Metodický pokyn = učitel

 

 

Tematické zařazení experimentu

• speciální případ rovnoměrně zrychleného pohybu
• vrhy

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je, aby si žáci uvědomili, že volný pád je rovnoměrně zrychlený pohyb, přičemž konstantní silou působící na padající těleso je gravitační síla. Výstupem experimentu bude hodnota gravitačního zrychlení, kterou žáci vypočítají z vlastních experimentálních dat.
• Při experimentování by měly žáci rozvíjet své dovednosti pracovat s grafem a k němu odpovídajícími tabulkovými údaji.

Poznámky k realizaci experimentu

• Při realizaci experimentu budou žáci používat obyčejné školní pravítko, které si musí vhodně upravit. Na pravítko budou lepit stejně široké tmavé pásky ve stejných vzdálenostech. Žáků třeba upozornit, že musí být při této činnosti důslední, jinak výsledek experimentu nebude velmi přesný. Vzdálenost mezi jednotlivými pásky musí být minimálně 2 cm. Optimální je, pokud je tato vzdálenost větší. Šířka pásků může být rovněž 2 cm.
• Pro eliminaci možných chyb, které mohou ovlivnit výsledek experimentu, je nutné spustit pravítko ve velmi malé vzdálenosti od světelné brány tak, aby se nevychyľovalo do stran. Lepší výsledky můžeme dosáhnout i minimalizací vzdálenosti mezi světelným zdrojem a světelnou bránou.
• Výsledkem experimentu bude závislost osvětlení od času. (Světelná brána měří změnu osvětlení, v našem případě jde o snížení jeho hodnoty). V grafu budou zaznamenány časové intervaly mezi jednotlivými přechody vrcholů tmavých pásků světelným paprskem. Na začátku experimentu je nutné žákům objasnit pojem osvětlení, který ještě pravděpodobně neznají. Stačí jim ho jen přiblížit, protože důležité jsou pro ně zejména časové údaje, kdy nastalo snížení hodnoty osvětlení a ne fakt, že jde právě tuto veličinu.

Návod na zpracování dat

• Z grafu závislosti osvětlení od času a k němu příslušející tabulky údajů budeme získávat a dále zpracovávat údaje důležité pro výpočet gravitačního zrychlení následovaným způsobem (je možné používat jakýkoliv tabulkový procesor, např. MS Excel):
• Vyčítat z grafu nebo tabulky (dle možností) čas, kdy vrchol tmavého proužku protnul světelný paprsek, tj. hodnota osvětlení klesla na minimum, a zapsat údaj do nově vytvořené tabulky (tab. 1).

Tab. 1 Časové údaje získané z tabulky naměřených údajů

• Změřit vzdálenost mezi dvěma vrcholy pásků a zapsat na příslušné místo v nové tabulce (tab. 2). První sloupec tabulky obsahuje hodnoty vzdáleností mezi dvěma vrcholy pásků, ve druhém sloupci se nacházejí časové údaje, kdy daný pásek protnul světelný paprsek.

Tab. 2 Tabulka sloužící k vytvoření grafu závislosti vzdálenosti od času spolu s modelem pravítka.

 

.

Závěry z experimentu

• Při experimentování mají žáci šanci ověřit si fakt, že volně padající těleso koná rovnoměrně zrychlený pohyb. Důkazem toho je graf závislosti dráhy a rychlosti od času. Vztahy na výpočet rychlosti padajícího tělesa a dráhy, kterou prošlo za určitý čas, jsou uvedeny níže:
• Po skončení experimentu mají žáci k dispozici vlastní hodnotu gravitačního zrychlení, která by měla být shodná, resp. se alespoň přibližovat k tabulkové hodnotě g = 9,81 ms^-2.

Žákovské aktivity

• Experiment je vhodné použít na laboratorním měření, kde budou žáci pracovat v několika skupinách. Velmi důležité je, aby se do práce zapojili všichni členové skupiny a rozvíjely tak své schopnosti spolupracovat s ostatními členy týmu.
• Vhodné je ještě před realizací experimentu jednotlivými skupinami uskutečnit vzorové měření, ve kterém bude kladen důraz zejména na zpracování výsledků měření. Na způsob jak zpracovat naměřené údaje by měly žáci přijít sami s malým přispěním vyučujícího, který jen usměrňuje jejich rozumovou činnost.
• Pak budou měření realizovat členové jednotlivých skupin. Pokud máme k dispozici pouze jeden počítač s jednou sadou určenou pro měření, bude měření realizovat jedna skupina žáků. Ostatní skupiny budou zpracovávat svá data, resp. se budou připravovat na své měření, pokud jej ještě nerealizovaly.
• Na konci měření se vyhodnotí výsledky jednotlivých skupin.
• Měření můžeme realizovat jako soutěž, přičemž vyhrává skupina, jejíž hodnota gravitačního zrychlení je nejblíže k tabulkové hodnotě.
• Doplňující aktivitou k dané roli může být určení hodnoty gravitačního zrychlení pomocí písmene "g". Písmeno může být zhotoveny z kartonu nebo plechu. Postup experimentu, jakož i postup zpracování naměřených dat jsou totožné s výše uvedenými postupy. Údaje, které je možné získat popsaným způsobem jsou na obrázku (viz experimentální data).

Souvislost se životem, přírodou a praxí:

• Vraťte se do svého dětství a vzpomeňte si, jestli jste i vy někdy konaly kmitavý pohyb.
• Pokud jste na nic vhodné nepřišli, pomohu vám jen jedním slovem - houpačka.
• Kmitavý pohyb konáte i nyní, dokonce každý den. Máte nějaký nápad, kdy to asi může být? Představte si chůzi člověka. Koná nějaká část jeho těla kmitavý pohyb? Ruka, resp. noha může představovat kyvadlo s určitou délkou, které se pohybuje s jistou periodou.
• Navrhněte způsob jak vypočítat frekvenci s jakou kmitá ruka vašeho kamaráda během jeho chůze.