Elixír do škol - 2. setkání

Ve čtvrtek 13. 10. 2016 proběhlo v prostorách SPŠST Panská v Malé Štupartské druhé setkání projektu Elixír do škol ve školním roce 2016/2017. Projekt zaměřený na zkvalitnění výuky fyziky zejména na základních školách je podporován Nadací Depositum Bonum. Druhé setkání nového školního roku bylo věnováno netradičním fyzikálním úlohám.

V úvodu setkání jsem v rychlosti připomněl základní fakta o těchto seminářích, o možnostech půjčovat si pomůcky, …, protože naše řady rozšířil další kolega. Pak jsme se vrhli do našeho tématu.

„Dnes mám program připraven v prezentaci, protože tam jsou některé obrázky nebo animace, o kterých se budeme bavit. Zadání všech nejen zde probíraných úloh a jejich řešení pak najdete v textu, který jsem na to téma sepsal,“ oznamuji a ukazuji vytištěnou verzi sbírky úloh.

„Je mi jasné, že to, co mám v plánu, nestihneme, a budeme opět odbočovat, jak je naším zvykem,“ usmívám se. „Ale to nevadí - jinak by mě to ani nebavilo.“

„Tyto úlohy jsem sepsal na základě mé praxe. Tyto nebo podobné úlohy zadávám žákům proto, že se jedná o úlohy formulované mírně odlišně od těch ve sbírkách. Velmi často žáci totiž musejí v textu, obrázku, fotografii nebo videu úlohu objevit sami. A musejí pak přijít na to, co je pro řešení úlohy podstatné. Navíc řadu ve sbírce sepsaných úloh lze ověřit experimentem.“

Nyní můžeme začít první úlohou.

„Jaký údaj zobrazují měřicí přístroje na obrázku a jakou fyzikální veličinu vlastně daný přístroj měří?“ čtu zadání úlohy. Účastníci setkání se soustředí na tabuli nebo na monitor a počítají dílky na přístrojích zobrazených na fotografiích, převádějí jednotky z těch používaných v anglosaských zemích na ty používané v soustavě SI, diskutují nad tím, kdo má pravdu, … Zkrátka rozproudila se podnětná diskuse, jako na téměř každém setkání.

„To je fajn, ale mají analogová čidla ještě vůbec svůj význam?“ rozproudí další diskusi Edita Martoníková.

„Jsem přesvědčen, že mají. Jednak digitální nemusejí fungovat stále, dále jsou případy, kdy analogové čidlo je přesnější, než čidlo digitální. Mám zkušenost od lékařů - dávají přednost klasickému rtuťovému tonometru před tím digitálním. A určitě to známe i z aut, kde ve starších modelech jsou ručičkové tachometry či otáčkoměry a je tedy nutné je umět správně číst.“

„Já si to myslela, jen jsem chtěla argumenty pro své kolegy,“ usmívá se Edita.

Přecházíme k dalším úlohám, které jsou zaměřeny na pohyb po kružnici a skládání převodů. Při řešení těchto dvou úloh opět účastníci živě diskutují a sdělují si své nápady, jak úlohu řešili, i případné zkušenosti z vlastních hodin fyziky.

Úloha, v níž bylo nutné zakreslit síly působící na hračku ptáka v klidové poloze a při jeho pohybu po kružnici, vyvolala bouřlivou diskusi. Poměrně rychle jsme pak přešli k situaci kývajícího míčku zavěšeného na provázku. A opět jsme chtěli určit síly působící na míček v jeho různých polohách. A nemohli jsme nezmínit dva různé pohledy na situaci - z hlediska učebny, v níž experiment provádíme, a z hlediska blechy, která na míčku sedí. Tyto dva pohledy se obecně velmi pletou a nebylo tomu jinak ani zde. Když jsme završili řešení rozkreslením sil v obecné poloze, přišel dotaz od Martiny Kotibové:

„Tohle nám ale nikdy nikdo na Matfyzu nekreslil! Jak jsi na to přišel?“

„No jestli to nikdy nikdo nekreslil, tím si jist nejsem,“ přemýšlím. „Ale vymyslet to možné je - stačí si uvědomit, co která síla s tělesem provádí. Zda zakřivuje jeho trajektorii nebo se podílí na změně velikosti rychlosti.“

„No takhle je to jasné,“ souhlasí všichni, „ale vymyslet to od začátku, to je horší!“

Úloha zaměřená na zákon zachování energie a z něho následně vypočtenou mechanickou práci, byla rychlá. Nápad přišel rychle a dalších komentářů bylo méně. Úloha, v níž bylo cílem určit energeticky výhodnější způsob otevírání dveří, byla také poměrně rychle vyřešená.

Zádrhel nastal u úlohy, v níž bylo nutné vybrat způsob, jak posunovat vpřed bednu po podlaze nohou. Nejdříve vznikly mírné nejasnosti kolem zadání úlohy, posléze jsme diskutovali i různé možnosti řešení. Ale všichni se tvářili tak, že je řešení jasné a plně pochopeno.

Úloha, k níž jsem byl inspirován pravidelnými cestami do CERNu se žáky naší školy, zabrala více času. První problém byl v zadání - některým účastníkům nebylo nejdříve jasné, co zobrazují dvě fotografie. Na první bylo zobrazeno skladiště nedaleko švýcarského města Kölliken a na druhé detailní pohled na střechu skladiště, která je držena lanky zavěšenými na kovové konstrukci ukotvené mimo budovu. Když jsme si vyjasnili tohle, návodnými otázkami jsem přivedl účastníky setkání k tomu, co je uvnitř skladiště.

„Když tam jsou tedy nebezpečné chemikálie, budou chtít Švýcarské úřady co?“ ptám se.

„Zabránit tomu, aby se chemikálie dostaly ven,“ zazní od účastníků setkání.

„Prima. A tomu zabráníme fyzikálně jak?“ pokračuji ve vyptávání.

Několik nápadů je nepoužitelných, ale nakonec zazní ten správný tip: ve skladišti vytvoříme podtlak oproti atmosférickému tlaku. Tím bude zajištěno, že i při otevřených vratech skladiště budou chemikálie drženy uvnitř a neuniknou ven.

„Když vám prozradím plochu skladiště, můžeme už snadno spočítat minimální sílu, kterou musejí vydržet lanka držící střechu,“ dodávám.

V domnění, že další úloha bude snadná (už i proto, že jsme jí řešili při setkání věnovaném mechanice kapalin), jsem ji zadal: Jak se změní ukazatel váhy, na níž stojí nádoba s vodou, jestliže do nádoby ponoříme prst a ten se nedotýká dna?

Někteří účastníci si přišli vyzkoušet, co váha skutečně ukáže. A teď bylo otázkou, jaká je to síla, která dodatečně působí na váhu. A tady jsme se zdrželi až do konce setkání.

Úvahy o zvýšeném tlaku díky zvýšené hladině vody jsem snad zažehnal a vhodnými argumenty vysvětlil. Pak ale vyvstal další problém: jak se vlastně počítá velikost vztlakové síly a co vlastně říká Archimedův zákon.

„Bohužel tohle je varianta Archimedova zákona, která se mi nelíbí a která může žáky velmi mást,“ říkám poté, co Archimedův zákon téměř sborově účastníci ocitují. „Omlouvám se, že to kritizuji, ale myslím, že to je opravdu matoucí.“

„A jak tedy zní tvůj Archimedův zákon?“ ptá se Edita Martoníková.

A vyvstala trapná chvilka. Díky tomu, že jsem spojení o kapalině tělesem vytlačené opakoval asi třikrát, nebyl jsem aktuálně schopen formulovat tu lepší variantu zákona.

„Já ho fakt zpaměti citovat neumím,“ přiznávám. „Žákům ho diktuji z papíru - já ho umím vysvětlit a chápu, jak funguje. Omlouvám se.“

„V pohodě, to je jasné, to je případ i můj,“ hlásí Soňa Bednářová a já mezitím chystám desky, kde mám znění zákona napsané.

„Moje znění Archimédova zákona je toto: Těleso ponořené do tekutiny je nadlehčováno vztlakovou silou, jejíž velikost se rovná tíze kapaliny stejného objemu, jako je objem ponořené části tělesa.

Líbí se mi na tom, že tam není nic o kapalině vytlačené tělesem, ale o objemu ponořené části tělesa. Proto může ledoborec plavat, přesně řečeno plovat, klidně ve vaně, má-li vana správný tvar,“ uzavírám a kreslím příslušný obrázek na tabuli.

„Jo, to je ono,“ usmívá se Soňa Bednářová. „Nezapomenu do smrti, jak nám docent Rojko kreslil na MFF UK krychli v nádobě,“ dodává a jde příslušnou situaci nakreslit na tabuli. „Do nádoby ve tvaru krychle nalijeme velmi málo vody - několik centimetrů u dna. A do této nádoby pak ponoříme krychli, která má je o málo menší objem, než je objem nádoby. A přesto plave!“

„To by chtělo udělat jedno setkání jen na téma Archimedův zákon,“ povzdechne si někdo. Inu proč ne - příští školní rok můžeme takové setkání zrealizovat.

Pohled na hodinky říká, že do páté hodiny zbývá poslední minuta.

„Než se rozloučíme, rád bych vám ukázal několik úloh, které v tom textu nejsou, ale které jsem získal na internetu nebo mailem od kamarádů,“ usmívám se a nastavuji prezentaci na příslušnou stránku. Přibližně deset úloh, ve kterých lidé velmi kuriózním způsobem používají fyziku v praxi, všechny účastníky pobavilo.

Pak jsme se už rozloučili a slíbili si, že se uvidíme zase za měsíc.

Materiály ze setkání, které jsou účastníkům k dispozici:

Průběh druhého setkání je zobrazen na fotografiích.

Autoři fotografií:

Martina Kotibová

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 15. 10. 2016