Elixír do škol - 7. setkání

Ve čtvrtek 9. 3. 2017 proběhlo v prostorách SPŠST Panská v Malé Štupartské sedmé 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. Setkání, kterého se zúčastnilo osm účastníků, bylo věnováno fyzice lidského těla.

V úvodu setkání jsem připomněl plánovanou Konferenci Elixíru do škol, která se připravuje a jejíž termín je už známý. Účastníkům setkání jsem slíbil, že jakmile bude na webu přihlašovací formulář, budu je mailem informovat. Pak jsme již přistoupili k tématu dnešního setkání.

„Na úvod tu mám připraveno několik obrázků zaměřených na test vaší pozornosti,“ usmívám a spouštím dataprojektor. „Nechal jsem se inspirovat různými obrázky z internetu, takže některé z nich možná znáte.“

Pak jsem spustil prezentaci, v níž byly jednotlivé obrázky nebo dvojice obrázků a účastníci setkání měli za úkol najít rozdíly mezi dvěma obrázky nebo najít nějaký objekt na jednom obrázku. Pak jsme si společně prohlédli řešení. Některé obrázky měli účastníci zkontrolované za několik okamžiků, u jiných měli problém správnou odpověď najít. Ale aktivita se líbila a o fungování oka a mozku něco nového přinesla.

„Určitě znáte experiment, kterým se můžeme podívat dovnitř vlastního oka a zjistit, jak nešťastně je lidské oko navržené,“ usmívám se. „Jako snad jediné v přírodě má vyživovací tkáně a cévy před sítnicí. Takže světlo musí nejdříve projít těmito rušivými částmi a až poté dopadá na sítnici.“

Kroucení hlavou u většiny účastníků setkání napovědělo, že tento experiment neznají. Proto jsem vytáhl z připravených desek černé papírky, v nichž byla velmi malá dírka, a experiment jsme mohli provést.

„Dívejte se dírkou na světlou plochu a za chvíli byste měli vidět takové čárky nebo provázky, které občas zakrývají tu bílou plochu. Z počátku může také pomoci mírné chvění s černým papírem,“ radím, jak provést experiment. Nadšení, které se za okamžik začne z učebny ozývat, napovídá, že se experiment daří.

„Vysvětlení je prosté,“ shrnuji, poté, co jej společně vymyslíme. „Malým otvorem vlastně jednak omezíme prostor na sítnici, na který dopadá světlo, takže se skutečně na sítnici objevují stíny cév a vyživovacích tkání. Za běžného provozu oka totiž dopadá do oka světlo z více směrů a místo ostrého stínu vzniká buď polostín nebo stín na sítnici nevzniká vůbec. Druhým faktorem je, že vyřazujeme z činnosti mozek, který by mohl domýšlet, co vlastně vidí resp. má vidět.“

V souvislosti s právě provedeným experimentem ještě diskutujeme existenci clony a její vliv na zaostřování oka, ale i optických systémů fotoaparátů či kamer, a na hloubku ostrosti obrazu.

Když už máme černé papírky v ruce, nemůžeme nezobrazit převrácený obraz. K tomu potřebujeme špendlík. Ač to zní na první pohled nebezpečně operovat se špendlíkem u oka, lze to zvládnout bez jakéhokoliv nebezpečí. Za chvíli už účastníci setkání hlásí, že skutečně vidí převrácený stín špendlíku. Vysvětlíme pomocí obrázku, proč to tak je, a přesouváme se k dalšímu experimentu.

„Dílenským metrem nyní proměříme vzdálenost buněk na sítnici oka,“ říkám. „Potřebuju ale dobrovolníka.“ Kolegyně Kalistová se nabízí jako dobrovolnice a já jí posílám ke stěně učebny proti tabuli.

„Půjdete směrem k tabuli a budete se dívat na tento obrázek,“ ukazuji list papíru držený magnety na tabuli. „Až se ten obrázek změní, tak se zastavíte.“ Kolegyně se chová podle mých instrukcí.

„Už vidím dvě čáry,“ zvolá náhle a zastaví se. Na obrázku jsou totiž nakreslené dvě čáry velmi blízko u sebe, takže při pohledu z větší vzdálenosti obě čáry splývají. Vezmu metr a s pomocí dalších účastníků setkání proměřujeme vzdálenost kolegyně Kalistové od tabule s obrázkem. Pak postupně s radami od všech účastníků setkání kreslíme přehledný obrázek právě skončeného experimentu tak, abychom mohli dopočítat hledanou vzdálenost.

„Na tabuli to nenakreslím tak, jak to je ve skutečnosti,“ říkám. „Uvědomte si, že při vzdálenosti předmětu od oka 4 metry a ohniskové vzdálenosti oka zhruba 1,6 cm vzniká obraz v ohnisku. Tento poměr vzdáleností na tabuli nejsem schopen dodržet.“

„Proč vzniká obraz v ohnisku?“ zeptá se kdosi. Měl jsem pocit, že to je jasné, když se na moji otázku při kreslení obrázku ozvala správná odpověď.

„Tak to je podobné jako u čočky,“ odpovídám. „Ukazujete experiment, jak změřit ohniskovou vzdálenosti spojky, ne?“ Ovšem ne všichni tento experiment znají. Jdu tedy do kabinetu pro spojnou čočku a promítám s její pomocí obraz budovy, která se nachází za okny učebny, na stěnu skříně.

„Aha, to je dobré,“ ozve se od účastníků.

„A kdybych nemohla zobrazit takhle vzdálenou budovu, tak jak si poradím?“

„Tak zobrazíte zářivku nebo použijete žárovku lampičky,“ radím.

„A jak má být daleko?“

„V optice je nekonečně od tří metrů dál,“ usmívám se, „takže zhruba na ty tři až čtyři metry to bude stačit.“

Všichni se smějí té formulaci s nekonečnem.

„Jestli fotíte, tak to znáte, ne?“ usmívám se.

„Nefotíme, ale známe to. Bylo to ovšem řečeno hezky,“ komentuje kdosi z učebny.

Pak už nic nebrání ve výpočtu hledané vzájemné vzdálenosti citlivých buněk na sítnici. Vypočtená hodnota je srovnatelná s hodnotou, kterou uvádí lékařská literatura.

„Zkusme spočítat zorný úhel, který vlastně určuje rozlišovací schopnost lidského oka,“ nabádám účastníky. Na základě této hodnoty si pak zkoušejí do připravených listů odhadnout vzdálenost různě velkých objektů tak, aby byly ještě lidským okem vidět. U běžných předmětů to jde relativně snadno, ale u velkých objektů (mrakodrapy, planeta Země, …) jsou už odhady horší.

Pak jsme se přesunuli ke sluchu. V programu SoundScope nejdříve zobrazujeme průběh jednoduchého tónu generovaného ladičkou a průběh samohlásek lidské řeči. Zmíníme i možnost provést Fourierovu analýzu, pomocí které lze získat frekvenční složení daného tónu. Pro účastníky je ale zajímavé vyzkoušet interval frekvencí zvukového vlnění, které jsou ještě schopni slyšet uchem.

S využitím hlukoměru od firmy Vernier pak ještě zkoumáme hladiny intenzity různých zvuků. S kolegou zkoušíme ukázat skutečnost, že dva stejné zdroje zvuku zvýší hladinu intenzity zvuku pouze o tři decibely. Ale nějak se to nedaří - patrně sám řvu výrazně více, než kolega.

„A nyní si můžeme proměřit každý sám reakční dobu a nebo tu mám z KDF MFF UK půjčený spirometr, pomocí kterého lze měřit objem plic. Vyberte si,“ říkám po skončení zvukových hrátek a uvědomění si, že do konce setkání zbývá přibližně deset minut.

Mezi účastníky jednoznačně zvítězil spirometr. Proto zbytek času do konce setkání věnujeme zkoumání objemu plic. Všichni v učebně si chtějí tuto aktivitu zkusit. Za povzbuzování ostatních se tedy pokoušíme vyfouknout z plic co nejvíce vzduchu. Na konci měření je zřejmé, že muži mají plíce větší, než ženy. Ale také je zřejmé, že závisí na tom, jak je člověk rozdýchán či jakou techniku dechu zvolí. Opakování experimentů totiž přineslo vesměs lepší výsledky, než byly ty první.

V 17:00 končíme dnešní setkání a těšíme se další setkání příští měsíc.

Materiály ze setkání:

Průběh setkání zobrazují fotografie.

Autoři fotografií:

Martina Kotibová

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 12. 3. 2017