Elixír do škol - 5. setkání

Ve čtvrtek 11. 1. 2018 proběhlo v prostorách SPŠST Panská v Malé Štupartské páté setkání projektu Elixír do škol ve školním roce 2017/2018. Projekt zaměřený na zkvalitnění výuky fyziky zejména na základních školách je podporován Nadací Depositum Bonum. Setkání, kterého se zúčastnilo osm účastnic, bylo věnováno vztlakové síle.

„Já vracím parní stroj, ale nefungoval mi,“ hrne se Edita Martoníková ke katedře ihned po svém příchodu do učebny.

„To není možné, mě fungoval,“ obsypaly jí přítomné dámy, které měly model parního stroje již také půjčený.

„A jak jste ho zprovoznily?“ zajímá se Edita a ostatní přítomné dámy ochotně radí. Postupně se přesunou do zadní části učebny k oknu, protože model, dle slov Edity a zejména jejích omdlévajících žáků, strašně zapáchá. Víceméně podle návodu připravila Edita za dohledu ostatních dam parní stroj k činnosti a zapálili pevný líh pod kotlem. Během ohřevu zaznívaly dobře míněné rady a ujišťovací dotazy: „Té vody tam je moc!“ „Dala jsi tam dvě kostky lihu?“ „Musíš to na začátku popostrčit!“ „Má to začít fungovat, až zapíská píšťalka!“ … Za několik okamžiků se píšťalka probudila k životu - ale rozhodně nezapískala. Místo zvuku se z ní vyvalil proud horké vody, což podpořilo několikrát opakovaný tip na nefunkčnost, že je v kotli moc vody. Model parního stroje se nakonec nepodařilo uvést do provozu.

Vrátili jsme se na svá místa v přední části učebny a začali dnešní setkání. V úvodu jsem informoval o termínu již pravidelné Konference Elixíru do škol, která se plánuje na květen, a o našem změněném programu.

„Potřebuji vědět, zda platí ta bastlící sobota v březnu,“ ptám se. „Podle toho začneme vše s kolegou chystat a nakupovat materiál.“

„Platí,“ ozvalo se sborově od téměř všech přítomných dam.

Pak jsem přistoupil k dnešnímu tématu, kterým byla vztlaková síla.

„Připravil jsem pro vás materiály ve formě pracovního listu, do kterého jsem promítl to, jak toto téma probírám se žáky,“ říkám a rozdávám příslušný pracovní list, ve kterém je problematika související se vztlakovou silou probrána od objevu její existence, přes experimentální ověření, na jakých dalších parametrech závisí její velikost, až po výzvu k odvození velikosti této síly.

Dámy se pustily do experimentování: s připravenými krabičkami od filmu a závažími začaly zkoumat údaje měření siloměrem v situaci, kdy je krabička na vzduchu a kdy je ponořená do vody.

„Působí tato síla na tělesa ponořená do plynu?“ ptám se, když dámy zvládly první dva úkoly.

„Ano, ale je zanedbatelně malá,“ ozve se.

„Já bych ale rád slyšel případ, kdy tato síla není zanedbatelně malá!“

„Třeba balony?“ špitne Edita.

„Přesně tak,“ usmívám se a přináším z kabinetu pouťový balonek nafouknutý heliem.

„Ty máš helium?“ zapomínají dámy rázem na vztlakovou sílu. „Kdes ho vzal?“

Nezbývá, než udělat vsuvku zaměřenou právě na helium, v rámci které si dokonce některé dámy zkoušejí již klasický experiment s „kvákavým“ hlasem. Když řádně prozkoumají krabici od bomby s heliem, vyptají se na cenu a krabici si nafotí, pokračujeme dále.

Zkoumáme závislost velikosti vztlakové síly na hmotnosti ponořovaného tělesa (při stejném objemu).

Během práce občas pohlédnu na stůl, na který jsem na začátku setkání nachystal olovo do železné formičky (určené pro pečení cukrovinek) na elektrický vařič. Chtěl jsem totiž ukázat další poměrně zajímavý experiment. Nyní jsem si všiml, že se olovo již prohřálo a roztavilo se. Svolávám dámy k vařiči, abych ukázal další experiment.

„Předbíhám logicky výklad, ale nebudu riskovat, že to na sebe někdo z nás zvrhne,“ říkám jako omluvu na přerušení práce. „Když tuto látku probírám se žáky, jsem schopen časovat hodinu výrazně přesněji, než s vámi!“

Dámy se usmívají a těší se na experiment. Ten je jednoduchý: závaží, které leží na vařiči a které se prohřívalo spolu s olovem, beru do kleští a pokládám na hladinu olova. Závaží zůstává plovat na hladině.

„Takže plove i železné závaží,“ říkám. Bohužel k problematice plování lodí jsme se později již z časových důvodů nedostali.

Po zodpovězení několika otázek a diskusi, kde olovo pro podobné experimenty sehnat, pokračujeme proměřováním závislosti velikosti vztlakové síly na objemu ponořovaného tělesa (při stejné hmotnosti tělesa) a na hustotě kapaliny, do níž těleso ponořujeme.

„Tohle děláš taky experimentálně?“ ptají se dámy.

„Dělávám to,“ říkám. „Používal jsem vodu, slanou vodu a líh. Od té doby, co mám NOVEC, tak i ten,“ vysvětluji.

Téměř okamžitě se rozproudí diskuse, jak která z přítomných učitelek pracuje se svými žáky na téma hustoty látek a plování těles. Od vytváření různých typů „kolínek“ (sestav kapalin s různou hustotou), přes vhazování různých předmětů do takto vytvořených „kolínek“ až po popisování zážitků z různých solných lázní, kde má člověk velké problémy se potopit a plavat standardně na břiše.

„Ukaž nám s NOVECem něco,“ loudí Edita.

„Ukážu, ale jen drobnosti. Nemám teď připravenou nádobu na žárovku nebo telefon,“ říkám a ukazuji, jak rychle se NOVEC vypařuje z do něj namočených novin a jak hořící svíčku hasí jen jeho páry.

„Chcete si zkusit proměřit tu závislost na hustotě?“ ptám, když skončím hrátky s hasivem.

„To zvládneme sami, pojďme dál.“

„Dál jsem měl v plánu odvodit velikost vztlakové síly a z ní vyplývající Archimedův zákon. Když se to odvození udělá dobře, tak ze závěru toho odvození lze přímo číst Archimedův zákon,“ chci pokračovat v původním plánu.

„Když to my moc nevyužijeme,“ zazní smutně z řad přítomných učitelek.

„To na jednu stranu chápu, ale na druhou v tom odvození je ukryto dost fyzikálních vlastností a může to žákům pomoci v chápání Archimedova zákona,“ nechci se vzdát bez boje, ale už sahám po připraveném listu s úlohami.

„Tak se pustíme do úloh,“ usmívám se a rozdávám každému jednu kopii. „Ale už jsme některé z nich dělali před lety,“ dodávám na omluvu.

„To nevadí,“ usmívají se i ty z dam, které tu tehdy byly!

Začínám tedy rozkreslovat na tabuli první úlohu. To zatím jde, byť bez problémů to nebylo. Pokračujeme třemi krabičkami od filmu zavěšenými nesymetricky na špejlích s tím, že je třeba určit tu krabičku, která má největší hmotnost. S mírným zaváháním přítomné dámy nakonec úlohu vyřešily. A pak přecházíme k soustavě čtyř koulí zavěšených na tenkých nesymetricky vyvážených tyčkách. Vše je ale ponořeno pod vodou! Toto bohužel nemám připraveno experimentálně, tak musím všechny relevantní působící síly velmi detailně rozkreslit na tabuli.

„A teď tu lodičku s pokladem,“ dožadují se dámy další úlohy. Rozkresluji síly, vysvětluji, předvádím experimentálně a stále nejsou některé věci jasné. Až najednou dámy jásají: „To je ono, teď už je to jasné!“

„Ale vždyť to vysvětluji už několik minut,“ divím se jejich reakci.

„No ale teď jsi to řekl jinak a tak, že nám to došlo,“ děkují.

Jsem rád, ale rád bych se tomuto tématu věnoval i dále, protože (aniž bych si myslel něco špatného) stále mám pocit, že některé části úlohy nebyly zcela jasné.

Loučíme se s ujištěním, že se sejdeme až v březnu na vyžádaném bastlení!

Materiály týkající se tématu setkání:

Průběh pátého setkání zobrazují fotografie.

Autoři fotografií:

Martina Kotibová

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 13. 1. 2018