Kulinářská fyzika

Pokusy s jednoduchými pomůckami
Renata Holubová
Katedra experimentální fyziky, Přírodovědecká fakulta UP
Nejedná se o klasickou přednášku, ale spíše o interaktivní workshop, kde se žáci aktivně
zúčastní experimentální činnosti. Pokusy navazují na základní problematiku výuky fyziky
zejména z oblasti mechaniky, termiky, termodynamiky, optiky, akustiky.
1. Pokusy s PET lahvemi
Základními pomůckami pro všechny experimenty jsou PET láhve různých tvarů a velikostí.
Jejich pomocí ukážeme vznik proudění vzduchu – Bernoulliho rovnici, vznik vírů. Můžeme si ale
také změřit kapacitu plic, ukázat, jak pracuje „trkač“ používaný např. při zavlažování zahrad.
Vybrané pokusy:
Zhasněte svíčku
Destrukce PET lahví
Tepelná rozpínavost vzduchu
Tornádo v láhvi
Pumpa
Polymer má paměť
Kolotoč – Segnerovo kolo
Ověření Pascalova zákona
Objem plic
Vzduchové víry
Větrník
Pokusy s plechovkami
Plechovky různých tvarů a velikostí využijeme k důkazu existence atmosférického tlaku,
proudění vzduchu, aerodynamického paradoxa, atd. Z plechovky lze vyrobit káču nebo
jednoduchý parníček. Plechovky jsou vhodné pro pokusy z elektrostatiky a optiky.
Lodička
Maxwellovo kyvadlo
Zahrejte si - vodní terč
Pomůcky: velká zavařovací sklenice (5 l), voda, malá plechovka,
mince
Postup: Do sklenice nalijeme vodu a na dno ponoříme plechovku.
Vezmeme si vhodný počet mincí. Postupně je vhazujeme do
sklenice. Snažíme se trefit do plechovky. Vyhrává ten, kdo umístí
nejvíce mincí do plechovky.
Válcové zrcadlo
Princip činnosti válcového zrcadla je možné prozkoumat s
využitím malé plechovky, celofánu, lepidla a papíru. Celofán
nalepíme na plechovku, a to lesklou stranou ven, neboť ta bude sloužit jako zrcadlící plocha.
Zkoumáme, jak zobrazuje toto plechovkové zrcadlo. Dále můžeme kreslit obrázky a zkoumat,
jak se zobrazí v zrcadle.
Pokusy s papírem
Papír je jedna z látek, o jejíž existenci a přítomnosti nepřemýšlíme. Jak by však náš život
vypadal bez papíru? Asi bychom řadu věcí postrádali – diáře, sešity, knihy, časopisy, kartony,
obaly, toaletní papír atd. Mnoho látek plní stejnou úlohu jako papír, ale uvědomte si jedinečnost
a mnohotvárnost vlastností papíru – měkký papírový kapesník x tvrdý karton, papír vydává
zvuky (např. šustí), je recyklovatelný – lze jej znovu použít. Přesto, že bylo vynalezeno mnoho
jiných látek, papír jsme zatím nedokázali nahradit.
Papír ovlivnil komunikaci, obalovou techniku (prodej v samoobsluhách), koncem 19. století stál
u zrodu fotografie. S rozvojem počítačové techniky byly vyvinuty nové druhy papíru – do
tiskáren, kopírek atd. A nejen to – papír je nositelem informačního a kulturního dědictví lidstva.
Použití papíru má svou bohatou historii a papír je i materiálem budoucnosti.
Výroba papíru je založena na receptu, který je starý více než 2000 let. Rostlinná vlákna se
máčejí ve vodě, při schnutí se vytvářejí vodíkové můstky, které dávají papíru potřebnou
pevnost.
Uveďme nejdůležitější historická data: roku 105 čínský úředník Tsai Lun referuje svému císaři
Ho Ti o výrobě papíru. Roku 751 čínští váleční zajatci prozradili tajemství výroby papíru
Evropanům. V roce 1144 vzniká první papírový mlýn ve Španělsku.
Roku 1445 je vynalezen knihtisk (Gutenberg). V roce 1799 patentuje Francouz Nicolas Luis
Robert první stroj na výrobu papíru. Od roku 1843 se datuje využití dřeva při výrobě papírů a
velký rozvoj papírenského průmyslu. V roce 1871 se v USA používá toaletní papír ve tvaru rolí.
V roce 1906 byla v San Francisku vyrobena první papírová krabice na mléko.
1. Kolik papíru získáme z jednoho stromu?
2
Vzrostlý strom má výšku asi 18 m a průměr 0.3 m. Výpočtem zjistíme ( V  πr h ):
V = 3,14 x (0,15 m)2 x 18 m = 1,3 m3.
Hmotnost stromu určíme nepřímo: Zvážíme např. kus stavebního dřeva o rozměru 5 cm x 1 m,
hmotnost je m = 4,5 kg. Tento kousek obsahuje 0,008 m 3 dřeva. Pomocí tohoto údaje snadno
zjistíme, že hmotnost celého stromu je asi 730 kg. Při průmyslovém zpracování je dřevo drceno
na kaši, používán je dřevěný odpad, jehož výtěžek je asi 50%. Zbytek tvoří suky, lignin atd.,
které jsou pro výrobu papíru nepoužitelné. Tzn., že náš strom obsahuje asi 365 kg dřeva
použitelného pro výrobu papíru.
Kolik to bude archů A4?
Koupíme-li balík papíru do kopírky, je na obalu údaj 80 gsm. Tzn., že hmotnost papíru je 80 g
na 1 m2. Balík obsahuje 500 listů a jeho hmotnost je asi 2,5 kg. Tím máme z jednoho stromu
365:2,5 = 150 balíků papíru po 500 listech formátu A4, celkem tedy asi 75 000 listů papíru
formátu A4. Jsou-li u formátu A4 rozměry 21 cm x 29,7 cm, potom plocha jednoho listu papíru je
624 cm2, odtud zjistíme, že ve 150 balících papíru je 4 562,5 m 2 papíru.
Během experimentů s papírem můžeme zkoumat:




hořlavost papíru – za jak dlouho shoří filtrační papír, novinový papír, karton, balící papír,
recyklovaný papír (experiment provedeme na nehořlavé podložce, pod dozorem dospělé
osoby)
pevnost papíru – jakou hmotnost udrží list papíru (použijeme rovný list a srovnáme
s papírem složeným do „harmoniky“)
hrát si s ruličkami od toaletního papíru (foukání mezi dvě ležící ruličky, nosnost ruliček,
pohyb po nakloněné rovině atd.)
odhadnout spotřebu energie při výrobě papíru – výroba 1 kg papíru potřebuje energii 3
kWh. Spotřeba papíru na 1 obyvatele za rok je asi 200 kg (včetně obalových materiálů
v obchodní síti). Kolik energie je potřeba na výrobu papíru, které ročně spotřebují
obyvatelé České republiky?



pozorovat vliv světla na papír – vystavte list papíru intenzivnímu slunečnímu světlu,
jednu jeho polovinu zakryjte. Porovnejte obě poloviny. Pokus proveďte pro různé druhy
papíru.
zkoumat rozpustnost papíru ve vodě x savost různých druhů papíru
vyrábět hračky z papíru ve fyzice – letadlo, vlaštovka, hádek, lodička, pohár
Květ kvetoucí i v zimě
Papírový hádek
Provázkový telefon
Silnější než voda
Doporučená literatura k problematice:
Holubová, R.: Pokusy s jednoduchými pomůckami. Repronis 2012.
Wilke, H. J.: Überraschende Experimente mit Kunststofflaschen. MNU 2000.
Bdinková, V.: http://www.fyzikahrou.cz/, Veletrh nápadů učitelů fyziky – sborníky 1-16.