Fyzika na ZŠ Vltava
pro přátele fyziky ZŠ
Světlo
15.Kvě
Světlo je elektro-magnetické záření. Jedná se o formu energie. Zajímavé je, že se z místa na místo šíří vždy nejkratší možnou vzdálenosti, která existuje – tedy přímočaře. Navíc se pohybuje maximální rychlostí, kterou lze ve vesmíru dosáhnout: 300 000 km/s.
Šíření světla
Pokud nemá světlo překážku, šíří se všemi směry stejně. Chová se tedy jako vlna. Postupným rozšiřováním do prostoru se zmenšuje intenzita světla, neboť se pokrývá stále větší prostor.
picture by Jose Carlos Norte, flickr.com
Jedná se o stejný princip, který běžně sledujeme v kapalinách. Pascalův zákon říká, že tlak se mění při působení vnější síly v kapalině všude stejně. To znamená, že se musí energie uvnitř šířit rovnoměrně. Čím větší kámen – zdroj – hodím do vody, tím větší vlny vzniknou. Čím větší vlny, tím delší dopad budou mít. Stejné je to se světlem. Čím silnější zdroj, tím delší bude cesta světla, kterou zvládne urazit.
Vzduch a neviditelné částice, které prostupují celým vesmírem vytváří prostředí, které se chová stejně jako voda. Světlo pak vytváří svou energií vlny tím, že rozpohybovává částice, které prostředí vytváří.
picture by tina negus, flickr.com
Následující video zachycuje vytváření tzv. vlnoplochy – jak jej zachytila unikátní kamera sestrojená v MIT, která dokáže zachytit 1000 miliard snímků za 1 sekundu.
Jedná se naprosto ojedinělý experiment, který poprvé v historii „zpomalil“ světlo a umožnil nám nahlédnout na to jak se šíří prostorem. Lahví od nápoje projde světlo za 0,000 000 000 83 sekund. Nebo-li, chceme-li sledovat dráhu světla, musíme si 1 sekundu umět rozdělit na 10 000 000 000 menších dílků!
Odraz a lom světla
Přestože je světlo energie, kterou si můžeme představit jako „chvění prostoru“, tak díky obrovské rychlosti, kterou se šíří, získává během pohybu hmotnost – má vlastnosti jakoby se jednalo o pohyb částice. Tuto částici, nebo spíše moment kdy má světlo hmotnost, nazýváme foton. Díky tomu se světlo může odrážet nebo lámat.
Příklady na výpočet hustoty, objemu a hmotnosti
29.Bře
- Zlato má hustotu 19 300 kg/m3. Unesl(a) bys v jedné ruce kostičku zlata, která by měla hranu dlouhou 5 cm a byla by celá ze zlata?
- Jaké rozměry by mohl mít hranol ze zlata, pokud by měl vážit 20g? (Rada: vypočítej objem a pokus se odhadnout jedotlivé strany.)
- O kolik více stříbra (hustota: 10 490 kg/m3) bude ve 300 gramovém předmětu, ve srovnání se stejně těžkým předmětem ze zlata?
- Ebenové dřevo má 2 krát větší hustotu než dřevo jedlové. 2,8 m3 jedlového dřeva váží 1,68 t. Jaká je hustota ebenového dřeva?
- Do železničního vagónu se vejde 75 m3 nákladu. Maximální hmotnost, kterou uveze je 30 tun. Jakou největší hustotu může mít materiál, se kterým bychom mohli zcela zaplnit celý tento vagón?
- Jaké množství rašeliny (hustota 350 kg/m3) uveze 15 vagónů z předchozího příkladu?
- Hustota betonu je 1800 kg/m3.
Kolik váží betonový sloup o rozměrech 1,6 m × 25 cm × 25 cm? - Rybáři používají malá olůvka, aby se jinak lehký háček dobře ponořil do vody. Vypočítej, jakou hustotu má olovo, když olůvko o objemu 0,44 cm3 váží 5 g.
- Na sochu bylo spotřebováno 150 dm3 lipového dřeva (480 kg/m3). Jaké množství oceli (13 000 kg/m3) bude potřeba k dorovnání váhy sochy na 100 kg? Množství vyjádři jako objem v cm3.
- Čerstvý sníh má hustotu 100 kg/m3. Mokrý sníh má hustotu čtyřnásobnou. Jaká hmotnost sněhu leží na střeše o rozměrech 5 m × 12 m, když napadlo 12 cm sněhu?
- Kolik váží sněhulák, na kterého bylo spotřebováno 14,7 litru sněhu?
Archimédův zákon
26.Bře
Archimédés ze Syrakus žil v Řecku před více než 2200 lety. Jako první dal dohromady závěr pozorování o souhře chování těles a kapaliny, do které se těleso ponořuje.
Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno silou, rovnající se tíze kapaliny stejného objemu jako je ponořená část tělesa.
Čím je pro nás Archimédův zákon zajímavý?
Asi nejdůležitější je tato pasáž: „tíze kapaliny stejného objemu“. Ve vztahu k tělesu mluví poučka pouze o objemu. Žádné další vlastnosti tělesa reakci neovlivňují. Takže bez ohledu na materiál (tedy hustotu látky) tělesa, zareaguje kapalina vždy stejně! Je tedy jedno, jestli ponořím do vody 1 m3 oceli nebo 1 m3 dřeva. Kapalina bude působit na těleso pouze s ohledem na ponořený objem.
Lze tedy určit objem těles, která mají komplikovaný tvar a těžko by se vypočítával.
Výpočet vztlakové síly
8.Bře
- Díky působení vztlakové síly se zdají být věci ve vodě lehčí. O kolik jsme ponořeni po krk v moři zdánlivě lehčí?
Víme: hustota lidského těla je 985 kg/m3, hustota mořské vody je 1026 kg/m3. Průměrná hmotnost hlavy je 4,6 kg. -
Jak velká vztlaková síla působí na vor, na kterém sedí trosečník o hmotnosti 70 kg?
Vor, který je ponořen 8 cm pod hladinu vody tvoří 4 dřevěné trámy o rozměrech: 120 cm × 15 cm × 15 cm. - Jakou hmotností bude třeba zatížit pod vodou bóji o objemu 35 000 cm3 a hustotě 200 kg/m3, pokud budeme chtít zabránit aby vyplavala a zůstala zcela pod hladinou?
- Namaluj a popiš situaci z příkladu č. 3 v grafickém editoru.
- Loď Titanic, která se před sto lety potopila, leží v hloubce 12 600 stop. Jaký panuje v této hloubce hydrostatický tlak?
1 stopa = 30,48 cm+ Zajímavosti o Titanicu na National Geographics.
- Tvůrce filmu Titanic – James Cameron sestoupil 26. března se svou ponorkou na dno Mariánského příkopu – nejhlubšího místa Země – do hloubky 10 898 metrů. Pořizoval záběry dna pomocí speciálních 3D kamer. Jaké hydrostatické tlakové síle musely odolat objektivy kamer, jejichž povrch byl přibližně 30 cm2?
+ Další obrázky a informace o projektu na National Geographics.
- Iluzionista chce předvést trik, který spočívá v tom, že vytvoří dojem, že stojí na vodní hladině. Chce k tomu použít poylstyrén, který má hustotu 20 kg/m3. Jaké množství (objem) polystyrénu bude potřebovat, když váží 76 kg?
Odvozené veličiny + přehled vzorců ZŠ
22.Úno
6. ročník | 7. ročník
| veličina | označení | výpočet | zákl. jednotka | |
|---|---|---|---|---|
| obsah | S | S = a.b | m2 | |
| objem | V | V = a.b.c | m3 | |
| rychlost | v | v = s : t | km/h, m/s | → |
| hustota | ρ (ró) | ρ = m : V | kg/m3 | |
| gravitační síla | Fg | Fg = m.g | N | |
| hydrostatická tlaková síla |
F | F = S.h.ρ.g | N | |
| vztlaková síla | Fvz | Fvz = V.ρ.g | N | |
| tlak | p | p = F : S | Pa | → |
| hydrostatický tlak | p | p = h.ρ.g | Pa |