Opravdu kouzelná zrcadla

Jedna královna měla kouzelné zrcadlo, kterého se ptávala: „Řekni mi zrcadlo, kdo je na světě i v zemi zdejší, kdo je nejkrásnější?“ A zrcadlo nemohlo jinak, než jí dát ujištění, že nad ní krásnější v této zemi není. A královna byla spokojená, protože věděla, že její zrcadlo nemůže lhát. Čas však běžel, jak bývá jeho zvykem, neúprosně a bez ustání. Malá princezna rostla do krásy; bylo jí právě sedm let, když kouzelné zrcadlo na královninu otázku odpovědělo: „Jsi krásná má paní, však na světě i v zemi zdejší Sněhurka je nejkrásnější!“

Pohádku jistě znáte. Víte, jak se princezna jmenovala?

Určitě jste poznali, že dnes bude řeč o zrcadlech. Prvním zrcadlem zřejmě byla vodní hladina, kde lidé mohli pozorovat obraz svého okolí nebo také svůj “obrázek”. Někdy v 6. tisíciletí př. n. l. se objevují vyleštěné obsidiánové desky, sloužící jako zrcadla. (obsidián je lidstvu znám odedávna, používal se zejména v paleolitu a neolitu jako pracovní nástroj, ale byl také oblíbeným materiálem např. Inků a Aztéků). Od 2. století př. n. l. se začínají vyrábět kovová zrcadla z leštěného bronzu. Tato zrcadla všeobecně používali staří Egypťané, Řekové i Římané. Řekové a Římané někdy za podobným účelem používali také leštěné stříbro.

První druhy skleněných zrcadel se objevují v italských Benátkách kolem roku 1300, od 16. století se zde už vyrábějí ve velkém množství. Původní způsob výroby spočíval v pokrytí zadní strany skla sloučeninou rtuti a cínu. Dnes se používá roztoku dusičnanu stříbrného, který se vylije na povrch skla. Během asi jedné hodiny postupně dochází k jeho přeměně  na kovové stříbro. V poslední době se k výrobě zrcadel používá také hliníku, který má mj. tu výhodu, že lépe odolává korozi (oxidaci).

Zrcadlové písmo

K prvnímu pokusu budete potřebovat zrcátko, list papíru, baterku, tužku, nůžky a lepící pásku. Tužkou napište na papír libovolné slovo. Písmena vystřihněte - v papíru by mělo zůstalo čitelné vaše slovo. Pokud ne, hledejte jiné slovo. Nalepte papír obráceně lepicí páskou na zrcadlo (písmo bude zrcadlově otočené). Zhasněte světlo v místnosti a posviť te baterkou na zrcadlové písmo tak, že světlo odražené od zrcadla dopadne na stěnu. Co vidíte?

Určitě jste si již někdy všimli, že na některých autech (např. záchrankách) je nápis umístěn obráceně. Je to proto, aby automobily jedoucí před ním mohly ve zpětném zrcátku správně přečíst nápis a aby rychle uvolnily cestu.

Nekonečný obraz

K následujícímu „kouzlu“ budete potřebovat dvě knihy, dvě rovinná zrcadla (větší než kapesní zrcátka), dvě gumičky a tužku. Gumičkou připevněte zrcadla ke knihám a knihy postavte tak, aby zrcadla byla proti sobě. Mezi knihy položte tužku. Pokud se do jednoho zrcadla podíváte pod správným úhlem, uvidíte ne jednu, ale hned několik tužek!

Zrcadlový obraz zrcadlového obrazu
A to nejúžasnější nakonec. Slepte dvě zrcátka k sobě lepicí páskou aby šly otvírat a zavírat jako kniha. Slepená zrcadla postavte a mezi ně položte hrací kostku. Zrcadla přibližujte k sobě a pozorujte zrcadlový obraz kostek. Pokuste se nastavit zrcadla tak, abyste viděli 2, 3, 4, 6 a 8 kostek. Zakreslete postavení zrcadel pro každý z případů.

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!
Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!

Krušné chvíle na poušti a v kuchyni

Cestovatel v poušti. Obrovské vedro a strašná žízeň. Zničehonic v dálce vidí jezero plné vody. Z posledních sil se k němu doplazí a jediné jezero, které uvidí, je to pískové… Kam se voda ztratila? Že by se tak rychle vypařila? Ale kdepak! Náš cestovatel se právě stal obětí zajímavého fyzikálního jevu, který se nazývá fata morgana.

Abychom viděli tento pozoruhodný jev, není třeba jezdit na poušť a ani nikam do zahraničí. Fata morgana je například popsána v úvodním čísle prvního vědeckého ``Časopisu Společnosti wlastenského Muzeum w Čechách'' z roku 1827. V článku "Podiwné widěnj" je popisován úžas vesničanů kdesi u Mirošovic v Čechách, kteří viděli vojenské odddíly v plné zbroji, blížící se k vesnici. Po chvíli vojsko náhle zmizelo, čímž se ulevilo nejenom vystrašeným vesničanům, ale i rychtářovi obce, jehož povinností by jinak bylo vojsko ubytovat a nakrmit jeho koně.

Fata morgana je druh zrcadlení v atmosféře, při němž se objevují vícečetné obrazy vzdálené krajiny. Vzniká odrážením a lomením paprsků v nestejně teplých a hustých vrstvách atmosféry, které tak fungují jako obrovské přírodní zrcadlo. Nastat může buď spodní zrcadlení, při kterém se vzdálené předměty zobrazují jako převrácené nízko nad zemí a část oblohy se může zobrazit jako vodní plocha - to je ten příklad z úvodu povídání - nebo zrcadlení svrchní. Podmínkou jeho vzniku je, aby byly spodní vrstvy vzduchu chladnější. Jev je proto častější v polárních krajinách.  A protože se v atmosféře vzduch může vyskytovat střídavě v teplejších či chladnějších vrstvách, mohou vznikat přeludové obrazy dvojité i trojité.

Fata morgána není jediným zajímavým optickým  jevem v atmosféře. Možná jste už slyšeli o  horských přeludech, polární záři, halo efektu, světelných sloupcích . Můžeme sem zařadit také duhu, kterou jsme spolu vyráběli nedávno.  Přestože  jsou to někdy jevy velmi neobvyklé, vědci je už umí poměrně dobře vysvětlit. Například fatu morganu si můžete vyrobit třeba doma v kuchyni.

Připravte si zavařovací sklenici (větší je lepší), svíčku, zápalky a zkumavku. A také mějte po ruce rodiče – přece jen budete pracovat se zápalkami. A to nebývá k neštěstí daleko. Nalijte do sklenice vodu a podívejte se zdola na vodní hladinu. Hladina se leskne jako zrcadlo. Ponořte do sklenice prst a určitě vás překvapí, že uvidíte jen tu část prstu, která je pod hladinou. Část prstu nad hladinou nevidíte a to je voda stále průhledná! Co se stane, když postavíte vedle sklenice hořící svíčku a opět se podíváte zezdola na hladinu vody? Co pozorujete?

Fatu morganu, která se vyskytuje v poušti, v kuchyni nevytvoříme. To nám ale nemůže zabránit v dalším veselém pokusničení.  Do zkumavky zasuňte tužku špičkou dolů a postavte ji do sklenice. Při pohledu shora tužku uvidíte velice dobře. Při nalévání vody do sklenice tužka pod zrcadlově se lesknoucí vodní hladinou zmizí, i když sklo a voda jsou průhledné.

Máte nějaký nápad na obměnu dnešních pokusů? Podařilo se vám objevit něco zajímavého? Našli jste někde podobný zajímavý pokus? Napište – zveřejníme.

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!
Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!

Newton a rakety

Vrcholným číslem lidské dovednosti minulého století jsou bezesporu lety do vesmíru. Vynález rakety přičítáme Číňanům. Kolem roku 1500 úředník jménem Wan Hu připevnil čtyřicet sedm raket naplněných střelným prachem ke křeslu zavěšeném na papírových dracích a sluhové rakety zapálili. Co se s ním stalo, není snad zapotřebí zmiňovat. Ale možná se jedná o smyšlenou legendu, protože jakékoliv věrohodné písemné záznamy chybí…

Za nejgeniálnějšího fyzika všech dob je některými považován Isaac Newton. I na obyčejné a na pohled jasné věci se uměl podívat jinak, nově. Jeho tři slavné zákony ovlivňují doslova každý náš krok. Byla by škoda nevěnovat se jeho myšlenkám více.

Na základě známého Newtonova zákona akce a reakce pracují i raketové motory. Pohyb rakety je reakcí na výtok plynů z raketového motoru opačným směrem. První písemná známka o využití reaktivního pohonu se objevuje kolem roku 400 př. N. l. Řek Archytas z Tarentu sestrojil hliněného holuba, naplnil jej vodou a zavěsil nad oheň. Vznikající pára uvedla holuba do pohybu.   Asi o tři sta let později se  proslavil Heron z Alexandrie známou a zajímavou hračkou. K otočné baňce připevnil vhodně umístěné trysky, baňku naplnil vodou a zavěsil nad oheň. Horká pára unikající tryskami baňku roztočila (jednu z variant vidíte na obrázku).

Zajímavé je, že letům do vesmíru se věnovali více spisovatelé než vědci. A také jejich tvůrčí fantazie má nezanedbatelný podíl na celém kosmickém výzkumu. Za všechny snad stačí uvést jméno Jules Verne a román Cesta na Měsíc. Přečtěte si, stojí za to.

Ale dost řečí, pojďme experimentovat. V prvním pokuse vyrobíme model tzv. Heronovy baňky. Z bezpečnostních důvodů se vyhneme ohni a páře, zcela si vystačíme s vodou. Co budeme potřebovat? Malou PET láhev, dvě brčka s kloubem, provázek, plastelínu, vodu  a nůžky. Pokus budeme raději provádět  nad kuchyňským dřezem, nebo ještě lépe v koupelně nad vanou. Asi 1 cm nad dnem uděláme do PET lahve nůžkami dva otvory (přesně proti sobě). Do každého z nich vložíme brčko s kloubem (obě ramena brčka mají stejnou délku) , ohnuté pod úhlem 90°. Obě vyčnívající části brček vodorovně míří stejným směrem. Dobře utěsníme plastelínou, ať kolem brček nevytéká voda. Láhev uvážeme hrdlem za provázek, nalijeme do ní vodu a za provázek zvedneme. Pokud je vše dobře seřízeno, začne z brček vytékat voda a láhev se roztočí. Kterým směrem a proč? Napadne vás souvislost mezi točící se lahví, Newtonem a reaktivními motory?

Pokud máte doma autíčko z doby, kdy jste byli ještě hodně malí, můžete ho upravit na reaktivní pohon. Na střechu autíčka přilepte lepidlem nafukovací balónek. Nejlepší je sekundové lepidlo. To může být ale velmi nebezpečné, lepší bude,  když poprosíte o pomoc rodiče. Pokud jim vše pěkně vysvětlíte, budou možná z pokusu  nadšeni víc než vy... Tak tedy balonek přilepený na střechu autíčka pořádně nafoukneme a pak uvolníte. Vzduch proudí ven a reaktivní auto je na světě! Vzduch z balonku proudí jedním směrem, autíčko jede směrem opačným.

A ještě vám dlužím odpovědi a výherce z minulého dílu. Pomačkaný papír a plastelínová kulička dopadnou zem stejně, Pokud upustíte ze stejné výšky současně rovný list papíru s kuličkou, bude dřív na zemi kulička. Pokud ale z papíru vytvoříte kuličku, dopadnou obě tělesa ve stejný okamžik! Obě tělesa padají vlivem přitažlivé síly, ale kulička překonává odporové síly vzduchu mnohem lépe. A ve druhém pokuse se list papíru před působením odporu vzduchu vlastně schovává za prkýnkem.

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!
Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!

Od jablka ke kladivu

Dokud Isaac Newtona nepřišel na to, že existuje nějaká zemská přitažlivost, nikoho to ani nenapadlo. A že se padáním těles k zemi problémem zabývaly nějaké mozky! Třeba Aristoteles. Před dvěma tisíci lety byla jeho teorie tou nejlepší, kterou o tomto problému lidé měli. Tvrdil, že předměty padají na zem proto, že samy chtějí. Jablka prý nepadají na zem, ale na zem se vracejí. Vlastně se tedy uzavírá jakýsi přirozený kruh: semínko klíčí – vyroste strom – uzraje jablko – spadne na zem – vypadne z něj semínko, které vyklíčí… No řekněte – skvělá myšlenka! Zkrátka ani v dobách před Newtonem lidé jen neseděli se založenýma rukama a nekoukali na sebe.

Když tak Newton prý jednou odpočíval na zahradě, najednou ho napadlo, že to Aristoteles vlastně viděl špatně! Jablka jsou určitě velice spokojená tam, kde jsou. A už vůbec je nenapadne vracet se domů na zem. Proč by to všechna jablka napadalo skoro ve stejný okamžik? Není to třeba tak, že jablka stahuje dolů nějaká neviditelná síla? A jablka spadnou na zem zkrátka proto, že uzrála a mají dostatečnou hmotnost! Síle, která je donutí spadnout, říkáme zemská přitažlivost. Jak jednoduché! A náhle jde vysvětlit úplně vše, nad čím si vědci do té doby lámali hlavu – třeba i to, proč jsou planety kulaté a proč pravidelně obíhají kolem Slunce.

V následujícím pokuse si zahrajeme na bořiče mýtů. Když se kohokoliv zeptáte, jestli na zem dopadne dřív těleso těžší nebo lehčí, vsadím se, že pokaždé uslyšíte stejnou odpověď: „Přece to těžší!“ A mnozí se ještě ušklíbnou, proč se ptáte na takovou jasnou věc. Ale zkuste se zeptat nějakého debrujára. Ten vám odpoví určitě rychle, správně a ještě vám vše vysvětlí.

Jak na to? Vezměte do jedné ruky plastelínovou kuličku a do druhé kuličku ze zmačkaného kancelářského papíru. Určitě se u vás najde nějaký, který byste už jinak vyhodili (mimochodem - víte jakou barvu mají kontejnery na papír?). Porovnejte hmotnost obou kuliček – plastelína je určitě těžší. Kdybyste oba předměty pustili současně k zemi, který dopadne dřív? Odpovězte si na otázku a teprve pak pokus proveďte. Překvapí vás výsledek pokusu? Proběhne pokus pokaždé stejně?  Že jste poněkud znejistěli? Tak zkuste skoro tentýž pokus ještě jednou. Jen místo zmačkaného papíru vezměte nepomačkaný list kancelářského papíru. Tak a teď? Je výsledek pokusu stejný, nebo jiný? Dokážete výsledky obou pokusů věrohodně vysvětlit? Nebojte se podělit se svými závěry - co třeba napsat email?

V sedmdesátých letech minulého století provedli kosmonauti z Apolla 15 na povrchu Měsíce stejný experiment s kladivem a pírkem. Proč bychom ho na Zemi nemohli provést se stejným výsledkem? Video snadno najdete na internetu.

A na závěr ještě jeden podobný pokus. Připravte si destičku (poproste doma, jestli můžete požít kuchyňské prkénko) a stejně velký kus papíru. Držte destičku i papír vodorovně a ve stejný okamžik je pusťte. Destička dopadne na podlahu dřív. To je v souladu s názorem, že těžší předměty dopadnou dřív. Teď ale pokus zase trochu pozměníme. Papír položte na destičku a opět je pusťte najednou. Které těleso dopadlo dřív? Jak je to možné? Zemská přitažlivost se nezměnila, hmotnost těles se také nezměnila. Obě tělesa padají k Zemi sice vlivem gravitační síly, ale… Ale to by vlastně váš problém z úvodních dvou pokusů byl vyřešený. Tak experimentujte, pozorujte, přemýšlejte a pak napište. A při experimentování nezapomeňte, že máte doma rodiče, kteří by se určitě do vašeho vědeckého bádání také rádi zapojili.

Jaké byly odpovědi z minulého pokračování? Víčko na zavařeninové sklenici pod proudem horké vody se trochu zvětší – právě tolik, aby se dalo snadno povolit. A při zahřátí pingpongového míčku vznikne uvnitř přetlak, který nerovnosti povrchu vyrovná směrem ven. 

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!
Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!