Pozor! Jste na staveništi. Více informací zde.
logo RVP.CZ
Přihlásit se
Titulka > Modul články > Základní vzdělávání

Zobrazit na úvodní stránce článků

Titulka > Modul články > Základní vzdělávání > Vrtule jako námět pro praktické pracovní...

Vrtule jako námět pro praktické pracovní činnosti

Praktický příspěvek
inspirace
uč.hodina
Autor Václav Tvarůžka

Příspěvek popisuje vrtule jako strojní součást, která je potřebná v mnoha důležitých zařízeních, dopravních prostředcích, motorech, chladičích či ventilátorech apod. Tento námět je využitelný v praktických činnostech při výuce technických principů, rozeznávání různých druhů materiálů (dřeva, kovů, plastů), při určování základních vlastností materiálů (fyzikálních, technických a technologické zpracovatelnosti), při rozvoji praktických dovedností a výuce technologie ručního opracování materiálů. Pracovní postup realizace je dokumentován fotografiemi. Na tomto tématu lze demonstrovat fyzikální princip využití rozkladu sil v technické praxi a běžném životě. Vrtule umožňuje přeměňovat energii rotačního pohybu na tah, nebo naopak tah na rotační pohyb. Při rotaci vrtule ve vzduchu působí na každou část vrtule aerodynamická síla, podobně jako na křídle letadla. Vrtule se skládá z osy, na níž je připevněna "hlavice" s vrtulovými listy. Je používána pro pohon letadel, vzducholodí a některých jiných strojů nebo naopak pro zužitkování větrné energie.

Existují dvě teorie o funkci vrtule:

  1. Vrtule koná šroubový pohyb a zařezává se do prostředí.
  2. Vrtule má určitý profil, na kterém vzniká vztlak, který vrtuli nasaje do prostředí.

Podle Bernouillovy rovnice klesá v rychlejším proudu vzduchu tlak - nad křídlem vzniká sání (podtlak), pod křídlem přetlak. Tento rozdíl - vztlak - se s rostoucí rychlostí zvětšuje a křídlo vrtule nadnáší. Vztlak a hmotnost jsou dvě z hlavních opačně orientovaných sil, které působí na letoun. Síly, které působí, jsou tah - dopředná síla, vytvářená otáčením vrtule pohonem (v klouzavém letu přitažlivostí zemskou) - a odpor, způsobovaný vzduchem, v němž se letadlo pohybuje.

Obr.

Vztlak je významně ovlivňován úhlem, pod nímž se křídlo setkává s okolním vzduchem, to je takzvaný úhel náběhu.

Vrtulový pohon, známý a používaný v dobách minulých, používá stále ještě mnoho letadel. Vrtule má několik listů, které podobně jako křídlo mají v průřezu aerodynamický profil. Na listu roztočené vrtule vzniká vztlak stejně jako na křídle. Vztlak působí stejně jako tah ve směru osy otáčení vrtule. Název vrtule má blízkou souvislost se slovem vrut, neboť letečtí průkopníci vycházeli z představy, že vrtule se zavrtává do vzduchu jako šroub do dřeva.

Tento námět je pro žáky výrazně motivační, neboť se jedná o hračku, se kterou je možno experimentovat a hrát si. Vrtule, dle mých zkušeností, se dá velmi dobře uplatnit při hrách a soutěžích v tělesné výchově. Soutěže v dosažení nejvyšší výšky, měření doletu na cíl, překonání sítě apod.

Vrtuli můžeme zhotovit ze dřeva, lepenky, plastu a plechu. Na následujících fotografiích jsou dokumentovány některé ověřené varianty tohoto tématu. Na dalších ilustračních fotografiích je dokumentován postup ohýbání lopatek vrtulky z CD. Tento námět lze využít při objasňování technických principů a učitel má možnost tuto problematiku rozvinout do oblasti výuky materiálů a technologií, taktéž integrace učiva fyziky a chemie do praktického života. Disk CD je vyroben z polykarbonátu a je potažen hliníkovou folií pro zapisování dat. Polykarbonát lze tepelně tvářet.

Polykarbonát

Polykarbonát je plast, který je pro své mimořádné vlastnosti používán téměř ve všech oborech lidské činnosti. Materiál je vysoce rázově houževnatý s velmi dobrými optickými vlastnostmi a velmi příznivými požárními charakteristikami. Mechanické a fyzikální vlastnosti jsou stabilní v širokém teplotním rozmezí od -40 °C do +120 °C. K tepelnému tváření tedy dochází v běžně dosažitelných teplotních podmínkách, tedy nad 120 °C. Tento materiál se vyznačuje vysokou odolností proti "stárnutí" vlivem klimatických podmínek. Ochrana proti UV zajišťuje také zachování optických vlastností i při intenzivním UV záření a pomáhá zachovávat vysokou tuhost, únosnost a rázovou odolnost. Nezanedbatelnou výhodou polykarbonátu je i nízká hmotnost. Použití materiálu je v dnešní době velice široké - stavebnictví, hudební průmysl, interiérové doplňky, automobilový průmysl, strojírenský průmysl atd.

Pro praktickou realizaci námětu lze použít standardní disk ve tvaru kotouče o průměru 12 cm, méně často o průměru 8 cm. K tepelnému tváření polykarbonátu je ideální elektrická horkovzdušná opalovací pistole nebo elektrický plotýnkový vařič. Je však nutné zabezpečit důkladné poučení o bezpečnosti a zajistit protipožární opatření.

VRTULE Z CD DISKU

Možné formulace problémového úkolu

Jakým způsobem můžeme tvářet plasty? Které nářadí se používá při opracovávání plastů? Jak rozdělit kružnici na osm stejných dílů?

Cíl

Naučit žáky rozeznávat různé druhy nekovových materiálů, plastů, měření a rýsování, jednoduché řezání, pilování a broušení a tepelné zpracování plastu.

Materiál:
Polykarbonátový, použitý, k likvidaci určený CD disk.

Nástroje:
Rýsovací jehla, pravítko, kombinované kleště, pilka, horkovzdušná pistole, lepidlo na plasty či tavná pistole.

Pracovní postup

Obr.
1.

Měření a orýsování, dělení kruhu; rýsovat lze tužkou, zvýrazňovat lihovým fixem.

Obr.
2.

Řezání lze provádět pilkou s jemnými zuby, v tomto případě pilkou na kov.

Obr.
3.

Takto vypadají nařezané segmenty CD disku.

obr
4.

Nad horkovzdušnou pistolí, či kahanem, pouze teplem (nikoli plamenem) kleštěmi ohýbáme listy vrtule. Střed disku uchytíme šroubem a maticí s podložkami. Při ohýbání listů vrtule používáme kombinované kleště.

Obr.
5.

Z plastu vyrobíme kolečko se středovým otvorem.

Obr.
6.

Otvor v disku přelepíme kolečkem z pastu lepidlem, či tavnou pistolí.

AUTOROTAČNÍ DŘEVĚNÁ VRTULE

Možné formulace problémového úkolu

Jaký je technologický postup zhotovení vrtulky? Jaké nářadí použijeme? Bude mít délka hřídele vrtulky vliv na letové vlastnosti? Proč nám vrtulka letí vzhůru?

Cíl

Naučit žáky rozeznávat různé dřeviny, rozeznat druhy pilníků, pilek a specifikovat jejich vlastnosti a použití. Volba povrchové úpravy, měření a rýsování, jednoduché řezání, pilování.

Materiál:
Smrkový hranolek například rozměru 18 x 6 x 170 mm a smrková špejle se čtvercovým průřezem 6 x 6 mm a délky 170 mm. (špejle 6 x 6 je možno nahradit kupovanou kulatinou).

Nástroje:
Pilka s jemnými zuby, vrták, ruční vrtačka, rašple, pilník, lepidlo, pravítko, úhelník.

Tento námět je žákům znám především jako reklamní předmět z plastu. Nicméně ověřil jsem si, že tento námět lze s žáky realizovat také ze dřeva. Výroba této autorotační vrtulky je poměrně snadná a nenáročná na materiál. K její výrobě používám smrkové dřevo. Hranolky rozměru 18 x 6 x 170 mm a špejle 6 x 6 mm se poměrně snadno vyřežou na kotoučové pile.

Obr.
7.

Pravítkem odměříme a pomocí úhelníku vyznačíme na dřevěný hranolek délku vrtulky a její střed; hranolek zkrátíme na požadovanou délku.

Obr.
8.

Nejprve rašplí, pak pilníkem vypilujeme zešikmené plochy listů vrtule. Začínáme pilovat od okrajů hranolku ke středu, přičemž hranolek upínáme do svěráku opatrně.

Obr.
9.

Do středu vrtule vyvrtáme otvor průměru 5 mm k zasunutí špejle.

Obr.
10.

Špejli zkrátíme na požadovanou délku, jeden její konec upravíme pro otvor ve vrtulce a špejli do otvoru vsadíme.

Obr.
11.

Takto vypadá hotová vrtule. Vrtuli sevřeme mezi dlaně a posuvným pohybem dlaní uvedeme vrtulku do rotace.

V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
Napište nám