Velký dík patří sponzorům, kteří přispěli ke zdárnému průběhu celé akce:

Po loňské akci 24 hodin s fyzikou, která proběhla velmi úspěšně a která se studentům líbila, jsem se rozhodl v tradici pokračovat. Pravda, rok 2006 nebyl vyhlášen rokem fyziky jako rok 2005, ale proč nezopakovat něco, co se líbilo …

V sobotu 4. 3. 2006 se tedy v učebně fyziky v budově Malá Štupartská sešlo skoro 30 studentů toužících strávit následujících 24 hodin ve společnosti fyziky a šílence, který si pro ně připravil řadu přednášek, experimentů, ale i různých ptákovin. A věřte, že příprava trvala podstatně déle než 24 hodin!

Původně plánované povídání o souvislosti Keplerových a Newtonových zákonů bylo přesunuto na pozdější dobu. Stávkoval totiž počítač, na kterém byla připravena prezentace s animacemi a odvozeními, které by při psaní na tabuli zabraly jednak dlouhý čas a jednak by se mi stejně nepodařily nakreslit tak, jak bych chtěl. Nakonec jsme se zabývali Neuklidovskou geometrií a Konstantami déle, než jsem původně plánoval, takže na přednášku o Newtonových a Keplerových zákonech vůbec nedošlo … :-( To nevadí, třeba se povede ji předvést fyzikálním nadšencům jindy!

Program

Na střední škole se věnuje pouze malá část učiva po bibli snad nejčtenější a určitě nejpřekládanější a nejvydávanější knize: Euklidovým Základům. Tento řecký matematik žijící na přelomu čtvrtého a třetího století před n. l. vytvořil úchvatné dílo! Sepsal a axiomaticky vybudoval do té doby známé matematické poznatky se zvláštním zřetelem na geometrii. A právě geometrii založil na pěti jednoduchých postulátech (principech):

Pátý postulát zaujal postupně snad všechny matematiky! Buď svojí komplikovaností a nebo tím, že si mysleli, že je nadbytečný a je možné ho odvodit z předchozích. Řada matematiků si na tomto problému "vylámala zuby", až na přelomu 18. a 19. století maďarský matematik J. Bolyai, němečtí matematikové K. F. Gauss a G. F. B. Reimann a ruský matematik Lobačevskij vybudovali nezávisle na sobě nové druhy geometrie, v nichž pátý postulát v uvedené podobě neplatil.

Kromě faktů spojených s názornými příklady a přirovnáními jsme se zabývali různými hrátkami: procházeli jsme papírem formátu A5 (já, abych ukázal, že to není žádný problém, jsem prošel dokonce papírem formátu A6!!!), dělali uzel na šátku aniž bychom šátek pustili z rukou, zkoumali vlastnosti Möbiova proužku, který má jen jednu stranu, …

Závěr této kapitolky patřil fyzikální aplikaci geometrie: rozpínání vesmíru a názorné přiblížení spinu částice.

Atmosféru během hrátek s geometrií přibližuje fotogalerie.

Fyzikální popis světa se neobejde bez fyzikálních veličin a ty je nutné vyjádřit v určitých jednotkách, pokud možno na celém světě stejných. Jinak se fyzikové, elektrikáři, chemikové, … z různých zemí mezi sebou nedomluví a nebudou moci spolupracovat.

Jak se vyvíjelo fyzikální poznání světa, tak se vyvíjely i jednotky a fyzikální konstanty. A právě tomu byla věnována další přednáška. Abychom si problematiku jednotek dokázali snáze představit, měli studenti za úkol k provázkům různé délky, které dostali, přiřadit různé (většinou už nepoužívané) jednotky. Ačkoliv jsem si myslel, že to je poměrně náročné, tak se ukázalo, že většina z nich měla velmi dobrý odhad. To mě velmi potěšilo.

Horší to už bylo s porovnáním objemů válců, které vznikly z papíru formátu A4 stočeného jednou podél delší a podruhé podél kratší strany. Výsledek experimentu byl překvapující, ale všichni si nakonec svůj omyl uvědomili.

Jak jsme si hráli s konstantami a jednotkami, ukazuje fotogalerie.

Konstanty jako , e a další každý zná a mnohý student i správně používá. Ale ne všichni věděli, jak si je snadno zapamatovat. A přitom stačí znát pár údajů z dějepisu, umět trošku anglicky a nebo si připomenout dětskou říkanku! je v nich ukryto s přesností až na deset desetinných míst!!! A fakt, že Eulerovo číslo v podstatě počítá denně každý bankovní úředník, už znají studenti také …:-)!

Na závěr tohoto bloku jsme se podívali na konstanty z pohledu starých Egypťanů. Podle věrohodných zdrojů jsem studentům ukázal, že některé pověry o vzájemných poměrech délky podstavné hrany a výšky Velké pyramidy nejsou pravdivé. Ani další výpočty Egypťanů se v této souvislosti nezakládají na pravdě. Ovšem pravdivé jsou výpočty, které je možné uskutečnit s obyčejnou krabičkou od Veselé krávy. Má-li krabička výšku v a průměr d, pak pro číselné hodnoty fyzikálních veličin platí:

velikost rychlosti světla ve vakuu:

gravitační konstanta:

elementární náboj:

Přednášku o konstantách s námi absolvovala i ředitelka školy Ing. Marie Plocková, která přišla v doprovodu svého muže. Soudě podle jejích slov se jí přednáška i atmosféra ve třídě líbila.

Po této přednášce následoval oběd: byl kuřecí guláš a hamburgery, které přinesla paní Binková. Než odešla, byla první ze dvou krabic téměř vyprázdněna! Děkujeme!

Fotoreportér nejen, že nikdy nespí :-), ale on ani neobědvá! Místo toho fotografuje ostatní.

Hra, která si získala sympatie už minulý rok, nezklamala ani letos. Všichni hráli fér a poctivě se hlásili o své výhry v případě, že vyškrtali na svém herním plánu první řádek, sloupek, osový kříž nebo úhlopříčky. Pouze Markovi Fojtíkovi se peníze na stole hromadily výrazně rychleji než by mělo být …

Každý ze studentů měl možnost hru ovlivnit - vylosováním kartičky, jejíž název jsem přečetl a studenti pak museli na herním plánu vyškrtnout obrázek, který se k danému slovnímu vyjádření vázal. Pokud byl fyzikální jev, o který se jednalo, složitější, pomohl jsem nápovědou. Když to hodně nešlo, tak jsem i obrázek ukázal!

Během hry studenti získávali odměnu v podobě papírových penízků, za které si pak mohli v neděli ráno vybrat cenu!

Hra pohltila naprosto všechny - o tom svědčí fotografie pořízené během hry!

Optika je důležitou součástí fyziky a na naší škole obzvláště. Historicky se optika vyvíjela společně s mechanikou od doby, kdy se lidé začali zajímat o vysvětlování jevů ze svého života. Je pravda, že některé (např. Aristotelovy) teorie jsou z dnešního pohledu velmi nepřesné, ale ve své době pro vysvětlení stačily. A pokud se časem ukázal v teorii a pozorovaném jevu rozpor, vznikla teorie nová. Postupně fyzikové zastávali a dokazovali teorii:

Nedílnou součástí vývoje optiky bylo i měření velikosti rychlosti světla ve vakuu (resp. ve vzduchu). Jedno měření jsme provedli přímo na místě i my: pomocí mikrovlnné trouby a nastrouhaného tvrdého sýra jsme zjistili hodnotu . Ačkoliv jsem s tímto experimentem nepočítal a nechal jsem se k němu vyprovokovat až v průběhu přednášky, dopadlo měření velmi dobře. Jistá nepřesnost tu sice je, ale na pokus z improvizace to není tak špatné …

S výsledkem experimentu byl spokojen i zástupce ředitelky školy pro budovu, v níž akce probíhala, Ing. Jan Mizerovský, který se přišel podívat. Náš výkon ho tak nadchnul, že věnoval i několik cen jako odměny pro studenty!

Při přednášce jsme vytvořili i 3D fotografii, která se sice příliš nepovedla, ale prostorový efekt se na ní objevit dal!

Průběh přednášky dokumentují fotografie.

Pro chvíli oddechu, ale také pro možnost získání dalších peněz, přišla na řadu další hra. Počítačový program nabízel k hádání přesmyčky vytvořené z příjmení a jmen fyziků, matematiků, cestovatelů, politiků, … V předem daných časových intervalech pak zobrazoval nápovědy. Každá zobrazená nápověda sice snížila možnou výhru, ale zároveň doplnila další informace ze života nebo z díla dané osobnosti.

Mrzí vás, že jste u toho nebyli? Tak alespoň cvičně: zkuste si uhodnout, co se skrývá v přesmyčce "Mandle delohy" nebo "Ira Americe" :-)

Reakce hráčů na některé předložené přesmyčky jsou zachyceny na fotografiích.

Následující půlhodinová přestávka byla určena na občerstvení a na nabrání dalších sil. Během té doby přišla PHDr. Alena Havlíčková z MFF UK se svým synem a věnovala jako odměny pro studenty několik propagačních předmětů z MFF UK (ročenky FYKOSu, trička s logem MFF UK, …). Vzhledem ke zdravotním potížím se zády se dalšího programu nezúčastnila.

Byla by pěkná ostuda, kdyby absolvent Panský nevěděl, jak se točí film, jaký je princip činnosti fotoaparátu, jak se ukládají data na magnetický pásek, na CD, … Proto jsem připravil na toto téma povídání doplněné barevnými fóliemi. Vše jsem se snažil vykládat jednoduše, aby i studenti prvního ročníku, kteří v učebně fyziky převládali, principy pochopili. Soudě podle reakcí a dotazů, snad pochopili.

Probrali jsme základní dělení zvuku a vysvětlili si rozdíl mezi tóny a hluky. Následoval princip záznamu na CD a vysvětlení, co to znamená digitalizovat signál. Snad studenti pochopili, že digitální signál je sice vhodný na další úpravy, ale oproti analogovému má menší kvalitu.

Pak jsme se zaměřili na záznam obrazu. Princip fotoaparátu a filmové kamery je velmi podobný. V obou přístrojích se zaznamenává informace o intenzitě světla na citlivou vrstvu filmu. Ta je pokryta speciální chemikálií, která reaguje na dopad světla. Po vyvolání filmu se přebytečná chemikálie odstraní a na filmu se objeví negativní obraz zaznamenávaného předmětu.

Vzhledem k tomu, že jsem v přednášce Optika krůček po krůčku vysvětlil polarizaci světla, nebyl problém vysvětlit princip 3D filmu. Polarizační filtry a brýle měli studenti stále ještě u sebe, takže si mohli sami zkusit, jak takové brýle fungují. Jaký je rozdíl mezi fotografií pořízenou bez polarizačního filtru a s ním, jsem studentům ukázal.

V řadě filmů se objevují "zaručeně správné metody", jak spasit lidstvo před účinky vetřelců z kosmu, pádu meteoroidu, …, hrdinové se pohybují nadsvětelnými rychlostmi, přežívají účinky silných gravitačních či elektrických polí, … a to všechno jen tak, mimochodem, při řešení zcela jiných problémů. Proto jsem se rozhodl zkusit tyto fyzikální jevy a situace rozebrat a nechat studenty, aby se zamysleli nad reálností podobných scén.

Pravdou je, že k přiblížení některých jevů jsou takové filmy neocenitelnou fyzikální pomůckou, protože některé jevy jsou v nich prezentovány dobře. A jak má učitel fyziky vysvětlit, jak vypadá průlet raketoplánu atmosférou? Není lepší se na to podívat? A to i za cenu toho, že budeme muset některé jevy nebo části scény uvést na pravou míru.

Studentům se tato část líbila. Některé filmy znali a ty, co neznali, v nich zanechaly choutky si je sehnat a podívat se na ně na celé. My jsme totiž vybírali jen scény, v nichž je diskutován nějaký fyzikální problém, v nichž se stane něco fyzikálně naprosto nemožného, …

Za správnou odpověď na otázky, které jsem v průběhu filmových ukázek kladl, bylo možné získat další penízky … :-)

Některé obrázky, které jsem promítal zpětným projektorem při přednášce Fyzika filmu, a atmosféru z hledání fyzikálních jevů ve filmech zobrazují fotografie.

K filmu bezesporu patří i filmové melodie. Některé z nich se staly přímo evergreeny, jiné trošku zapadly. Ale všechny patří k těm "svým" filmům a film by bez nich byl neúplný. Připravil jsem prográmek, který náhodně přehrával melodie z různých filmů či seriálů (českých i zahraničních), a studenti měli za úkol uhodnout název filmu či seriálu, z něhož je příslušná melodie.

Nové zahraniční nebo právě vysílané filmy či seriály nedělaly problém. Občas byl problém u českých filmů či seriálů ze 70. až 90. let dvacátého století. Nicméně po chvíli přemýšlení vždy Vlasta Křišťan film či seriál uhodl. Inu filmový maniak se nezapře …

Po půlhodinové přestávce začíná Fyzikální cirkus, jehož hlavní náplní byly experimenty s tekutým dusíkem. Tekutý dusík má teplotu kolem -200 stupňů Celsia a je proto vhodný k experimentům, při kterých je nutné materiál podchladit na nízkou teplotu:

Další zajímavé experimenty lze provádět s inteligentní plastelínou, která skáče, natahuje se nebo trhá, světélkuje, reaguje na magnetické pole, mění barvu podle teploty, … No prostě fakt hustá hračka!!!

Nemohl jsem neukázat hoření propan-butanu v PET láhvi. Vypadá to opravdu výborně: jak celý průběh hoření (video ve formátu MPEG-4 o velikosti 6,3 MB), tak i detail poslední, té nejzajímavější části (video ve formátu MPEG-4 o velikosti 1,5 MB).

Na závěr cirkusu jsem předvedl Teslův transformátor, který sestrojil Ondra Hofierka. Transformátor fungoval bezchybně (stále žiju :D) a podařilo se mi rozsvítit zářivku, kterou jsem se dotýkal jiskřiště, ale i zářivku, do které procházel elektrický proud přes moje tělo! Prostě nádhera!

Popisovat experimenty - to není ono! To se prostě musí vidět!!!

Další možnost pro studenty, jak zmnožit své penízky! Počítačový program náhodně generující pojmy, které se váží k výuce fyziky (názvy pomůcek, základní pojmy, příjmení fyziků a vynálezců, …). Ke každému pojmu, který mají studenti uhodnout, se zobrazí nápověda a každých deset sekund jedno písmeno z hádaného pojmu. S rostoucím počtem zobrazených písmen klesá výhra za uhodnutí daného pojmu.

"Už jsem to stihl přečíst," usmívá se Vláďa Kraus (a pak i další) v okamžiku, kdy už poněkolikáté Ondra Hrstka řekne správnou odpověď. Nikdo ale nebral případný neúspěch tragicky - šlo o to pobavit se a dozvědět se něco nového.

Aniž jsme to tak původně plánovali, hra se trošku protáhla …

Krátce po čtvrté hodině ranní zvoní mobil a RNDr. Jiří Dolejší, CSc. z Ústavu částicové a jaderné fyziky MFF UK stojí přede dveřmi školy. Končíme hru Pálí vám to? a dáváme si pauzu. Jirka mezitím dorazí až do učebny fyziky a nasává atmosféru. Je spokojen, že tolik lidí je ještě vzhůru.

Krátce před půl pátou začíná svojí přednášku. Jirka patří mezi ty nadšence pro svůj obor, kteří umí publikum zaujmout. A to bez ohledu na denní (resp. noční) hodinu!

Nicméně za chvíli se projevuje spánkový deficit a někteří postupně usínají. Jirkovi to (zdá se) nevadí. Naopak je v tom podporuje!!! Kluci (i dámy) se snaží zůstat vzhůru, ale občas to nejde. A přitom Jirka mluví velmi přesvědčivě a názorně, tu a tam s ním dokonce i někdo diskutuje. Kdyby svou přednáškou celou 24hodinovou fyziku začínal, bylo by to asi lepší. Tuto dobu si ale vybral on sám …

Nápady má (jako vždy) skvělé a určitě jsou pro studenty zajímavé. Nicméně v tuto noční (nebo už skoro ranní) dobu ne všichni jsou schopni sledovat matematické vyjádření vrhu těles se započtenou odporovou silou! Ale jsou i tací, kteří předvídají správné řešení dalších problémů, které Jirka předkládá - např. pejsek sledující svého pána. Jak bude vypadat trajektorie poslušného psíka, který se vydává za svým společensky unaveným pánem, nakreslí naprosto bravurně od ruky Michal Brabec skoro dřív, než Jirka problém vyloží. A Excel Michalův názor potvrdí!

Krátce před půl sedmou Jirka svojí přednášku končí. Tleskám mu a ti, kteří neusnuli, se přidávají.

"To ne, ať je nevzbudíte," snaží se nás zarazit Jirka. Ale pozdě! Všichni už jsou zase vzhůru! :-)

Přednáška včetně ukázek byla inspirující a Jirkovi patří velký dík! Děkujeme!

I průběh této přednášky se nám podařilo zaznamenat, ačkoliv jsme přes objektiv fotoaparátu ospalostí téměř neviděli ... :-)

Předposledním bodem programu je předání cen. Ceny, na kterých se sponzorsky podílel hlavně ČEZ a MFF UK Praha, mají určitou váhu, podle níž se dopočítá její aktuální cena v závislosti na celkovém množství rozdaných peněz. Toto řešení jsem zvolil proto, aby nedošlo k situaci, kdy nebudou na ceny penízky a nebo nebude za penízky co koupit. Vše dopadlo dobře a každý si snad vybral to, co se mu líbilo. Ostatně, podívejte se sami.

Předání cen skončilo přesně v půl osmé - tedy po 24 hodinách od chvíle, kdy jsme začali. Zbývalo uklidit učebny zpět do původního stavu, uklidit odpadky, sbalit kamery, počítač, … a opustit budovu. Odcházeli jsme všichni unavení, ale snad jsme byli všichni spokojení.

Při přípravě materiálů ke zdárnému průběhu akce byly využity zejména tyto weby:

Autoři fotografií: Vojtěch Uhlíř a Martin Všetička

Autor krátkých videí (hoření propan-butanu): Vojtěch Uhlíř

Technické zázemí a pomoc: Ondřej Hofierka a Martin Všetička

Videokamera: Ondřej Hofierka a Daniel Lukeš (střih videa je součásní ročníkové práce a bude tedy hotov v červnu 2006)

© Jaroslav Reichl & Martin Všetička, 2006