Rovnovážný stav

Po rozboru různých typů termodynamických soustav, které jsem ilustroval na kelímku s uvařenou kávou, jsme probírali se žáky třídy 20M SPŠST Panská pojmy rovnovážný stav a rovnovážný děj. Na další hodinu jsem žáky vyzval, aby si přinesli noviny.

„Vezměte klidně Metro, které je zdarma, protože ty noviny zničíme,“ radím.

Když jsem pak přišel další hodinu do učebny, žáci měli noviny i letáky z různých obchodních řetězců na svých lavicích připraveny. Dokonce některé byly připraveny i katedře.

Když jsme se ve výkladu dostali k dané části hodiny, vyzval jsem žáky.

„Udělejte si každý dvě papírové koule, které budou držet pohromadě. Rozdělte se na dvě poloviny – jedna bude podél stěny, druhá podél oken. A všechny koule dejte do skupiny u dveří.“

Žáci pokyny plní a vše zatím chápou.

„Teď začnu měřit 15sekundové intervaly, během kterých si budete koule házet. Ne s cílem zasáhnout spolužáka nebo okno. Kouli chytíte nebo zvednete z podlahy a házíte dál. Po ukončení časového limitu rychle koule ve skupině spočítáte a pokračujeme dalším kolem.“

Odstartuji první kolo a koule začínají létat učebnou. Na konci kola žáci skutečně svědomitě a rychle spočítají koule ve své skupině. Jimi nahlášené výsledky píšu do tabulky na tabuli.

Po skončení pátého kola akci ruším.

„Vyneste koule do koše a rozebereme celý experiment,“ říkám.

Pak si společně v diskusi se žáky uvědomíme:

  • před prvním kolem byl počet koulí značně nesymetrický;
  • v každém dalším kole jsou už koule rozděleny přibližně na polovinu mezi obě skupiny žáků;
  • kdybychom experiment opakovali ještě třeba 100krát, tak by se zásadním způsobem výsledky nezměnily – stále by byly koule rozděleny přibližně na poloviny;
  • tím, že máme vlastně jediný nesymetrický stav, tak lze usoudit, že rovnovážný stav, který je pro fyziku důležitý, je ten, který má největší pravděpodobnost výskytu.

    • „A tahle poslední věta je pro fyziku velmi důležitá,“ shrnuji. „A měli byste být fyzikálně tak na výši, aby vám bylo jasné, že to je ekvivalentní vyjádření k formulaci, se kterou jsem hodinu začínal: že rovnovážný stav je ten energeticky nejvýhodnější.“

    Uvidíme, až přistoupíme k výpočtům, jak se žákům bude dařit si právě uvedené „definice“ rovnovážného stavu uvědomit.

    Průběh netradičního experimentu zobrazují fotografie.

    Autor fotografií:

    Jaroslav Reichl

    © Jaroslav Reichl, 20. 3. 2023