Pomôcky: silomery, Tehlička na trecie silu (prípadne iný tehlička s okami na dvoch miestach), rovné jadro do rozkladného transformátora, neodymový magnet
Pr. 1: Ktoré tri podmienky musia spĺňať každá sila? Skontroluj ich splnenie u nasledujúcich síl:
a) sila, ktorú na Teba pôsobí stoličky, na ktorej sedíš,
b) sila, ktorou pôsobí závažie na špagát, na ktorom je zavesené,
c) gravitačná sila, ktorou na Teba pôsobí Zeme.
Pre každú fyzikálnu silu musíme nájsť:
• pôvodcu (predmet, ktorý silu spôsobuje),
• cieľ (predmet, na ktorý sila pôsobí),
• partnerku (partnerskou silu o rovnakej veľkosti, opačnom smere a prehodenie dvojicou pôvodcu-cieľ).
a) sila, ktorú na Teba pôsobí stoličky, na ktorej sedíš
• pôvodcu: stoličky,
• cieľ: ja (drží ma, aby som kvôli gravitácii nespadol dole),
• partnerka: sila, ktorú ja pôsobím na stoličke (keď bude rozbitá, tak sa podo mnou zlomí, keď si sadnem na stôl je vidieť, ako sa prehne).
b) sila, ktorou pôsobí závažie na špagát, na ktorom je zavesené
• pôvodcu: závažie,
• cieľ: špagát (je našponované),
• partnerka: povrázok pôsobí na závažie (inak by závažie spadlo).
c) gravitačná sila, ktorou na Teba pôsobí Zeme
• pôvodcu: Krajina,
• cieľ: ja (neodletíte do vesmíru),
• partnerka: ja pôsobím na Zemi (moja sila však nie je vidieť, pretože Zem je obrovská a sila, ktorá ma dokáže udržať aby som neuletel do vesmíru, s tak obrovskou planétou nemôže viditeľne pohnúť).
Pr. 2: Na stôl položíme ťažký železný tehlička. Magnet, ktorý sa nachádza vedľa, sa ku tehličky pritiahne. Prečo nevyzerá silové pôsobenie magnetu a tehličky ako vzájomné (prečo sa tehlička nepriťahuje k magnetu)?
Tehlička je ďaleko ťažšie ako magnet, leží na stole a pôsobí na neho veľká trecia sila, sila, ktorou sa priťahujú s magnetom, nie je dosť veľká, aby trenie prekonala a tehlička sa dal do pohybu smerom
k magnetu.
Ako silu magnetu na tehlička zviditeľníme?
• Môžeme magnet držať v ruke, aby sa nemohol pritiahnuť ku tehličky a priblížiť ho tak, aby magnetické sila bola dosť veľká a s tehlička pohla.
• tehlička môžeme podložiť valčeky, aby sa zmenšila trecia sila a on sa pohol k magnetu.
Pedagogická poznámka: V praxi používam oboje naraz, potom je pokus najpresvedčivejší.
Pr. 3: Akým spôsobom zakresľujú sily? Prečo? Sily zakresľujú pomocou šípok. Šípky umožňujú zachytiť ako veľkosť (dĺžka šípky), tak smer sily (smer šípky).
Pr. 4: Sila F má v skutočnosti veľkosť 9 N. Určte veľkosti ostatných síl. Narysujte na papierik:
a) silu F4
o veľkosti 15 N, s rovnakým pôsobiskom ako má sila F2
a s rovnakým
smerom ako má sila F3,
b) silu F5 o veľkosti 6 N, s rovnakým pôsobiskom ako má sila F a s opačným smerom než má sila F1
.
Dĺžka šípky F nie je 9 cm ⇒ musíme si určiť meradlo.
Sila F:
⇒ 1 cm na obrázku predstavuje 1,5 N v skutočnosti.
Dĺžky šípok pre sily F4 a F5
.
• 4 F = 15 N ⇒ dĺžka: 15 cm 10cm
Pr. 5: Ako spoznáš, že dva snímače meria rovnako? Prečo?
Prvý nápad: Na oba silomery zavesíme rovnaký predmet. Ak ukážu rovnakú hodnotu, meria rovnako.
Problém: Zavesením jedného predmetu kontrolujeme len to, že obaja silomery meria rovnakým spôsobom jednu konkrétnu hodnotu (zodpovedajúce gravitačnej sile priťahujúce zavesený
predmet).
Druhý nápad: Spojíme silomery proti sebe. Sily, ktoré na oba snímače sily pôsobia, tvoria partnerskú dvojicu a musia byť rovnako veľké ⇒ obaja silomery v každom okamihu mali ukazovať rovnakú hodnotu (ich rôznym napínaním môžeme ľahko skontrolovať celé
rozsahy).
Pedagogická poznámka: Žiaci spontánne navrhujú prvú možnosť a až, keď namietne, že tým preverí iba jednu konkrétnu zhodu, napadne niekoho zapojiť silomer k silomeru.
Pr. 6: Pomocou silomeru a tehličky Demonštrujte, že účinok sily závisí na:
a) veľkosti sily, b) smeru pôsobenia sily, c) pôsobisku sily.
a) účinok sily závisí na veľkosti sily
Podľa toho, či ťaháme veľkú alebo malú silou, sa tehlička buď dá do pohybu, alebo stojí na mieste.
b) účinok sily závisí na smere pôsobenia sily
Ak ťaháme dostatočne veľkou silou, závisí smer, ktorým sa tehlička začne pohybovať na smeru, ktorým ho ťaháme.
c) účinok sily závisí na pôsobisku sily
Ak ťaháme tehlička dole, dá sa do pohybu a sunie sa po lavici. Ak ťaháme rovnakým smerom hore, prevráti sa.
Zhrnutie: Každá sila má pôvodca, cieľ a partnerskou silu.
Najjednoduchší pohyb – príklady
Pr. 1: Aké vlastnosti má najjednoduchšie pohyb?
Pr. 2: Nájdi predmety, ktoré sa pohybujú rovnomerne priamočiaro.
Pr. 3: Navrhni prakticky realizovateľný postup, ako s triedou študentov zmerať čo najpresnejšie pohyb idúceho autíčka.
Pr. 4: Urči rýchlosti (s presnosťou na jedno desatinné miesto) autíčka v jednotlivých intervaloch a doplň ich do tabuľky.
Pr. 5: Nájdi niektoré z príčin, ktoré mohli spôsobiť nepresnosti pri meraní dráhy vozíka a vyústiť do rozdielnych hodnôt rýchlosti v jednotlivých intervaloch.
Pr. 6: Pozri si tabuľku s vypočítanými hodnotami rýchlosti a odhadni, ktorá z hodnôt
dráhy bola zrejme zmeraná zle a aká mala byť jej skutočná hodnota.
Pr. 7: Nájdi vlastnosť, podľa ktorej je možné rozoznať rovnomerný pohyb už z hodnôt dráhy bez počítania rýchlosťou.
Pr. 8: Ako bude vyzerať graf závislosti dráhy vozíka na čase? Ako bude vyzerať graf závislosti rýchlosti na čase? Zakreslite obaja odhady do jedného obrázku.
Pr. 9: Nakresli na milimetrový papier do jedného grafu závislosť dráhy na čase (os na ľavej strane) a závislosť rýchlosť na čase (os na pravej strane). Pred nanášaním hodnôt si rozmysli všetky merítka tak, aby si čo najlepšie využil plochu grafu. Čím sa vyznačuje graf závislosti dráhy rovnomerného pohybu na čase? Čím sa vyznačuje graf rýchlosti rovnomerného pohybu na čase?
Najjednoduchší pohyb
Pomôcky: autíčko, pásmo, zápalky (kriedy alebo iné značky), milimetrové papiere
Pr. 1: Aké vlastnosti má najjednoduchšie pohyb?
Najjednoduchším pohybom sa pohybuje predmet, ktorý:
• má stále rovnakú rýchlosť,
• ide po priamke (priamočiaro).
Pohyb sa stále rovnakou rýchlosťou označujeme ako rovnomerný pohyb. Ak rovnomerný pohyb prebieha po priamej trajektórii, nazýva sa rovnomerný priamočiary pohyb.
Pr. 2: Nájdi predmety, ktoré sa pohybujú rovnomerne priamočiaro.
Väčšina predmetov sa pohybuje nerovnomerne, rovnomerne priamočiaro sa pohybuje:
• auto na rovnom úseku prázdne diaľnice,
• niektoré hračky (autíčka bez ovládania),
• kozmickej sondy letiaci mimo slnečnú sústavu,
• kosačka na trávu na kosenie,
• …
Pre naše skúmanie použijeme autíčko na batérie určené na fyzikálne pokusy.
Pr. 3: Navrhni prakticky realizovateľný postup, ako s triedou študentov zmerať čo najpresnejšie pohyb idúceho autíčka.
Rovnako ako u slimáka nebudeme schopní zabezpečiť okamžité odčítanie hodnôt jedným človekom ⇒ jeden študent hlási časy merania, ostatní študenti rozmiestnenie pozdĺž predpokladanej dráhy pokladajú značky alebo rovno odpočítajú hodnoty podľa nastaveného metra.
V nasledujúcej tabuľke sú hodnoty, ktoré sme získali pri meraní rovnomerného pohybu autíčka na baterky.
Pr. 4: Urči rýchlosti (s presnosťou na jedno desatinné miesto) autíčka v jednotlivých intervaloch a doplň ich do tabuľky.
Divné: Hračka sa síce pohybovala rovnomerne, ale hodnoty rýchlosti nie sú všetky rovnaké !!
Fakt, že hodnoty rýchlosti nie sú rovnaké, neznamená, že sa vozík nepohyboval rovnomerne. Všetky namerané hodnoty, sú vždy zaťažené chybou a preto nemôžeme očakávať, že by hodnoty rýchlosťou vyšli rovnaké.
Pr. 5: Nájdi niektoré z príčin, ktoré mohli spôsobiť nepresnosti pri meraní dráhy vozíka a vyústiť do rozdielnych hodnôt rýchlosti v jednotlivých intervaloch.
Niektoré z možných príčin nepresností:
• zlé odpočítaní času na stopkách,
• zlé hlásenie času,
• neskoré alebo unáhlené reakcie na nahlásený čas,
• nepresné položenie značky,
• zlé odpočítaní dráhy,
• …
Z predchádzajúceho je zrejmé, že nie je možné očakávať, že by pri takto nepresne meranom pokuse vyšli všetky hodnoty rýchlosti rovnaké. Ak by sme merali presnejšie, hodnoty rýchlostí by
sa od seba líšili menej, ale presne rovnaké hodnoty nie je možné očakávať nikdy.
Jednou z najdôležitejších častí fyziky je metodika, ktorá sa zaoberá meraním a výpočtom chýb. Pri naozajstných vedeckých pokusoch sa vždy určuje aj veľkosť chyby merania, aby bolo možné odhadnúť, čo je ešte reálny jav, a čo už je odchýlka spôsobená chybou.
Rovnomerný pohyb sa vyznačuje tým, že rýchlosti vo všetkých intervaloch sú približne rovnaké (miera přibližnosti, ktorú je ešte možné akceptovať, závisí od podmienok a presnosti merania).
Pedagogická poznámka: Predchádzajúci diskusie je pre budúcnosť výučby fyziky úplne zásadné.
Študenti bývajú počas svojho vzdelávania spravidla veľmi málo konfrontovaní s pokusmi a už len veľmi zriedka s meraním. Fyzikálne deje (ale všeobecne všetky predmety) sú im predkladané v značne zidealizované podobe, s ktorou sa v živote nikdy nestretnú a tak
dospievajú k názoru, že látka, ktorú sa učia v škole, nemá s realitou nič spoločné.
Pr. 6: Pozri si tabuľku s vypočítanými hodnotami rýchlosti a odhadni, ktorá z hodnôt dráhy bola zrejme zmeraná zle a aká mala byť jej skutočná hodnota.
Najviac sa od seba líšia rýchlosť od 6. do 9. sekundy (7,3 cm / s) a od 9. do 12. sekundy (14 cm / s) ⇒ hodnota dráhy v 9 sekunde je zrejme zle zmeraná a mala by byť väčšia (tým sa prvá rýchlosť zväčší a druhá zmenší).
Pedagogická poznámka: Najľahšie sa žiakmi navrhovaná hodnota otestuje, ak máte dáta v tabuľkovom procesore. Môžete pokusne meniť a sledovať, ako sa menia hodnoty rýchlosťou.
Dá sa tak nájsť aj „ideálny“ hodnota dráhy, pri ktorej vychádza pohyb najrovnomernejšie.
Pr. 7: Nájdi vlastnosť, podľa ktorej je možné rozoznať rovnomerný pohyb už z hodnôt dráhy bez počítania rýchlosťou. Ak je pohyb rovnomerný, musí sa dráha rovnomerne zväčšovať ⇒ ak je tabuľka
nameraná so stálym časovým intervalom, musí sa dráha rovnomerne zvěšovat = rozdiely medzi jednotlivými hodnotami dráhy sú približne rovnaké.
Pr. 8: Ako bude vyzerať graf závislosti dráhy vozíka na čase? Ako bude vyzerať graf závislosti rýchlosti na čase? Zakreslite obaja odhady do jedného obrázku.
Graf dráhy: Urazená dráha sa stále rovnako zväčšuje ⇒ grafom dráhy bude približne šikmá stúpajúca čiara.
Graf rýchlosti: Okamžitá rýchlosť je stále rovnaká ⇒ grafom rýchlosti bude vodorovná čiara.
Pr. 9: Nakresli na milimetrový papier do jedného grafu závislosť dráhy na čase (os na ľavej strane) a závislosť rýchlosť na čase (os na pravej strane). Pred nanášaním hodnôt si rozmysli všetky merítka tak, aby si čo najlepšie využil plochu grafu. Čím sa vyznačuje
graf závislosti dráhy rovnomerného pohybu na čase? Čím sa vyznačuje graf rýchlosti rovnomerného pohybu na čase?
Mierka:
• čas (vodorovná os): 18 dielikov, 9 hodnôt času po 3 sekundách ⇒ dva dieliky zodpovedajú 3 sekundám,
• dráha (zvislá os): 14 dielikov, hodnoty do 278 cm ⇒ 1 dielik zodpovedá 20 cm,
• rýchlosť (zvislá os): 14 dielikov, hodnoty do 11,3 cm / s ⇒ 1 dielik zodpovedá 1 cm / s.
Grafom dráhy rovnomerného pohybu je približne priamka
Grafom rýchlosti rovnomerného priehybu je približne vodorovná priamka.
Zhrnutie: Pri meraní rovnomerného pohybu nenameriame kvôli rôznym chybám ideálne hodnoty a nemôžeme tak očakávať, že pre všetky intervaly získame presne rovnaké hodnoty rýchlosti.
Pohyb – príklady
Pr. 1: Pozri si obrázok. Kto a čo je z hľadiska výpravcu v pokoji? Čo sa naopak z hľadiska výpravcu pohybuje? Vidí cestujúci vo vlaku to isté? Ako vidí situáciu dieťa, ktoré sa točí na kolotoči?
Pr. 2: Popíš, za akej situácie sa môže dôjsť k nasledujúcemu pozorovanie.
a) Vodič idúceho auta vidí, že vlak voči nemu stojí.
b) Cestujúci v idúcom vlaku stojí voči stanici.
Na obrázku je zakreslené, ako išlo auto. Dokresli do obrázka po akej dráhe sa pohybuje: a) vlak b) sedačka kolotoča c) pes d) cyklista.
Pr. 3: Kto alebo čo sa na obrázku pohybuje: a) priamočiarym pohybom;
b) křivočarým pohybom; c) pohybom po kružnici.
Pr. 4: Nakresli obrázok rieky (zvrchu). Akým smerom musíme veslovať na lodi, aby sme sa dostali priamo na protiľahlý breh?
Pr. 5: Na papieriku je krížikom vyznačený bod. Akými číslami je popísaná jeho poloha?
Pr. 6: Dokresli do obrázka body o súradniciach: B [5; 2]; C [0; 3]; D [-2; 4]; E [-6; 0].
Pr. 7: Pomocou súradníc sa dá popisovať nielen poloha bodov na papieri, ale aj poloha predmetov v priestore (napríklad v triede). Vystačíme s dvoma súradnicami ako pri určovanie polohy v rovine? Čo všetko musíme dohodnúť, aby sme si pod rovnakými súradnicami predstavili rovnaký bod v triede?
Pr. 8: Popíš pomocou súradníc polohu nasledujúcich predmetov v triede. Trieda je vysoká 4 m, dlhá 8 m a široká 6,5 m. Počiatok sústavy súradníc leží v dolnom prednom roka učebne pri okne, os x smeruje po zemi pozdĺž okien k zadnej stene, os y pozdĺž
predné steny k dverám a os z ide kolmo hore. Urči súradnice nasledujúcich bodov:
a) vodovodný kohútik na katedre, b) ľavý predný roh prvej lavice pri okne,
c) hodiny, d) ľavý (z pohľadu triedy) reproduktor.
Pr. 9: Ktoré predmety sú v triede určené nasledujúcimi súradnicami.
a) [0; 0; 3,5] b) [0; 4; 2] c) [7; 5,5; 1] d) [5; 1; 1]
Pohyb
Pomôcky: papieriky s obrázkami
Poznámka: Obrázky sú prevzaté z učebnice „Fyzika okolo nás“ so súhlasom vedúceho autorského kolektívu Doc. Milana Rojko. Ak by niekto považoval ich prevzatie za porušenie autorských práv, po upozornení je ihneď stiahneme.
Pr. 1: Pozri si obrázok. Kto a čo je z hľadiska výpravcu v pokoji? Čo sa naopak z hľadiska výpravcu pohybuje? Vidí cestujúci vo vlaku to isté? Ako vidí situáciu dieťa, ktoré sa točí na kolotoči?
Pohľad výpravcu:
• v pokoji: stromy, budova stanice, auto pri prejazde, okolité kopce, značky a pätníky okolo cesty, stolička pri vode, …
• v pohybe: vlak a cestujúci vo vnútri, deti na kolotoči, otáčavá časť kolotoče, chlapec na skateboarde, pes, prievozník na lodičke, lietadlo, …
Cestujú vo vlaku nevidí to samo. Zdá sa im, že všetko, čo je voči výpravcovi v pokoji sa voči vlaku pohybuje, naopak všetkých predmety vo vlaku sú voči nim v pokoji. Deti na kolotoči vidí opäť niečo iné – všetko sa okolo nich zložito otáča.
Pr. 2: Popíš, za akej situácie sa môže dôjsť k nasledujúcemu pozorovanie.
a) Vodič idúceho auta vidí, že vlak voči nemu stojí.
b) Cestujúci v idúcom vlaku stojí voči stanici.
a) Vodič idúceho auta vidí, že vlak voči nemu stojí.
Cesty aj železničná trať vedú priamo vedľa seba a auto aj vlak idú rovnakou rýchlosťou vedľa seba ⇒ ich vzájomná poloha sa potom nemení a pozorujú, že sa voči sebe nepohybujú.
b) Cestujúci v idúcom vlaku stojí voči stanici.
Ak vlak ide pomaly a cestujúci ide (beží) rovnakou rýchlosťou proti smeru jazdy, voči nádražie sa nepohybuje.
Keď hovoríme o pohybe (pokoja), musíme vždy udať, odkiaľ sa pozeráme ⇒ pohyb i kľud je relatívna.
Pr. 3: Na obrázku je zakreslené, ako išlo auto. Dokresli do obrázka po akej dráhe sa pohybuje: a) vlak b) sedačka kolotoča c) pes d) cyklista.
Pr. 4: Kto alebo čo sa na obrázku pohybuje: a) priamočiarym pohybom;
b) křivočarým pohybom; c) pohybom po kružnici.
a) priamočiarym pohybom sa pohybovalo auto, cyklista na ceste a lietadlo.
b) Křivočarým pohybom sa pohybuje pes, vlak, ruka výpravcu s plácačkou, vreckovku v ruke dieťaťa.
c) Pohybom po kružnici sa pohybujú deti na kolotoči, kolesá pri vlaku.
Pr. 5: Nakresli obrázok rieky (zvrchu). Akým smerom musíme veslovať na lodi, aby sme sa dostali priamo na protiľahlý breh?
Musíme sa pohybovať šikmo proti prúdu tak, aby sme vyšli proti prúdu rovnakú vzdialenosť, o akú nás prúd znesie.
Pedagogická poznámka: Bývaly doby, kedy som okolo zavádzania sústavy súradníc robil veľa okolkov (hra na lode, …). Tento rok ukázal, že je zrejme to zbytočné. Časť žiakov o súradniciach určite počula, ale aj ten zvyšok sa bez rozpakov shodnul na riešenie nasledujúceho
príkladu a so súradnicami začal ihneď pracovať.
Pr. 6: Na papieriku je krížikom vyznačený bod. Akými číslami je popísaná jeho poloha?
Poloha krížika môže byť popísaná dvoma spôsobmi:
• 3; 1
• 1; 3
Záleží na tom, ktoré z čísel napíšeme ako prvý ⇒ dohoda: ako prvé píšeme číslo, ktoré udáva polohu v smere osi x (vo vodorovnom smere). Aby bolo hneď jasné, že čísla znamenajú polohu bodu, píšeme ich do hranatých zátvoriek: [3; 1].
Polohu bodu v rovine určujeme pomocou dvoch čísel (súradníc), ktoré píšeme do hranatých zátvoriek [x y; ]. Ako prvý vždy píšeme hodnotu x-ovej súradnice.
Priamky x a y označujeme ako osi sústavy súradníc, ich priesečník ako počiatok sústavy súradníc.
Pr. 7: Dokresli do obrázka body o súradniciach: B [5; 2]; C [0; 3]; D [-2; 4]; E [-6; 0].
Pr. 8: Pomocou súradníc sa dá popisovať nielen poloha bodov na papieri, ale aj poloha predmetov v priestore (napríklad v triede). Vystačíme s dvoma súradnicami ako pri
určovanie polohy v rovine? Čo všetko musíme dohodnúť, aby sme si pod rovnakými súradnicami predstavili rovnaký bod v triede?
V priestore budeme potrebovať tri súradnice (dĺžku, šírku, výšku).
Musíme dohovoriť:
• miesto, v ktorom sa všetky osi budú pretínať (počiatok sústavy súradníc),
• smery všetkých troch osí.
Pr. 9: Popíš pomocou súradníc polohu nasledujúcich predmetov v triede. Trieda je vysoká
4 m, dlhá 8 m a široká 6,5 m. Počiatok sústavy súradníc leží v dolnom prednom roka učebne pri okne, os x smeruje po zemi pozdĺž okien k zadnej stene, os y pozdĺž predné steny k dverám a os z ide kolmo hore.
Urči súradnice nasledujúcich bodov:
a) vodovodný kohútik na katedre, b) ľavý predný roh prvej lavice pri okne,
c) hodiny, d) ľavý (z pohľadu triedy) reproduktor.
a) vodovodný kohútik na katedre: [1; 4; 1, 2],
b) ľavý predný roh prvej lavice u okna: [2,5; 1; 0,6],
c) hodiny: [2,5; 6,5; 2,5],
d) ľavý (z pohľadu triedy) reproduktor [0; 2; 3].
Pr. 10: Ktoré predmety sú v triede určené nasledujúcimi súradnicami.
a) [0; 0; 3,5] b) [0; 4; 2] c) [7; 5,5; 1] d) [5; 1; 1]
a) [0; 0; 3,5]: predný horný roh triedy pri okne.
b) [0; 4; 2]: pravý horný roh tabule.
c) [7; 5,5; 1]: pravý roh poslednej lavice pri dverách.
d) [5; 1; 1]: pravý horný roh katedry, bližšie pri stene.
Zhrnutie: Pohyb je relatívna – záleží na pozorovateľovi.
Oko – příklady
Pr. 1: Aké dve úlohy musia oko plniť, aby sme dobre videli?
Pr. 2: Aký druh šošovky musíme mať v oku? Čím sa táto šošovka musí líšiť od obyčajných sklenených šošoviek? Navrhni pokus, ktorým sa o tom môžeme presvedčiť.
Pr. 3: Nájdi svoj blízky a vzdialený bod. Ak máš okuliare, pri hľadaní je odlož.
Pr. 4: Aká je približná ohnisková vzdialenosť ľudského oka?
Pr. 5: Ako môže pri vytváraní obrazu na sietnici oka šošovka zlyhať? V akých situáciách sa táto vada prejaví? Ako sa taká chyba napravuje? Ako môžeme pomocou šošoviek túto vadu nasimulovať u zdravého človeka.?
Oko
Pomôcky: spojky, rozptylky z optickej sady
Pedagogická poznámka: V úvode hodiny v krátkosti prejdeme výsledky úloh z minulej hodiny. Žiaci majú k dispozícii šošovky, takže si niektoré úlohy môžu rovno skúšať.
Pr. 1: Aké dve úlohy musia oko plniť, aby sme dobre videli?
Oko musí:
• vytvoriť obraz,
• zachytiť obraz a poslať o ňom informáciu do mozgu.
Nasledujúci obrázok zachytáva podstatu videní: rozbiehavé zväzky lúčov z jednotlivých bodov predmetu, ktorý pozorujeme, šošovka sústredí do jednotlivých bodov na sietnici, kde dopadajúce
svetlo zachytí špeciálna na svetlo citlivé bunky. Bunky potom vyšlú do mozgu správu o množstva a typu svetla, ktoré na ne dopadá.
Priemer očné buľvy sa pohybuje okolo 2,5 cm.
Pr. 2: Aký druh šošovky musíme mať v oku? Čím sa táto šošovka musí líšiť od obyčajných sklenených šošoviek? Navrhni pokus, ktorým sa o tom môžeme presvedčiť. Oko musí obsahovať spojku (rozptylka nevie vytvárať reálne obrazy). Šošovka musí byť veľa
lámavá (viac než naše šošovky zo súpravy), pretože musí u vzdialených predmetov vytvoriť obraz vo vzdialenosti 2,5 cm (tak ďaleko je sietnice od šošovky), Pri zobrazovaní blízkych
predmetov musí byť ešte lámavejšie.
Šošovka v oku sa musí vedieť zaguľacovať a narovnávať (meniť ohniskovú vzdialenosť), podľa toho, či práve pozorujeme blízke predmety (zaoblenia) alebo vzdialené predmety (Narovnanie). Sklenené šošovky to nevie a preto sme museli pri zmene vzdialenosti medzi šošovkou a predmetom meniť aj vzdialenosť medzi šošovkou a tienidlom (to u oka nejde, jeho zadná strana sa nemôže viac zarážať do hlavy).
Zakulacování šošovky si môžeme ukázať tým, že sa snažíme pozerať na veľmi blízky predmet ⇒ šošovka sa musí zaguľacovať (lúče z blízkeho predmetu sú rozbíhavější a musí sa viac lámať) ⇒ cítime tlak v oku.
V skutočnosti oko neobsahuje len jednu šošovku, ktorá by sa sama starala o vytváranie obrazu. O vytváraní obrazu sa stará rohovka, ktorá sa nevie zaguľacovať (ale obstaráva väčšinu
lámanie), a za rohovkou ukrytá očná šošovka, ktorá zaguľacuje a tým nám umožňuje ostro pozorovať rôzne vzdialené predmety.
Dve vzdialenosti, ktoré popisujú schopnosti zaostrovania nášho oka:
• blízky bod: najkratšia vzdialenosť, na ktorú sme schopní zaostriť,
• ďaleký bod: najväčšia vzdialenosť, na ktorú sme schopní zaostriť (väčšinou nekonečno).
To, že nedokážeme prečítať napríklad nápisy na veľa vzdialených predmetoch, neznamená problém so zaostrovaním, ale skôr skutočnosť, že obrazy takých písmen sú príliš malé na rozlišovaciu schopnosť oka. Ak sú veľmi vzdialené predmety ostré, oko je v poriadku (a vzdialený bod je nekonečno).
Pr. 3: Nájdi svoj blízky a vzdialený bod. Ak máš okuliare, pri hľadaní je odlož.
Zdravé oko:
• blízky bod: v detstve 6,5 cm, v 60 rokoch 60 cm i viac, s vekom rastie, cca 15 cm
• vzdialený bod: nekonečno
Pedagogická poznámka: Namerané hodnoty píšeme na tabuľu a je z nich ihneď vidieť, že žiaci s okuliarmi majú iný vzdialený bod ako ostatní.
Pr. 4: Aká je približná ohnisková vzdialenosť ľudského oka?
Ak pozeráme na vzdialené predmety, musí sa zobraziť na sietnici ⇒ obraz veľmi vzdialených predmetov vo vzdialenosti 2,5 cm ⇒ ohnisková vzdialenosť oka cca 2 – 2,5 cm (pri pozorovaní
blízkych predmetov sa ešte zmenšuje).
Pr. 5: Ako môže pri vytváraní obrazu na sietnici oka šošovka zlyhať? V akých situáciách sa táto vada prejaví? Ako sa taká chyba napravuje? Ako môžeme pomocou šošoviek túto vadu nasimulovať u zdravého človeka.?
Dve možná zlyhanie:
• šošovka láme svetlo príliš ⇒ u vzdialených predmetov vznikne obraz pred sietnicou (vidíme zle na diaľku a dobre na blízko (šošovka v oku sa nedokáže dostatočne narovnať) ⇒ krátkozrakosť (väčšinou vrodená, kvôli zlému tvare očnej buľvy), o náprava: musíme lúče do oka pustiť tak, aby ich oko nespájalo príliš skoro ⇒ pred oko postavíme rozptylku (lúče prídu do oka viac rozbiehavé a šošovka je spojí na sietnici, čím bližšie má krátkozraký človek vzdialený bod, tým silnejší rozptylku potrebuje), o simulácie: krátkozrakosť môžeme nasimulovať tým, že si pred oko dáme spojku,
ktorá spolu s naším okom bude lámať príliš a spájať lúče pred sietnicou.
• šošovka láme svetlo málo ⇒ u blízkych predmetov vznikne obraz za sietnicou (vidíme zle na blízko a dobre na diaľku (šošovka v oku sa nedokáže dostatočne zaguľatiť) ⇒ ďalekozrakosť (väčšinou prichádza s vekom kvôli postupnému tvrdnutiu očnej šošovky),
o náprava: musíme lúče do oka pustiť tak, aby ich oko dokázalo spojiť ⇒ pred oko postavíme spojku (lúče prídu do oka menej rozbiehavé a šošovka je spojí na sietnici, čím ďalej má ďalekozraký človek blízky bod, tým silnejší spojku potrebuje), o simulácie: krátkozrakosť môžeme simulovať tým, že si pred oko dáme rozptylku,
lúče prichádzajúce do nášho oka, budú príliš rozbiehavé a u bližších
predmetov je šošovka nedokáže spojiť.
Pedagogická poznámka: Simulovanie vád je pre žiakov zďaleka najzaujímavejšou časťou hodiny. Väčšinou si predstavujú, že krátkozrakosť sa prejavuje pri predmetoch vzdialených rádovo
desiatky metrov a veľmi je prekvapí, že niektorí spolužiaci majú bez okuliarov problémy už sa vzdialeností jedného metra. Citlivá vrstva, ktorá zachytáva obraz, sa nazýva sietnice (na poslednom obrázku žltá vrstva), tvorí ju dva druhy buniek citlivých na svetlo:
• čapíky (7 milióna buniek) vnímajú farbu, menej citlivé potrebujú viac svetla,
• tyčinky (125 miliónov buniek) nerozlišujú farby (vidia čiernobielo), podstatne citlivejšie ako čapíky.
Rozloženie buniek na sietnici nie je rovnomerné:
• žltá škvrna – maximálna hustota čapíkov (smerom od žltej škvrny hustota čapíkov klesá a zväčšuje sa hustota tyčiniek), miesto najostrejšieho videnia,
• slepá škvrna – nie sú žiadne tyčinky a čapíky (tu vychádza očný nerv z oka),
• ďalej od žltej škvrny kvalita zobrazenia klesá (periférne videnie), ale oko veľmi rýchlo dokáže zamerať svoju pozornosť tam, kam potrebujeme.
Zhrnutie: Oko vytvára obraz pomocou spojky, ktorá dokáže meniť svoju ohniskovú vzdialenosť.
Šošovky – príklady
Pr. 1: Aká je zásadný nevýhoda dierkové komory?
Pr. 2: Pomocou jedného kusu šošoviek z každej sady a ďalších šošoviek (ktoré si prípadne vymeň s ostatnými skupinami) nájdi odpoveď na nasledujúce otázky. Odpovede Formuluj čo najpodrobnejšie a najkonkrétnejšie. Nezabudni do posledného bodu zapísať všetky ďalšie skutočnosti, ktorých si všimneš.
1. Vytvára všetky šošovky obraz okna?
2. Pokiaľ niektoré šošovky obraz netvorí, ako sa líšia šošovky, ktoré obraz okná vytvára, od šošoviek, ktoré obraz netvoria?
3. Vytvára všetky šošovky obraz okná rovnako veľký? Ak sa veľkosť obrazov okna medzi šošovkami líši, na čom táto veľkosť závisí?
4. Vytvára všetky šošovky obraz okná v rovnakej vzdialenosti od šošovky? Ak sa vzdialenosť obrazov okná od šošovky medzi šošovkami líši, na čom táto vzdialenosť závisí?
5. Zmení sa obraz, ktorý šošovka vytvára, keď časť šošovky zakryjeme? Záleží na tom, ako veľká časť šošovky je zakrytá? Záleží na tom, ktorá časť šošovky je zakrytá?
6. Drž šošovku tak, aby tvorila obraz okna. K šošovke prilož ruku tak, aby si jej časť zakrýval. Potom sa s rukou pomaly vzďaľujte od šošovky. Mení sa obraz okna? čo to znamená?
7. Ktorú vlastnosť obrazu ovplyvňuje veľkosť šošovky? Aké pokusy musíš urobiť, aby si našiel odpoveď na túto otázku? Vysvetli výsledok pokusu.
8. Akékoľvek ďalšie zaujímavé skutočnosti zistené o šošovkách.
Šošovky
Pomôcky: zrkadlovka, dierková komora, sviečka
Pedagogická poznámka: Som naozaj presvedčený, že žiaci by mali dostať šošovky do ruky a mali by mať čas si s nimi pohrať. Po prvé je malé obrázky na stene strašne baví, za druhé závislosti, ktoré majú nájsť nie sú úplne priehľadné a vyžadujú slušnú cieľavedomosti.
V hodine nechám prostrednej okno z polovice otvorené a zavriem obe zostávajúce, aby v triede nebolo moc svetla a pritom existoval solídne vzor na zobrazovanie. Ak je voľná vedľajšie trieda, využijeme aj tú. Potom žiakom ukážem obraz vytvorený dvoma rôznymi typmi šošoviek, rozdelím je na trojica, rozdám papiere s úlohami, upozorním, že si výsledky vyberiem a ohodnotím a nechám ich svojmu osudu. Po cca 15 minútach väčšinou musím prácu prerušiť a demonštrovať nepravdivosť častého omylu, že hrubé šošovky obrazy nerobia a tenké áno. na konci hodiny papiere vyberiem a na začiatku budúci si prejdeme ich riešenie.
Pedagogická poznámka: Šošovky máme z troch zdrojov: zvyšky zo skorších čias, sady rovnakých šošoviek, ktoré som vybral z vyradeného skla, ktoré dáva učiteľom z Elixíru do škôl Meopta
Přerov, a zvyšky z prístrojov, ktoré škola vyhadzuje (všeobecne sa snažím, aby vyhadzovanie prebiehalo s mojím vedomím a ja mohol prípadne ukoristiť niečo do fyziky). trojica dostanú jeden kus každej sady a vyberú si ľubovoľné ďalšie šošovky zo zostávajúceho mixu. tieto šošovky by mali po vyskúšaní vracať, aby si ich mohli vyskúšať aj iné trojke.
Pedagogická poznámka: Úplne prvýkrát som nechal žiakov skúmať šošovky bez otázok úplne samostatne. V úplnej väčšine dvojíc však nedošli k žiadnym výsledkom.
Minulá hodina: nastaviť čip proti svetlu nestačí (všetko sa zobrazuje všade), je potrebné vytvoriť obraz (bodu v miestnosti odpovedá bod na čipe, v ktorom má svetlo z toho daného bodu miestnosti nad svetlami z iných prevahu). Najjednoduchším zariadením na vytváranie obrazu je dierková komora.
Pr. 1: Aká je zásadný nevýhoda dierkové komory?
Prepúšťa veľmi málo svetla. Obraz, ktorý vytvára, musíme pozorovať v tme. Ak svätíme dierku, aby prechádzalo viac svetla, obraz sa zotrú.
V objektívu rozhodne nie je umiestnená dierková komora, vznik obrazu v ňom zaisťujú šošovky. Pokiaľ šošovku priblížime k stene do správnej vzdialenosti, vytvoríme na stene obrázok okna.
Pr. 2: Pomocou jedného kusu šošoviek z každej sady a ďalších šošoviek (ktoré si prípadne vymeň s ostatnými skupinami) nájdi odpoveď na nasledujúce otázky. Odpovede Formuluj čo najpodrobnejšie a najkonkrétnejšie. Nezabudni do posledného bodu zapísať všetky ďalšie skutočnosti, ktorých si všimneš.
1. Vytvára všetky šošovky obraz okna?
2. Pokiaľ niektoré šošovky obraz netvorí, ako sa líšia šošovky, ktoré obraz okná vytvára, od šošoviek, ktoré obraz netvoria?
3. Vytvára všetky šošovky obraz okná rovnako veľký? Ak sa veľkosť obrazov okna medzi šošovkami líši, na čom táto veľkosť závisí?
4. Vytvára všetky šošovky obraz okná v rovnakej vzdialenosti od šošovky? Ak sa vzdialenosť obrazov okná od šošovky medzi šošovkami líši, na čom táto vzdialenosť závisí?
5. Zmení sa obraz, ktorý šošovka vytvára, keď časť šošovky zakryjeme? Záleží na tom, ako veľká časť šošovky je zakrytá? Záleží na tom, ktorá časť šošovky je zakrytá?
6. Drž šošovku tak, aby tvorila obraz okna. K šošovke prilož ruku tak, aby si jej časť zakrýval. Potom sa s rukou pomaly vzďaľujte od šošovky. Mení sa obraz okna? čo to znamená?
7. Ktorú vlastnosť obrazu ovplyvňuje veľkosť šošovky? Aké pokusy musíš urobiť, aby si našiel odpoveď na túto otázku? Vysvetli výsledok pokusu.
8. Akékoľvek ďalšie zaujímavé skutočnosti zistené o šošovkách.
Zhrnutie: V bežných zariadení používame na vytváranie obrazov šošovky – kusy skla, ktoré vedia vytvárať obrazy aj pri normálnom osvetlení.
Prečo vidíme – príklady
Dve hypotézy:
• Svetelná: Naše okolie je väčšinou plné svetla, ktoré rôzne poletuje priestorom. naše oči svetlo prijímajú a získavajú z neho informáciu o tom, ako svet okolo vyzerá.
• Ohmatávací: Oči vysielajú nejaké lúče, ktoré sa odráža od predmetov v okolí späť. Oči je zachytí a tým si ohmatávají svet okolo.
Pr. 1: Navrhni pokus, ktorým by sme mohli rozhodnúť o tom, ktorá z oboch hypotéz o videnie (svetelná a ohmatávací) je správna. Máš nejaké skúsenosti, ktoré jednu z hypotéz vylučujú?
Pr. 2: Vysvetli, prečo sa zornička po rozsvietení zmenšuje.
Pr. 3: Nakresli triedu pri pohľade zhora. Do obrázku nakresli cestu svetla z ukazovátka, cez múr do očí niekoľkých spolužiakov na rôznych miestach triedy. Ako svetlo od steny odráža? Prečo nevidíme lúč počas cesty?
Pr. 4: Navrhni, ako zviditeľniť lúč po ceste.
Pr. 5: Na fotografii je kutil, ktorý kontroluje rovnosť dosky. Vysvetli.
Pr. 6: Ako najľahšie skontrolujeme, že sme koly na stavbu plota zasadili rovno do jednej priamky?
Pr. 7: Na strelných zbraniach mierime pomocou hľadí a mušky. Vysvetli ako. Pokiaľ má zbraň strieľať presne na rôzne vzdialenosti, býva hľadí nastaviteľné. Prečo?
Pr. 8: Vysvetli, prečo na ukazovátku namierenom trochu nad hlavy študentov nie je vidieť, že svieti, zatiaľ čo rozsvietenie čelovky nepríjemne páli do očí.
Pr. 9: Prečo sa miestnosti maľujú väčšinou bielo alebo svetlými farbami? Ktorej miestnosti sa maľujú čierno? Prečo?
Pr. 10: Prečo je v čiernom oblečení väčšie teplo?
Pr. 11: Vonku je deň, okná miestnosti nie sú zatiahnutá. Vysvetli, ako vidíme predmety, ktoré sú v miestnosti a nedopadá na ne priame žiarenie zo Slnka.