Studium jaderného rozpadu

„Počítejte, prosím, že až přijde čas, dostanete netradiční domácí úkol,“ upozornil jsem žáky třídy 13L SPŠST Panská počátkem čtvrtého ročníku. „Ten úkol bude spočívat v tom, abyste si přinesli do dvojice na hodinu fyziky sto korun.“

„Jak to myslíte?“ zeptal se kdosi.

„No tak, že do dvojice si přinesete sto korun,“ usmívám se. „Ne stovku, ale sto korun.“

„Takže mince?“ ujišťuje se kdosi.

„Ano, mince!“ usmívám se.

Během ledna a února jsem tento domácí úkol neustále připomínal a nabádal žáky, aby šetřili a střádali. A to se vyplatilo, protože začátkem března nadešel konečně ten správný čas.

„Dneska bych rád, abyste si zkusili dva poměrně triviální experimenty, ale přitom velmi důležité pro pochopení další látky,“ začal jsem hodinu poté, co jsme v minulých hodinách probrali základní druhy radioaktivního záření, a před námi byl rozpadový zákon. O něm ale žáci zatím z mých hodin neměli žádné tušení.

„Je fakt, že někteří učitelé by tyto dva experimenty zavrhli jako nezajímavé nebo s naší látkou nesouvisející, ale já je vnímám jako velmi podstatné pro pochopení statistické povahy celého problému,“ pokračuji a vidím, že žáci jsou zvědaví, co přijde.

„Mluvili jsme o radioaktivním záření, díky kterému se některá atomová jádra mohou měnit na jiná. Původně nestabilní jádro se rozpadá na jiné a v daném souboru jader tak postupně klesá počet těch původních, ‘správných‘ jader, tedy jader, která se zatím nerozpadla. A tento jev lze poměrně dobře simulovat házením mincí. Jen je nutné předem si vybrat jednu stranu mince, která bude představovat ta ‘správná‘ jádra. Druhá strana mince pak bude představovat ta změněná jádra a ta z dalšího experimentování vyřadíme.“

Během chvíle si žáci rozdali kelímky a začalo házení a počítání. Žáci pracovali velmi rychle, takže za chvíli mi už hlásili naměřená data. Ta jsem zapisoval do připraveného notebooku programu Mathematica a po zadání všech dat jsme zobrazili příslušné grafy. Bylo vidět, že statistika funguje - grafy odpovídaly tomu, co jsem očekával. Postupně jsme grafy rozebrali:

Když žáci neměli žádné dotazy, přistoupili jsme ke druhému experimentu.

„Druhý experiment je více fyzikální, ale stále má s jadernou fyzikou málo společného,“ usmívám se. „Bude vyžadovat ale rychlé měření a pečlivost, protože tento experiment nelze opakovat.“

Ve třídě bylo hrobové ticho a všichni čekali, o čem experiment bude.

„Budeme měřit s touto pomůckou,“ usmívám se a sahám pod stůl a pokládám na stůl plechovku piva. Ačkoliv třída byla ode mě zvyklá na lecjaké experimenty, tohle nečekali.

„Dám vám k tomu nádoby od mléka. Jsou vymyté a vypláchnuté - jak se zbytkem tekutiny naložíte po experimentování, je na vás. Tady jsou improvizovaná pravítka - vezměte si je všichni, ať máme měřenou vzdálenost ve stejných jednotkách. Neručím totiž za to, že po tisku to je metrický systém,“ usmívám se. „Pro naše měření to ale vůbec nevadí!“

„Pivo nalijete na můj pokyn, já počkám pár sekund, až budete všichni připraveni odečítat z instalovaných pravítek výšku pivní pěny, a začnu hlásit desetisekundové intervaly,“ oznamuji žákům. „Měřte tak, ať to zvládnete rychle odečítat - čas nebudu moct zastavit! Navíc máte ve skupině čtyři ruce, tak si snad poradíte.“

Když je vše připraveno, startuji nalévání piva. Vše jde dobře, žáci zručně nalijí pivo do připravených nádob a na můj další pokyn začínají měřit výšku pivní pěny. Zda jí měří ode dna nádoby nebo od hladiny, je v tuto chvíli jedno - po skončení experimentu bude možné případný přepočet udělat. Kromě mého zvučného „Teď!“, které se ozývá co deset sekund, je ve třídě hrobové ticho. Po zhruba dvou minutách experiment končím, protože je mi jasné, že dále už pěna dramaticky klesat nebude.

„Nadiktujte mi naměřené výšky pěny,“ říkám a pro několik prvních skupin zvládneme zobrazit graf. Výsledky ostatních skupin si fotím a zpracovávám následně. Před zvoněním chci ještě tuhle problematiku uzavřít.

„I zde vidíte krásný exponenciální pokles. V tomto případě nemá smysl sčítat data jako u mincí, protože každý z vás má jinou výšku pěny na začátku. Tento experiment byl už více fyzikální - pozorovali jsme rozpad pivní pěny. Doufám, že až budeme odvozovat skutečný radioaktivní rozpad, bude celá problematika jasnější,“ končím hodinu.

Jakmile ukončím hodinu, žáci třídy zatleskají.

„Proč?“ divím se.

„Hodně dobrý! Tohle si budeme pamatovat hodně dlouho,“ usmívá se předseda třídy.

Průběh experimentování je zobrazen na fotografiích.

Autoři fotografií:

Jaroslav Reichl

Jakub Tomaides

© Jaroslav Reichl, 11. 3. 2017