Odborný článek

Princip klenby

10. 4. 2008 Gymnaziální vzdělávání
Autor
Mgr. Jaroslav Reichl

Anotace

Nedílnou součástí řady staveb je jasně viditelná klenba, jejíž fyzikální princip lze žákům velmi názorně přiblížit.

Znalosti a vědomosti získané v hodinách fyziky by měli být žáci schopni uplatňovat i v dalších předmětech a zejména v praktickém životě. Při vývoji fyziky jako vědní disciplíny (zhruba ve 13. - 14. století) začali učenci teoreticky zdůvodňovat postupy a metody, které lidstvo vyvinulo metodou „pokus - omyl". Jedním z principů, který do této kategorie patří, je i princip klenby. S klenbou se setkáváme u staveb. Zejména u chrámů, kostelů, mostních oblouků a dalších velkých staveb je klenba jasně vidět. Fyzikální podstatu tohoto důležitého stavebního prvku lze přitom velmi jednoduše přiblížit i žákům.

obrÃĄzek
1. obrázek

K experimentu budeme potřebovat dvě plechovky (např. konzervy od krmiva pro psy) nebo několik knížek jako stativ, list papíru formátu A4 a závaží o hmotnosti 100 g (toto závaží má dostatečnou hmotnost, aby byl efekt klenby výrazně vidět, ale přitom ho papír udrží). Kvůli ochraně stolu, na kterém budeme experiment provádět, je vhodné si připravit i nějaký hadr (starší ručník apod.).

Vlastní experiment provedeme ve dvou krocích. Nejprve postavíme na stůl plechovky nebo knihy do takové vzdálenosti, aby mezi ně bylo možné položit papír formátu A4. Aby nedošlo k poškození stolu, dáme pod papír hadr. Na papír položený mezi plechovkami opatrně pokládáme závaží. Jakmile závaží pustíme, spadne i s papírem na stůl (resp. na hadr). Pokud nejsou plechovky příliš vysoké (a závaží tedy nepadá z příliš velké výšky) a nehrozí poškození stolu, hadr nepoužíváme. Experiment tak bude mít i zvukový doprovod, který je v tomto případě z didaktických důvodů vhodný - žáci si uvědomí, že se stala nehoda!

Ve druhém kroku papír nejprve naskládáme do tzv. harmoniky - střídavě přehýbáme na papíru z jedné a z druhé strany proužky šířky zhruba 1 cm. Takto složený papír položíme na plechovky či knihy a na něj opatrně postavíme závaží. Dáváme pozor, abychom závaží postavili na dva sousední „hřbety harmoniky", tak zajistíme jeho stabilní polohu. Když závaží pustíme, zůstane na složeném papíru stát. Experiment lze předvést frontálně, ale též ho mohou (vzhledem k použitým pomůckám) studenti provést samostatně.

obrÃĄzek
2. obrázek

Vysvětlení experimentu vyplývá z rozkladu tíhové síly závaží na „hřbetu harmoniky". Tíhová síla FG se rozkládá na dvě složky F1 a F2, které leží v rovinách tvořících „hřbet harmoniky" (na obr. 3 leží tyto síly v úsečkách, které jsou průmětem rovin tvořících „hřbet harmoniky"). Na papír tak působí tlakové síly F1 a F2, které mají menší hodnotu než je velikost tíhové síly FG. Navíc síly F1 a F2 působí na menší plochu ve srovnání s tím, na jakou plochu působí síla FG v prvním experimentu. V prvním experimentu se závaží dotýká papíru celou svou plochou, ve druhém pouze „hřbetu harmoniky". Proto papír závaží v tomto případě udrží. Analogicky se rozkládá tíhová síla stavby, mostu apod. v klenbách v praxi. Síly F1 a F2 tak klenbu vlastně zpevní.

obrÃĄzek
3. obrázek

Licence

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons BY-NC-ND.

Autor
Mgr. Jaroslav Reichl

Hodnocení od uživatelů

Článek nebyl prozatím komentován.

Váš komentář

Pro vložení komentáře je nutné se nejprve přihlásit.

Článek není zařazen do žádného seriálu.

Klíčové kompetence:

  • Gymnázium
  • Kompetence k řešení problémů
  • vytváří hypotézy, navrhuje postupné kroky, zvažuje využití různých postupů při řešení problému nebo ověřování hypotézy;
  • Gymnázium
  • Kompetence k učení
  • efektivně využívá různé strategie učení k získání a zpracování poznatků a informací, hledá a rozvíjí účinné postupy ve svém učení, reflektuje proces vlastního učení a myšlení

Průřezová témata:

  • Gymnaziální vzdělávání
  • Osobnostní a sociální výchova
  • Seberegulace, organizační dovednosti a efektivní řešení problémů

Mezioborove presahy:

Organizace řízení učební činnosti:

Frontální, Skupinová

Organizace prostorová:

Školní třída

Nutné pomůcky:

dvě plechovky, závaží, list papíru