Úhly mezi
dvěma pozorovanými provázky a zrcadlem jsou stejné.
Pokus 7V4 stíny v prostoru za zrcadlem
Umísti zrcátko ne menší než 10x15 cm kolmo k desce stolu.
Umísti svíčku přesně 15cm před zrcadlo a malý neprůsvitný předmět
(svíčku bez plamene, víčko od propisky apod.) mezi svíčku a zrcadlo
mírně na jednu stranu. Proveďte tento pokus v jinak tmavé místnosti.
[pokud však bude místnost moc tmavá, nebudete schopni pozorovat
druhý stín neprůhledného objektu směřující od zrcadla.] Pozorujte
obrazy a jevy před zrcadlem a v zrcadle
- 47 -
7.ročník
Den pátý
Proberte pozorování studentů z předchozího dne. Poznamenejte,
že stín na stole jdoucí od zrcadla je vržen odrazem skutečné svíce!
Také si všimněte stínu jdoucího ze zrcadla, který byl vržen asi z
odražené svíce.
Pokus 7V5 kamera obscura®
[tento pokus musí být předveden třídě za tmy. Potřebuje dlouhý
čas na předvedení, ale stojí to za to. Ideální místnost na to je
v prvním patře se světlými zdmi a s okny do ulice. Je snazší zatemnit
menší místnost.]
Kompletně zatemněte
místnost, všechna okna, škvíry
dveří, apod. neprůsvitným
materiálem. (lepenkový papír,
®
kamera obscura
z lat. camera obscura = temná místnost, resp. tmavá skříňka s jediným malým otvorem v přední
stěně, jímž prochází světlo, které na protější stěně vytváří převrácený obraz předmětů před
otvorem. K. o. popsal již ve 13. stol. angl. filozof Roger Bacon. Používal ji Leonardo da Vinci. V r.
1550 vědec Gianbattista della Porta vložil do otvoru k. o. skleněnou čočku, čímž napodobil
fyzikální způsob fungování lidského oka. Princip rozvinul v 17. stol. něm. jezuita Athanasius
Kircher, který do temné skříňky umístil lampu, jejíž světlo soustřeďovalo za ní umístěné zrcadlo a
odráželo ho do štěrbiny s čočkou. Světelný paprsek procházel průhledným materiálem, na němž
byl namalovaný obrázek. Po průchodu světelného paprsku štěrbinou s čočkou byl obrázek
promítnut v normální poloze na protější stěně -- tento systém známe pod názvem laterna magika.
- 48 -
7.ročník
hustá látka apod.) Den před pokusem za denního světla zkontrolujte
všechny světlejší body a zakryjte je tak, aby byly tmavé. Zatemněná
místnost posílí představivost a umocní zážitky studentů( a učitele!)
Uprostřed okna 30cm na parapetem vyřízněte ostřím otvor
s průměrem víčka od propisky. A nalepte pře s ní kus neprůhledného
materiálu. Připravte velký list bílého papíru rovnoběžně s oknem asi
60cm od otvoru.
Zhasněte světla a počkejte několik minut, než si oči přivyknou
temnotě. Pak odstraňte papír kryjící otvor. Pozorujte obrazy na bílém
papíru stojíce směrem k oknu.[objeví se vám převrácená scéna ulice.
Tomuto jevu se říká kamera obscura.] Dáváme-li papír dále od okna
zvětšuje se i obraz a po odstranění papíru, můžeme pozorovat obraz
na stropě a stěnách místnosti. (je hezké takto pozorovat východ a
západ slunce) Zatímco někteří pozorují obraz uvnitř, mohou se jít
projít ostatní po scéně ven. Nakonec začneme pomalu zvětšovat
otvor a pozorujeme změnu kvality obrazu.(Chvilku se bude
zjasňovat, ale pak se velmi rychle rozostří.) Žáci sedmého ročníku,
kteří toto zažijí, často říkají: “To je lepší než TV.“
[Připomeňte studentům, ať si na zítřejší den přinesou válcovou
plechovku nebo tetrapakovou nádobu a silnou gumičku.]
Den šestý
Studenti popisují svoje zkušenosti z Kamery obscury. Budou mít
jistě mnoho postřehů. Všimněte si, že bod na obrazu uvnitř
v místnosti a odpovídající bod obrazu venku na ulici leží na přímce,
která prochází otvorem v zatemněném okně. A že to platí pro
všechny body obrazů. Je to ten samý jev jako obraz slunce na zemi
vytvořený baldachýnem z listů lesa. (podívej se na pokus 6V3) a je
základem pro dírkovou komoru( jejíž konstrukci si popíšeme
v projektu 7V6).
- 49 -
7.ročník
Projekt 7V6 Stavba dírkové komory
Studenti by si měli přinést do školy plechovku od kafe nebo
válcovou papírovou nádobu od vloček a silnou gumičku. Dno a stěny
uvnitř pokryjte černým papírem. Šídlem udělejte ve středu dna
nádoby otvor o průměru 0,5mm. Pokryjte otevřenou horní část
nádoby hedvábným nebo voskovaným papírem a připevni jej na okraj
silnou gumičkou. Přikryjte si hlavy a ramena silným kabátem nebo
přikrývkou (podobně, jak to dělávají fotografové, když se koukají
jejich starými fotoaparáty) a můžete pozorovat svět na voskovém
papíru přes malý otvor. Pro lepší obraz je důležité sledovat scény
s větším kontrastem mezi světlem a stínem, a pokud je to nutné tak i
zakrytí pozorovatele ze všech stran (pro co nejmenší osvětlení
voskového papíru a očí z venku). Také si dejte čas na přivyknutí očí
osvětlení. Je dost praktické zasunout válcovou nádobu do těsně
přiléhajícího rukávu kabátu.
- 50 -
Elektrické jevy …..7.ročník
Elektrické jevy
V šesté třídě byli elektrické jevy získány tak, že suché materiály
umístěné blízko sebe byly od sebe odděleny. V sedmé třídě budeme
tvořit elektrické jevy za vlhka(mokra).
Den první
Připomenutí vizuálních pokusů a optiky
Než začneme s elektrickými jevy, provedeme třídu stručným
přehledem jak zobrazujeme pomocí odrazu a kamery obscury.
Pokus 7E1 Lidská ústa jako zdroj pro "elektrický mokrý
článek“
První část. Dej každému studentovi dvě čisté destičky z mědi a
zinku (asi 2 cm na 10cm). Ujisti se, že nejsou zoxidované. Destička
kovu by měla být lesklá. Poproste studenty, aby podrželi jedny konce
destiček u sebe palcem a ukazováčkem a pomocí druhých konců
destiček si stlačily nějakou část kůže, jako by ty dvě destičky tvořili
dohromady kolíček na prádlo.[ Poznámka pro učitele: Nic se kromě
štípnutí nestane. To ukazujeme schválně, aby zde byl vidět a cítit
rozdíl při doteku jazykem.] Pak umístěte jednomu studentovi první
destičku pod a druhou destičku nad jazyk a stiskněte volné dva konce
destiček k sobě. Poté, co si to několik studentů zkusí samostatně a
postupně, může to zkusit i zbytek třídy.
Druhá část. Použij krokodýlky a připoj vodiče o délce 60-90cm na
jednu měděnou destičku a jednu destičkou zinkovou. Ať si student
dá destičky znovu do úst
jako v předchozím
případě, ale nedává už
volné konce destiček
k sobě. Jinými slovy, teď
nejsou kovové destičky
v dotyku. Učitel nebo
nějaký student pak může
držet volné konce vodičů
a střídavě se jejich
- 51 -
dotýkat spojovat je a rozpojovat .
Třetí část. Každý vodič připoj na jedné straně k měděné a na
druhé straně zinkové destičce. Dva studenti si teď mohou dát do úst
destičky spojené vodičem s destičkami jiného studenta. ( Jev bude
většinou silnější.) Připojte další studenty do řetězu tak, aby každý
vodič měl na jednom konci měď a na druhém zinek a aby každý
student měl na jazyku dva různé kovy. (nic nebude cítit dokud všichni
studenti nebudou mít páry destiček na jazyku a všechny vodiče
nebudou spojovat rozdílné kovy. Rychle objevíte, že kruh je nejlepší
formou pro tento pokus.)
Nakonec nechte dvojice studentů spojit spolu vodičem destičky
takto měděnou s měděnou a zinkovou se zinkovou. A ať si dají
dvojice různých destiček znovu na jazyk.
Den druhý
Připomenutí pokusu 7E1
Poté, co se studenti podělí o své zážitky, ujistěte se v tom, že
zpozorovali to podstatné:
1. Nebyl tu jediný zážitek dokud se nezačali destičky dotýkat
vlhkého jazyka .
2. A nebyl tu zážitek bez úplného obvodu(kruhu) střídajících
se měděných a zinkových destiček.
Pokus 7E2. baterie mokrých článků
Rozpusťte sůl v jednom a půl litru vody a udělejte nasycený
roztok. (Rozpusťte tolik soli,kolik je jen možné, aby vám
nezůstávala na dně. Ze začátku přidejte velké množství. Ale
potom přidávejte po troškách, abyste předešli zbytečně velkému
zbytku nerozpuštěné soli na dně.) Nalijte nasycený roztok do 400ml kádinky do tří čtvrtin. Ponořte pár měděné a zinkové destičky
částečně do roztoku tak, aby se jedna druhé nedotýkaly. Připoj na
vykukující část destiček krokodýlky vodiče. Studenti se mohou
dotknout konců vodičů svými jazyky.
- 52 -
Připrav podobně další kádinky a spoj
vodiči střídavě měď a zinek. Nesmí se vám
dotknout zinková destička a měděná
destička v jedné kádince. Spojujte destičky
do kola, aby tvořily jeden řetěz. A nechte
poslední pár destiček měď - zinek
nespojený, ale připojte ke každé jeden
vodič. Vyzkoušejte volné konce vodičů
jazykem.
Den třetí
V tomto případě jazyk cítí elektrický účinek, ale chybí tady část
podmínek pro elektřinu. [poznámka pro učitele: Typický elektrický jev
je zkušenost pohybu způsobeného bez nějakého přičinění
materiálního prostředníka (hybatele) tlačícího nebo táhnoucího objekt
(např. kuličku z bezového jádra), který se dá do pohybu. Další jevy
spojené s elektřinou jsou jiskra, praskavý zvuk, a úder. V případě
naší jednoduché baterie (pokus 7E2) jsme neukazovali, že je tento
jev elektrický. Abychom to udělali, budeme muset postavit velmi
silnou baterii, tak silnou, že k jejímu pólu bude kulička přitahována.
Zážitky jazyka jsou jen další možností, jak nastanou zjevné elektrické
stavy. To není pokus, ve kterém jsou účinky podobné k pokusu
s pohybem kuličky.] V případě kádinky se slanou vodou s párem
různých kovů tvoříme podmínky pro objevení elektrických účinků.
Rozdílné kovové destičky ve slaném vodném roztoku nebo ve slinách
tvoří mokrý článek baterie. Se vzrůstajícím počtem článků střídavě
spojených rostou i elektrické účinky. Autobaterie je mokrý článek.
Pokus 7E3 Voltova baterie
Připrav si jeden litr nasyceného vodného roztoku soli. Nastříhej
proužky filtračního papíru o velikosti kovových destiček a namoč je do
nasyceného roztoku. Postupně na sebe polož destičky a proužky
- 53 -
měď—zinek—filtorvý papír—měď—zinek—filtrový papír až získáš
aspoň pět sendvičových vrstev od každého materiálu.
Navrstvi je na nějakou
nekovovou desku třeba ze skla tak,
aby se dali na dno (měděnou
desku) a vrcholek (zinkovou
desku) připojit vodiče. Dotkni se
vodiči jazyka. Dotkni se vodiči
kontaktů na objímce s malou
žárovkou.
Den čtvrtý
Připomenutí pokusu 7E3
Tyto „sendviče“ se nazývají
voltova baterie. Situace je
obdobná jako uspořádání
pokusu 7E2. Velikou výhodou
této baterie je, že se zmenšil
potřebný prostor pro baterii.
[Italský hrabě Alessandro Volta
jako první sestavil tuto baterii na
začátku 19.století.]
Pokus 7E4. : Roztažnost, žhnutí a přetavení drátu při
průchodu elektrického proudu.
AUTOBATERIE MŮŽE BÝT VELMI NEBEZPEČNÁ. POSTUPUJTE PŘESNĚ
PODLE NÁVODU. Tato demonstrace by měla být dělána venku a
studenti musí mít nasazeny ochranné brýle. Studenti by se
neměli dotýkat žádných drátů, ani svými jazyky.
Připoj kabelem pomocí krokodýla oba konce asi 60 centimetrů
dlouhého drátu s průměrem asi 0,5 mm (drát s menším průměrem lze
také použít). Zavěs tento drát do dvou kruhových držáků
připevněných na železné stojany. (Drát by neměl být přichycen
- 54 -
napevno.) S nasazenými koženými rukavicemi připoj kabely na
kontakty autobaterie (poznámka : Drát se bude roztahovat přibližně 5
vteřin. Pokud se drát nepřetaví během 8 vteřin, okamžitě odpojte
kabely z autobaterie.)
- 55 -
Mechanika ..7.ročník
Mechanika
Schopnost zvednout těžké těleso souvisí ne jenom s tělesem, ale
také s naším vlastním tělem. Vedle síly i velikosti, délky končetin a
pozici našeho těla přímo ovlivňují náš úspěch při pohybu tělesy
z jednoho místa na druhé. Mechanika v sedmém ročníku představí
pojmy páka, moment síly(točivý moment) a rovnováha, studentům
pomocí studia jak jejich těl tak i strojů.
Den první
Připomenutí pokusu 7E4:
Pokles drátu ukazuje na jeho roztažnost. Roztažnost, žhnutí a
přetavení drátu ukazuje, že drát měl vysokou teplotu. V čem je
rozdílný tento pokus od pokusu s obyčejnou baterií a obyčejným
drátem? Čím je dosaženo tak vysoké teploty? Autobaterie je o
mnoho silnější zdroj. Ale to nestačí. Vysoké teploty je dosaženo
kombinací silná baterie a drát s velmi malým průměrem, který je
zapojen v obvodu. Této kombinace je využito u žhnoucího vlákna
žárovky. (Edison hledal dlouho materiál, který se nepřetaví. První
úspěšná žárovka měla žhnoucí vlákno z uhlíkového vlákna získaného
z ohořelého rostlinného materiálu. Můžete ji vidět v Edisonově dílně
v East Oranže v New Jersey, která je zpřístupněna veřejnosti.)
Pokus 7M1 Rovnováha a houpačka
Pokud máte na školním hřišti houpačku, začněte s ní. Jinak,
označte střed trámku o rozměrech 2,5m x 10cm x 10cm (bez suků!) a
dejte jej přes pevnou kozu na řezání (nebo přes poleno s velkým
průměrem). Vyberte asi stejně těžké studenty, ať si sednou na
opačné strany houpačky. A poproste studenty ať zvednou jejich nohy
do vzduchu a pozorujte, co se stane. (Pokud jsou hmotnosti studentů
blízké rovnováha na houpačce se neporuší a trám se nepohne.) A
teď vyměňte jednoho ze studentů za menšího (nebo většího)
studenta a pozorujte, co se stane. ( Upozorněte studenty, aby
nezvedali nohy ze země příliš rychle.) Posunujte s trámkem tak
dlouho až nastane rovnováha těchto nestejně těžkých studentů.
Můžete to zkusit i tak, že na jedné straně sedí dva a na druhé straně
jen jeden student. A znovu nalezněte pozice, kdy je trámek
v rovnováze. (nemusíte posouvat střed, ale můžete měnit pozice
studentů vůči středu.
- 56 -
Den druhý
Připomenutí pokusu 7M1
Co se stalo, když na houpačce seděli dva stejně těžcí studenti?
Co udělají lidé na houpačce, když nemají stejnou hmotnost? (Menší
osobě se asi tlačí hůře, zakloní se nebo poprosí větší osobu, aby se
předklonila, nebo radši posunula po trámku ke středu otáčení.) Bod
ve kterém se trámek opírá můžete představit jako osu otáčení. My
vidíme model(vzorec): Rovnováha je udržena zmenšením vzdálenosti
těžšího studenta od osy otáčení a zvětšením vzdálenosti lehčího
studenta od osy otáčení. Tato vzdálenost váhy od osy otáčení se
nazývá rameno páky nebo rameno síly.
Pokus 7M2. Rovnováha
Před tím než třída připraví sadu volných závaží v rozmezí 1 až
15 kg (použijte závaží diskového tvaru, která se nasunují na činky)
prostrčte každým silný provaz (lano) dírou uprostřed. Provlečené oko
by mělo být tak velké, aby se mohlo snadno zavěsit a posunovat po
trámku. Konce lana pevně svažte nebo
použijte speciální spojku (viz obr.).
Ať studenti podrží trámek a vy
nasuňte 5 kg závaží blízko jednoho
konce trámku. Přeměřte pákové
(momentové rameno). Zavěšte i na druhou stranu 5kg závaží tak, aby
nastala rovnováha. Znovu i zde změřte délku ramene (síly, momentu)
páky.(Ramena by si měla přibližně odpovídat.) Přidej další 5kg těžké
závaží na jednu stranu trámku (nebo vyměň stávající 5kg závaží za
10kg) a najdi novou rovnováhu přemístěním těžšího závaží. Změř
novou velikost ramene páky (síly, momentu). Zopakuj tato měření
s různými závažími na obou stranách a vždy zapiš hmotnosti a
ramena (síly)páky.
- 57 -
Den třetí
Připomenutí a shrnutí pokusu 7M2.
Cílem včerejších pokusů bylo dospět ke vztahu pro rovnováhu,
trámek je v rovnováze, když hmotnost a její vzdáleností od osy
otáčení na jedné a druhé straně vyvolají stejný účinek. Vyjádřený
touto rovnicí.
první hmotnost x její rameno = druhá hmotnost x její rameno
m1 x a1 = m2 x a2
Proveďte několik výpočtů, kde budete znát dvě hmotnosti a jedno
rameno a budete dopočítávat druhé rameno. Nebo budete znát obě
ramena a jednu hmotnost a dopočítáte druhou hmotnost. Užijte
hmotnosti a ramena, které jste naměřili včera, ať můžete snadno
zkontrolovat, že to tak je i ve skutečnosti.
Pokus 7M3 Páky a osa otáčení(opěrný bod)
První část. Umístěte několik závaží o celkové hmotnosti 35 kg na
konec trámku, který je podepřený uprostřed. Poproste studenty, ať
zkusí tuto hmotnost zvednout tlačením na druhý konec trámku. Pak
posuňte závaží na poloviční vzdálenost od středu trámku a nechte
znovu studenty zvedat závaží tlačením na druhý konec trámku. Musí
vyvinou menší nebo větší úsilí? Pak posuňte závaží zpět na konec a
podepřete trámek v jedné čtvrtině blíž k závaží. Srovnejte zase
s jakým úsilím je třeba teď nutno pracovat, abychom zvedli závaží.
Opakujte ještě jednou, ale posuňte podepření ještě blíž ke konci
(30cm). Nakonec, podepřete trámek na jednom konci a umístěte
závaží na stejnou stranu jako je „vzpěrač“.
Druhá část. Vezměte páčidlo nebo 1,2 až 1,8metrů dlouhou
trubku nebo tyč a použijte ji k posunutí, překlopení nebo zvednutí
nějakého velmi těžkého předmětu, jako je kámen, kmen, litinová
kamna, vana apod. (Držte studenty dál od aut kolegů.)
Experimentujte se způsobem opření a místem opěrného bodu (jako
opěrka dobře funguje kus tvrdého dřeva).
- 58 -
Den čtvrtý
Připomenutí a shrnutí pokusu 7M3
Připomeňte si, jak se měnilo úsilí nutné k zvednutí předmětu v
závislosti na délce ramene. Ujasněte si především toto: čím blíže
jsme páku podepřeli, tím snáze se zdvíhalo, ale tím také se zdvíhalo
do menší výšky a druhá strana páky naopak musela vykonávat větší
pohyb. Tak pro danou práci platí:
Větší váha zvednuta
o větší rozdíl výšek
o menší rozdíl výšek
menší váha zvednuta
Použijte rovnici(pokus 7M2)a spočítejte, jak jste tlačili v několika
případech. (teď, díky výpočtům můžete získat výsledky, ke kterým
byste se nedostali měřením bez speciálních přístrojů.
Pokus 7M4a Výměna automobilových pneumatik vyžaduje
točivý moment.
Budeme měnit pneumatiky.
Použijte
nástrčný klíč ¼ “ (viz obrázek) odpovídající velikosti matek a
poproste nějakého silného studenta, ať povolí jednu matku. ( Pokud
jej nemáte použijte přechodový díl (adapter), který se dá koupit
v železářství nebo speciálním obchodě na autodílny a příslušenství.)
On nebo ona obyčejně nejsou úspěšní. Zkuste to teď s nástrčným
klíčem 3/8“(Držadlo je delší než u předchozího klíče). Asi znovu
nebudou úspěšní. Pak to samé s nástrčným klíčem ½“. Nakonec
vezměte křížový klíč z automobilu.(Teď už budete schopni matku
povolit.)
- 59 -
Potom nasaďte na křížový klíč aspoň
metrovou ocelovou trubku a povolte zbývající
matky. (Lze koupit v obchodě přímo i
teleskopický nástavec na klíč, který se používá
na zarezlé nebo příliš utažené matky.)
Nůžkovým zdvihákem zvedněte automobil.
Používejte výrobcem automobilu předepsaný
zvedák. Odmontujte kolo a sundejte jej a
vyměňte. (Studenti by neměli dotahovat matky,
učitel použije momentový klíč na utahování matek.)
Pokus 7M4b Ruka zápasí s nástrčnými klíči.
Připravte 1/ 2“nástrčný ořech adapterem z 1/ 2“ na 3/8“. Použijte
nástavec 3/8“ na prodloužení aspoň 15cm dlouhý. Nakonec připojte
k rozšíření 3/8“nástrční ořech. Na oba ořechy dejte ráčny. Opřete
nástavec o trámek kozy na řezání, tak, aby na každé straně bylo
jedno držadlo a poproste studenty ať zkusí mechanickou verzi
přetlačování rukou.
Den pátý
Připomenutí a shrnutí pokusu 7M4
Proberte rozdíly při použití pák: rozdíly délek ráčen(držadel) klíčů,
použití páky u zvedáku (kde kole na protější straně jsou místem
podepření a prochází jimi osa otáčení), užití páky držadla zvedáku
(ať hydraulického nebo mechanického), vliv páky při rozdílně
dlouhých držadlech při přetlačování. Použitá síla a délka páky se
nazývá točivý moment (moment síly). V rovnici pro rovnováhu na
páce jsou výsledky součinu m1 x a1 a součinu m2 x a2 velikostí
točivého momentu. Rovnice rovnováhy otáčivosti nebo vyváženosti
tak může být myšlena jako návrh, že točivé momenty jsou stejné,
když houpačka je vyvážená,(tzn.,že je v rovnováze).
Pokus 7M5 Bicykly jako přenašeče točivého momentu.
- 60 -
Zkoumejme bicykl s přehazovačkou(aspoň 10 rychlostí) pro
pozorování užití pák a pojmu točivý moment. Páky brzd jsou dlouhé
zatímco páka pro ruku na řidítku je krátká. Rychlý propouštěcí
mechanismus pro odstranění kol za pomoci pák. Zadní kolo je
poháněno pákou díky řetězu blízko středu kola. Pedály jsou
uchyceny na koncích kliky(která působí jako páka.) při vlastní jízdě a
šlapání do pedálů je spousta variací převodů. Vyzkoušejte je.
Všimněte si daného úsilí a výsledné rychlosti.
Den šestý
Připomenutí a shrnutí pokusu 7M5.
Začněme tím, ať studenti popisují mechanické výhody užití mnoha
pák(ramen páky) na kole. Která kombinace výbavy potřebuje největší
úsilí a která nejmenší? Která kombinace výbavy umožňuje největší
rychlost a která nejmenší? Začněme u kliky, vzdálenost pedálů od
osy hřídele, spolu s tlačením nohou určují točivý moment vyvíjený na
hřídel. (Okolnost, která limituje délku ramen kliky, je vzdálenost od
země, když se klopíme do zatáček.) Tento moment je řetězem na
ozubeném kolečku na klice přenášen. Větší kolečko, má větší délku
ramene, a menší zadní kolečko působí na řetěz takovou silou, aby
výsledný točivý moment byl stejný jako moment, kterým působím na
pedály. Velké kolečko použiji na rovině nebo s kopce, kde vyžaduji
rychlost a pro stoupání není vhodné.
Rameno menšího kolečka u pedálů na ose je malé, síla na řetěz je
velká, aby výstupní moment byl roven vstupnímu momentu. Malé
kolečko na ose u pedálů se používá pro stoupání. U zadních koleček
je to obráceně. Síla řetězu na velké kolečko(velké rameno síly)
vytváří větší moment než ta samá síla řetězu na malém kolečku(malé
rameno síly). V každém případě je síla mezi pneumatikou a
povrchem menší, protože průměr kola /rameno síly / je o mnoho větší
než průměr ozubeného kola. Protože se menší kolečko točí rychleji
než větší při jednom otočení osy s pedály, výsledek je i vyšší
rychlost. Obecně větší rychlost je získána za cenu menšího
momentu a obráceně. Větší moment potřebuji při stoupání do kopce
nebo při silném protivětru. Na tvrdé hrbolaté cestě, jsou vhodnější
malá nebo velká kolečka? A co na hladkém povrchu?
- 61 -
Pro ukázku vedení a izolování tepla je možný tento pokus:
Vezmi ocelovou a dřevěnou tyč a oviň je pevně pruhem papíru a poté
je obě vlož do plamene svíčky.
Papír na dřevěné tyči začne hořet, teplo není odváděno, papír na
ocelové tyči zčerná od sazí, ale nezačne hořet, teplo je odváděno do
celé tyče!
- 62 -
Teplo a termodynamika- 8 ročník
Fyzika 8. ročníku – praktická část
Teplo – termodynamika
Optické jevy – lom světla
Mechanika kapalin a plynů
Elektromagnetismus
3 dni
5 dní
4 dni
1 týden
Teplo – termodynamika
První den
Zopakujte pokus 6W4.
V osmém ročníku začíná výuka fyziky studiem pohybu tekutých
materiálů ve vztahu k ohřívání a ochlazování. Tyto jevy se dějí
neustále kolem nás.
Pokus 8W1. Stoupání teplého vzduchu
První část : Udělejte velký oheň. (Venku!) Podržte větrník (známá
dětská hračka) vodorovně nad ohněm. Hoďte nějaké suché listí a kousky
novinového papíru do ohně.
A poproste žáky, aby popsali, co cítí na částech těla, které jsou
vystaveny ohni. Začínají být velmi teplé zatímco části, které nejsou
vystaveny ohni, jsou studené.
Druhá část: Vezměte vonnou tyčinku, která vytváří hodně
kouře(používají se v Orientu). Zapálený svazek tří tyček (pro získání
dostatečného množství kouře) dejte nad : rozehřátý „toustovač“,
- 63 -
zapálenou svíčku, pohár z ledu zasunutý do kruhu na stojanu ,
otevřenou ledničku a zavřené okno.
Za bezvětrného studeného
počasí otevřeme okno a držíme
kouřící svazek tyček nejprve dole
a pak nahoře u otevřeného okna.
(poznámka pro učitele : Při
dostatečně chladném počasí
bude kouř z tyček držených dole u
okna „padat“ dolů na podlahu
uvnitř třídy a z tyček držených
nahoře bude stoupat ven
otevřeným oknem.)
Druhý den
Otáčení větrníčku, vznášení se a stoupání kousků ohořelého
novinového papíru ukazuje na to, že teplejší vzduch stoupá (teplejší
než okolní vzduch). Saze nesené teplým vzduchem stoupají, když
jsou blízko těles teplejších než okolí a klesají, když se dostanou
blízko těles s menší teplotou než je okolní. „Kde
a kdy běžně zažíváme tento jev?“ Kouř z ohně
vždy stoupá (přesto, že je trochu odfouknutý
stranou). V zimě je vzduch u stropu teplejší než u
podlahy. To je důvod pro užívání stropních
větráků. Pro větší účinnost vytápění se žene
teplý vzduchu shora zpět dolů, zvláště
v místnostech s vysokými stropy (jako např. posluchárny, síně,
hlediště apod.). [Učitel může také diskutovat o teplém vzduchu nad
viz příloha 2
- 64 -
toustovačem. V tom případě je dobré připomenout pokus 7E4. (Horké
dráty v toustovači jsou vyrobeny z nichromu z kovu, který má nejen
vysoký elektrický odpor, ale i vysokou teplotu tání.)] Kouř klesající
v dolní části okna ukazuje na to, že chladnější vzduch klesá. Kouř
v horní polovině okna je nesený teplým vzduchem ven z místnosti do
ovzduší.
Pokus 8W2. Míchání chladných a teplých tekutin.
Vezmeme dvě stejné zavařovací lahve (anglicky Mason
jars). Naplňme až po okraj jednu z nich vodou silně obarvenou
čajem (vhodný je červený kosatec - tzv. red zinger, protože čaj
obarvuje červeně) nebo inkoustem a druhou naplňte až po
okraj čistou chladnou vodou. Nasadíme si ochranné rukavice
(pozor na horkou vodu!), přikryjeme sklenici s teplou vodou
neohebným kusem plastu (např. víčko z jogurtů o stejném průměru
jako sklenice s oříznutým okrajem) a pomalu opatrně překlopíme
sklenici a umístíme ji přesně na hrdlo druhé sklenice se studenou
vodou. Opatrně odstraníme plast mezi těmito sklenicemi(s malým
rozlitím se počítá, nedělejte si s tím starost). Zvolna zasuneme plast
zpátky mezi sklenice a sklenici s horkou vodou přikrytou plastem
postavíme zpět dnem dolů na stůl. Teď přikryjeme sklenici s chladnou
vodou plastem, otočíme a opakujeme předchozí postup. [pozn.:
Vyzkoušejte si to raději několikrát předem než to budete ukazovat
žákům!]
Třetí den
Připomenutí pokusu 8W2 z předchozího dne
Pokud je horká voda nahoře, kapaliny se téměř nemísí,
v opačném případě, když je studená voda nahoře, dochází
k dramatickému smíchání. Horká voda stoupá a chladná klesá
(podobně jako studený a teplý vzduch). Tato představa souvisí
s tepelnými proudy (kapaliny) v oceáně a tepelnými proudy(plynu) ve
vzduchu. Ty velmi silně ovlivňují počasí. Vzniku proudů v oceáně
může být porozuměno na příkladu pobřeží východní Kanady (George
Banks). Jak ledovce plují na jih ze Severního oceánu, začínají tát.
Voda z tajících ledovců má teplotu blízkou ke 4°C, je hustší než
okolní voda a klesá dolů na dno oceánu. Teplejší a řidší voda stoupá

viz příloha 1
- 65 -
k hladině. Tento pohyb vody rozpohybuje okolní mořskou vodu a
vynáší do vyšších hladin oceánu sedimenty bohaté na minerály. Malé
formy života bují na těchto bohatých sedimentech. Malé organismy
jsou potravou pro malé ryby a ty zase pro větší atd. George Banks
jsou významnou rybářskou oblastí východního pobřeží severní
Ameriky.
Vzdušné proudy, které vznikají na pobřeží v horkých letních
dnech a studených letních nocích, můžou být také předmětem
diskuze. Podmínky, které každoročně vyvolávají monzun
v jihovýchodní Asii, také hezky ilustrují vzestupné teplé proudy.
Pokus 8W3 a diskuze o něm :
zahřívání bez přímého doteku teplého tělesa
Pokud je to možné, požádejte studenty ať si polovina vezme bílé
tričko a druhá polovina černé. Za slunného dne mohou studenti
osvícení sluncem popisovat a sdílet svoje prožitky a pocity.
Připomeňme jim zkušenosti z pokusu kolem ohně (8W1), části
vystavené ohni byly teplé a ostatní studené. To je úplně stejné, pokud
se procházím v chladném slunečném dni. Je mi teplo na tváře dokud
mi na ně svítí Slunce. V těchto případech nenastává oteplování těles
kontaktem s teplejším tělesem , ale na jistou vzdálenost od teplejšího
tělesa. V obou případech byl vzduch kolem nás chladnější než my,
přesto se naše tělo ohřívalo po vystavení Slunci nebo ohni. Lidé
oblečení do bílých triček cítí větší chlad než lidé oblečené do triček
černých. Stejně, černá auta jsou teplejší než bílá v zimě a více
rozpálená než bílá v létě. Tyto zážitky dokazují, že barvy ovlivňují
zahřívání zářením.
[poznámka pro učitele: Když se těleso ohřívá vystavením
teplejšímu tělesu bez fyzického kontaktu, nazývá se obyčejně tento
jev záření. Když se těleso ohřívá kontaktem s teplejším tělesem
nazývá se obyčejně tento jev vedení. Když se tekutiny pohybují díky
rozdílným teplotám nazývá se tento jev proudění. Nicméně,
snažíme se pojmenovat přenos něčeho nehmatatelného (zvaného
teplo) a nacházíme se v prostoru problematickém pro vědu
založenou na smyslech. Spíše než otvírat hypotetický svět mimo
zkušenosti, snažíme se získat zkušenosti a pojmy najednou.]
- 66 -
Optické jevy – lom světla- 8 ročník
Optické jevy – lom světla
V šestém ročníku byly optické zážitky brány vzhledem
k hmatatelným objektům. V sedmém ročníku se výuka týkala
zrakových zážitků získaných při pohledu na hladký povrch tělesa do
prostoru za zrcadlem. Teď v osmém ročníku, se studenti dívají skrz
vzduch do kapalných těles nebo skrz průhlednou pevnou látku na
pozorovaný objekt, ten je na druhé straně rozhraní vzduch/kapalina
nebo vzduch/pevná látka. Na rozdíl od optických objektů v zrcadle
lze tady přímo sáhnout do optického prostoru pozorovaných objektů,
dotknout se jich a zároveň je pozorovat.
První den
„Kde se setkáváme s různými zážitky tepla?“ (podívejte se na
pokus 8W3 pro doplnění diskuze.)
pokus 8V1. lom světla
Část první. Klidná hladina rybníka (nebo jiná vodní nádrž s klidnou
hladinou) dívejme se na objekty(kameny) na dně mělčiny rybníku. Opticky
odhadněte, jak hluboko je nutno sáhnout, abyste kamen dostali z vody a
porovnejte jej s opravdickým zážitkem, kdy studenti vlastníma rukama
kámen vyndají z vody. Pozorujte objekty(větve stromů, rostliny), které jsou
ponořeny jen z části ve vodě. Ponořte rovnou tyč(větev, pádlo apod. ) do
vody.
Druhá část. Naplňte nejméně 40 litrové akvárium vodou. Umístěte
minci na dno nádoby. Pohledem odhadněte jak se zdá hluboko a
porovnejte toto s opravdovou hloubkou. Vložte kus skleněné tyčky do
vody šikmo k hladině.
- 67 -
Druhý den
Když se díváte shora (ze vzduchu do vody), zdají se být objekty
ponořené do vody opticky blíž k hladině než ve skutečnosti jsou, to
zjistíte podle hmatu. Tento jev se nazývá lom světla (Když se budete
dívat z vody ven, což se vám může přihodit při plavání pod hladinou,
tento jev nebudete pozorovat. Přechod vzduch-voda je k němu nutný.
Když se díváme z vody skrz hladinu zdají se objekty dál. Studenti si
mohou sednout pod hladinu v bazénu a objevit to. Následek tohoto
jevu je, že objekty jsou vizuálně zlomené, když je ponoříme ze
vzduchu částečně do vody (přestože je cítíme rovné na dotek).
Pokus 8V2a Index lomu.
Umísti minci na dno a blízko stěny akvária. Nechte každého
studenta podívat se přímo dolů na minci skrz hladinu. Jeden student
podrží druhou minci zvenku u stěny akvária tak, aby vizuálně byly
obě mince stejně daleko. Druhý student změří vzdálenost venkovní
mince od hladiny vody. Zapište hloubku, ve které každý student vidí
vnitřní minci tzn.vzdálenost vnější mince od hladiny. Změřte výšku
hladiny vody v akváriu.
Pokus 8V2b Hraniční barvy.
Umísti kus keramické dlaždičky s černým vzorem na bílém
podkladu do akvária. Pozorně sledujte přechody mezi bílou a černou
šikmo skrz hladinu akvária. Tento jev je velmi jemný, ale stojí za to!
(poznámka pro učitele: Výjimečně hezké pruhy barev se zdají na
hranicích černobílého vzoru. Rozdílné barevné pruhy se jeví
v závislosti na tom, zda bílá přechází do černé nebo černá do bílé.)
- 68 -
Třetí den
Každý student by měl vydělit hloubku vody v akváriu (což je
vzdálenost mince od hladiny) vzdáleností, kterou měla vnější mince
od hladiny vody. Tento poměr se nazývá index lomu. V tabulkách
uváděná hodnota indexu lomu pro rozhraní vzduch-voda je 1,33.
Větší index lomu, znamená větší vizuální pozvednutí objektů
k pozorovateli (zdají se nám tím blíž, čím je větší index lomu). Třída
může všechny vzdálenosti odhadovat a porovnat s výslednou
hodnotou, která je uvedena v tabulkách. Obvykle větší indexy jsou
pro skla, tzn. hodnoty kolem 1,5. Pro plasty jsou ještě vyšší. Diamant
má index 2,4. Studenti mohou pozorovat tištěný text přes silnou
tabulku skla.
Když se díváte pod úhlem, tak teplá část spektra (červenáoranžová-žlutá) se jeví na přechodech, kde je bílá na dlaždici nad
černou, a studená část spektra (fialová-modrá-světle modrá) se jeví
na přechodech kde černá je nad bílou.
Pokus 8V3. Odraz, lom světla a přechody barev u vodního
hranolu
První část: Poproste studenty aby se podívali na obrázky
v místnosti přes dvě přiléhající svislé stěny (tzn. přes roh) akvária
naplněného vodou a popsali svoje pozorování. Měli by porovnat svoje
pozorování s tím, co vidí, když se dívají přímo(tzn. ne přes sklo a
vodu).
Druhá část: poproste studenty, aby se podívali přes velké vodní
prisma na obrazy ve třídě.(Pozor! Nedívejte se přes prisma přímo
do Slunce) A ať znovu zapíší svoje pozorování, platící přesné rozdíly
mezi dívání se přes prisma a dívání se přímo na obrazy. Každému
studentovi pak může být dáno skleněné prisma, se kterým udělá
nové pozorování. Aby byla zachována spojitost jejich pozorování, je
dobré, aby při zápisu popsali jakým způsobem, tzn. přes které stěny
hranolu se dívali. (A hlavně pozici hrany která je tvořena právě dvěmi
stěnami, přes které se díváme.) Například je hrana nahoře nebo dole,
když držím prisma vodorovně, nebo vpravo nebo vlevo, když jej
držím svisle?
- 69 -
Čtvrtý den:
Na jakých podmínkách závisí, že bude pozorováno zrcadlení, lom
nebo barevné efekty. Je to náš záměr zaměřit se jen na lom a
barevný efekt a ne na zrcadlení(odraz).
Ve srovnání s přímým pohledem na obrazy v místnosti se jeví být
obraz posunut ke hraně akvária tvořené dvěma stěnami, přes které
studenti pozorují. (Tento lom světla je následkem pohledu přes roh
vzduch-sklo-voda-sklo-vzduch.) Stejný efekt, že se pozorovaný objekt
posune blíž k hraně tvořené dvěma povrchy, přes které se díváme,
je u prismatu z vody a nebo ze skla. Geometrie akvária je podobná
prismatu.
Barevný pruh popsaný v druhé části pokusu 8V3 je pozorován
v prismatu při pohledu na přechod z tmavé barvy do světlé, který je
rovnoběžný s hranou prizmatu. Teplé barvy jsou pozorovány, když
jsou světlejší barvy přechodu blíže k hraně tvořené dvěma stěnami
přes které se hledí, a studené barvy jsou pozorovány, když je tmavší
část přechodu blíže k této hraně.
Pokus 8V4 Zobrazení čočkou.
Postavte se na jiný konec třídy než studenti a
podržte velkou spojnou čočku(minimálně o průměru
10cm) před svým obličejem. Čočka by měla být uchycena
v objímce(nebo držáku). Začněte s čočkou blízko svého obličeje,
pomalu ji dávejte dál a dál směrem ke studentům. Pozorujte, co se
stane s obrazem. Hlavně popište vzdálenost čočky od obličeje, kdy
není už možno z obrazu rozlišovat detaily tváře. Zasuňte tyčku
objímky do stojanu. Vezměte potištěný papír, začněte blízko za
čočkou, a pomalu s ním pohybujte směrem od čočky(i od studentů).
Opakujte předchozí pozorování.
- 70 -
Pátý den
Když se díváme zdálky přes zvětšovací sklo, zjistíme, že se
zvětšující se vzdáleností pozorovaného objektu od čočky se zvětšuje
i obraz. V jistém bodě je najednou obraz chaotický a nerozlišitelný. S
dalším zvětšováním vzdálenosti mezi objektem a čočkou se obraz
obrátí vzhůru nohama a jeho velikost klesá z původního velmi
velkého obrazu (ale obráceného vzhůru nohama). Vzdálenost, ve
které se obrázek jako by „rozmlží“, nazýváme ohnisková vzdálenost.
Pokus 8V5. Určení ohniskové vzdálenosti a zvětšení spojné
čočky.
Dvojice studentů namaluje malý jednocentimetrový
jednoduchý symbol, např. písmeno, který vypadá rozdílně po
otočení vzhůru nohama. Dejte každé dvojici studentů malé
spojné čočky. Stanovte ohniskové vzdálenosti čoček a jejich
zvětšení v tříčtvrtinovém, půlovém, čtvrtinovém a jedna a
půlovém násobku ohniskové vzdálenosti. (tzn. ¾ f, ½ f, ¼ f a
1,5f). Zvětšení je poměr velikosti obrazu symbolu, když se
díváte přes čočku ku skutečné velikosti symbolu, když se díváte
přímo bez čoček. Měření může být prováděno přímým položením
pravítka na čočku zatímco pozorujeme symbol. ( poznámka:
Studenti by měli pozorovat ze vzdálenosti aspoň desetkrát větší
než je ohnisková vzdálenost) Studenti mohou namalovat
obrázek pro každou jednotlivou vzdálenost.
- 71 -
Mechanika kapalin a plynů 8.ročník
Mechanika kapalin a plynů
Den první
Demonstrace 8HA1 tlak v kapalinách
První část: Úplně naplňte velkou a malou injekční stříkačku
vodou. (Stříkačky, získané v lékárně nebo od lékaře, musí mít stejný
průměr v místě kde se nasazuje jehla. To není nutné u té stříkačky,
do které budete dělat díry viz.dále.) Podržte je horizontálně a plnou
silou vodu vystříkněte.
Druhá část: Nasaďte hadičku (dlouhou asi 25 cm) na větší
stříkačku. Konec hadičky vložte do nádoby s vodou a naplňte válec
stříkačky do poloviny. Naplňte do poloviny i malou stříkačku a
nasaďte na ni druhý konec hadičky tak, aby hadička spojovala dvě
napolo naplněné stříkačky. (pozn.překl. postupujte tak, aby ani
v hadičce nezůstal žádný vzduch). A až dáte signál, dva žáci co
největší silou budou tlačit na svou stříkačku. Bude to taková tlaková
přetlačovaná. (Předem se ujistěte, že hadička dobře těsní a voda
neprosakuje i při větším tlaku vody).
Třetí část: Malým vrtáčkem udělejte ze strany blízko ústí
(špičky) otvor . Utěsněte původní otvor ve špičce a vystříkněte vodu
přes vyvrtaný otvor.
Čtvrtá část: Vyvrtejte tři stejně velké otvory na straně
jednolitrové PET lahve od nápojů. Jeden otvor by měl být nahoře,
druhý uprostřed a třetí blízko dna. Naplňte láhev až po okraj a držte ji
nad něčím(např. tác, akvárium, apod.), co je dosti velké, aby
zachytilo vodu vytékající z vyvrtaných otvorů.
- 72 -
Den druhý
Opakování a vysvětlení pokusů prvního dne
První část: Malá stříkačka dostříkne dál než větší stříkačka.
Protože menší stříkačka má menší průměr pístu, ta samá síla
(použitá palcem) je uplatňována na menší plochu. To znamená, že
síla použitá na jednotku plochy je větší pro menší stříkačku. (pozn.
překl. Stejná síla např. 10 N je rozložena u malé stříkačky na 2cm2
tzn. 5N na každý cm2 a u velké stříkačky na 5 cm2 tzn.2N na každý
cm2.) Tlak je poměrem síly použité na jednotku plochy. Tlak je
známkou intenzity působící síly. Definice tlaku může být pochopena
ve vztahu k tlačení palce. Síla na píst a otvor stříkačky je stejný
zatímco tlak na otvor mnohokrát větší než na píst.
Druhá část: Princip je zde stejný. Všechny rozdíly mezi silami
žáků překoná větší tlak vyvinutý v menší stříkačce. Žák držící menší
stříkačku přímo zdrtí druhého vytvořením většího tlaku i přesto, že
jeho síla může být menší. To je princip, na kterém je založen
hydraulický hever, který můžete najít v autoopravně nebo lis. Pumpa
tlačí kapalinu do malého válce a pístu. Tlak na druhé straně malého
pístu je přenesen do válce většího pístu, který zdvíhá auto. Protože
tlak ve druhém válci působí přes větší plochu je působící síla
mnohem větší než v malém válci. Na druhou stranu velký pohyb
malého válce vyvolá jen malý pohyb velkého pístu, a proto jen i malý
zdvih. To může být snadno ukázáno na přenosném dvoutunovém
(heveru) zdviháku.
Třetí část: Ta ukazuje, že směr vystříknutí je nezávislý na
směru pohybu tlačícího pístu. Ukazuje, že tlak působí všemi směry a
nejen směrem, kterým působí síla.
Čtvrtá část: V poslední části demonstrace vidíme, že otvory ve
větší hloubce pod hladinou vytéká voda do větší vzdálenosti. Zde je
tlak způsoben spíš hmotností vodního sloupce nad otvorem než
působením něčeho na hladinu kapaliny. (Atmosférický tlak také
přispívá k tlaku ve vodě působením na každou plochu hladiny vody
se kterou se setká. Nicméně, protože přispívání atmosférického tlaku
je stejné pro všechny tři otvory, větší tlak v otvoru u dna je
způsoben větší hmotností vody nad ním.)
- 73 -
Pokus 8HA2 Tlak závisí na výšce vodního(kapalinového)
sloupce.
Část první: Naplňte spojené nádoby (jedná se o různě široké
propojené válce či nádoby různých tvarů). Poznamenejte si výšku
v jednotlivých nádobách. Nalijte další vodu do jedné z nádob a
pozorujte, co se děje s výškami a kde se ustálí.
Část druhá: Naplňte akvárium pár centimetrů pod okraj. Vložte
z hlíny udělanou kuličku do nádrže.(hlína klesá ke dnu). Dejte
podobný kus hlíny každému studentovi. Ať jej upraví tak, aby plavaly
na hladině. Až studenti dokončí svoje lodě, vyzkoušejí je v akváriu.
Ti, kteří nebudou úspěšní, mohou svoje výtvory upravit.
Část třetí: Zvažte prázdný 100-ml odměrný válec na laboratorních
vahách. Naplňte válec 70 ml vody a znovu jej zvaž. Dejte vedle válce
tužku a znovu to zvažte. Pak dejte tužku do válce. Poznamenejte si,
že se hmotnost nezměnila a že hladina vody ve válci vzrostla. Zapište
si výšku hladiny vody ve válci s ponořenou tužkou. Zopakujte postup
se šesti hřebíky.
Den třetí
Opakování a vysvětlení pokusů druhého dne
Část první : Výška hladiny a ne objem válců určuje tlak. Kdyby
objem nádob byl určujícím faktorem pak tlak způsobený vodou
v nádobách s větším objemem by zatlačily vodu do nádob s menším
objemem a zvýšila v nich hladinu vody.
Druhá část : Co měly společného lodě, které úspěšně plavaly?
Vztah mezi množstvím použité hlíny a velikostí objemu, který loďka
vytlačovala. Toho bylo dosaženo těmi, co vyrobily tvary s tenkými
stěnami.
Část třetí: Použitím dat získaných během pokusu zjistíme hustotu
vody. Hustota je poměr hmotnosti tělesa a jeho objemu. Odečti
hmotnost prázdného válce od hmotnosti válce naplněného vodou. (70
ml vody by mělo vážit 70 g. Hustota vody je 1g na 1mililitr.)
- 74 -
Takže zvýšení objemu (v ml) způsobené tím, že tužka vytěsní
vodu, je numericky shodné s váhou vytěsněné vody ( v gramech).
Aby těleso plavalo, tak tlak vody působící nahoru na plovoucí těleso
musí být stejný jako tlak působící dolů způsobený hmotností tělesa.
Jak těleso umístíme do vody, začne se potápět. Tlak vody na těleso
se zvětšuje se vzrůstající výškou vody kolem plovoucího tělesa.
Těleso se potápí do toho okamžiku, kdy je výška vody taková, že
vyvolá dostačující tlak vyrovnávající tlak způsobený hmotností tělesa.
Pokud tlak vody je menší než tlak způsobený tělesem i když je těleso
potopeno až po vrchol, pak klesne ke dnu.
Naše zápisy o plovoucí tužce ukazují, že podmínky pro rovnost
tlaku vody a tlaku způsobeného hmotností tělesa nastane, když
hmotnost vytlačené vody tělesem je roven hmotnosti tělesa. To je
Archimédův zákon (Heuréka !). (Je dobře znám příběh Archimédova
objevení tohoto principu při koupeli a vypráví se jak běžel ulicí křičíc,
„ Heuréka, mám to.“) V případě hřebíků je jejich hmotnost větší než
objem vody, který vytlačí.
Pokus 8HA3. Tlak vzduchu.
Když studenti poznají, jaké účinky má tlak na vztahy mezi
pevnými tělesy a kapalinami, teprve ocení vztahy mezi pevnými
tělesy a dalšími tekutinami (plyny, hlavně vzduchem.)
Část první: Zakryj otvor stříkačky palcem. A vytáhni píst
směrem ven a pozoruj, jak se vrací zpátky, když ho pustíš.
Část druhá: Do špuntu vyvrtej díru a do ní nasuň asi 15cm
skleněnou trubičku. Zašpuntuj velkou polní láhev plnou vody a otoč ji
vzhůru nohama. Zopakuj pokus se špuntem se dvěma otvory
v prvním otvoru je znovu skleněná trubička.
Den čtvrtý
Opakování a vysvětlení pokusů druhého dne
Část první: Tlak plynu ve stříkačce klesá, jak roste objem ve
stříkačce (táhnutím pístu ven).Když pustíte držadlo, tak dokud je tlak
atmosférického vzduchu (který působí na píst zvenku) větší než tlak
vzduchu ve válci stříkačky, je píst tlačen zpět dovnitř.
- 75 -
Část druhá: Vodě je zabráněno téct z lahve ven tlakem okolního
vzduchu. U špuntu se dvěma otvory může vzduch projít do lahve
jedním otvorem v okamžiku, kdy druhým otvorem protéká voda.
Vzduch i voda jsou tekutiny. Stejně jako tlak vody na dané místo
závisí na výšce (a hmotnosti) vodního sloupce nad daným místem,
tak i tlak vzduchu závisí na výšce (a hmotnosti) vzduchového sloupce
nad daným místem, kde je tlak měřen. Atmosférický tlak klesá se
vzrůstající výškou. Při výstupu na vysoké hory atmosférický tlak
klesá. Protože je tlak vzduchu ve vnitřním uchu stále více větší a
větší než tlak atmosférický, vnitřní ucho se vydouvá ven (pozn. překl.
spíš ušní bubínek). Při polknutí se dík Eustachově trubici vyrovná
vnější a vnitřní tlak vzduchu. Opačně to funguje při sestupu.
Pokus 8 HA 4. Magdeburské polokoule :
Pokus s Magdeburskými polokoulemi je hezký způsob jak
zakončit toto téma. Mohou být vysáty fungující ruční vaukovou
pumpou. Polokoule neukazují jen ohromující sílu tlaku vzduchu
působící na plochu ale také mají fascinující historický význam. Mnoho
ilustrací ukazuje zástup, zírající, jak dva koně nemohou roztrhnout
polokoule od sebe. O Robertu Boyle se říká, že začal své bádání
tlaků v plynech (Boylův zákon) po shlédnutí demonstrace
s polokoulemi ve svém mládí.
Toto je jednoduchý způsob jak spočítat sílu která drží polokoule u
sebe. Von Guerickeho původní polokoule měly asi 60 cm v průměru.
Obsah plochy jedné koule byl π(d/2) 2= π*0,09=0,2826 metrů
čtverečních. Vynásobeno atmosférickým tlakem (100 000 N na m2)
vytvářející sílu držící polokoule u sebe, 28260 N(od povídá to 2,8
tun). Není divu, že je koně nemohli dostat od sebe. Pro typické
deseticentimetrové polokoule dá výpočet údaj 785 N (to odpovídá
78,5 kg).
- 76 -
Elektromagnetismus - 8 ročník
Elektromagnetismus
Elektrické a magnetické jevy se v osmém ročníku sloučí
dohromady. V prvním pokusu, verze známého Oerstedova pokusu,
se magnetické pole a elektrický proud (elektrické pole) vyskytují
současně. Tato událost je základem pro elektromotor. Na konci
studia elektromagnetismu by měl být schopen každý student popsat,
jak každá součástka elektrického proudu pracuje a jak ji lze pozměnit,
aby se motor točil rychleji. Motory se objevují téměř všude, ale jen
málo lidí rozumí principům, díky kterým fungují. Když konečně
studenti pochopí jak motor pracuje, cítí se zplnomocněni .
První den
Pokus 8EM1. Oerstedův
experiment.
OPATRNĚ! AUTOBATERIE MŮŽE BÝT VELMI NEBEZPEČNÁ. POSTUPUJTE
PŘESNĚ PODLE POKYNŮ. Při tomto experimentu by měli mít studenti
nasazené ochranné brýle, neměli by se dotýkat vodičů. Studenti se
nesmí dotknout konců vodiče. (To je výsledek demonstrací minulého
roku.) Nesmí se dotknout obou pólů najednou. Nesmí se dotknout
uzemněných kovových objektů pokud drží jeden konec. Nesmí dělat
elektrické experimenty za přítomnosti vody. Tato upozornění jsou
vtisknuta studentům hlavně tím, že je dodržuje sám učitel,a tím že
pokusy předvádí správným a bezpečným způsobem. Takové hluboké
zkušenosti mají pro studenty velkou hodnotu.
Buď seženeme 12-ti voltovou žárovku z předního světla
automobilu v obchodě s autodíly, nebo odmontujeme světlo (objímku
a žárovku) přímo z automobilu. (I objímku lze koupit v „autodílech“.)
Výhoda objímky je ve snadnějším připojení vodičů . Pro připojení
samotné žárovky budete potřebovat „pájku“.
Obtoč kus měděného drátu kolem kladného kontaktu (tzn.
ANODY) i záporného kontaktu( tzn. KATODY) dobře nabité
autobaterie tak, aby jeho rovná část přesahovala aspoň o 2cm (úchyt
pro krokodýla), připevni dva 30-ti centimetrové vodiče na žárovku,
nebo objímku. Použij krokodýlů a připevni jeden z vodičů na záporný
konec autobaterie. Podobně, druhý vodič připevni ke kladnému konci.
viz příloha 3
- 77 -
Napni jeden z vodičů mezi dva stojany a dej co možná největší
kompas přímo nad vodič(drát). (Doporučujeme demonstrační
kompas.) Pak přemístíme kompas přímo pod vodič (drát).
Druhý den
Připomenutí pokusu 8EM1
Toto je verze známého Oerstedova experimentu. Z předchozích
zkušeností víme, že baterie je podmínkou pro elektrický proud a
kompas čidlo ukazující magnetismus. V tomto případě se kompas
pohybuje v blízkosti drátu spojujícího dva konce baterie, tzn. teče jím
elektrický proud. Protože kompas reaguje v prostoru kolem vodiče, je
tento prostor magnetický. Struktura tohoto magnetického pole je
odhalena chováním kompasu. To že se střelka kompasu posune do
roviny kolmé k vodiči a změní polohu na opačnou, když ji přesuneme
ze shora pod vodič, nás vede k závěru, že struktura magnetického
pole je kruhová kolem drátu. Toto jasnozření je zdrojem pro
následující experiment.
- 78 -
Pokus 8EM2: Forma magnetického pole vyvolaného
vodičem, přes který prochází elektrický proud
První část. Použijete stejnou aparaturu, jako při pokusu 8EM1.
Tentokrát, ale upevníme drát svisle a propíchneme ho skrz papír.
Nasypte na papír železné piliny.
Piliny ukliďte a opakujte stejný pokus s několika levnými
kompasy…. (např. suvenýry,
apod.)
Druhá část. Užijte 120-ti cm
měděný lakovaný drát(průměr
0.025 palce) nebo smaltovaný
drát, Naviňte osm závitů drátů
kolem sklenice od přesnídávky a
sundejte je z ní dolů. Kapesním nožem odstraň izolaci z laku nebo
smaltu až na měď na každém konci dva a půl centimetru. Připevni
jeden konec cívky z drátu na konec šestivoltové baterie do svítilen.
Podepři cívku tak, že její plocha je svislá a leží ve směru sever-jih.
Lehce přejeďte kompasem nad cívkou, který držíte v běžné
vodorovné pozici. Jen krátce se dotkněte volným koncem drátu
druhého konce baterie. Otáčejte cívkou kolem svislé osy a opakujte
několik rozdílných pozic. (Najdi a zapiš pozice, kdy se kompas
nevychýlí.)
Třetí část. Použijeme vyrobenou demonstrační cívku spojenou
s šesti voltovou baterií. Dáme 6 obyčejných hřebíků do otvoru cívky.
Zapište, co se stane. Potom, chvíli nechte cívku působit, dejte
cívku tak, aby se hřebíky otočily do svislé polohy z obvyklé
vodorovné pozice. S hřebíky v prostoru zkuste zvednout nějaké
sponky. Zkuste je sebrat také cívkou bez hřebíků.
Vraťte hřebíky zpátky dovnitř cívky a odpojte jeden kontakt od
baterie.
- 79 -
Třetí den
Připomenutí pokusu 8EM2.
První část. Když spojíte baterii a žárovku, železné piliny na papíře
se pohnou a zformují do vzorců podobných soustředných prstenců;
nejsou seřazeny kolmo k drátu. Malé kompasy pracují stejně jako
železné piliny.
Druhá část. Kompas se postaví kolmo k rovině cívky.
Třetí část. Hřebíky se postaví ve stejném směru jako střelka
kompasu a jsou rozloženy symetricky v cívce (tj. vycentrovaný
s ohledem k oběma osám cívky a vzájemným vzdálenostem
hřebíků.)
Je zde srovnáno mnohem více závitů vinutí cívky a ty vytváří
mnohem silnější účinek. (Všeobecně, více vinutí produkuje silnější
účinek.) Také s hřebíky uvnitř cívky je účinek silnější než bez nich.
Tyto jevy odhalují, že prostor kolem elektrického obvodu s
procházejícím proudem je rozdílný od běžného prostoru: Železné
materiály se pohybují v prostoru bez toho, aby na ně jiné předměty
tlačily nebo je táhly. Takový prostor se nazývá magnetické pole. Jev,
ve kterém se v přítomnosti elektrického obvodu objevuje magnetické
pole, se nazývá elektromagnetismem.
Pokus 8EM3. Elektromagnety a elektrické zvonky
První část. Spojte dvě
cívky dokola železným nebo
ocelovým jádrem ve tvaru U.
Jak je vidět na obrázku.
Zkuste, jak přitahuje hřebík,
ocelovou sponku nebo
ocelovou tyčku. Pro stejný
silnější účinek, můžete použít
rozkladný elektromagnet.
Druhá část. Demonstrace
elektrického zvonku. (Je vhodné zapojit zvonek na dřevěné základně
tak, aby žáci lépe viděli zapojení a ne jen „spleť drátů“.)
- 80 -
Čtvrtý den
Připomenutí pokusu 8EW3.
Část první. Zaznamenej přesně uspořádání, ve kterém konce
účka (podkovy-jádra) z oceli či železa mají největší magnetický
účinek.
Druhá část. Popište jak zvonek pracuje: Když sepneme obvod,
prochází cívkou proud, a vzniká elektromagnet, který přitáhne
kladívko. Jak je kladívko přitaženo k elektromagnetu, udeří do zvonku
a elektrické kontakty jsou odtlačeny stranou a přeruší se elektrický
obvod. Když je obvod přerušen, přestává cívka pracovat jako
elektromagnet a také kladívko už není přitahováno a vrací se na zpět
do normální pozice. Jenže tím se elektrické kontakty zase spojí a
začne procházet obvodem proud. Cyklus se opakuje tak dlouho,
dokud je spínač sepnut. Studenti by měli nakreslit schéma zapojení
pro obě fáze (prochází a neprochází proud).
Pokus 8EM4. Stejnosměrný elektromotor
První část: Stejné uspořádání aparatury jako při pokusu 8EM1,
ale bez připojení ke kontaktům autobaterie. Do každé ruky vezměme
jeden konec obvodu a střídavě je přikládejte ke kontaktům
autobaterie tak, že najednou jde levá ruka na levý kontakt(-) a pravá
ruka na pravý kontakt (+) a potom obráceně levá
na pravý kontakt (+) a pravá na levý (-).
Způsobíte tím, že střelka začne kmitat tam a
zpět. A při přikládání ve správném rytmu
dokonce střelku roztočíte a to je náš cíl.
Druhá část: Opatřete si a zapojte
stejnosměrný demonstrační elektromotor.
Takový, u kterého se používají permanentní
magnety (St. Louis motor viz obr.). Připojte jej
k 6 V baterii a pozorujte. Pootočte kartáčky na
komutátor, demonstrujte, jak závisí rychlost
motoru na pozici kartáčků vůči komutátoru.
- 81 -
Pátý den
Připomenutí pokusu 8EM4
Co bylo třeba k tomu, aby se střelka roztočila? (odpověď:
Rytmická změna směru proudu ve vodiči. Protože změna směru
elektrického proudu vyvolává pohyb střelky a pohyb střelky zase
prozrazuje změnu či „pohyb“ magnetického pole. Můžeme z toho
usuzovat, že změnou směru elektrického proudu se i mění
magnetické pole. Kmitání dopředu a zpět znamená, že i magnetické
pole se obrací. Otáčení střelky je vyvoláno tak, že v okamžiku, kdy by
střelka dosáhla požadované polohy je pole právě změněno v opačné.
Co pracuje v motoru jako přepínač? (Odpověď: Elektrické kontakty
jsou přímo na hřídeli motoru. Kartáčky elektrických vodičů
připojených na baterii tvoří elektrické spojení s otáčivými kontakty
motoru. Kontaktům z vodičů připojených na baterii se říká kartáčky.
Popište, že jsou tu dvě pozice na ose motoru rozdělené nevodivým
materiálem. Kartáčky na těchto pozicích fungují stejně jako ruční
přepínání. Zařízení na ose motoru, zahrnující kartáčky a rotující
kontakty, se nazývá komutátor. Když se kartáčky přesunou z jednoho
rotujícího kontaktu na druhý, směr elektrického proudu je přepnut.
Tady se nepřepíná na baterii, ale na hřídeli motoru. Studenti se
potřebují podívat na motor zblízka a rukou s ním zatočit a vidět vše
na vlastní oči. Tímto přepínáním se také mění i magnetické pole.
Rotující cívka se svým magnetickým polem(nazýváme ji kotva) se
pohybuje v magnetickém poli permanentních magnetů podobným
způsobem jako se pohybuje střelka kompasu v magnetickém poli
v první části pokusu 8EM4. U kompasu se otáčí permanentní magnet
v magnetickém poli cívky, zatímco v motoru se magnetické pole cívky
otáčí v magnetickém poli permanentních magnetů.
Pokus 8EM5. Studenti staví motor
Skvělým zakončením fyzikálního vzdělání na základní škole je
pro studenty (individuální či skupinová) stavba jejich vlastních
elektromotorů. Velmi dobrá stavebnice pro tento účel je dostupná
v Association of waldorf Schools of North America(AWSNA) Tato
stavebnice se skládá z jednotlivých materiálů jako jsou drát, hřebíky,
dřevěné základny. S použitím obvyklých nástrojů, takových jako je
křížový šroubovák, ohýbací kleště s kulatými a půlkulatými čelistmi,
brusný papír, pájka a štípačky, studenti udělají motor sami. (Jen
kontakty komutátoru jsou předem vyrobené.) Takový motor potřebuje
spíš elektromagnet než pole permanentního magnetu. Naplánujte si
několik odpoledních hodin pro dokončení motoru.
- 82 -
Příloha1 Měrný odpor látek
Příloha Měrný odpor
Pro měrný odpor kovů v intervalu teplot ±100 °C od pokojové teploty
platí:
ρ = ρ0(1+αt)
ρ - měrný odpor [µΩcm]
α - teplotní koeficient odporu
[K-1]
t - teplota [°C]
Tabulka uvádí měrný odpor při 20 °C (průměr)
Materiál
Složení
ρ
[µΩcm]
α [K-1]
Použití
Cín
Sn
11,5
0,0042
Pájka
Hliník
Al
2,828
0,0049
Vedení a instalace
0,000 06
Vynutí pecí do 1300 °C
72 % Fe, 20 %
Kantal A-1 Cr, 5 % Al, 3 % 145
Co
Konstantan
54 % Cu, 45 %
49
Ni, 1 % Mn
-0,000 03
Přesné odpory, reostaty
Manganin
86 % Cu, 2 %
Ni, 12 % Mn
48
0,000 01
Přesné odpory, bočníky
Mosaz
50 - 99 % Cu,
Zn
7,5
0,002 0,007
Konstrukční materiál
Nichrom
78 % Ni, 20 %
Cr, 2 % Mn
108
0,0002
Vyhřívací tělesa do 1200 °C
Nikelin
67 % Cu, 30 %
40
Ni, 3 % Mn
0,000 11
Reostaty, regulační odpory
Platina
Pt
10,9
0,0039
Elektrody, odporové
teploměry
Stříbro
Ag
1,629
0,003 81
Pojistkové slitiny, kontakty,
polovodiče
Tantal
Ta
15,5
0,003 82
Vysokoteplotní vakuové
pece
Uhlík
(grafit)
C
33 - 185
-0,006 až
0,0012
Opory, speciální vyhřívací
tělesa, elektrody odporových
pecí
Zlato
Au
2,35
Železo
Fe
9,8
Kontakty, elektronika
0,006
Konstrukční materiál,
uzemnění, bleskosvody
Měrný odpor je výrazně snížen příměsemi. Slitiny obvykle mají výrazně
vyšší měrný odpor než čisté kovy. Hodnota měrného odporu závisí nejen na
složení materiálu, ale také mechanickém a tepelném zpracování.
- 83 -
Příloha1 Měrný odpor látek
Hans Christian Oersted
Dánský fyzik, chemik, filozof Hans Christian Oersted se narodil 14. srpna
1777 v rodině lékárníka v obci Rudköbing na ostrově Langeland v Dánsku.
Studoval na univerzitě v Kodani. Ve 22 letech (1799) získal doktorát. Od roku
1806 profesor fyziky a chemie na univerzitě v Kodani. Od roku 1815 do své smrti
působil Oersted jako tajemník Královské dánské akademie věd.
V roce 1813 po návratu z cest po Evropě se Oersted oženil s Birgitte Ballum.
Měli spolu 5 dcer a 3 syny.
Hans Christian Oersted položil základy systematického studia
elektromagnetizmu.
Elektrický proud a magnetka
V roce 1819 (některé prameny uvádí 1820) Oersted přišel na to,
že elektrický výboj může vychýlit magnetickou jehlu. Objevil pak také
vychylování magnetky elektrickým proudem a příslušné silové
působení magnetu na pohyblivou proudovou smyčku. Pochopil dosah
toho, co objevil, a dal tak impuls mnoha následovníkům (mj. Ampére).
Oerstedův experiment
Magnetka, která je umístěna u vodiče, se vlivem elektrického
proudu vychýlí. Tato výchylka je tím větší, čím větší je elektrický
proud. Velikost výchylky taky závisí na vzdálenosti magnetky
od vodiče.
V roce 1825 Oersted izoloval hliník.
str.2
pohár z ledu máte dát do ring stand neboli stojanu
tohoto typu ( viz obr.)
- 84 -