Studium elektrostatického pole

Hned první hodinu cvičení z fyziky v novém školním roce se žáci třídy 20M SPŠST Panská věnovali nabitému programu. Naposledy měli možnost si vyzkoušet ve škole fyzikální experimenty v prosinci 2020 při týdenním návratu do školy v rámci nařízené distanční výuky. Prvním cvičením jsem je chtěl jednak zase naladit na způsob práce v mých hodinách, jednak jsem chtěl, aby si zopakovali poznatky probrané v rámci elektrostatiky v minulém školním roce.

Začali jsme tím, že si žáci vzali standardní brčka a papírové kapesníčky. Pomocí kapesníčků brčko nabili a pokusili se ho „přilepit“ na stěnu učebny, na skleněnou vitrínu nebo na desku interaktivní tabule. Ne každé brčko fungovalo bez chyby, ale nakonec se všem zadařilo. Před další aktivitou pochopitelně následoval rozbor situace vyplněný několikerým opakováním mé oblíbené otázky „Proč?“.

„Když už máte ta brčka u sebe, sežeňte si do dvojice kamaráda a zkuste si následující,“ zadávám pokyny k dalšímu experimentu. „Každý nabijte brčko, vaše a kamarádovo brčko umístěte vzájemně rovnoběžně nad sebe a pomalu brčka přibližujte k sobě.“

Kluci začali plnit moje zadání a za chvíli se už učebnou rozléhalo „Ty jo!“, „WOW“ a podobné hlášky dokazující, že se experiment zdařil a kluci v rukou cítili odpudivou elektrostatickou sílu působící mezi nabitými brčky.

„Možná si pamatujete, jak jsem vám ukazoval tzv. Franklinovy zvonky,“ vzpomínám na experiment, který jsem v rámci distanční výuky ukazoval. „Mezi dvěma nabitými plechovkami se pohyboval pingpongový míček obalený v alobalu.“

Někteří žáci přikyvují na důkaz toho, že si experiment vybavují.

„Teď to uděláme jinak,“ usmívám se a stavím na stůl indukční elektřinu a vyzývám dva přihlášené dobrovolníky z řad žáků, aby uchopili její elektrody. Mezi jejich vzájemně rovnoběžnými dlaněmi pak držím na provázku zmíněný míček. Když indukční elektřinu nabiju, míček začíná mezi dlaněmi kmitat. Žáci jsou překvapeni a celkem správně začínají po mém dotazu sledovaný děj vysvětlovat.

„Když už tu mám tenhle přístroj, můžu ukázat víc, ale jednak vás nenutím, jednak ten, kdo do toho chce jít, sundá hodinky, vyndá z kapsy mobil a pokud má v těle instalovaný nějaký přístroj, tak jde mimo nás,“ oznamuji, čím mezi žáky vyvolán nadšení, protože očekávají něco nebezpečného.

„Chytněte se do kroužku za ruce a dvě ruce zůstanou tady u elektrod indukční elektřiny,“ říkám. Když se žáci chytí, jak jsem popsal, začínáme experiment, který provedeme ve třech krocích:

„Posledním experiment bude vizualizace centrálního elektrostatického pole,“ usmívám se. „To jsem vám ukazoval s van der Graaffovým generátorem, na kterém byla síťka s kousky magnetické pásky,“ vzpomínám na distanční výuku a přístroj přinesu do učebny. Pak se ptám vybraných žáků, kdy si naposledy myli vlasy; jejich odpovědi „včera večer“ a „dneska ráno“ mě potěší. To jsou ti praví demonstrátoři!

Žák se na moji výzvu chytí kulového konduktoru generátoru a já přístroj nabiju. U některých to jde velmi mizivě, ale v jednom případě vlasy začínají skutečně v důsledku odpudivých elektrostatických sil vstávat a modelovat centrální pole.

Ve zbytku hodinu připomeneme metody řešení některých typů úloh týkající se probírané tématiky.

Průběh části cvičení s experimenty je zobrazen na fotografiích.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 18. 9. 2021