Zákon zachování hybnosti

„Máte ten skateboard?“ ptám se po příchodu do hodiny fyziky ve třídě 16D SPŠST Panská.

„Ano, máme,“ hlásí se Matyáš Černý a skateboard ukazuje.

„Super,“ usmívám se. „A je schopen na něm někdo jezdit?“

„No já klidně půjdu,“ usmívá se se Mates Černý a je vidět, že se těší na to, co se bude dít.

Mezitím kladu dotazy třídě.

„Proč chci, aby byl Mates na skatu?“

„Bude tak mít menší tření a bude se snáze pohybovat,“ zazní za chvíli správná odpověď.

„Fajn,“ pokračuji v dotazech. „A jak můžu Matese uvést do pohybu?“

Žáci chvíli přemýšlejí, zatímco já instruuji Matese, jak a kam si má na skateboard stoupnout.

„Můžete do něj prostě strčit,“ zazní první logický nápad.

Ihned se do toho společně pouštíme: Mates je na skatu kousek ode mě a já do něj strčím rukou. Mates na skatu odjede.

„Proč jsem se nezačal pohybovat i já?“ ptám se zdánlivě nechápavě žáků.

„Tření mezi vámi a podlahou bylo větší, než mezi kolečky skatu a podlahou,“ odpovídají žáci.

„OK. Tak další možnosti, jak se může Mates začít pohybovat?“ pokračuji ve výkladu dnešní hodiny.

Některé velmi zhovadilé nebo nebezpečné nápady spolužáků Matese musím korigovat. Nakonec se dostaneme k tomu, co chci slyšet.

„No může se on odrazit od vás!“

„Prima, jdeme na to, Matesi,“ říkám a stoupám si ke skatu na dosah rukou mého pomocníka. Mates se ode mě odráží a opět se pohybuje směrem ode mě.

Společně se žáky si postupně vysvětlíme, jaké síly na mě a na Matese působily. Již na začátku hodiny jsem řekl, že obrázky a zápis uděláme až po skončení experimentů.

„Ještě jsou další možnosti, jak uvést Matese do pohybu?“ usmívám se a čekám, zda to žáky napadne. Po chvíli se snažím napovídat: „Jak se asi pohybují například kosmonauti, když opravují něco v okolí kosmické lodi?“

„Mají lano,“ nadhodí někdo.

„To je pravda, ale tím bych nedokázal zařídit, aby se Mates pohyboval směrem ode mě,“ oponuji.

„Mají trysky, ze kterých jim tryská nějaký plyn!“ najednou někdo vykřikne.

„Super, to je ten nápad, který jsem chtěl,“ usmívám se. „Ale nemáme žádné trysky,“ posmutním.

„No vždyť to nemusejí být trysky,“ začíná kdosi přemýšlet nahlas, „Mates může něco odhodit. Cokoliv.“

„To už by zrealizovat šlo,“ souhlasím.

„A nebo můžeme něco hodit po něm,“ ozve se s úsměvem zjevně Matesův kamarád.

„To je pravda,“ přikyvuji. „Tak to také uděláme,“ potvrzuji dobrý nápad a Matesovi ztuhne úsměv na rtech.

Vezmu volejbalový míč, upozorním Matese, že ho hodím schválně prudce, ale na začátek menší rychlostí. Mates souhlasí a je připraven. Napřáhnu se a hodím! Mates míč chytí a trošku popojede směrem ode mě.

„Super. Viděli jste to?“ ptám se třídy.

Přikyvují, že ano.

„A teď ta druhá možnost - odhoď míč směrem ke mně!“ vyzývám Matese.

Chvilku váhá, zda to myslím vážně, ale nakonec míč odhodí. A opět trošku popojel. Zopakujeme celý experiment s tím, že oba dva házíme míč prudčeji.

„Jak bychom to vylepšili?“ obracím se opět na zbytek třídy.

„No hodit to rychleji nebo vzít něco s větší hmotností,“ ozývají se návrhy.

Přesně to jsem chtěl slyšet. Beru připravenou prázdnou dvoulitrovou láhev a jdu jí k vodovodnímu kohoutku naplnit.

„Láhev má zhruba dva kilogramy, míč měl asi čtvrt kilogramu, protože jsem ho kdysi pro jiný experiment vážil. Máme tedy těleso se zhruba osmkrát vyšší hmotností,“ vysvětluji třídě a jsem připraven láhev na Matese hodit. Ten jí chytí a pohne se směrem ode mě rychleji, než při zachycení míče.

Společně pak se žáky formulujeme zatím nepřesné, ale na základě experimentů správné znění zákona zachování hybnosti.

„Tento zákon se používá v praxi. Jedním z použití je reaktivní pohon motorů,“ říkám a beru do rukou pouťový balonek. „To můžu ukázat velmi jednoduše,“ říkám a balonek nafukuji. Pak ho pouštím - a balonek se pohybuje chaoticky učebnou.

„Vidíte, že se balonek pohyboval. Současně se zmenšoval jeho objem, takže je zjevné, že z něj unikal vzduch. A právě unikající vzduch způsobil pohyb balonku opačným směrem.“

Současně jsem na experimentu s balonkem vysvětlit, jak může pohyb (a tedy i platnost zákona zachování hybnosti) zmařit působení vnější síly.

Tak snad si žáci budou tento experiment pamatovat a budou schopni zákon zachování hybnosti použít při řešení úloh i praktických situací.

Průběh části vyučovací hodiny je zobrazen na fotografiích.

Autoři fotografií:

Ondřej Hrdina

Daniel Kout

© Jaroslav Reichl, 23. 12. 2016