1
Fyzika v krabičce zápalek
Josef Trna, Pedagogická fakulta Masarykovy univerzity v Brně
MECHANIKA:
1. Krabička-odměrka
Tělo prázdné krabičky přilepíme na obrácené dno zásuvky. Tak vznikne malá odměrka pro sypké
materiály (písek, sůl apod.). Vyrobíme odměrky z menší i větší krabičky. Odříznutím části krabičky
můžeme vyrobit odměrky různého objemu. Pomocí odměrného válce zjistíme objem vyrobených
odměrek, které můžeme případně i ocejchovat.
2. Odhad vzdálenosti a výšky pomocí zápalky
Změříme délku zápalky a vzdálenost zápalky od oka v natažené paži. Ze znalosti výšky nebo
vzdálenosti objektů v terénu (domy, stromy apod.) můžeme pomocí poměru z podobnosti trojúhelníků
vypočítat neznámou vzdálenost nebo výšku objektu.
3. Zákon akce a reakce
Dvě prázdné nebo plné krabičky spojíme pružnou gumičkou a položíme na hladký povrch. Rukama
chytíme obě krabičky a natáhneme gumičku. Postupným pouštěním jedné, druhé a pak současně obou
krabiček demonstrujeme vzájemnost silového působení mezi dvěma tělesy.
4. Setrvačnost I
Z prázdných krabiček (asi 5 kusů) postavíme na hladkém stole sloupec tak, že je položíme na plocho na
sebe. Tyčkou menší tloušťky než jedna ležící krabička pak prudkým pohybem vyrážíme postupně
spodní krabičku. Spodní krabičku vyrážíme střídavě na obě strany. Sloupec ze zbývajících krabiček se
díky setrvačnosti nezbortí.
5. Setrvačnost II
Sloupec plných krabiček (asi 5 kusů) položených na plocho na sebe umístíme na hladký list papíru
nebo na fólii. Papír či fólii prudce vytrhneme. Díky setrvačnosti se sloupec krabiček nezbortí.
6. Rovnováha
Do zásuvky větší prázdné krabičky vložíme nebo vlepíme těžkou matici (olůvko) těsně k jedné straně.
Krabičku pak zavřeme a položíme na okraj stolu zátěží směrem ke středu plochy stolu. Krabičku
opatrně posouváme přes okraj. Krabička nespadne, třebaže přečnívá více jak polovinou přes okraj
stolu.
7. Stabilita I
Na nakloněnou rovinu (desku) s drsným povrchem položíme na stojato plnou větší krabičku, která má
uprostřed boční stěny zavěšenou malou olovničku (nit a malá matička). Desku na jedné straně pomalu
zvedáme. Olovnicí znázorněná těžnice se postupně dostane na převratnou hranu, kdy krabička stále
ještě stojí. Po překonání převratné hrany se krabička převrátí. Stejný pokus provedeme při položení
krabičky na jinou stěnu. Krabičku můžeme i různě zatěžovat. Diskutujeme význam polohy těžiště
tělesa pro jeho stabilitu.
8. Stabilita II
Vystavíme sloupec z na plocho pokládaných prázdných nebo plných krabiček, které jsou postupně
mírně překládány na jednu stranu. Diskutujeme podmínky stability tohoto sloupce.
9. Tření
Plnou krabičku táhneme rovnoměrně siloměrem po různých površích, velikost třecí síly závisí na
kvalitě styčných povrchů. Pokud bychom chtěli ukázat, že když krabičku táhneme siloměrem po
různých stěnách, a tedy třecí síla nezávisí na velikosti styčných ploch, zřejmě se nám tento pokus
nezdaří, jelikož má krabička odlišné kvality povrchů. Tuto zákonitost ale můžeme demonstrovat
pomocí několika krabiček (3-5) přivázaných za sebou („vláček“) a pak postavených na sebe
(„sloupec“). Závislost třecí síly na přítlačné síle demonstrujeme pomocí různě zatížené krabičky.
10. Domino efekt
Řadu prázdných nebo plných krabiček postavíme na stojato jako kostky domina. Po udělení impulsu
první z nich demonstrujeme předávání energie mezi krabičkami.
2
11. Moment setrvačnosti
Prázdnou nebo plnou krabičku propíchneme ve středech protějších stěn a nasadíme na špejli. Další
stejné (tedy stejně hmotné) krabičky nasadíme do středů dvojice jiných protějších stěn. Krabičky na
špejli zavěsíme ve vodorovné poloze na dvě niti obdobně jako Maxwellův setrvačník. Nitě namotáme
do stejné výšky a zaráz obě krabičky spustíme po nitích dolů. Různá rychlost pohybu krabiček
demonstruje význam momentu setrvačnosti rotujícího tělesa.
12. Lezoucí krabička
V protějších stěnách zásuvky prázdné krabičky propíchneme dvě dvojice otvorů. Jedna dvojice je
blízko středu stěny, druhá dále. Otvory protáhneme nit tak, že vede pravým otvorem jedné stěny, dále
pravým otvorem druhé stěny a přes držák stojanu se vrací opačným pořadím levými otvory. Za volné
spodní konce niti střídavě taháme, čím že krabička pohybuje po dvojité niti nahoru. Její pohyb
způsobuje různě velká třecí síla na jedné či druhé straně krabičky.
13. Krabička na niti
Ve středech protějších stěn zásuvek prázdné krabičky propíchneme otvory. V zásuvce vsadíme kolmo
na tyto otvory mírně excentricky zápalku. Jeden konec niti zavěsíme na držák stojanu (nebo držíme
nahoře v ruce) a druhý konec niti drží spodní ruka. Při povolené niti krabička sjíždí dolů po niti.
Napneme-li nit, krabička se zastaví. Zastavení niti způsobuje třecí síla mezi nití a vzpříčenou zápalkou.
14. Tlak
Plnou krabičku postavíme na měkkou plastelínu a zatížíme ji závažím (např.1 kg). Postupně
zatěžujeme krabičku stejným závažím, ale pokládáme ji na různé stěny. Podle tlaku na stěnu krabičky
se zaboří více či méně. Extrémně hluboké zaboření nastane při použití těla krabičky postavené stojatě.
15. Pevnost krabiček
Na několik plných krabiček na stojato položíme desku. Ta unese značnou zátěž, dokonce i lidské tělo.
16. Karteziánek
Průhlednou skleněnou láhev (0,5 l) úplně naplníme vodou. Na hladinu vody v hrdle láhve položíme
hlavičku zápalky, kterou odřízneme ze zápalky s kouskem dřeva zápalky, který je přibližně stejně
dlouhý jako hlavička zápalky. Můžeme použít i několik takových hlaviček. Láhev těsně uzavřeme
korkovou zátkou nebo palcem. Po stlačení zátky (palce) se hlavička zápalky začne potápět, po uvolnění
opět vynořovat. Chová se jako karteziánek. Průměrná hustota hlavičky se totiž při stlačení zvětší
vodou natlačenou do vzduchových otvůrků ve dřevě. Po několika opakováních však vzduch ze dřeva
unikne a hlavička se trvale potopí.
17. Povrchové napětí
Do čisté misky nalijeme vodu. Na hladinu položíme rovnoběžně dvě zápalky asi 1 cm od sebe. Mezi
zápalky nasypeme špetku cukru – zápalky se přiblíží k sobě. Pokus zopakujeme s jinými zápalkami,
mezi které kápneme tekuté mýdlo – zápalky se vzdálí. Alternativa pokusu je s použitím více zápalek
uspořádaných do tvaru hvězdy apod.
18. Vzlínavost
Zápalku postavíme do obarvené kapaliny (inkoust apod.) ve zkumavce. Po chvíli se díky vzlínání
obarví i neponořená část zápalky.
19. Vzlínavost ve zlomené zápalce
Opatrně zlomíme zápalku do tvaru V o úhlu asi 90 stupňů. Je nutné, aby části zápalky zůstaly spojeny
vlákny dřeva. Zlomenou zápalku ponoříme místem zlomu do láhve úplně naplněné vodou. Vzlínáním
vody do stlačených vláken dřeva dojde k částečnému zpětnému narovnání zlomené zápalky asi na 120
stupňů. Alternativou pokusu je položení zlomené zápalky v ležaté poloze na okraj malé skleničky. Na
zlomenou zápalku pak položíme malou minci, která po navlhčení místa zlomu a částečném narovnání
zápalky propadne do sklenice.
20. Vlnostroj
Bifilárně zavěsíme řadu prázdných krabiček měděnými nebo hliníkovými dráty na pás pletiva. Do
krabiček vlepíme pecičkové magnety tak, aby se všechny krabičky navzájem v řadě odpuzovaly. Tak
vznikne magnetický rázostroj a zároveň i vlnostroj na podélnou vlnu. Při vhodné frekvenci nuceného
kmitání krajní krabičkou demonstrujeme i stojaté vlnění.
3
AKUSTIKA:
21. Provázkový telefon
Dvě prázdné zásuvky propíchneme ve středu dna. Otvory protáhneme provázek a uvnitř obou zásuvek
upevníme např. pomocí uzlíku. Po napnutí provázku vytvoříme provázkový telefon.
22. Zpívající krabička I
Otvorem ve středu dna prázdné zásuvky provlékneme provázek (asi 30 cm) a upevníme jej např.
pomocí uzlíku. Provázek potřeme kalafunou. Protahováním provázku mezi prsty rozechvějeme dno
zásuvky, která tak začne vydávat zvuk.
23. Zpívající krabička II
Mezi tělo a dno zásuvky zavřené prázdné větší krabičky zasuneme delší jehlu, jejíž špička bude několik
milimetrů vysunuta ven z krabičky. Krabičku uchopíme dvěma prsty a táhneme hrotem po povrchu
s pravidelnou strukturou – např. po tkaném textilu. Chvějící se krabička bude vydávat zvuk. Jeho výška
závisí na frekvenci nárazů hrotu na výstupky podložky.
24. Rezonance
Do těla prázdné větší krabičky prořízneme otvor, aby tak vznikla dutá rezonanční skříňka. Přes
krabičku navlékneme gumičku. Na tuto gumičku brnkáme zápalkou a posloucháme rezonancí zesílený
tón.
TERMIKA:
25. Nehořlavá zápalka
Zápalku uchopíme do kleští rychle vložíme hlavičkou do vnitřní „studené“ části plamene plynového
kahanu. Plamen zapálí dřevo, hlavička se nevznítí až od hořícího dřeva.
26. Zhášení zápalky I
Silně navlhčenými prsty (nejlépe palcem a ukazováčkem) krátce stiskneme hořící zápalku (pozor-ne při
zapalování!). Diskutujeme o příčině bezpečného zhašení plamene.
27. Zhášení zápalky II
Zapálenou zápalku přikryjeme shora lékovkou (malou kádinkou). Zápalka z důvodu vyhoření kyslíku
po chvilce zhasne.
28. Zápalná teplota dřeva
Na střed zápalky nasadíme kotouček z hliníkové fólie (alobalu). Zápalku zapálíme a necháme hořet.
Dohoří jen ke kotoučku, který zabrání zahřátí druhé poloviny dřevěné zápalky na zápalnou teplotu.
29. Zápalka jako indikátor vysoké teploty
Zápalku můžeme použít pro indikaci vysoké teploty pevných látek (zahřátý kov nebo sklo) nebo
vzduchu (ohniskový prostor lupy nebo dutého zrcadla zahřátý paprsky Slunce). Zápalka indikuje
vysokou teplotu vzplanutím. Můžeme takto prozkoumat i teplotní pásma v plameni.
30. Tepelná izolace dřeva
Jednu ze dvou stejných nádobek polepíme hustě zápalkami. Do obou nádobek nalijeme stejně teplou
vodu a ponoříme do nich stejné teploměry. Po několika minutách pozorujeme rychlejší pokles teploty
vody v nepolepené nádobce. Dřevo zápalek je tepelným izolantem.
ELEKTŘINA A MAGNETISMUS:
31. Elektrická síla
Prázdnou krabičku zavěsíme na nit. Přiblížíme se k ní třením nabitou plastovou tyč. Krabička se díky
elektrické polarizaci přitáhne k nabité tyči.
32. Vodivost
Dva citlivé elektroskopy postavíme blízko vedle sebe, aby se jejich desky daly propojit zápalkou. Jeden
z elektroskopů nabijeme. Na desky elektroskopů opatrně položíme zápalku. Protože dřevo není dobrý
izolant, nabitý elektroskop se pomalu vybíjí a nabíjí tak druhý elektroskop. V druhé části pokusu
opatrně spálíme zápalku tak, aby zuhelnatělá zůstala v celku. Velmi opatrně ji položíme na desky
nabitého a nenabitého elektroskopu (pozor ať neodvedeme náboj prsty !). Pozorujeme rychlé přenášení
náboje mezi elektroskopy. Uhlík je vodič.
4
33. Reostat
Krabičku naplníme grafitovými zrny (rozdrcené uhlíkové elektrody ze suchého galvanického článku) a
vložíme plošné kontakty. Krabičku zapojíme do obvodu se žárovkou a plochou baterií. Zmáčkneme-li
krabičku, snížíme odpor zrnek a žárovka se víc rozsvítí.
34. Tepelné účinky elektrického proudu
Odporový drát napneme mezi Holtzovy svorky. Uprostřed drátu z něj uděláme smyčku, do která
zavěsíme za hlavičku zápalku. Při průchodu elektrického proudu drátem dojde ke vzplanutí zápalky.
35. Elektromagnet
Na tělo prázdné krabičky navineme cívku z měděného drátu. Do zásuvky vložíme kus měkkého železa
jako jádro. Cívku napájíme z ploché baterie. Vzniklý elektromagnet přitahuje železné hřebíčky.
36. Elektromotor
Do prázdné velké krabičky vložíme ležatě monočlánek. Z měděného drátu vyrobíme dva držáky
rotorku, které se dotýkají v krabičce pólů monočlánků a vyčnívají do vhodné výšky nad krabičku. Na
koncích držáků vytvoříme smyčky, které mají funkci ložisek pro rotor. Rotor vyrobíme z malé prázdné
krabičky, na kterou navineme několik závitů izolovaného drátu. Konce drátu odizolujeme a nasadíme
do oček stojánků. Pod rotor na horní část velké krabičky položíme pecičkový magnet. Po udělení
malého impulsu se rotor roztočí.
37. Magnetická síla
Do středů zásuvek dvou prázdných krabiček vlepíme pecičkové magnety. Krabičky bifilárně zavěsíme
proti sobě na stojany. Při přiblížení krabiček demonstrujeme přitažlivou a odpudivou magnetickou sílu.
38. Magnetické pole
Do prázdné krabičky vložíme magnet. Vhodný je tyčový, který vyrobíme spojením několika
pecičkových magnetů. Krabičku uzavřeme a posypeme ji železnými pilinami. Vznikne tak pilinový
obrazec magnetických indukčních čar. Kvalitu obrazce zlepšíme poklepáním na krabičku.
39. Kompas
Dvěma zápalkami kolmo na středy propíchneme zmagnetovanou jehlu. Soustavu položíme na vodní
hladinu. Zmagnetovaná jehla se natočí do severojižního směru.
OPTIKA:
40. Zrcátka na krabičce
Na tělo krabičky nalepíme rovinná zrcátka. Pomocí těchto zrcátek můžeme demonstrovat řadu jevů na
odraz světla.
41. Dírková komora
Na jeden prázdný otvor těla větší krabičky nalepíme tuhý papír a na druhý pauzovací papír. Střed
tuhého papíru propíchneme větší jehlou. Tak vznikne dírková komora, kterou můžeme zobrazit např.
obraz hořící zápalky nebo svíčky.
42. Oční klam
Na tělo prázdné krabičky nalepíme z jedné strany papír s vodorovnou čárkou, z druhé se svislou. Na
boční stěny zásuvky upevníme gumičky (provázky). Oběma rukama držíme krabičku vodorovně před
sebou a pozorujeme vodorovnou nebo svislou čárku. Gumičku (provázek) otáčením krabičky
zkroutíme. Poté gumičku (provázek) napneme. Krabička se roztočí a my díky setrvačnosti oka
pozorujeme obraz kříže.