Fyzika v 15M

Měření velikosti místního tíhového zrychlení

Určete velikost místního tíhového zrychlení, napsal jsem na tabuli jako první úkol laboratorní práce ve třídě 15M SPŠST Panská při jedné z hodin fyziky.

„Než budeme vymýšlet metodu měření, dešifrujme ta přídavná jména ze zadání úkolu,“ usmívám se na kluky ve třídě. „Proč jsem napsal místní?“

„Protože není na celé Zemi stejné a v závislosti na různých parametrech se velikost mění,“ zaznívá ze třídy poměrně rychle správná odpověď.

Odpověď na druhou otázku byla trošku složitější. Až po chvíli a po malé nápovědě si Matěj vzpomněl, jaký je rozdíl mezi tíhovou a gravitační silou, a tedy i mezi tíhovým a gravitačním zrychlením. Odstředivou sílu, byť je její velikost ve srovnání s velikostí gravitační síly malá, na Zemi prostě zanedbávat nemůžeme.

„Teď když už víme, co budeme měřit, je otázkou jak to budeme měřit?“ ptám se dále.

Kluci se opět ponoří do svých poznámek a vzpomínají, co jsme dělali minulé hodiny. Až někdo s úsměvem ve tváři prohlásí, že by to šlo přes kyvadlo.

„A pokud kyvadlo, tak jaké?“ ptám se.

„Matematické, abychom nemuseli uvažovat rozměry tělesa, které je na provázku zavěšené,“ zazní odpověď.

„A co všechno budeme měřit?“

„Musíme znát periodu a délku závěsu,“ hbitě odpovídají kluci.

„Jak budeme měřit periodu?“

„Podobně jako minule u té pružiny,“ odpovídají kluci. „Takže budeme měřit deset period a pak určíme jednu periodu,“ doplňují.

„Jen drobnost: proměříte desetkrát deset period. Tedy kromě jedné skupiny - ta bude mít kyvadlo s dlouhým závěsem, a proto budou měřit desetkrát dobu pěti period.“

Když už vše víme, můžeme začít s měřením. Přinesu z kabinetu pět kyvadel na stojanech, další upevníme mezi rám dveří vedoucích z kabinetu do učebny, další mezi rám dveří vedoucích z učebny na chodbu. Poslední kyvadlo s délkou závěsu téměř devět metrů spustíme z okna chodby na dvůr. Jakub Dlouhý a Jakub Dvořák jdou dolů na dvůr měřit dobu kmitu, Michal Richter hlídá držák závěsu kyvadla v patře na chodbě.

„Nenech se nikým vyhodit, já budu chodit mezi učebnou a tímhle místem, takže případné nejasnosti kolegům vysvětlím,“ radím Michalovi.

Měření na všech stanovištích probíhá dobře. Ve třídě to jde rychleji, protože doby kmitů kyvadel se pohybují maximálně do necelých dvou sekund. Kyvadlo spuštěné z okna učebny kýve pomaleji, ale i tady se měření pomalu chýlí k závěru.

„Máme hotovo,“ volají kluci ze dvora.

„Super,“ vykláním se z okna. „Tak mi těleso nadzvedněte, já předám Michalovi držák a vytáhnu závěs. Musíme ještě proměřit jeho délku.“

Právě v tom okamžiku zazvonilo na přestávku, takže se na chodbě začali objevovat nejen žáci, ale i kolegové. Ti jsou ale vesměs na podobné aktivity zvyklí, takže je to nepřekvapilo. Kluci naměřili délku závěsu kyvadla a šli do třídy počítat průměrnou periodu.

Když si pak žáci třídy navzájem nasdíleli naměřenou délku a periodu jejich kyvadla, dokončil jsem zadání laboratorní práce.

„Přesně ve shodě s tím, co máte v pracovním listu, na základě těchto dat sestrojíte dva grafy. A to závislost periody na délce závěsu a závislost periody na odmocnině z délky závěsu. V závěru kromě velikosti tíhového zrychlení, která vám vyjde, zhodnotíte, proč je druhý graf pro sestrojování lepší.“

Teď už je na klucích, jak data zpracují. Po ověření v software Mathematica jsem zjistil, že měřili velmi přesně a grafy vycházejí krásně! Až po odevzdání protokolů žáků jsem ovšem zjistil, že jediné použitelné grafy jsou ty moje! Všechny skupiny, které práci odevzdávaly, byly evidentně přeprány úžasným tabulkovým editorem, který ve své stupiditě nabízí ten nejméně vhodný graf pro fyzikální měření. Nicméně na tyto záludnosti jsem žáky upozorňoval! Stejně tak na to, jak má vypadat správný závěr laboratorní práce. A přesto se v žádné zprávě neobjevilo v závěru to, co měli kluci naměřit!

A přitom právě tato laboratorní práce může žákům přinést řadu benefitů nejen do fyziky, ale i do dalších technických předmětů!

Průběh měření je zobrazen na fotografiích.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl