Zobrazit na úvodní stránce článků

Na začátek článku

Ikona prakticky

Vznášedlo

Ikona inspiraceIkona hodina
Autor: Jaroslav Reichl
Anotace: S jednoduchou pomůckou, kterou si každý může vyrobit doma, lze demonstrovat základní princip „levitujících vlaků”, které se začínají v železniční dopravě uplatňovat (Japonsko, Francie). Fyzikální podstata je sice jiná, ale základní princip je stejný.
Podpora výuky jazyka:
Klíčové kompetence:
  1. Gymnázium » Kompetence k řešení problémů » rozpozná problém, objasní jeho podstatu, rozčlení ho na části
Očekávaný výstup:
  1. gymnaziální vzdělávání » Člověk a příroda » Fyzika » Pohyb těles a jejich vzájemné působení » užívá základní kinematické vztahy při řešení problémů a úloh o pohybech rovnoměrných a rovnoměrně zrychlených/zpomalených
Mezioborové přesahy a vazby: Nejsou přiřazeny žádné mezioborové přesahy.
Průřezová témata:
  1. Gymnaziální vzdělávání » Environmentální výchova » Člověk a životní prostředí
Organizace řízení učební činnosti: Frontální, Skupinová, Individuální
Organizace prostorová: Školní třída, Učebna v přírodě
Nutné pomůcky: CD, krabička od filmu, pouťový balonek, lepidlo.
Klíčová slova: podtlak, tlak vzduchu, proudění tekutin, rovnice spojitosti

Text článku:

V současné době se mluví o nových trendech ve vlakové dopravě – řada tratí v Japonsku i v některých státech Evropy využívá tzv. magnetickou levitaci. Vlak je nadnášen magnetickou silou a pohybuje se tak bez třecích sil. Zrealizovat pohyb bez přítomnosti třecích sil je ovšem při hodně fyziky (bez drahých učebních pomůcek) velmi obtížné. S jednoduše vyrobitelnou pomůckou to půjde a navíc částečně předvedeme i princip „levitujících vlaků” (fyzikální podstata je odlišná, ale základní princip je stejný).

Příprava pomůcky

Na výrobu pomůcky budeme potřebovat kompaktní disk, krabičku od filmu (lze se optat v prodejnách fototechniky nebo ve fotolabech, zda je nemají), pouťový balonek a lepidlo (viz obr. 1). Do víčka krabičky od filmu uděláme otvor o průměru zhruba 1 mm. Otvor lze vyvrtat nebo udělat nažhaveným hřebíkem – je ovšem nutné, aby na vnější straně víčka měl otvor hladké hrany. Do dna krabičky uděláme otvor větší – např. o průměru 1 cm. Nyní přilepíme víčko krabičky od filmu na střed CD z té strany, na které není potisk (strana CD s potiskem je hladká, zatímco ta bez potisku má ve středové části výstupek, který by zpomaloval pohyb budoucího vznášedla). Víčko přilepíme tak, aby se po zaschnutí lepidla na něj dala přiložit krabička od filmu a bylo možné jí normálně zavřít.

Potřebné pomůcky
Obr. 1 – potřebné pomůcky
Jaroslav Reichl © 2010

 

Na krabičku od filmu nyní navlékneme pouťový balonek (viz obr. 2). Náustek balonku má průměr sice menší než je vnější průměr krabičky, ale přesto je možné balonek na krabičku navléci. Díky poměrně velkým silám pružnosti materiálu balonku není nutné balonek nijak zajišťovat proti sklouznutí z krabičky.

Tím je pomůcka – model vznášedla – připravena k použití.

 

Hotová fyzikální pomůcka
Ob. 2 – hotová fyzikální pomůcka
Jaroslav Reichl © 2010

 

Provedení experimentu

Před vlastním experimentem je nutné balonek nafouknout. Může se zdát, že dále uvedený postup není nejlepší, ale funguje a z dalších možných způsobů, jak balonek nafouknout, je nejpraktičtější a nejrychlejší.

Model vznášedla přiložíme k ústům otvorem ve víčku krabičky od filmu a nafukujeme balonek. Pokud by tento způsob byl problematický, lze balonek nafouknout také tak, že otevřeme krabičku od filmu a foukáme do ní. Při nafukování balonku balonek na krabičce přidržujeme. Nafukovat balonek přímo není dobré proto, že se pak velmi těžko vrací zpět na krabičku od filmu.

Když je balonek dostatečně nafouknutý (viz obr. 3), přiložíme na otvor ve víčku krabičky prst a přeneseme model vznášedla nad vodorovnou hladkou desku stolu. Na desce nesmí být žádné nerovnosti či ubrus. Vznášedlo položíme na desku stolu a uvedeme jej do pohybu. Stačí působit i velmi malou silou. Vzhledem k tomu, že se vznášedlo pohybuje po desce bez tření, pohybuje se relativně rychle a urazí relativně dlouhou dráhu. Velikost počáteční rychlosti, kterou vznášedlu udělíme, je nutno volit obezřetně. Při velkých rychlostech se projeví odporová síla balonku a vznášedlo se nebude pohybovat stabilně – vlivem této odporové síly se rozkýve a jeho pohyb bude brzděn třecí silou působící mezi CD a deskou stolu. Tyto doprovodné jevy je ale možné rozebrat přímo se žáky.

Pomocí této pomůcky lze studovat pohyb rovnoměrný přímočarý (závislost uražené dráhy na čase, závislost celkové uražené dráhy na velikosti počáteční rychlosti), je možné demonstrovat proudění plynu, ukázat princip „levitace” vlaků, který se stále častěji uplatňuje v železniční dopravě, při opatrném nadzvedávání CD lze ukázat vznik podtlaku pod CD vzhledem k okolnímu tlaku vzduchu.

Pomůcka během experimentu
Obr. 3 – pomůcka během experimentu
Jaroslav Reichl © 2010

Vysvětlení experimentu

Po uvolnění otvoru ve víčku krabičky od filmu začne unikat z balonku vzduch. Vzhledem k malému otvoru, kterým vzduch uniká, proudí vzduch relativně velkou rychlostí – jak vyplývá z rovnice kontinuity. Je-li krabička od filmu na CD upevněna symetricky, je celé vznášedlo symetrické, a proto je nadnášeno unikajícím vzduchem rovnoměrně. Unikající vzduch tak vytvoří vzduchový polštář, na kterém se vznášedlo pohybuje – třecí síla mezi deskou stolu, po které se vznášedlo pohybuje, a CD je minimální.

S postupným únikem vzduchu z balonku klesá i velikost rychlosti, kterou vzduch vniká pod CD, a klesá tedy i velikost síly, kterou je CD nadlehčováno. Při určitém objemu balonku se tak již začnou projevovat třecí síly působící mezi CD a deskou stolu. Pohyb vznášedla začne být těmito silami brzděn, až se vznášedlo nakonec zastaví.

Vzduch unikající relativně velkou rychlostí z balonku pod CD má nižší tlak než je tlak okolního vzduchu. To vyplývá z kvalitativního závěru Bernoulliho rovnice; kvantitativně platí Bernoulliho rovnice probíraná ve střední škole pouze pro ideální kapaliny.

Anotované odkazy:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné anotované odkazy.
Přiřazené DUM:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné DUM.
Přiřazené aktivity:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné aktivity.
 
INFO
Publikován: 10. 08. 2010
Zobrazeno: 8889krát
Hodnocení příspěvku
Hodnocení týmu RVP:
Hodnocení článku : 3.16665

Hodnocení uživatelů:
Hodnocení článku :
Hodnotit články mohou pouze registrovaní uživatelé.

zatím nikdo Hodnocení článku : 5
zatím nikdo Hodnocení článku : 4
zatím nikdo Hodnocení článku : 3
zatím nikdo Hodnocení článku : 2
zatím nikdo Hodnocení článku : 1
Jak citovat tento materiál
REICHL, Jaroslav. Vznášedlo. Metodický portál: Články [online]. 10. 08. 2010, [cit. 2017-11-18]. Dostupný z WWW: <https://clanky.rvp.cz/clanek/c/G/9259/VZNASEDLO.html>. ISSN 1802-4785.
Doporučte materiál
Licence Licence Creative Commons

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons.


Komentáře
1.Autor: Recenzent1Vloženo: 10. 08. 2010 16:33
Velmi inspirativní článek, experimenty v něm uvedené určitě učitelé využijí především pro motivaci žáků k poznávání fyzikálních zákonitostí..
2.Autor: Recenzent2Vloženo: 10. 08. 2010 16:33
Experiment je poměrně známý, ale je užitečné napsat podrobný popis výroby vznášedla.