1
Fyzika v peněžence
Josef Trna, Pedagogická fakulta Masarykovy univerzity v Brně
1. Setrvačnost I
Sklenici zakryjeme přiměřeně velkým tuhým hladkým listem papíru (plastové fólie), na nějž položíme
těžší minci. Prudkým vytažením (vytržením) papíru dosáhneme pádu mince do sklenice. Stejný
výsledek obdržíme při prudkém odstrčení papíru. Setrvačnost mince a malé tření způsobí pád mince do
sklenice.
2. Setrvačnost II
Na vyšší sklenici (vázu) postavíme prstenec slepený z tuhého hladkého papíru, na jehož vrchol
položíme minci. Prstem prudce do boku vytrhneme papírový prstenec - mince padá do sklenice.
Setrvačnost mince a malé tření způsobí pád mince do sklenice.
3. Setrvačnost III
Sloupec z několika mincí položených na sebe postavíme na hladký stůl. Příborovým nožem (tenkým
pravítkem) pak střídavě na obě strany prudce vyrážíme spodní minci - zbývající mince stále tvoří
sloupec. Setrvačnost mincí je udržuje ve sloupci.
4. Rázy
Na hladkém stole proti sobě prudce postrčíme palcem a ukazovákem dvě stejné mince. Jelikož palec
udělí minci menší rychlost, dojde po rázu k výměně rychlostí. Pokus je možno variovat nárazy různě
hmotných mincí, nárazem do stojící mince či do pevné překážky (kovové pravítko), dvěma ukazováčky
apod.). Zákon zachování hybnosti s předáváním hybností mincemi jsou podstatou jevu.
5. Rázostroj
Na hladký stůl položíme řadu stejných mincí (dvě až čtyři, může jich však být i více) tak, aby se
dotýkaly. Do krajní mince řady mincí narazíme středově v ose řady mincí další stejnou mincí. Dojde k
odskoku krajní mince na opačné straně řady. Pro zvětšení působivosti pokusu je vhodné vnitřní mince
řady pevně přitisknout prsty ke stolu. Předávání hybnosti mezi mincemi (princip rázostroje) platí i pro
tyto mince.
6. Dostředivá síla
Minci kutálíme po vodorovném stole. Někdy je trajektorií mince přímka, jindy křivka (ta pak téměř
vždy v závěru pohybu). Přímková trajektorie - výsledná síla i moment sil jsou nulové. Křivková
trajektorie - při naklonění mince je výsledná síla působící na minci dostředivou silou, navíc
podporovanou otáčivým momentem nenulových sil.
7. Odstředivá síla
Mince leží na dně sklenice, která má hladký povrch a ode dna vzhůru se rozšiřuje. Úkolem je vyndat
minci ze sklenice, aniž se mince dotkneme nebo sklenici převrátíme. Krouživým zrychlujícím se
pohybem sklenice uvedeme minci do spirálového pohybu vzhůru po vnitřní stěně sklenice, až mince
vyletí ze sklenice ven.
8. Setrvačník
Roztočíme (cvrnknutím) těžší a větší minci kolem svislé osy na větší knize (s hladkým povrchem). Při
naklánění knihy rotující mince zachovává směr osy rotace v prostoru a po opětovném vyrovnání knihy
rotuje stejně jako na počátku pohybu. Podle zákona zachování točivosti se zachovává směr osy rotace
mince.
9. Tlak
Na placku z plastelíny položíme na plocho minci. Na ni pak opatrně postavíme závaží (např. 1 kg). Po
odstranění závaží je mince jen mírně zatlačena do plastelíny. Pak tuto minci postavíme do plastelíny
svisle hranou a znovu ji opatrně zatížíme stejným závažím. Mince se zaboří hluboko. Pro udržení
svislého působení závaží a nezvrtnutí mince je třeba vložit závaží do svislé roury např. z papíru, lépe
však z průhledné fólie. Tlak na podložku se při stejné tlakové síle mění podle velikosti styčných ploch.
2
10. Váhy
Plastové (dřevěné) pravítko podložíme (zavěsíme) v těžišti. Na obě strany takto vzniklých vah
umisťujeme stejné mince tak, aby nastala rovnováha. Můžeme sestavovat různé kombinace počtu mincí
a jejich vzdáleností od osy vah. Rovnováha na dvojzvratné páce je jednoduchým případem momentové
věty.
11. Pevnost a pružnost
Na prázdnou sklenici položíme pás měkkého papíru. Mince vložená na tento papír se propadne do
sklenice. Poskládáme-li papír do varhánkovitého tvaru, mince nepropadne - naopak můžeme přidat
další mince. Pro deformaci složeného papíru se svislými nosnými částmi je třeba mnohem větší
deformační síla, než při papíru na plocho.
12. Odpor prostředí I
Na minci položíme kruhový papírek stejného průměru jako má mince. Minci s papírkem pustíme z
výšky na podložku. Mince dopadne rychleji než papírek. Obdobně lze použít minci a kruhovou
hliníkovou fólii. Odpor prostředí a různé hmotnosti těles způsobí rychlejší pád mince.
13. Odpor prostředí II
Dvě stejné mince pustíme ze stejné výšky do skleněných válců. Jeden válec je prázdný (vzduch) a ve
druhém je voda. Mince ve vodě padá ke dnu déle. Pokus můžeme alternovat s různými kapalinami
apod. Odporová síla působící na minci ve vodě je větší než ve vzduchu.
14. Bernoulliho rovnice
Před položenou otevřenou dlaní (miskou) leží lehká mince. Prudkým fouknutím nad minci dosáhneme
přeskoku mince do dlaně (misky). Tento pokus je třeba pečlivě nacvičit. Dle Bernoulliho rovnice
vzniká nad mincí podtlak vzduchu a po mírném nadzdvižení mince s ní pohne do dlaně tlaková síla
okolního vzduchu společně s proudem foukaného vzduchu.
15. Povrchové napětí I
Do nádoby s vodou vložíme na hladinu opatrně (např. pomocí drátěného držáku) lehkou minci, tak aby
zůstala na hladině ležet. Povrchové napětí vody udrží minci na hladině.
16. Povrchové napětí II
Nádobu s vodou (např. sklenice, průhledný plastový kelímek) naplníme až po okraj vodou. Postupně
opatrně vhazujeme do vody v nádobě mince tak dlouho, dokud voda nepřeteče. Tento pokus je vhodný
jako soutěžní či pro odhad. Pokus je možno alternovat s různými kapalinami (např. olej, líh).
Povrchové napětí vody udrží vodu v nádobě. Je vhodné ukázat značné vzdutí povrchu kapaliny.
17. Tepelná vodivost I
Dvěma prsty uchopíme menší minci, kterou opatrně začneme zahřívat plamenem zápalky. Mince brzy
začne pálit, a tak ji neudržíme po celou dobu hoření zápalky. Kovová mince má dobrou tepelnou
vodivost a malou tepelnou kapacitu, proto se rychle zvýší její teplota.
18. Tepelná vodivost II
Zahříváním listu papíru nad plamenem dojde z jeho zuhelnatění. Položíme-li na list papíru minci, pak v
místě mince papír nad plamenem nezuhelnatí. Kovová mince odvádí teplo a tak příslušné místo papíru
ochlazuje.
19. Tepelná vodivost III
Na kovovou síťku upevněnou ve stojanu položíme stejně daleko od středu síťky tři stejně velké mince
stejné tloušťky z různého kovu (např. Al, Cu a Fe). Na střed každé mince položíme odlomenou
hlavičku zápalky. Zahříváme síťku přesně pod jejím středem. Zápalkové hlavičky vzplanou postupně,
ale vždy ve stejném pořadí. Místo síťky a kahanu lze použít elektrický plotýnkový vařič. Různé kovy
mají různou tepelnou vodivost.
3
20. Tepelná roztažnost I
Mezi dva skleněné pásky (aspoň 25 cm dlouhé) vložíme na stojatou minci tak, aby spodní pásek se
svým koncem právě dotýkal obvodu mince. Po zahřátí horního pásku plamenem zápalky dojde k
vypadení mince. Spodní strana horního pásku se rychleji zahřeje než strana horní a dojde tak k
rozdílnému tepelnému roztažení horní a dolní strany pásku, který se jako celek ohne vzhůru, a tak
mince vypadne.
21. Tepelná roztažnost II
Kus silného drátu ohneme do trojúhelníkového tvaru. Trojúhelník vodorovně upevníme do stojanu a
mezi volné konce drátu v jednom vrcholu trojúhelníka zachytíme minci. Po zahřátí protilehlé strany
drátěného trojúhelníka mince vypadne. Mince se uvolní díky tepelnému roztažení drátu.
22. Tepelná roztažnost III
Dva hřebíčky zatlučeme do dřevěné destičky tak, aby mezi nimi ve svislé poloze destičky těsně
propadla větší mince. Tuto minci upevníme do dřevěného kolíčku na prádlo a zahřejeme ji svíčkou
(zapalovačem, kahanem). Pak již mince mezi oběma hřebíčky nepropadne. Mince zvětší zahřáním svůj
objem, a proto mezi hřebíčky nepropadne.
23. Tepelná rozpínavost vzduchu I
Do nízké misky (talíře) je mince zaplavená silně obarvenou vodou (mlékem) tak, že není vidět její
hodnota. Máme zjistit hodnotu mince, aniž se mince nebo misky (talíře) dotkneme. Zahřejeme sklenici
horkou vodou (či obrácenou nad plamenem) a postavíme vzhůru dnem vedle mince do obarvené vody
(mléka). Po chvíli se kapalina nasaje do sklenice a mince se objeví. Vzduch v zahřáté sklenici se
ochladí, zmenší svůj tlak a díky přetlaku okolního vzduchu dojde k nasátí kapaliny.
24. Tepelná rozpínavost vzduchu II
Na navlhčené hrdlo prázdné skleněné (nebo pevné plastové) láhve položíme minci. Láhev uchopíme do
dlaní - tak zahřejeme vzduch v láhvi (doporučujeme předem vzduch v láhvi ochladit proudem studené
vody). Po chvíli začne mince téměř periodicky nadskakovat. Zahřátý vzduch v láhvi zvětšuje svůj tlak.
Tlaková síla zahřátého vzduchu v láhvi pak zdvihne minci.
25. Magnetické vlastnosti látek
Permanentní (pecičkový) magnet přibližujeme k různým mincím. Některé se přitáhnou, jiné ne. Mince
jsou vyrobeny z různých kovů a jejich slitin, které se liší magnetickými vlastnostmi.
26. Magnetická indukce
Položíme několik feromagnetických (měkká ocel) mincí do řady s malými mezerami. Na krajní minci
postavíme permanentní (pecičkový magnet) a přibližujeme ji k sousední - ta přiskočí. Tak magneticky
spojíme celou řadu mincí a pomalu ji vlečeme po stole. Pak odstraníme magnet a vidíme, že se řada
mincí roztrhá. Jev magnetické indukce nastává u feromagnetických látek. Magneticky měkké látky se po
odstranění magnetického pole vracejí do nemagnetického stavu.
27. Vířivé proudy
Bifilárně zavěšený permanentní (pecičkový) magnet necháme volně kmitat, tlumení je minimální.
Těsně pod magnet umístíme nemagnetickou minci. Při stejné amplitudě je kmitání výrazně tlumené.
Pohybem magnetu jsou v minci indukovány vířivé proudy a jejich magnetické pole působí proti pohybu
magnetu, který tak brzdí.
28. Rovinné zrcadlo I
Minci postavíme na hranu rovnoběžně před svislé rovinné zrcátko. V zrcátku pozorujeme stranově
převrácený obraz mince. Obraz mince v rovinném zrcadle vzniká v souladu se zákonem odrazu světla.
29. Rovinné zrcadlo II
Minci položíme před svislé rovinné zrcátko. V zrcátku pozorujeme stranově a výškově převrácený
obraz mince. Můžeme měnit vzdálenost mince od zrcadla a sklon zrcadla. Obraz mince v rovinném
zrcadle vzniká v souladu se zákonem odrazu světla.
4
30. Rovinná zrcadla I
Dvě rovinná svislá zrcátka spojená hranou svírají pravý úhel. Před takto spojená zrcátka postavíme na
hranu minci. V zrcadlech pozorujeme nepřevrácený obraz mince. Obraz mince vzniká v souladu se
zákonem odrazu světla díky odrazům ve dvou zrcadlech.
31. Rovinná zrcadla II
Před dvě svisle postavená hranou spojená rovinná zrcátka položíme minci. Měníme úhel zrcátek a tak
měníme počet pozorovaných obrazů mince. Obrazy mince vznikají v souladu se zákonem odrazu světla
díky odrazům ve dvou zrcadlech.
32. Rovinná zrcadla III
Mezi dvě rovnoběžná svisle postavená rovinná zrcátka položíme minci. Pozorujeme obrazy mince v
obou zrcadlech. Obrazy mince vznikají v souladu se zákonem odrazu světla díky odrazům ve dvou
zrcadlech.
33. Odraz světla
Minci položíme na stůl před svisle postavenou skleněnou destičku. Za tuto destičku umístíme
skleněnou nádobku tak, aby se obraz mince, odražený sklem dostal do sklenice. Skleněná deska světlo
částečně propouští a částečně odráží. Tak můžeme uvidět zároveň skutečnou nádobku za sklem i obraz
mince v ní.
34. Lom světla
Na dno neprůhledného hrnečku (plastového kelímku) vložíme minci tak, abychom ji z boku neviděli.
Po nalití vody do hrnečku (kelímku) se při nezměněném úhlu pohledu mince objeví. Hladina vody v
hrnečku (kelímku) se stane rozhraním dvou rozdílných optických prostředí, na kterém dojde k lomu
světelných paprsků vycházejících z mince (lom od kolmice), a tak se tyto paprsky dostanou do oka a
minci uvidíme.
35. Slepá skvrna
Položíme vedle sebe tři menší mince ve vzdálenosti 8-10 cm. Přivřeme levé oko a pravým se díváme
na minci nejvíce vlevo. Přibližujeme současně hlavu k mincím. Při vzdálenosti asi 25-30 cm střední
mince zmizí. Při odtahování hlavy zmizí mince nejvíce vpravo. Paprsky vycházející z mizejících mincí
dopadá na slepou skvrnu na sítnici oka, kde je oko nevidí.