Demonstrujte a objasněte Faradayův zákon elag. indukce včetně A1 pokračováni principu činnosti transformátorů it OOO zuávihů 5 U N H i i ? -O Q 4-2.X pits sfcova 2. x 500 zoVi'tu pozor na zapojení cívek trayo, ® 30 ^ 3(9 w-A ® ( -i a i Vity 20.01/ sekundární vinutí a) i závit ižlábek) var vody, tavení cínu b) 6 závitu hřebík do červeného žáru krátkodobě (pokr.) A2 Demonstrujte a objasněte Lenzovo pravidlo pomocí: - působení znán elmg. pole na hliníkový prstenec - útlumu Waltenhofenova kyvadla a indukční brzdy - přechodových jeví v obvodu s indukčností ///// sii'sku.oui °3 ~<3 N O c<1 240 V —o o- QOO xaviu závisí na polaritě? prstenec - nemagnetický ") - dobře el. vodivý V hliník - lehký J i 100 zdvihů 1 . kyvadlo plné 2. kyvadlo prořezané 3. indukční brzda (kotouč) A2 pokračování JYYYVYYV i 200zavilá 2x WSfL —O o— 42.V = Při zapnutí se horní žárovka zpozdí (dolní pro srovnání) Při rozepnutí napětová špička 1Q_0V rozsvítí 1 pól doutnavky i ICO Aplikace (osobní automobil) 3 3 e 41V = (pokr.) A3 Demonstrujte a objasněte vznik střídavého proudu - v alternátoru - v rotačním odporovém měniči a diskutujte rozdílné vlastnosti těchto generátorů. Vysvětlete rozdíl mezi alternátorem a dynamem. místo X zapojíme - smpérmetr 3-0-3 mA = - voltmetr 3 V = s ručkou uprostřed - žárovku 3,5 V vedle elektromagnetu použijeme i trvalý magnet rotor - 1 závit - pár cívek - pár cívek s jádrem - 3 páry cívek s jádrem sběrací kroužky: 2 plné - alternátor 1 dělený - dynamo Dynamo s napájeným rotorem = univerzální elektromotor Použijeme: rotor - 3 páry cívek s jádrem zapojení cívek a rotoru - sériové (možné i paralelní a kombinované) napájení - 12 Vss přes reostat 13 ohm* - 70 až 80 Vst z autotrafa (vysvětlete rozdílnou velikost napětí) Reverzace chodu - přepólovat napájení? - přepólovat rotor v* č i statoru? Poznámka: pozor na propojení cívek! A3 pokračování Rotační odporový měnič (.ROM) odporový drát navinutý na desce, zalitý, na zbroušené rovině se pohybují po kružnici kontakty OW KS 30 KS 4$0 m, SN, TN ■ R - RS1 20 - 1 2 Vst - třífázová soustava Používá se pouze pro demonstrace Výhoda - na rozdíl od zdrojů založených na indukci napětí nezávisí na rychlosti otáčení - lze měnit frekvenci i zastavit (pokr.) Demonstrujte a objasněte príchod střídavého proudu obvody s rezistancí, indukčností a kapacitou. Předveďte závislost jeví na frekvenci a existenci fázového posuvu mezi proudem a napětím včetně jeho vlivu na vznik Jouleova tepla. uxave ae. jadro i 100 zavitu -105 A -o o- ±42V~ (ROM) -o o- HIV- (AOM) v klidu svítí obě žárovky stejně (nastaví se reostatem) , s růstem otáček ROM horní žárovka zhasíná co L v klidu nulová výchylka s růstem otáček ROM roste A4 pokračování místo X zapojíme - reostat 105 ohmů, f = 0, P = U.I - cívku s 6C0 závitů, P < U.I se zasouváním jádra se zvětauje f , P<íCU.I S kondenzátorem neprovádíme (nebezpečí výbuchu) Upozornění :.Vattmetr lze spálit i s ručičkou u nuly - vysvětlete 3A=, 3CWA = místo X zapojíme - reostat 105 ohmů - cívku s 1 200 závitů na uzavřeném jádře - kondenzátor 2 x I aif rezistance - 'J sleduje I (tak ověříme shodnou polaritu měřidel; indukčnost - U před I kapacita - U za I C pokr.) Demonstrujte a objasněte činnost rezonančního obvodu sériového a paralelního (sítová frekvence, vf obvody - krystalka). Použijeme zdroj - zvonkové traf o, začneme od nejnižšího napětí (, pozor na přepálení žárovek) indikace - žárovky 3i5 V kapacita - kondenzátor 2 x 50 {aF indukčnost - cívka 300 závitů na jádře U, indukčnost měníme (ladíme) uzavíráním jádra /YWWW\ ladíme na maximální svit -oo- ladíme na minimální svit žárovky 1 a stejnj svit žárovek 2 a 3 (proč?) Krystalka je instalována u skupiny úloh C (eimg. vlny) El Demonstrujte a objasníte třífázovou soustavu střídavého proudu, zapojení hvězda a trojúhelník, napětí fázové a sdružené ROM hvězda Voltmetry 30 V= s nultou uprostřed - platí EU = C Generátor svorkovnice Zapojení svorkovnice: _ J 0 0 0 hvězda O O O o o o P Q 9 trojúhelník ©L J©1 napětí sdružená fázové B2 Demonstrujte a objasněte točivé magnetické pole a jeho využití v synchronním a asynchronním elektromotoru Princip: mg. pole se otáSí ve statoru stejně jako magnet v generátoru Rozdělení střídavých motorů a) synchronní - má aktivní rotor (trvalý magnet nebo elektromagne t) rotor sleduje točivé mg. pole v principu je synchronní motor ekvivalentní generátoru t) asynchronní - má pasivní rotor (kotvu na krátko) točivé mg. pole statoru vytváří proud v kotvě, jehož dľ-sledkem je její mg. pole interagující s polem statoru. Pro vznik proudu je nutný skluz (několik %) O jednofázového motoru se vytváří točivé mg. pole - přídavnou fází (kondenzátor, cívka - na rozběh, trvale) - závitem na části jednoho pólového nástavce Demonstrace zdroje: ROK, generátor soustava cívek v poloze se svislou osou - synchronní motor: magnetka (ne rámečky - proč?) - asynchronní motor: hliníkový výlisek (ne klec - proč?) soustava cívek v poloze s vodorovnou osou - synchronní motor: trvalý magnet elektromagnet (3 V=) - asynchronní motor: kotva na krátko s jádrem reverzaee chodu: lichá permutace fází i Aplikace počet otáček = 3CC012o3C)/počet pólových dvojic (proč dvojic?) motory se změnou počtu otáček - přepojování cívek - změna frekvence napájení Odkazy: A3 - univerzální elektromotor 33 - alternátor jako model jednofázového motoru Deaior.s-tru.ite a objasněte funkci těchto elektrotechnických prvků: - relé, stykač, jistič, chránič, pojistka - elektromotor jednofázový univerzální a střídavý - elektroměr Relé a stykače princip: mechanické přepínání pomocí elektromagnetu rozdíl pouze kvantitativní relé: ovládací napětí ss i st od malých do 220 V, přepíná do 6 A stykač: ovládací napětí 220 nebo 380 Vst, přepíná od 4 A výše určení: typické klasické ovládání elektrických zařízení demonstrace: předveáte přepínání relé 112 Vss) a stykače (220 Vst) Jističe určení: odpojení přetíženého obvodu princip: krátkodobé přetížení - elektromagneticky dlouhodobé přetížení - deformací bimetalu různé charakteristiky = různě rychlé odezvy na přetížení (např. pomalé pro elektromotory - náraz proudu při rozběhu) demonstrace: předveáte vypnutí jističe 2 A s pomalou charakteristikou proudem 4 A (získáme z autotrafa a rozkladného trafa 6C0/60 závitů) první vypnutí za 2 až 3 minuty, další okamžitě Poznámka: Jistič odpojí přímo přetížený obvod, nadproudové relé pouze ovládání (např. cívku stykače) Pojistky určení: odpojení přetíženého obvodu princip: roztavení kovu Jouleovým teplem různé charakteristiky: pomalé pro elektromotory rychlé pro elektroniku B3 pokračování demonstrace: předveďte vypnutí napětového chrániče (kombinovaného s jističem) při dosažení napětí 12 Vst Elektromotory a) univerzální (komutátorový) elektromotor - viz A3 b) stejnosměrný motorek - napájení 4,5 Vss - reverzace změnou polarity - pracuje obráceně jako dynamo - číi se liší od a)? c) "dynamo" pro jízdní kolo - ve skutečnosti alternátor (proč?) po připojení na 5 Vst (zvonkové trafo) se "třepe", po počátečním impulsu se točí na obě strany - model střídavého jednofázového motoru Elektroměr hlavní součásti: cívky napětová a proudová, kotouč princip: elmg. pole jedné cívky indukuje v kotouči proud, který interaguje s polem druhé cívky pc skončení odběru pracuje jsko indukční brzda demonstrace: předveďte chod při velkém odběru a zastavení předveáte nečinnost při malém odběru Chrániče určení: ochranra před nebezpečnýo napětím nebo proudem princip: odpojení elektromagnetem, který je napájen a) dotykovým napětím na kostře přístroje (napěíový) b) svodovým proudem zjištěným diferenciálním transformátorem (proudový chránič) tpokr.) Demonstrujte a objasníte vedení proudu v polovodičové diodě a jednocestné a dvojcestné usměrnění střídavého proudu K demonstraci použijte: diody v Graetzově zapojení, zvonkové trafo, reostat 10? ohmů, kondenzátory 2 x 5C uF a 2 x 1 mt, osciloskop Demonstrujte: - jednocestné usměrnění - dvojcestné usměrnění - závislost stupně vyhlazení na velikosti vyhlazovacího kondenzátoru - závislost stupně vyhlazení ni velikosti odběru II.C Elektromagnetické vlny Demonstrujte a objasněte Cl. Vznik elektromagnetického vlnění Teshiv transformátor je zařízení, které slouží k získání vysokého elektrického napětí velmi vysoké frekvence, které může být připojenou anténou vysíláno do prostoru. V důsledku skin-efektu je toto napětí člověku zcela neškodné. Schéma zapojení je uvedeno na obrázku. Jako kapacitu použijeme dvě leydenské lahve, zapojené sériově k přívodům primární cívky s několika závity silného drátu a ke speciálnímu jiskřišti. V tomto obvodu použijeme pro spojení jeho částí upravené vodiče (proč?) Sekundární obvod tvoří cívka s vysokým počtem závitů. Ladění provádíme změnou polohy primární cívky vůči cívce sekundární a změnou počtu závitů primární cívky (připojujeme přívodní drát na různé části cívky). Jako zdroj vysokého napětí slouží RuhmkorrFův induktor. Pozorujte sršící jiskry, sveďte je do prstu, rozsviťte zářivku. Za dozoru vyučujícího proveďte pokus s růžkovou bleskojistkou. T2 Zapojení Teslova transformátoru: časová závislost kmitů v sekundárním obvodu: T, perioda kmitů oscilačniho obvodu, doba opakování přeskoku jiskry 1. Jaká je konstrukce a funkce Ruhmkorťfova induktoru a Teslova transformátoru? (Odpověď najdete např. ve skriptech M. Svoboda: Speciální praktikum - školní pokusy III, MFF UK.) 2. Vysvětlete, proč při sestavování obvodu použijete vodiče užívané pro pokusy z elektrostatiky. 3. Co je to skin-efekt? 4. Co je to Eliášovo světlo, kde a jak vzniká? 5. Jak dokážete, že anténa Teslova transformátoru vysílá elektromagnetické vlny? Elektromagnetický dipól a vlastnosti jeho zářeni Použijeme generátor decimetrových vln. Banánky pro žhavící obvod připojíme ke zdroji 6,3 V ~, banánky pro anodový obvod ke zdroji 0 V. +300 V (pozor na polaritu!). Na svorky generátoru připojíme dipól, který slouží jako anténa. Přijímací dipól indikuje příjem elmg. vln buď žárovkou nebo pomocí mikroampérmetru. Vznik primární vlny Anetsc2 r c dipól délky k emituje vlnu Ě(r,t) = Socosfur 27rí\ (odvoďte!) 1. Do kterého směru se vzniklá dipólová vlna nešíří? 2. Načrtněte vyzařovací diagram dipólu. Vznik sekundární vlnv Vztah a(t) = %-Ěa{t) dosadte do vztahu (*): Ě3{p^) = --r^l-Ěa[,t-P-) 47re0c2/jm c - L- Užitím vztahu pro vlnu emitovanou dipólem (V) získejte pro intenzitu sekundární vlny emitované dipólem (D) vztah Es(p,t) = — C sinalo cos(uí--~^), Á kde konstanta C = j-^:13-- 1. Jaký je fázový posuv sekundární vlny vůči primánu (pro jednoduchost položte sin(a) = 1)? 2. Při jaké vzájemné poloze vysílače V a dipólu D nevysílá dipól sekundární vlnu? 3. Pokud dipól D sekundární vlnu vysílá, v kterém směru je její amplituda nulová? Zkoumejte vliv vzdálenosti a polohy vysílače k přijímači na intenzitu příjmu a také směrové charakteristiky antény s direktorem a reflektorem. 1. Jak souvisí rozměry vysílací a přijímací antény s parametry oscilátoru? 2. Jaký má reflektor a direktor vliv na směrovou charakteristiku antény? Co je to polární diagram antény? Elektromagnetické vlny na Lecherově vedení Lecherovo vedení je příkladem oscilačního obvodu s rozloženými parametry: kapacita, indukčnost i odpor mezi dvěma podélnými rovnoběžnými vodiči se při vzdalování od oscilátoru spojitě zvětšuje. Použijte generátor decimetrových vln a zdroj z minulé úlohy. Sestavte obvod tak, aby smyčka vedení byla nad smyčkou oscilátoru. Vedení spočívá rovnoběžně s deskou stolu na dvou stativech na izolovaných pásech. Nastavte vazbu mezi oscilátorem a vedením a zkratujte ho na vzdálenějším konci tak, aby amplituda stojatého vedení byla maximální. —> < zkratovací můstek Detekci kmiten napětí proveďte sondou, zapojenou na voltmetr. Maxima napětí označte křídou. 1. Jak souvisí vlnová délka se vzdáleností kmiten napětí? Detekci kmiten proudu provádějte sondou připojenou na ampérmetr nebo absorpční smyčkou se žárovičkou. 1. Jaká jsou navzájem posunuty kmitný napětí a proudu? 2. Jak vysvětlíte rozsvícení žárovky v proudové kmitně? Položte na vedení zářivkovou trubici a vybuďte plyn v zářivce nábojem získaným třením tyčky z plexiskla kožkou. Ověřte, že kmitný napětí nemění svou polohu. 1. Stanovte vlnovou délku a frekvenci vysílaného elmg. vlnění. 2. Dokažte, že dva rovnoběžné vodiče vedení nevysílají do okolí elektromagnetické vlnění. Jak by se vedení muselo upravit, aby se stalo zdrojem decimetrových elektromagnetických vln? C2. Vlastnosti elektromagnetického vlnění pomocí soupravy pro generaci a detekci 3cm vln Zapojte vysílač centimetrových elmg. vln. Detekci provádějte pomocí přijímače s vestavěným ampérmetrem nebo pomoci přijímače s připojeným nízkofrekvenčním zesilovačem. Předepsané pokusy jsou popsány v III. díle pražských skript na stranách 155-156 a jsou doprovázeny názornými obrázky uspořádání. 1. Vysvětlete všechny provedené experimenty, popište funkci a konstrukci soupravy. Vyzařováni řady dipólů Pro vzdálenost í-tého dipólu od vysílače r, a přijímače pi platí r, = r + (i — 1)Aq = t + (i - l)(icos9o. -5- -v- Pi - p + (i - 1)A = p+ (i - lJdcosO, vyzářená intenzita od í-tého dipólu je dána vztahem Es(p, t) =: CE0 cos(wŕ - —(r, + + 7r). A Odvoďte vztah pro fázový rozdíl dvou sousedních vln 5 a pomocí něj vyjádřete intenzitu výsledné sekundární vlny Esv — O.Ea |SÍn(,Vf) ' sin(f) 1. Jak souvisí délka dipólové řady L = (N — l)d s počtem maximálních hodnot Esv1 2. Pro jaké natočení dipólové řady vhodné délky vzhledem k vysílači dojde k odrazu podle zákonů geometrické optiky? 3. Jak závisí polarizační vlastnosti řady dipólů na délce dipólové řady a na natočení řady vzhledem k vysílači? 4. Proveďte experimenty s polarizací 3cm vln popsané v textu Josef Kuběna, Elektromagnetické vlny na stranách 42-45. C3. Princip činnosti některých zařízení Krystalka je první rozhlasový přijímač ze začátku 20.let našeho století. Seznamte se s konstrukcí a zapojením krystalky. Zkuste jemnými doteky hrotu s krystalem leštěnce olověného dosáhnout slyšitelného signálu místní stanice (laďte otočným kondenzátorem). Pokud je poslech na sluchátka příliš slabý, použijte nízkofrekvenční zesilovač. Místo krystalu zapojte diodu. D 2?C =C, T T Krystalový detektor Schéma krystalky 1. Nakreslete schéma krystalky, popište její části a jejich funkci. 2. Prostudujte základní bloková schémata rozhlasových přijímačů a televizního přijímače - nástěnka v praktiku a pražská skripta str. 140-147. Mikrovlnná trouba Obecný popis a zásady práce s mikrovlnnou troubou jsou uvedeny na nástěnce. V laboratoři je mikrovlnná trouba typu . která pracuje na frekvenci MHz s maximálním výkonem W. Regulace výkonu je prováděna zapínáním a vypínáním generátoru elmg.vln, tzv. magnetronu, prostřednictvím časového spínače. Mechanicky je vyloučeno, aby se generátor zapnul při otevřených dvířkách trouby. Plechová skříň trouby je rezonátor o rozměrech 30 x 30 x 21 cm. Elmg. vlna je v potravinách absorbována a její energie se mění na Jouleovo teplo. Z fyzikálního hlediska se jedná o interakci elmg. vlny a vodivého prostředí. Energie vlny je v tomto prostředí absorbována a s hloubkou pod povrchem exponenciálně ubývá. Pro intenzitu el. pole v hloubce x pod pov-rchem (0) platí: E(x) = E(0).e-JfT, kde S(u;) je tzv. efektivní hloubka průniku, čili vzdálenost, ve které poklesne E{x) na hodnotu Spi. Pro efektivní hloubku průniku plyne z Maxwellových rovnic vztah íy se pohybovala v různých vzdálenostech ód magnetu. Jak se bude měnit trajektorie kuličky? Použijte dva magnety. (Jo pozorujete? Zakreslete! - Co je příčinou změny pohybu kuličky? - Jedná se o působení dvou těles? - Jaký směr má výsledná síla? 4.2 Pokus s kuličkou na odstředivce Kuličku (vozíček) připevněte pomocí siloměru ke středu točny. Pozorujte výchylku siloměru a) je-li kulička v klidu, b) otáčí-li se točna s rostoucí úhlovou rychlostí, c) otáčí-li se točna s konstantní úhlovou rychlostí, d) otáčí-li se točna s klesající úhlovou rychlostí. - Jaké síly působí na kuličku v jednotlivých případech, jaká je jejich velikost a směr? Popište v různých vztažných soustavách. 3 4 0 - Mají všechny uvedené síly zdroj v reálných tělesech? - Vysvětlete souvislosti nw*í silou odstředivou, dostředivou, setrvačnou. 4.3 Vozíček a přívažek, Atwoodiiv paflostroj Demonstrujte pohyb vozíčku taženého přes pevnou kladku závažím a těles savč-šených na At.woodovč padostroji. - Jaké síly v ol)ou případech působí na každé těleso? Určete zrychlení vozíčku a tah ve vláknech. - V čem se oba experimenty liší? (Při výpočtu zanedliejte tření.) 5 Skládám' a rozklad sil, zákony síly 5.1 Skládání sil na velké desce a) Ukažte, že síly pružnosti a gravitační síly jsou ekvivalentní, li) Ukažte, že rovnováha na kladce platí pro libovolný směr sil. c) Proveďte skládání sil - ležících v jedné přímce, - neležících v jedné přímce. 5.2 Odpuzování vozíčků magnety Vozíčky, na jejichž koncích jsou nalepeny magnety souhlasnými póly k sobě, svážeme nití a nit! pak přepálíme. - Jaké síly působí na vozíčky, jaká mají působiště, velikosti a směr? - bze tyto síly složit? Zakreslete. 4.4 Volný pád a Šikmý vrh Na velké nakloněné desce demonstrujte volný pád a šikmý vrh s odporem vzduchu (míček) a bez odporu vzduchu (terčík na vzduchovém polštáři). - Jaké síly na těleso působí? Zakreslete do obrázků. - Zakreslete do obrázku trajektorie v obou případech. - Napište pohybové rovnice míčku pro případ bez odporu vzduchu. Jak by se změnily pro pohyby s odporem vzduchu? 6 Existence pseudosil v neinerciálnícli soustavách — Co jsou to inerciální a neinerciální vztažné soustavy? — Jaké síly vznikají v neitierciáluích soustavách, jaká je příčina jejich vzniku? — Jaké pseudosíly působí v následujících pokusech? — Kile se projevují v běžném životě. Cl Kyvadlo na točně Matematické kyvadlo umístíme na točnu lak, že v klidu visí kulička v ose otáčení. Kyvadlo uveďte do pohybu, otáčejte pomalu točnou. — Jaké síly působí na kyvadlo. 6 - Zakreslete průmět trajektorie kuličky do roviny točny. 7 Newtonovy zákony 6.2 Nádoba s vorlou na točně Kádinku 8 vodou postavte na kotouč nechte jej otáčet. — Zakreslete tvar hladiny v nádobě a síly působící na částice kapaliny. 6.3 Zrychlené systémy Pomocí tělesa mezi dvěma pružinami demonstrujte síly působící na těleso ve výtahu: a) v klidu, rovnoměrném pohybu vzhůru b) při zrychleném pohybu vzhůru, c) při zrychleném pohybu dolů. Pomocí porušení rovnováhy Pogendorfova padostroje demonstrujte laliy ve vláknech. Pogendorfův p ad ostroj je dvojramenná páka s kladkami na koncích ramen a pod závěsem (pod osou). - Zakreslete do obrázků všechny síly působící na těleso ve výtahu. - Jaká pseudosíla zde působí? - Jaký je tah na konci ramene padostroje, když závaží na konci ramene zrychleně klesá (stoupá)? - Jak zní Newtonovy zákony? - Na jaké soustavy je jejich platnost, omezena? 7.1 První Newtonův zákon - Demonstrujte klid a rovnoměrný přímočarý pohyb. Ukažte, že výslednice sil působících na těleso je nulová. 7.2 Druhý Newtonův zákon Vysvětlete z hlediska 2.NZ pohyb vozíčkového padostrooje, Etwoodova padostroje, let rakety, let střely z pušky, aj. příklady pohybu těles. 7.3 'Iretí Newtonův zákon - Vysvětlete, jaké síly působí na závaží položené na ruce a na ruku, na siloměr připevněný ke stěně a na stěnu atd. - Na první siloměr zavěste první těleso, pak druhý siloměr a druhé těleso. Jaké síly působí na siloměry a jaké na tělesa? Přepalte nit spojující dva vozíčky spojené pružinou na vozíčkové dráze. Vysvětlete pohyb z hlediska 2. a 3. Newtonova zákona. Zavěste mezi dvě nitě závaží. Zatáhněte za spodní nit rychle a pomalu. V kterém případě a proč se přetrhne horní a kdy dolní nit? 7 8 - Pomocí I. a III.NZ poznávejte vla.1tno.1ti neznámých ni). Experimentálně ukažte na zákonu odpudivých sil dvou magnetů, zákonu sil tření, zákonu pružných sil. — .In ráz pružný neho nepružný, platí zákony zachování energie a hybnosti? — Získá stěna po nárazu nejakou rychlost? 8.3 Balistické1 kyvadlo a pistolka Zasáhnete střelou balistické kyvadlo. Zakreslete pohyb kyvadia, 8 Zákon zachování hybnosti — Co je to izolovaná soustava? — Vyslovte ZZ hybnosti pro izovolovanou .soustavu. — Vyslovte ZZ energie (mechanické energie) pro izolovanou soustavu. 8.1 ZZII na vzduchové dráze Pozorujte srážky vozíčků na vzduchové dráze a odrazy vozíčků od konců dráhy. — Ze ZZII odhadněte další pohyh vozíčků po srážce. — Na základě ZZH interpretujte pohyb člověka (kyvadla) na loďce. 8.2 Ráz koulí, náraz na stěna I Na bifilárních, stejně dlouhých závěsech, jsou zavěšeny kuličky stejného objemu a hmotnosti. Popište, co se stane po nárazu koule do všech ostatních, do jedné koule, na dokonale pružnou stěnu, na stěnu s plastelínou. Předpovězte jev na základě výpočtu. - Jaké zákony zachování zde platí? - Je možné ž výšky výstupu kyvadla určit rychlost střely? - Je potřebné uvažovat o deformační energii? 8.4 Pád kuliček v rouře Do trubice vhoďte tísně po sobě velkou a malou ocelovou kuličku. Velká se odrazí od kovadliny a malá pak od velké, — Jak se budou pohybovat obě kuličky? — Odhadněte na základě zákona zachování hybnosti rychlosti pohybu velké a malé kuličky po odrazech. — Jak vysoko vyletí malá kulička v ideálním případě — Proč je potřebné, aby ráz byl středový? — Jak by se změnily výsledky pokusu, kdybychom nepoužili trubici? - Jedná se o středový náraz? 1.13 STATIKA A ZÁKONY ZACHOVÁNÍ Demonstrujte a objasněte: 1 Potenciální a kinetická energie, práce — Defiiiiijtc pojmy energie, energie potenciální ,1 kinetická, mechanická práce. - Vyslovte zákon zachování mechanické energie. 1.1 Potenciální energie gravitační Zvedejte závaží položené na dlani z výšky ht do výšky /i| nad povrchem stolu. - Zakreslete do obrázku síly působící na závaží. - Určete práci těchto sil při zvednutí závaží z výšky kj do výšky rt|. - Definujte pojem potenciální gravitační energie. Závisí její hodnota na volbě nulové hladiny energie? — Určete potenciální energii závaží ve vrcholech A, fí,C,D svislého čtverce stojírfho na vrcholu A. Určete práci vykonanou při přenesení tělesa po dráze AB a ACB. - Je správné tvrzení „těleso má potenciální energii ... ?" Zdůvodněte. 1.2 Potenciální energie pružnosti Na pružinu zavěste závaží o hmotnosti m. Pružinu prodlužte, pozorujte její kmity. Pak pokus uspořádejte vodorovně (těleso volně klouzá po podložce, bez tření). - Zakreslete do obrázku některé charakteristiky (rychlost, zrychlení, síly) kmitavého pohybu, napište rovnice popisující pohyb takového oscilátoru. - Jaké druhy energie se zde přeměňují, je-li pokus uspořádán svisle? (vodorovně). Napište jejich matematické vyjádření. — Ověřte platnost, zákona zachování mechanické energie pro harmonické netlumeiié oscilátory. 1.3 Pružné a nepružně rázy, pády míčku liralizujle srážku dvou vozíčků na vozíčkové dráze neho vzduchové lavici. Kontakt vozíčku při srážce je jednou realizován prostřednictvím pružiny, podruhé prostřednici.vím plastelíny. 1'okus opakujte pro různé hmotnosti vozíčku a rychlosti před srážkou. Pád pinpongového míčku, dvou gumových kuliček (obyčejná guma a guma značky NOHSOHKX s pomalou restitucí deformace). — Načrtněte do obrázku hmotnosti a rychlosti vozíčku před srážkou, dokreslete situaci po srážce. — Jaké druhy energie se přeměňují při rázu pružném a nepružném? Jaké zákony zachování zde platí? — Objasněte vlastnosti gumových míčku při odraze a při valení na nakloněné rovině. — Vysvětlete z tohoto hlediska pokusy s rá.zy kovových kuliček . — Vysvětlete, proč míček dopadající na podložku po odrazu vystupuje do menších výšek, až se nakonec úplně zastaví, V libovolném bodě zakreslete do obrázku síly a rychlosti. 1.4 Práce gravitačních sil na horské dráze Po horské tiráže spouštějte kuličky různé velikosti a z různého materiálu. .Sledujte, jak velkou část dráhy projdou. Jaká je celková energie kuličky před zahájením pohybu? i 2 - Na jřiké druhy mechanické energie Se tato energie pfcmenuje. během pohybu? - Co je přiřinwi toho, ž<- některé kuličky nepřekonají potencionální val.' - Jakou podmínku je potřeba splnit, aby kulička prošla kruhovou smyčkou? |)if,-rcn,:iálni kladkostroj: Kolo na hfí.k-li: (uvažujte o silách pflíHibícfch na kuličku) - Má rozměr kuličky vliv na to, zda kulička projde celou dráhu? - Jaké síly v tomto případe konají mechanickou práci? 1.5 Práce sil tření Na nakloněné rovině táhneme těleso rovnoměrným pohybem nahoru, dolu. Pouštíme gumové míčky, naplněný pinpoiigový míček. 1.5.1 Zakreslete všechny síly, které na těleso působí. - Tíhovou sílu rozložte do složek, je-jícbž účinky jsou vzájemně nezávis lé. Jakou mají tyto složky velikost? - Napište vyjádření pro třecí sílu. - Určete výslednici všech působících sil. Jakou má velikost a směr? - Kdy se bude těleso po nakloněné rovině pohybovat rovnoměrně? - Napište ZZE pro míčky i tažená tělesa. 1.5.2 Necht rychlost těleso klouzat, (míčky valit) dolu po nakloněné rovině. Na začátku je tělesa nulová. — Vyjádřete celkovou mechanickou energii tělesa na začátku a na konci nakloněné dráhy. - Určete sílu, která koná práci. Jaký je vztah mezi prací vykonanou touto silou a mechanickou energií na začátku a na konci dráhy? V co se přeměňuje rozdil mechanické energie? 1.0 Kladkostroje Předveďte činnost kladkostrojů, klínu a šroubu. Nakreslete je; odvoďte vztahy pro silu, kterou působíme na zvedané břemeno. Uvažujte kdy nastane rovnováha. Kladka pevná: Kladka volná: (Napište momentovou větu. silami vzhledem k ose souosých kladek) Určete práci vykonanou při jedné otáčce: Klín {Maklojičná rovina Odvoďte podmínku rovnováhy ^ = £ Šroub Rozložte síly do složek, odvoďte podmínku rovnováhy P" — F^ 0 šroubu uvažujte obdobně jako o nakloněné rovině; F' = 3 4 2 Moment síly a jejich rovnováha, rotace 2.1 Momentový kotouč a) Do různých vzdálenost! od osy ol áčení kol nuče zavěšujeme závažíčka rúz ných hmotností. Pozorujeme otáčení kotouče, b) Použitím vhodných závažíček vr vhodných vzdálenostech zasfavínic otáčení kotouče. Pokusy jc (nožné provárlpt i sc silnniěry. — Do dvou obrázků zakreslete působící síly a jejich ramena. — Definujíc veličinu momeul. síly. Práce při rotaci. — Určete orientaci vektoru momentu síly v obou případech. Nakreslete. — Co se děje. když je osa otáčení nad nebo pod třž.išlělll? — Napište pohybovou rovnici pro těleso na nějž působí stálý moment sil. - Jaká je jejich výslednice? Můžeme nahradit účinek dvojice účinkem jedné síly? - Na momentovém kotouči demonstrujte správné (oběma rukama) a nesprávné (jednou rukou) držení volantu. 2.4 Okamžitá osa rotace při valení tělesa Mějme rívku s navinutou nití. Táhneinc-li za nit, cívka se pohybuje buď k nám (navíjí se), nebo od nás (rozvíjí se). 2.2 Rovnováha na páce — Co je příčinou rozdílného pohybu cívky? - Zakreslete působící síly a jejich ramena vzhledem k bodu dotyku tak, aby se cívka pohybovala jedním nebo druhým směrem. 3 Těžiště tělesa, stabilita tělesa Zakreslete do obrázků působící síly a sílu působící na osu. Pokusy je možně provádět, na páre nebo na momentovém kotouči. Jaká síla působí na osu. Určete graficky její výslednici, určete ji i výpočtem. 2.3 Moment dvojice sil Pomocí siloměrň ukažte na točně působení dvojice sil. 3,1 Určení těžiště zavěšením Na háček zavěšujeme různá tělesa, tržnici realizujeme pomocí nilě se závažím. Pro několik zavěšení každého tělesa určíme těžnicc a jejich průsečík těžiště. - Co je těžiSlě tělesa? - Jaký pohyb koná těleso upevněné v těžišti? - V jaké poloze skonči otáčení tělesn nezavěšeného v těžišti a proč? - Zakreslete těžiště těles různých geometrických tvarů. 3.2 Stabilita válce, dutého válce, těles na nakloněné rovině Demonstrujte polohu stabilní, labilní a indiferentní pro těleso podepřené i zavěšené. Těleso zavěšené Těleso podepřené (momentový kotouč, páka...) (horská dráha, miska) - Zakreslete do obrázku tíhovou sílu a reakci závěsu (podložky). Určete momenty sil, popřípadě síly, které způsobují navracení tělesa do původní polohy, respektive vychýlení tělesa z této polohy. - Definujte polohu stabilní, labilní a indiferentní. Jaký extrém potenciální energie tělesa je v těchto polohách? - Co je mírou stability tělesa? 3.3 Stabilita nehomogenních těles Prozkoumejte stabilitu nehomogenních kvádrů na nakloněné rovině. Jak se změní stabilita válečku přidáním plastelíny na jednu základnu mino střetl? naklánějl.e rovinu. - Vyjádřete stabilitu kvádru v různých polohách: a) úhlem «, o který se otočí těžiště při překlopení b) velikostí síly /•', kterou se otočí těžiště při překlopení c) vykonanou prací, kterou se otočí těžiště při překlopení. 3.5 Stabilita -zavěšených těles Pomocí kahanu nahřejte dráty kola upevněného v těžišti. - Jak se chovají dráty kola po nahřáli? - Je potom těžiště totožné 3 osou otáčení? - Proč se otáčení kola chvílemi zastavuje? 3.6 Stabilita rovnoramenných vah a poloha těžiště Prohlédněte si laboratorní váhy. - Co je osou otáčení vahadla? - Jakou polohu musí zaujímat vahadlo, má-li se po vychýlení vracel do původní polohy?. Kde se nachází těžiště vahadla (vzhledem k ose otáčení? - Popište princip stolních vah. Co je příčinou, že roviny misek zůstávají při libovolné poloze vahadel vodorovné? - Popište princip listovních vah. Odvoďte vztah pro hmotnost váženého tělesa v závislosti na hmotnosti závaží. 3.4 Stabilita těles na nakloněné rovině Na nakloněnou rovinu se zarážkami postavte dřevěné kvádry podle obrázku a 7 4 Moment setrvačnosti a rotační kinetická energie 4.1 Rotační (Wattu v) regulátor otáček Vyzkoušejte ai činnost rotačního regulátora otáček. — V jako poloze se ustálí koule při otáčení? Jaké síly na kouli v této poloze působí? — Odvoďte vztah pro úhel a, které svírá rameno regulátoru se svislým směrem. — Definujte veličiny moment setrvačnosti a rotační kinetická energie. 4.2 Válce na nakloněné rovině Po naklonené rovině spouštějíc plné a rlnlé válce různých hmotností a průměrů. Vždy předpovězte, který rychleji urazí Hanou dráhu. — Váírc koná posuvný i rotační pohýb. Co je příčinou rotačního pohybu? — Pouštíme-li po nakloněné rovině plné válce různých hmotností, který bude první dole? — fiešle předchozí úlohu pro válce stejné hmotnosti, ale plný a dutý. — Ze zákona zachování energie odvoďte vztah pro rychlost v válce na. konci nakloněné dráhy. 4.3 Volné osy rotace koule, válce, kruhové tlesky Na osu odstředivky zavěste na niti připevněné předměty, např. řrtizek, válec, misku, dcskíl ... Pozorujte jejich otáčení při různých úhlových rychlo.st.rch. — Jaké síly působí na rotující těleso, když osa rotace není osou symetrie. — Co je příčinou změny osy rotace? 5 Vlastnosti sil tření - Co je to síla tření a jakým směrem působí? - Jaké druhy tření zuáiiif, jaké pro ně platí vztahy? - Na čem závisí velikost třecí síly? - Na čem závis! odporová síla prostředí? 5.1 Pohyb kvádru na nakloněné rovině Kvádr položte na vodorovnou desku. Desku zdvíhrjtc až do té polohy, ve které se kvádr po slabém popostrčení bude pohybovat rovnoměrným pohybem. — Jaké síly na kvádr působí. Jaká je výslednice třecích sil? — Jedná se o tření smykové nebo valivé, statické nebo dynamické? Jaký pro ně platí vztah? -- Od vor fle vztah pro výpočet, součinitele smykového tření při tomto experimentálním uspořádání. - Objasněte moment, valivého tření. 5.2 Siloměrcm tažené kvádry, různý povrch a hmotnost I) tření pohybové a) na nakloněné rovině táhněte kvádr pomocí siloměru — Určete velikost třecí síly. b) měřte síiu při rovnoměrném pohybu ha) pro různé podložky bb) pro různou velikost normálové síly - Zakreslete působící síly. — Na čem závisí smykové tření? 2) tření statické 9 tu - Jaký vztah plni! pro statické smykové třeni? - Porovnejte velikost třcci síly statické a dynamické. 5.3 Železný válec tažený siloměrem po hladkém povrchu či písku Železný válec táhněte po hladkém povrchu či po písku v misce. — 0 jaké tření se jedná v lomlo případě? - Na čem toto tření závisí, jaký pro něj platí vztah? 5.4 Míček plněný glj^erinem Prázdný míček a míček (váleček) naplněný kapalinou o vysoké viskozite pouštějte po (yddoněné rovině. - O jaké tření se jedná v tomto případě? - Formulujte ZZE. 5.5 Kužel tření sypkých hmot Do válcové nádoby a do kulové baňky ponořte kužílek, zasýpejte solí, dobře se-třepte a doplňte solí až po okraj. Pak se pokuste kužílek vytáhnout. - Jaké síly působí na kužílek a na stěny nádoby při vytahování? Zakreslete do obrázků. - Na čem závisí síla tření sypké hmoty? - Jak by dopadl tento pokus, kdyby místo soli byly použity jemné kuličky? 6 Deformace tělesa 6.1 Elastická a plastická deformace drátu Napnutý drát přes kladku napínejte pomocí závažíček. Určete prodloužení, oblast platnosti (lookova zákona, najděte začátek plastické deformace. Porovnejte vlastnosti drátu a silonového vlákna (tečeni - creep). - Jaký zákon popisuje oblast pružné deformace? Napište jej. - Nakreslete deformační křivku (závislost rr na e), pojmenujte její části a význačné body. - Nakteslete přibližně závislost, deformace drátu a silonového vlákna na čase. 6.2 Modely dislokací a deformačních účinků síly Pomocí houby s nakreslenou strukturou krystalové mřížky modelujte dislokaci hranovou a šroubovou a deformaci materiálu tahem, tlakem, smykem a kroucením. Zakreslete obrázky, popř. určete velikost působících sil. 6.3 Monokrystaly n poly krystaly; modely kapalin, krystalů, plynů n plastů - Jaký je rozdíl mezi látkami krystalickými a amorfními, mezi monokrystaly a poly krystaly. - Na naleptaném pozinkovaném plechu pozorujte monokrystalickázrna nepravidelného tvaru. - Pomocí soli modelujte některé vlastnosti kapalin. V čem se tento model shoduje a v čem se liší? I I 12 III.C Molekulová fyzika Demonstrujte a objasněte Cl.Tepelný pohyb atomů a molekul Brownúv pohyb částic ve vodě demonstrujte pozorováním pod mikroskopem se zvětšením asi 600x. V destilované vodě rozmíchejte malé množství běloby (na ho-dinovéni sklíčku) a kapku přeneste na podložní sklíčko a shora překryjte krvcim sklíčkem. Vrstvu mezi oběma skly pozorujte. Věnujte pozornost zaostření zorného pote a správnému osvětleni. I. Jaké je vysvětlení pohybu Biownovy částice a na čem závisí střední posunutí pohřbu částice? Difúzi kapalin předvedete na glycerínu, který vlijete asi do poloviny objemu do dvou zkumavek, shora pak opatrně přilijte cukerný roztok. Jednu ze zkumavek vložte do vlažné vody. Pozorujte rozhráni kapalin ve zkumavkách. 1. Co je to difúze? 2. Na jakých fyzikálních veličinách závisí střední rychlost částic při difúzi? 3. Co pozorujeme při zvýšeni této rychlosti? I I o »1 Transfúze plynů je difúze plynů přes prňlinčitou nádobu. Rychlost průchodu molekul plynu stěnou je nepřímo úměrná jeho hustotě. Vodík, který necháte difundovat, si vyrobíte rozkladem třicetiprocentní kyseliny sírové v Hoffmanové přístroji íobrá-zek nalevo). Napětí přivádějte ze školního zdroje stejnosměrného proudu (svorky 10-40V. pouze do 10V): rozkladné napětí je asi 1.7V. Aparaturu na měření transfúze sestavte podle obrázku vpravo: kameninová průlinčitá nádobka je spojena s kapalinovým manometrem a překryta kádinkou. Na začátku pokusu je v nádobre atmosférický tlak. Když vyrobíte dostatečné množství vodíku, přiveďte jej hadičkou pod přiklopenou kádinku. 1 1. Určete převládající stuér difúze molekul -.idúcim a vodíku a porovuojtc jejich rychlosti. Vysvětlete zahájeni vzestupu tlaku a jeho ukončeni. 2. Odstraňte kádinku. Podobně jako v 1. vysvětlete vznik podtlaku a ustáleni tlaku na hodnotě atmosférického tlaku. 3. Jak se nazývá doba. po jejímž uplynutí se ustálí v nádobce atmosférický tlak a jaký je její fyzikální význam? 4. K difúzi můžete použít, i jinv plyn. napr. metan. Promyslete si. jaká základni kritéria musí jakýkoliv plyn splňovat, aby pro nej nastaly pozorované efekty a byly dostatečné výrazné. Osmóza kapalin je pronikání molekul přes polopropustnou blánu do kapaliny jiné. Demonstrujte ji na vyobrazeném zařízení. Celofánová blána odděluje horní prostor, ve kterém je cukerný roztok ve vodě. od dolního prostoru - vody. K nádobce připevněte trubičku s dílky, doplňte cukerný roztok k dolnímu dílku a ponořte do vody. Pokus nechejte probíhat dostatečné dlouho, aby vzestup hladiny v trubičce byl přesvědčivý. Po skončení pokusu opatrné zvedněte nádobku nad hladinu vody v kádince. 1. Molekuly sacharózy jsou příliš velké a mikroskopickými otvory v celofánové membráně nemohou projit, ale molekuly vody jimi procházejí. Určete směr koncentračního gradientu molekul vody a směr jejich difúze. 2. Vysvětlete pojem osmotický tlak a uveďte příklady dějů v živých organismech, při nichž dochází k osmóze. C2. Pojmy rovnovážný stav, izolovaná soustava, přechod mezi rovnovážnými Stavy Adiabatické stlačování a rozpínáni demonstrujte např. hustilkou: při kompresi dojde k zahřátí pistu. Expanzi realizujte tak. že z r.lakové nádobky | sifonové bombičky) necháte po proražení uzávěru expandovat oxid uhličitý. Použijte z bezpečnostních důvodů hlavu sifonového přístroje, kam bombičku zašroubujete Prázdná bombička se ochladí pod bod mrazu. 1. Napište tvar první věty termodynamické pro adiabatický děj. Na jejím základě vysvětlete ohřátí pístu a ochlazení bombičky. Existenci relaxační doby, která uplyne do vzniku termodynamické rovnováhy, můžete demonstrovat i se ívíčkou, kterou zapálíte a na lodičce umístíte na hladinu vody v nádobce. Překryjte svíčku nádobkou s dílky a pozorujte vzestup vodní hladiny v nádobce. 1. Vysvětlete experiment a zopakujte ho s vatou namočenou v lihu. Vysvětlete, proč je efekt výraznější. C3. Vnitřní energie látky a tělesa 1. Porovnejte termodynamiku a molekulovou fyziku z hlediska jejich logické stavby, vhodnosti použití pro vysvětlení různých fyzikálních dějů a matematických postupů, které používají. 2. Vysvětlete všechny následující experimenty. Pomocí soupravy se vzduchovým polštářem proveďte tyto demonstrace (podrobnější návod je v metodické příručce v laboratoři: • pohyb jedné a více částic v uzavřené nádobě • základni časticový model plynu • rychlosti částic ve směsi plynů • expanze plynu otvorem v nádobě • míchání plynů difúzí • stlačován! a rozpínání plynů • Brownův pohyb v plynu • popřípadě další experimenty Konstrukce a funkce soustavy a její příprava |>ro demonstraci Soupravu tvoří tyto základní části: a) základní deska se vzduchovým polštářem bi speciální tělesa, tj. kotoučky a magnety clzdruj stlačeného vzduchu d) drobné příslušenství. Základní deska (1) (viz obr.) s pravidelné rozmístěnými malými otvory je opatřena obrubou ve tvaru dutého mantinelu (2). Mantinel tvoří přetlakovou komoru, která je připojena ke zdroji stlačeného vzduchu (3). Vzduch proudící otvory desky tvoří souvislou vzduchovou vrstvu - vzduchový polštář. Na něm se vznášejí kotoučky (5) na vrchní části opatřené permanentními magnety (4). Kotoučky mají různou barvu a velikost (druhy molekul), Pro modelování odrazu molekul od stěny nádoby je projekční plocha ohraničena snímatelnými tyčovými magnety. Zkontrolujte průchodnost všech otvorů základní desky - případné nečistoty odstraňte profouknutím. Desku položte na meotar a pomocí stavěčích šroubů nastavte do vodorovné polohy. Přetlakovou komoru spojte hadicí se zdrojem stlačeného vzduchu. Na okraj mantinelu položte tyčové magnety. Kotoučky pro demonstrace pokládejte na desku až po zapnutí přívodu vzduchu. Pomocí soupravy pro modelové pokusy z kinetické teorie plynů demonstrujte izo-barický děj, izochorický děj, existenci fluktuace stavových veličin plynu (tlaku, objemu), Brownův pohyb. Rozložení četnosti molekul podle rychlosti je časové dosti náročné, pokud budete provádět, použijte kuličky o menším průměru. Nevýhodou této soupravy je značná hlučnost, která neumožni při demonstraci výklad učitele. Konstrukce a funkce soustavy a její příprava pro demonstraci Hlavní část soupravy tvoří základní těleso s elektromotorkem. Horní část základního tělesa tvoří rám s projekční komorou. Komora je ohraničena úzkými kovovými stěnami, dvěma skleněnými deskami a posuvným pístem, který lze upevnit. Nálevkovitým nástavcem v boční stěně se vsypou do komory kuličky. Ty jsou uváděnu do pohybu pohyblivým dnem. ovládaným elektromotorkem a excentrem. jehož frekvenci lze stanovit stroboskopický. Druhá postranní stěna má dva otvory o průměrech 5mm a lOmm. které ke uzavírat zástrčkou. Komůrka vložená do stěny je přidržována šoupátkem. Běžné používáme jímací komůrku a, pro ověření Maxwellova zákona filtrační komůrku b. Tato komůrka realizuje vodorovný vrh kuliček s různou rychlostí, které zachycujeme do sektorového jímače s registrační komorou. Dbáme na těsné přiložení jíuiače k otvoru komůrky. Sektorový jímač je rozdělen na prstencovité sektory o šířce lem a registrační 3 4 komora na otevření buAky u siřcis lcui. Kulickv. kiwi se v určitém počtu doslanou do uvažované buňky, jsou mírou četnosti kuliček v lirčitera intervalu rychlustí. Před uvedením du chodu postavte obu části soupravy ua "uniovou podložku a vyrovnejte pomoci stavících šroubů. Komoru plňte kuličkami uálevkovtr.ýiu nástavcem. Kuličky musí byt čisté a suché. Pokud kuličky opouštějí kijinuru, přidávejte každou minutu 45 kuliček, r.j. udržujeme počet na 101), Po provedeni pokusu vyprázdněte kuuioni vysunutím přední stěny a zachycením kuliček paoUjicich z drážky dů kádinky. Pro úplne vyprázdněni je třeba komoru naklonil. C4. Platnost stavové rovnice pro ideální plyn - pVT přístroj Pomoci p V'I prístroje demonstrujíc děj izobarický, izoťhon. Ľ izutermtčlíý ä stavovou rovnici ideálního plynu. 1. Napiäte zákony popisující tyto děje. diskutujte práci plynu vykonanou při těchto děj ích. Konstrukce a funkce soustavy a její příprava pro demonstraci Přistroj má dvě základní části ■ trubice se stupnicemi a nádobky. Manometrická trubice a stupnice pro měřeni objemu plynu jsuu vzájemné spojeny. Manometrická trubice se dá po uvolnění rýhovaného šroubu posouvat nahoru a dolu, trubice pro měření objemu se dá posouvat v pružných držácích. Do vnější nádobky nalejte asi litr temperované vody, ve výlevce vodovodu zasuňte vnitřní nádobu do vnější a přístroj seárouhujte. Dolejte vodu. aby se celá vnitřní nádobka octla pod vodou. Hladinu kapaliny v manometru nastavte přesné na nulu. Před zahájením pokusu zaznamenejte základní stav - skutečný tlak na aneiuidti v laboratoři, počáteční teplotu vody a objem plynu v nádobce (IOOOcí/í ), Zahřej Le na elektrické vařiči na nejmžším slupni za stálého mícháni ruční míchačkou, dokud objem nevystoupí o 5 —7 cm1. Pak vypnete vařič, nádobu postavte na odkladači podložku a po ustáleni tidajá na stupnici změřte výsledky experimentuj Proveďte kontrolu platnosti odpovídajících m-konú. nádoba C5, Existence práce vnějších sil při změně vnitřní energie látek nebo těles T\ udalíiv pokus demonstruje přeměnu mechanické energie na teplo. Do nádobky na točně liálijre '.'udil ii laboratorní teplotě. Nádobku Otáčejte a ~\ írejte jemně kolkovými klestěná. 1. Změřte teplotu \od> a výsledek interpretuj te. Měrne tepelné kapacity kapalin a pevných látek jsoo rozdílné. Na vahách vyvážte dvé stejné kádinky (U)l) ml), do jedné nalijte '200 ml vody, du druhé nasypte olověné broky. Do obou kádinek nalijte po 200 ml vody z ohřívače, promíchejte, změně teplotu. I. Vvsvělleie výsledek i hlediska lenniky i kinetické teorie látek. Statistickou interpretaci statistických veličin demonstrujte nu Ehřeniestově statistickém stroji. Pust uplijte podle návodu v laboratoři, vykonejte alespoň 30 tahu. 1. Výsledek interpretujte uapř. z hlediska entropie Fázové přetňřnv modelujte dvourozměrným kuličkovým modelem. Další informace jsou na nástěnce Modely pařnífao Stroje i benzinového inoturu jsou funkční, seznamte se i s transpn-leiitními modely vhodnými pro promítáni na ineuturu, Na nástěnce si všimněte Fázových diagramů pracovního cyklu výbušných motorů. Schéma Tepelného čerpadla a chladničky je na nástěnce- Seznamte se s jejich konstrukci a činnosti. HA AI. Ucmonstnutc a objasnějejcy.zyaný prQSioro.váJtohj;r_cnce^ - za zdroj svčlla bílého svčlla proměnné velikosti u Youngova pokusu považujte štěrbinu; - sestavte experiment (bez čoček) podle schématu a pozorujíc, jak závisí viditelnost interferenčního jevu na velikosti štěbiny a na vzdálenosti mezi Štěrbinou a dvojätčrbinou. - sestavte jednoduchý diTraktopraf podle schématu a opakujte předchozí pozorování. - na čem závisí a jaký má význam koherenční šířka? £xpe>~/t>iďu{; O.) br?- éoč>£ ® Pro j -Í-a ratfa L n WjfjW n r n '. sekundárni zdroje (}< a Q2 ytfit*^ Sara] «3, T" 'fr'ui'tJLi A2. Qcmoii5irujtg_a_Qbjasjič^^ - sestavte Youngíiv pokus jako jednoduchý difraktograľ; - vlnové klubko zpožďujte zasouváním sklíčka před jednu Štěrbinu a pozorujte viditelnost interferenčního jevu. - na čem závisi a jaký má význam koherenční délka. -Z ™w A A V.ohf.rJ>tn^tWj AS. £emonjinůtcjjoJáa;mčte^^ - na konec chodby dejte bodový zdroj svetla a dívejte sc na něj přes diľrakčni mříž-ky, klcré dáte těsně před oko. nebo těsně před objektiv dalekohledu; -jako difiakčni objekty použijte dvojštěrbiny. lin. mřížky, tkaninu, čtvercovou síťku , aj. A6. J2erngnslrujie_a^hjasně -Zobrazte interferenční proužky na Newtonových sklech čočkou na stínítko, vysvětlete rozdíl v pozorovaném jevu na odraz a na průchod; -přitiskněte dvě skla na sebe a pozorujte okem interferenční jev na vzduchové mezeře. Ta-^-f f)(a-ii C pro Jo kg roj-icíy O-pnrJt^! cytool. Vs-f-up^' -popitu, nať-acUv*.? cfrftaLam!^'' oíjc{ Vy. HU-ler nrCeLa P^^4m, /oo^^r^^™, ?ÍTM, ě*d. odraz. ¥0 bnx90.jt* *ujt:r Jeru,/'*-' ľ hi (trui J. i ín£a\/ci koherence. ? ™^. „ -> ---'--Yí'0 7- (/= yt\ ll),U,m-2.~d.Cr.,«í Kfl,] ./. Demonstrujte a objasněte interferenČni proužky SteinéhO-Sklonui - laserem vytvořte mírně rozbíhavý svazek a nechte jej dopadat na slídovou nebo skleněnou destičku pod různými úhly a pozorujte intenzitu odraženého svazku; - Znační divergentní svazek světla ze sodíkové výbojky nechte dopadat na tenkou slídovou destičku. Na stěně pozorujte interferenční jev v odraženém světle (tzv. Pohlův pokus). IhJťrjereretee na ^-eižíer vrstve be-x eo£Ltj : (£3 U4U/ /Í4 Ávn u o CL M. tftoty na jd Ej, _L ojiJi'e'ciM/ »***» , i 11 / d v o i La w\ ŕJlvut-lV cr _ __!_____— (o / j Ta"** i i ___________ . r / 1. Sekundárni vinutí transformátoru postupně zatěžujeme odporovou zátěží s klesajícím odporem. Poměr závitů primárního a sekundárního vinuti je n. Znázorněte graficky závislost proudu sekundárem a primářem na zátěžovém odporu. Čím je maximální proud sekundárem limitován? 2. Pokuste se určit alespoň jeden parametr transformátoru, na kterém závisí max. přenášený výkon. 3. Závisí maximální výkon přenášený transformátoru na frekvenci stříd, napětí? 4. Bylo by možné pomocí zvonkového transformátoru transformovat střídavé napětí o frekvenci 100 kHz ? Proč? 5. Nakreslete schéma trojfázového transformátoru. 6. Jaký vliv má přetížení transformátoru na tvar výstupního signálu, je-li napájen sinusovým střídavým napětím. 7. Jak je konstrukčně zajištěno, že při zkratu elektrod elektrické svářečky nedojde k výpadku jističe? Jakým způsobem je stabilizován elektrický' oblouk svářečky? (Záporný dif. odpor elektrického výboje v plynu.) 8. Uveďte, jakým způsobem je (principielně) vytvářeno vysoké urychlovací napětí v televizoru. Jak vysoké je toto urychlovací napětí? (Přibližný údaj, stovky voltů, jednotky kilovoltů, desítky kilovoltů, stovky kilovoltů.) 9. Je-li poměr závitů primárního vinutí a sekimdámího vinutí n, jaký je poměr a) napětí b) proudu na primárni a sekundární civce? Za jakých podmínek? 10. Jaký je fázový posuv mezi a) napětím b) proudem na primární a sekundární cívce? (Proveďte kvalitativní zdůvodnění) 11. Jaké požadavky jsou kladeny na materiál jádra transformátorů? 12. Napište pohybovou rovnici Waltenhofenova kyvadla Všechny ztráty aerodynamickým a mechanickým třením zanedbejme. 13. Uveďte alespoň dvě aplikace indukční brzdy. 14. Nakreslete principielní schéma zapalování zážehového motoru. 15. Popište princip činnosti a) alternátoru b) dynama. 16. Proč bylo dříve používáno v osobních automobilech dynamo a nikoliv alternátor. 17. Popište princip funkce komutátorového motoru. 18. Vinutí statoru komutátorového motoru může být zapojeno do série nebo paralelně s kartáčky komutátoru. Porovnejte momentovou charalcteristiku (závislost momentu na otáčkách) obou verzí, schematicky načrtněte.. 19. Která z obou variant (sériové nebo paralelní zapojení kartáčků komutátoru a statorové cívky) komutátorového motoru může být napájena střídavým napětím? Zdůvodněte. 20. Jaký typ motoru je použit v běžném vysavači, elektrické vrtačce, tramvaji, autíčku elektrické autodráhy, stolního ventilátoru, automatické pračce. 21 Popište princip funkce zařízení pro demonstraci trojfázové soustavy 'dotačního odporového měniče". 22. Definujte trojfázovou elektrickou soustavu. (Napěťové a fázové poměry ) 23. Uveďte některé praktické důvody, proč je rozšířena trojfázová soustava 50 Hz. 24. Popište proces průchodu střídavého proudu indukčností, kapacitou, rezistancí. Uveďte, jaký je fázový posuv mezi napětím a proudem pro jednotlivé případy, Zdůvoďněte. 25. Proč je výbojový proud v zářivce stabilizován predradnou tlumivkou a nikoliv kondenzátorem nebo odporem stejné impedance? 26. Popište princip funkce watmetru. Uveďte, jaká praktická pravidla je třeba dodržovat při práci s watmetrem. Zdůvodněte. 27. Uveďte výraz pro činný výkon na zátěži (s komplexní impedancí) napájené střídavým napětím. Uveďte výraz pro tzv. jalový výkon . 28. Vyjmenujte některé spotřebiče v domácnosti které odebírají ze sítě a) pouze činný výkon b) činný i jalový výkon. 29. Platí maloodběratel elektrárenským společnostem za jalový výkon? A velkocidběratel? Proč. 30. Napište diferenciální rovnici netlumeného LC oscilátoru. 31. Objasněte pojem rezonance. 32. Popište, jaké případy mohou nastat, pnpojíme-li k střídavému napětí (50 Hz) cívku s indukčností a kondenzátor. 33. Pro jakou hodnotu kapacity a indukčností v sériovém zapojení je splněna podmínka nulové impedance? 34. Nakreslete zapojení hvězda a frojuhelmk, uveďte definici fázového a sdruženého napětí. 35. Objasněte vznik točivého magnetického pole. 36. Vysvětlete funkci synchronního a asynchremruho motoru. Uveďte oblast použití. 36. Vysvětlete princip jednofázového elektrického motoru a) se závitem nakrátko b) s rozběhovým kondenzátorem. 37. Zdůvodněte, proč při zapnutí trojfázového asynchronního motoru s kotvou na krátko dochází k proudovému rázu (mžikovému přetížení). Navrhněte, jak se tomuto jevu vyhnout (důležité u velkých motorů). 38. Uveďte výhody synchronních motorů oproti asynchronním a uveďte alespoň jeden příklad jejich užití. 39. Jak změníme směr rotace trojfázového motoru. 40. Vysvětlete funkci relé a stykače, uveďte příklad použití. 41. Jakým způsobem je zajištěno u relé/ stykačů ovládaných střídavým proudem, aby jejich kotva nevibrovala v důsledku periodicky se opakujících nulových hodnot střídavého proudu. 42. Vysvětlete, co se rozumí pod pojmem univerzální elektromotor. Uveďte příklad 43. Vysvětlete funkci jističe a pojistky. Jakým způsobem je zajištěno zhášení oblouku? 45. Zakreslete schéma ochrany nulováním a ochrany nulovárám se samostatným vodičem. 46. Zakreslete schéma ochrany zemněním. 47. Objasněte princip funkce chrániče. 48. Nakreslete schéma jednocestného a dvoucestného usměrňovače. 49. Je možné postavit dvoucestný usměrňovač pomocí dvou diod a hansformátoru s vyvedeným středem? 50. Na jakou hodnotu napětí se nabije kondenzátor, který je připojen přes usměrňovači diodu na střídavé napětí 220 V. 51. Uveďte, jakou veličinu měří elektroměr. 52. Uveďte alespoň jeden fyzikální princip funkce elektronového zdroje. (Zařízení, které emituje elektrony do vakua.) 53. Uveďte přiklad alespoň dvou zařízení, které využívá urychlený svazek elektronů.54. Seznamte se se základním principem funkce elektronového prozařovacího a rastrovacího mikroskopu. Jakou mají (řádově) rozlišovací schopnost? Otázky - elektromagnetické vlnění 1. Popište šíři spektra elektromagnetického vlnění, jeho druhy a způsoby generace. 2. Určete energii fotonů mikrovlnné trouby o vlnové délce 4cm a porovnejte ji s energií fotonů emitovaných vysílací anténou Rádia Kiss Hády 8S.3F.M [88.3MHz). 3. Vysvětlete princip činnosti jiskrového generátoru elektromagnetických vln a metody detekce těchto vln. 4. Rovnice elektromagnetické vlny šířící se ve vakuu je dána vztahy ET = 0.25[sin(2jr.l08(í + -))], E„ = = 0 c pro vektor elektrické intenzity. • Určete vlnovou délku, amplitudu el. intenzity, polarizaci a směr šíření. • Určete rovinu, ve které kmitá vektor magnetické indukce. 5. Vysvětlete pojem stojaté elektromagnetické vlnění. Jak a kde vzniká? 6. Navrhněte princip metody, pomocí které lze měřit vlnovou délku decimetrových elektromagnetických vln. 7. Vysvětlete jevy lineární a kruhové polarizace. Které veličiny určují index lomu elektromagnetického vlnění? 8. Elektromagnetické vlnění o vlnové délce 240m proniká ze vzduchu do stejnorodého prostředí, kde se šíří rychlostí 2.108m.3~1. Určete vlnovou délku vlnění v tomto prostředí. Pod jakým úhlem se bude v tomto prostředí šířit, dopadá-li na rozhraní ze vzduchu pod úhlem 60"? 9. Objasněte pojem elektromagnetický dipól a vyzařovací diagram antény. Diskutujte vliv reflektoru a direktoru na vyzařovací diagram antény. 10. Určete délku půlvlnného dipólu pro vysílání a příjem elektromagnetického vlnění o frekvenci 430A///z ve vzduchu a ve vodě. Jak se úloha změní, je-li jíľŕten konec dipólu uzemněn? 11. Popište princip radiolokátoru. 12. Objasněte konstrukci a funkci tzv. Lecherova vedení a parametry elektromagnetických vln, které na něm měříte. 13. Vysvětlete schematicky amplitudovou a frekvenční modulaci elektromagnetické vlny. Vysvětlete pojem nosné frekvence vysílače. 14. Nakreslete schéma krystalky a vysvětlete její činnost. 15. Popište konstrukci a funkci elektrodynamického mikrofonu. 16. Nakreslete blokové schéma rozhlasového přijímače a konstrukci antény pro rozhlasové vysílání na středních, dlouhých, krátkých a velmi krátkých vlnách. 17. Na jakém principu funguje přijímač středních vln s feritovou anténou? 18. Nakreslete blokové schéma televizoru. Vysvětlete princip činnosti barevné obrazovky. 19. Jak je ovlivněno šířen! elektromagnetických vln vodivostí prostředí, ve kterém prochází? 20. Popište konstrukci a princip mikrovlnné trouby. Uveďte nejdůležitější zásady vaření v ní a fyzikálně je zdůvodněte. 21. Popište Teslův transformátor a experimenty, které s ním lze provádět. Proč je vysoké napětí na sekundární cívce transformátoru člověku zcela neškodné? I 2 Otázky — m« 1. Na vodorovné desce jsou dva vozíčky o stejné hmotnosti. První Je tažen konstantní silou IN, druhý závažím o tíze IN. Který dříve ujede dráhu lm? 2. Na dřevené cívce je namotán provázek. Vhodným taháním za provázek lze dosáhnout toho, ze cívka se kutálí ke mné, nebo ode mne. Zdůvodněte. 3. Jak múze kosmonaut v družici na oběžné dráze kolem Zeme" stanovit hmotnost telesa? 4. Na Zemi je doba kmitu matematického kyvadla T. Jaká bude a) na MSsíci b) ve výtahu, který jede dolů konstantní rychlostí v c) ve výtahu, který Jede nahoru konstantní rychlostí v d) ve výtahu, který padá volným pádem e) ve výtahu, který jede nahoru b zrychlením a? 5. Na Zemi je doba kmitu telesa na pružino T. Jaká bude a) na MSsíci b) ve výtahu, který Jede dolů konstantní rychlostí v c) ve výtahu, který Jede nahoru konstantní rychlosti v d) ve výtahu, který padá volným pádem e) ve výtahu, který Jede nahoru s zrychlením a? 6. Proč mívají helikoptéry kromě velké hlavní vrtule i malou pomocnou? Co by se stalo, kdyby ji neměly? 7. Co se dSje, když krasobruslař při piruetS připaží? Zdůvodněte. 8. Chlapec vyhodil mlč svisle vzhoru. Nakreslete výslednici vBech Bil, které na míč působí: a) při stoupání b) v bode obratu c) při klesáni. 9. Nakreslete vektor rychlosti, zrychlení a výslednici vBech sil pro střelu, která právo opuBtila hlaveň puBky. 10. Môže kámen narazit na překážku vStsí silou než je jeho tíha? ZdôvodnSte. 11. Je možné, aby plachetnice doplula z místa A do B íouká-li vítr v protismeru? Objasněte. 12. Ve vzdálenosti b a ve výšce h od střelce je umístěn terč. V okamžiku výstřelu začne terč padat volným pádem. Pod Jakým úhlem musí střelec vystřelit, aby terč zasáhl? Zdůvodněte. 13. Kus drátu visí na niti ve vodorovné poloze. Drát pak ohnete v 1/4 jeho délky do pravého úhlu a bod závesu ponecháte. Nakreslete Jeho novou polohu. 14. TeieBO o hmotnosti M Je ve vzdálenosti D od úpatí naklonené roviny BVírajlcl s vodorovnou rovinou úhel alía. Za Jak dlouho dosáhne vzdálenosti L od úpatí, jestliže se pohybuje: a) klouže bez tření b) klouže se stálou třecí silou F c) Jde o válec o poloměru r, který se vall bez třeni? 15. Jaký Je tah ve vlákne matematického L a hmotnosti M, v okamžiku kdy: a) Jeho výchylka je maximální a je rovna alía b) jeho výchylka Je nulová? kyvadla délky 16. Koná kabina na ruském kole rotaci nebo translaci? 17. Po naklonSné rovinS se začaly kutálet dva válce o stejné hmotnosti a různém momentu setrvačnosti. Který bude dříve dole? 18. Na vozíCkovó dráze Je vozíček o hmotnosti M spojen vláknem přes kladku se závažím o hmotnosti m. Vypočítejte zrychlení vozíčku v tBchto případech: a) hmotnost kladky zanedbáte a vozíček se pohybuje bez tření. b) vozíčková dráha svírá s vodorovnou rovinou úhel alía a vozíček Jede bez tření nahoru (dolů). c) situace Jako b), ale koeficient smykového třeni vozíčku je k. 19. Ve vagone bez oken Je závisená kulička o hmotnosti M na vlákno délky L. Vlak jede stálou rychlostí 36 km/hod. Co lze říci o dráze vlaku. Jestliže se kulička vychýlí nalevo, napravo, dopředu nebo dozadu u úhel alía? 20. Vypočtete rychlost střely na základe experimentu s balistickým kyvadlem. 21.Srazily se dvô koule dokonale pružné koule o stejné hmotnosti. Před srážkou se Jedna pohybovala rychlosti w a druhá byla v klidu. Po srážce se pohybovaly po přímkách, které apolu svírají úhel 120 stupňů. Jaká byla jejich rychlost? 22. Vypočtete práci potřebnou na převrácení krychle, kvádru a válce (výeka je rovna průměru základny). Hmotnost všech teies je stejná. 23. Vodorovná deska balkonu o rozměrech 1 m x 2 m je vetknuta kratší stranou do zdi o tlouBtce 40 cm. Nad balkonem je postavena zed o výBce 2 m. Hmotnost desky Je 200 kg. Kolik dospelých lidí balkon unese? Hustota cihel je 3000 kgr/m3. 24. Stoupáni závitu šroubu je 1 mm. Jakou silou působí matka na podložku, když k utažení bylo použito momentu 100 Nm? 25. Vypočtete modul pružnosti v tahu drátu o průmSru R=lmm, délky L=5 m , který se při zatíženi hmotnosti 1 k=r prodloužil o lem. 26. Maxwellův setrvačník má hmotnost M, moment setrvačnosti J a poloměr hřídele R. Jakou rychlost bude mlt jeho težisté po pádu z výsky H? Určete souřaúnice těžiště I C > to -fc :i_ K 1. Čemu se říká deviace pri rozkladu RvKtLa hranolom? 2. Jakou fázovou rychlostí se BIH monochromaticko hvíSUo ve sklo o indexu lomu 1.5. 3. Č«mu bo v optice říká vlnová disperze? 4. Jak Bouuisl ohnisková vzdálenost s Indexem lomu CoCky? 5. Co Je pfÍCinou tmavých pásft ve spektru kapalin? 6. ProC kovy tak silne absorbuji Bvetlo? Objasněte z hlediska E-H teorie. 7. Objasněte, Jak souvisí pojem "mezni úhel" se Snollovým zákonem. 8. Čím se vyznaCuJe svetlo po odrazu rovinném a drsném rozhráni? 9. Čemu se říká svetlovod a Jak Jej lze demonstrovat? Pripojte vysvětlující obrázek. 10. K Čemu ee využívá totálního odrazu v praxi? 11. Naplňte vzorce pro odrazivost svetla pro obe významné polarizace. 12. Člm Je určena rovina dopadu, rozhraní a polarizace? 13. Nepolarizovane svetlo o intenzite I dopadá na polaroid. Jakou intenzitu má sv«tlo po Jeho průchodu? 14. Svetlo po průchodu prvním polaroidem má intenzitu I. Jakou intensitu má po průchodu druhým polaroidem? PřlsluCne Bmery propustnosti svírají spolu úhel 30 etupnO. 15. Jak lze demonstraci objasnit pojem "optický kontakt"? 16. Nakreslete sral závislosti koherenCnl sirky na velikosti zdroje svetla. 17. Nakreslete oral závislosti koherentní šířky na vzdálenosti od zdroje. 18. Za Jaké podmínky se bude nemonochromatické svetlo chovat pri interferenci Jako monochromatické? 19. Za jaké podmínky lze plošný zdroj považovat za bodový Pri dl frakci na dvojsterbine. 20. Uveďte výraz pro délku vlnového klubka. Kdy Je fázová a grupová rychlorat svetla stejná? 21. Uveďte príklad, kdy Interferující vlny vznikají delením vlnoplochy. 22. Uveďte príklad, kdy interferující vlny vznikají delením ampl1 tudy. 23. Najdete výraz úm«rný intenzite svetla při interferenci následujících dvou vln: , II 21 100 K 300KT 100 K 300 K T P* 3p„ P Vi = 11 P\=r* Ty = 100 A' v 31 f 11 v 31 f P 3p„ -+- Tt = 100 A' 200K Pi = P* II 31 V Ti = 100 A' 23. Napište van der Waalsovu rovnici, vysvětlete všechny použité symboly a znázorněte její izotermy. 24. Napište druhou větu termodynamickou, vysvětlete princip činnosti tepelného stroje a tepelného čerpadla. 25. Znázorněte Carnotův cyklus a vyjádřete jeho účinnost. Jaká je účinnost chlazení při obráceném Carnotově cyklu? 26. Jaká je maximální možná účinnost tepelných strojů? 27. Definujte veličinu entropie. Jaký je její fyzikální význam?