Metodický portál RVP.CZ prochází změnami. Více informací zde.
logo RVP.CZ
Přihlásit se
Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání

Zobrazit na úvodní stránce článků

Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání > Zákon zachování energie netradičně

Zákon zachování energie netradičně

Praktický příspěvek
inspirace
uč.hodina
Zákon zachování energie patří mezi velmi důležité zákony, a proto je jeho plné pochopení žádoucí. Na základě jednoduchého experimentu lze vyvolat se studenty diskusi, která přispěje k ujasnění tohoto zákona.

Zákon zachování energie patří snad k nejdůležitějším fyzikálním zákonům. Na jeho přesném pochopení pak závisí pochopení řady jevů a dějů v dalších částech fyziky (kmitání tělesa na pružině, matematické kyvadlo, urychlování elektronů v televizní obrazovce, základy speciální teorie relativity, ...). Ačkoliv v uvedených příkladech vystupují různé druhy energie (mechanická, energie elektrického pole, ...), základní pochopení tohoto důležitého zákona lze žákům přiblížit na mechanických energiích. Navíc při výkladu mechaniky lze s žáky diskutovat i o rozdílu zákona zachování energie a zákona zachování mechanické energie.

Pomůcky a základní provedení experimentu

K experimentu budeme potřebovat běžné pomůcky, které lze najít nejen v kabinetě fyziky, ale i v domácnosti. Stačí dvoulitrová PET láhev naplněná vodou, asi 3 - 4 m pevnějšího provázku, židle a vhodné místo závěsu láhve. Místo závěsu provázku s PET láhví by mělo být na takovém místě, aby bylo v okolí místo pro postavení židle a láhev se mohla bez nárazu do okolních předmětů kývat v námi určené svislé rovině. K PET láhvi přivážeme pevnější provázek (viz obr. 1), láhev naplníme vodou a připevníme např. k rámu dveří (viz obr. 2). Místo závěsu musí být dostatečně pevné, aby nedošlo během experimentu ke zbytečnému poranění.

Obr
1. Obr

Obr
2. Obr

Aniž bychom specifikovali účel, vyzveme žáky, aby ve svých řadách našli dobrovolníka. Ten si vezme židli a umístí ji nedaleko místa závěsu láhve tak, aby se při napnutém vychýleném provázku PET láhev na něm zavěšená dotýkala žákovy brady (viz obr. 3). Stoupneme si za žáka, láhev vychýlíme až k jeho bradě, žáka vyzveme, aby se vůbec nehýbal, a láhev pustíme. Láhev projde rovnovážnou polohou, vychýlí se na opačnou stranu od žáka a vrací se k žákovi (viz obr. 4). Sledujeme přitom žáka - dáme pozor zejména na to, aby se nepředklonil!

Obr

3. Obr

Obr

4. Obr

Vysvětlení experimentu

Po předvedení experimentu se zeptáme všech žáků, zda mohla láhev dobrovolníkovi při návratu k jeho bradě ublížit. Žáci většinou správně odpovídají, že nemohla. Pokračujeme tedy v pokládání otázek dál a zvažujeme možnost, že bychom měli celý experiment připravený ve vakuu. Zde už odpovědi většinou jednoznačné nejsou.

Řada žáků má totiž tu představu (a nepodařilo se mi zatím zjistit proč), že vakuum je jen jiné označení pro stav beztíže. Takže automaticky dedukují, že ve stavu beztíže se láhev bude pohybovat zcela jinak, než při právě provedeném experimentu. Když upozorníme na rozpor vakuum versus stav beztíže, uvědomí si většina žáků, že ani ve vakuu by láhev neublížila. Pochopitelně každou jejich úvahu chceme zdůvodňovat - proč si to myslí, co je k jejich názoru vedlo a jak by se dalo jejich tvrzení případně dokázat. Nakonec si všichni uvědomí platnost zákona zachování (mechanické) energie: Vracející se láhev by nemohla dobrovolníkovi ublížit ani ve vakuu, neboť při návratu k jeho tváři bude mít stejnou velikost rychlosti jako na počátku experimentu - tedy nulovou. V případě experimentování ve třídě láhev k tváři zpět ani nedoletí.

Na závěr můžeme žáky vyzvat, aby vymysleli modifikaci experimentu, při níž by ztráta energie pohybující se láhve byla patrnější (tj. láhev by se zastavila prokazatelně dříve, než dorazí ke tváři dobrovolníka). Po předchozím rozboru většinou velmi rychle přijdou na to, že stačí nechat láhev zhoupnout vícekrát. Na delší dráze, kterou láhev urazí, se výrazněji uplatní odporová síla vzduchu. A na překonání této síly láhev spotřebuje část své energie, kterou jsme jí dodali na počátku experimentu zvednutím z její rovnovážné polohy na závěsu.

Přínos experimentu

Právě popsaný experiment zařazuji pravidelně do výuky fyziky při probírání mechanické energie a zákona zachování energie (resp. mechanické energie) a mám s ním velmi dobré zkušenosti. Nejen z důvodu rychlé přípravy (pokud někdo omylem připravenou pomůcku „rozbije"), ale zejména z tvůrčí atmosféry ve třídě. Pokud jsou hodiny fyziky dělené na poloviny, je vhodné experiment zařadit při těchto hodinách; experiment si mohou vyzkoušet všichni žáci, kteří mají o jeho vyzkoušení zájem.

Žáky experiment většinou „probudí" - ve třídě se děje něco zajímavého, přemísťuje se nábytek i žáci, zdá se, že dobrovolník bude zraněn... Diskuse ohledně experimentu bývá velmi plodná a občas dokonce i bouřlivá, když se žáci snaží o „své pravdě" přesvědčit spolužáky. Nechávám jim prostor a většinou sami přijdou (resp. spolužáci je navedou) na svůj omyl nebo nepřesnost, které se při popisu experimentu dopustili.

Při dodržení základních bezpečnostních pravidel nemůže PET láhev dobrovolníka zranit. V případě zájmu žáků lze láhvi ve výchozí poloze udělit nepatrnou rychlost ve směru pohybu - láhev pak při svém návratu narazí do tváře žáka. Náraz ale (vzhledem k materiálu láhve a jejímu obsahu) není nebezpečný. Na druhou stranu je tento experiment velmi „nepříjemný" (jak z vlastní zkušenosti, tak z reakcí žáků). Není příjemný pohled na těžkou láhev, která se vám řítí na obličej, a to i přes to, že víte, že vám nemůže ublížit.

V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
Napište nám
Celkové hodnocení článku
Přidat komentář Citovat článek