Jak se vrhají stíny

Každý člověk a všechna tělesa kolem nás mohou vrhat (a také vrhají) stíny. Stín nám vlastně ukazuje, jak by trojrozměrné předměty mohly vypadat znázorněné v rovině – třeba zakreslené na listu papíru. Dnes budeme experimentovat se stíny a přitom se možná dozvíme něco i o pohybu Slunce na obloze.

Na úvod snadná otázka, kde je Slunce v poledne? Jak odpovíte? Vaše odpověď bude asi hodně ovlivněná tím, kolik máte roků. Zkuste udělat průzkum, mezi svými kamarády, sourozenci, rodiči a příbuznými. Na zdánlivě jednoduché otázky bývá velmi těžké odpovědět. Položte jim tuto otázku a zapisujte si odpovědi. Je mezi nimi nějaká hodně zajímavá? Nějaká, která vás z rozličných důvodů zaskočila nebo rozesmála? Napište mi, co jste se dozvěděli – emailová adresa je na konci článku. Stejně jednoduše se tváří otázka, co je to stín? Přemýšlejte, co odpovědět.

Hra se stíny

Na následující pokus by bylo nejlépe mít k ruce ještě dva nebo raději více kamarádů. Jeden z nich bude hrát sochu – postaví se, nehýbá se – a ostatní členové týmu zakreslí jeho obrysy na chodník nebo nějaký jiný rovný povrch.  Pozorujte stín sochy (její obrys nakreslený na chodníku) a určitě najdete něco, co vás zaujme. Po 30 – 60 minutách požádejte vašeho kamaráda sochu, aby si znovu postavil na stejné místo do stejné pozice. Změnilo se něco? Pokuste se odhadnout, kde bude mít vaše socha stín za jednu, dvě nebo tři hodiny – pozorujte, jak rychle a kterým směrem se její stín pohybuje. Své odhady kontrolujte pravidelným měřením. Všimnete si souvislosti mezi pohybem stínu a pohybem Slunce? Pokud jste dospělejší, bude se vám zdát tento pokus spíše legrační. Tak právě pro vás mám úkol složitější – zkuste měřit délku stínu a její změny. Doporučuji tento pokus provádět v době 10 – 14 hodin a měřit opět každou hodinu. Kontrolní otázka – kdy je stín sochy nejdelší? Diskutujte svá pozorování s kamarády, pokuste se přijít na to, proč tomu tak je.

Vše se točí kolem Slunce

V dalším pokusu budeme demonstrovat zákonitosti denního pohybu Země. Při pozorování pohybu Slunce na obloze si určitě všimnete, jak při přechodu přes oblohu Slunce nejdříve stoupá a pak od určité doby opět klesá k horizontu. Ve skutečnosti se ovšem pohybuje Země. Přesvědčte pár kamarádů, že následující pokus bude velmi zábavný a zajímavý. Uspořádejte je do kruhu, v jehož středu bude stát svítící lampa. Vyzvěte kamarády, ať se pomalu točí kolem své osy (například doleva). Důležité je, aby jejich oči nesledovaly přímo lampu. Malá rada – předpažte pravou ruku a při otáčení se dívejte do směru, kterým ukazuje ruka. To, co právě teď předvádíte, je otáčivý pohyb Země kolem osy při obíhání kolem Slunce.  Nezkoušejte se zároveň točit a obíhat kolem Slunce (= lampy). Museli byste se za jeden oběh kolem lampy otočit 365krát! Čeho byste si měli všimnout? Někdy jste čelem k lampě a vidíte světlo, jindy jsem k lampě zády. Tím by se vám měla objasnit situace se střídáním dne a noci. Ale co ten zdánlivý pohyb Slunce, které se vlastně nepohybuje? Pokud stále sledujete směr, který ukazuje ruka, nevnímáte svůj pohyb, ale zdá se vám, že se pohybují okolní předměty. A tedy i Slunce. Všimněte si – ruka se točí doleva, ale protože vy se otáčíte současně s rukou, zdá se vám, že se lampa pohybuje doprava.

Lidé se dříve domnívali, že se Slunce skutečně pohybuje kolem Země.  Víte, kdo se první nebál vyslovit myšlenku, že je to právě naopak?

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.

Jak funguje násoska

Více jak funguje násoska? Aha, vy si asi pod pojmem násoska představujete spíš NĚKOHO než NĚCO. Tak to se pokusíme dnes napravit.  Násoska je ohnutá trubice, která slouží k přečerpávání kapaliny z jedné nádoby do druhé. Abychom pochopili fungování násosek, budeme potřebovat dvě nádoby (např. kbelíky nebo hrnce), hadici dlouhou asi 100 - 150 cm a trochu vody. Voda je nejběžnější kapalina a jako jediná se dá použít ve všech dostupných formách – pevné, kapalné i plynné. I proto ji používáme k pokusům s kapalinami nejčastěji, i když má určité vlastnosti, kterými se od ostatních kapalin velmi odlišuje (slyšeli jste například někdy o anomálii vody?)

Jednou ze skvělých vlastností kapalin je vodorovnost její hladiny. Vlastnost, která je tak běžná, že ji snad ani neregistrujeme. Tedy pokud ji právě nepotřebujeme. A kde ji využíváme? Věřím, že byste našli aspoň deset příkladů: určování vodorovnosti povrchu (vodováha), zalévání zahradní konví, pití nápoje ze sklenice, atd.  Díky gravitaci Země se molekuly vody poskládají vedle sebe tak, že voda vždy vytvoří vodorovnou hladinu. Tuto vlastnost nemá pouze voda, nýbrž všechny kapaliny. Ve starém Egyptě využívali této vlastnosti vody při stavění pyramid, když potřebovali postavit základy tak, aby byly vodorovné. Jestliže například stavěli základy na nerovném terénu, vyhloubili příkop, do kterého potom nalili vodu. Hladina se v příkopech ustálila ve stejné výšce a tím vyznačila na bočních stěnách výkopu základů vodorovnou rovinu. Kromě vodorovné hladiny všech kapalin způsobuje gravitace Země rovněž to, že každá kapalina je přitahována směrem dolů na nejnižší místo. Proto teče voda z kohoutku směrem dolů, proto máme vodopády a ne vodostřiky nebo vodolety, proto všechny řeky tečou z kopců do údolí a do moře.

A teď k pokusu. Do jednoho kbelíku nalijte vodu a postavte jej na stůl nebo na nějaké vyvýšené místo. Druhý kbelík dejte na židličku, nebo pod stůl (záleží, jak dlouhou máte hadici). Pokud kbelík na stole je plný vody, pak ten, co dáváte pod stůl, by měl mít přinejmenším stejnou velikost. Jinak hrozí nebezpečí malé, ale přece potopy. Určitě nemusím vysvětlovat proč. Jeden konec hadice ponořte ke dnu kbelíku s vodou (popřemýšlejte, čím hadici zatížit, nebo jak ji připevnit, aby se vám během manipulace s jejím druhým koncem z kbelíku nevysmekla). Sehněte se ke druhému kbelíku, vezměte opačný konec hadice a ústy nasávejte vzduch tak dlouho, dokud se voda nedostane za nejvýše položené místo hadice. Pokud jste byli dostatečně šikovní, bude voda přetékat z horního kbelíku do dolního. A kdo za to může? No přeci gravitační síla Země přemisťuje kapalinu z větší výšky do menší výšky.

Vysátím vzduchu z hadice snížíme atmosférický tlak a vytvoříme tak podtlak. Venkovní tlak vzduchu nažene vodu do hadice a o zbytek se postará gravitace - jakmile voda překoná místo ohybu hadice je přitahována směrem dolu a začne tak vytékat do spodního kbelíku. Tím, že voda vytéká z dolního konce hadice, udržuje podtlak v místě ohybu hadice a voda se tedy přelévá až do okamžiku, kdy hladina vody ve sklenici na stole klesne na úroveň ponořeného konce hadice.

Možná princip přečerpávání kapaliny z jedné nádoby do druhé pomocí hadičky znáte – v tom případě pro vás nebude na něm nic mimořádně kouzelného. Napadnou vás při pozorování přetékající kapaliny nějaké otázky? Jak se výsledek pokusu změní, když použijete jiné hadičky (delší hadičku, hadičku s větším či menším průměrem)? Teče kapalina stále stejnou rychlostí? Dokážete tuto rychlost změřit?  (Tak to by mě hodně zajímalo, jak to budete dělat, v jakých jednotkách budete tuto rychlost měřit a jaké vám vyjdou výsledky. Napište mi na emailovou adresu, uvedenou na konci článku.)  Ovlivní rychlost vytékání kapaliny to, jak vysoko je umístěný první kbelík? Co se stane, když budete druhý konec hadičky pomalu zvedat nahoru  - přestane voda vytékat a pokud ano, tak kdy?

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.

  

Pátrání po vodě

Myslím, že i vám by mělo být jasné, že ve vzduchu voda je a že jí není zrovna málo. I bezprostředně v naší blízkosti. Jen se pořádně rozhlédněte. Že ji nevidíte? To ale přece neznamená, že tam není.  Že ji právě teď nevidíte, není důležité. Vlastně je to důležité – znamená to, že neprší, nemrholí, není mlha. Prostě voda je zrovna ve vzduchu v jiné, pro nás neviditelné formě. Vědci spočítali, že kdybychom všechnu vodu schovanou v atmosféře přeměnili na skutečnou, kapalnou vodu, vytvořila  by vrstvu o tloušťce necelých 3 cm po celém povrchu naší planety. A protože voda se v kopci neudrží a působením gravitace stéká až do moře, voda v oceánech by se díky této přeměně zvedla odhadem asi o 4 cm. Zdá se vám, že to nic není? No jak myslíte. Sám si tolik vody představit vůbec nedokážu. 

Nás by mělo zajímat, jak se voda do vzduchu dostane. Budeme zkoumat běžné denní činnosti a pokusíme se to zjistit. Vodu ve vzduchu totiž hodně potřebujeme. Nejenom aby měli zemědělci a zahrádkáři radost, ale hlavně aby se nám všem dobře dýchalo a mluvilo. No a na úvod jednoduchý a rychlý pokus. Najděte zrcátko (může to být třeba to velké v koupelně nebo maličké, která vám maminka půjčí ze své kabelky) a dýchněte na něj. Vidíte? Rosa! Rosa, to je přece voda a to znamená, že vydechujeme mimo jiné i vodu. Když už jsme v té koupelně, všimli jste si někdy po sprchování, jak zrcadlo vypadá? No jistě, je na něm spousta vody ve formě malých kapiček. Tolik kapiček, že se v zrcadle vůbec neuvidíte? Odkud se tam jen vzala?

Nabídnu vám několik otázek. Zkuste si ke každé udělat jednoduchý pokus. Pozorovat, co se děje, a pokládat si otázku „proč?“. Snažte se ovlivnit okolnosti, za kterých pokusy probíhají, a objevit, jaký mají různé fyzikální i jiné podmínky vliv na průběh pokusů. Co se stane, když pověsíte mokré prádlo na šňůru? Ve které dny je nejlepší sušit prádlo? Usuší se prádlo lépe v noci, nebo přes den? Co se stane s dešťovými loužemi na chodníku – záleží na teplotě? Máte akvárium – co by se stalo, kdybyste do něj půl roku nedoplňovali vodu? Co se stane, když v mělké nádobě necháte pár dní stát vodu? Po několik dní porovnávejte vlhkost pod deskou nebo kamenem s vlhkostí okolní půdy. Co udělají listy, když je odtrhnete z rostliny?

Všechna tato pozorování bychom měli ukončit zjištěním, že tělesa obsahující vodu jsou schopna ji uvolňovat do vzduchu. Přeměna vody na páru se nazývá vypařování, opačný děj, při kterém se vodní pára zpětně mění na vodu, nazýváme kapalnění. Vodu do ovzduší uvolňují nejen pevná tělesa, ale také všechny řeky, jezera, oceány. Tato voda ve své neviditelné formě vystupuje jako vodní pára a za určitých podmínek je schopna zviditelnit se do podoby mraku, dešťové kapky, mlhy, rosy, sněhu.

Když se voda vypařuje, složky, které jsou v ní rozpuštěné, zůstávají. Snadno se o tom přesvědčíme. Rozpustíme sůl ve vodě – jen takové množství, aby se ve vodě všechna rozpustila. Sklenici se slanou vodou vystavte na sluníčko (sluníčko není přímo nutné, jen bez něj bude pokus trvat déle). V pravidelných intervalech sklenici pozorujte. Výsledek pokusu se dal čekat – vody ubývá, zato na stěnách sklenice přibývají ostrůvky soli.  Až se všechna voda odpaří, zůstane ve sklenici jen sůl. Krásně zkrystalizovaná sůl. Pokuste se rozpouštět i jiné látky – cukr, mouku, hlínu ze zahrádky. Jsou všechny látky rozpustné? Jak se liší průběh pokusu u jednotlivých látek?

Voda tekoucí z vnitrozemí do moře vždy obsahuje nějaké rozpuštěné minerální látky, které přibrala při stékání z kopců. Určitě jste se ve škole učili o jezerech, která obsahují slanou vodu, a že jiná jezera mají naopak vodu sladkou. Jak je to možné? Kterých jezer je více a proč?

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.

Na chvilku stavebním inženýrem

Stavební inženýrství je obor, který se zabývá návrhy a konstrukcemi staveb jako jsou například mosty, budovy, hráze, tunely, elektrárny nebo třeba i mořské vrtné plošiny. Stavební inženýr mimo jiné musí také zkoumat síly, které mohou mít vliv na stabilitu a chování příslušné stavby či konstrukce.

Možná se vám bude hodit pár informací o silách. Síla se projevuje buď tlakem, nebo tahem. Na těleso působí síly dvěma základními směry. Síly, které působí na těleso ze strany, se nazývají boční síly (v praxi takovou silou může působit například vítr) a síly působící shora dolů nebo zdola nahoru označujeme jako svislé síly. Nejdůležitější silou, se kterou musíme počítat a kterou všichni beze zbytku využíváme, je gravitační síla. To je síla, kterou Země přitahuje všechna tělesa směrem ke svému středu. Těleso, které je přitahované gravitací k Zemi působí na podložku nebo na závěs silou, které říkáme tíha. Tíha tělesa závisí na hmotnosti (tedy na množství látky v tělese). Možná se někdy setkáte také s pojmy mrtvá a živá síla. Například u budovy působí mrtvými silami zdi, podlahy, střechy – je to tedy tíha všech částí budovy, které jsou spolu pevně spojeny a nemohou se přemisťovat. Živé síly to jsou tíhy předmětů nebo těles dočasně v budově nebo na budově umístěných – nábytek (dnes je v jedné místnosti a zítra v jiné), lidé (v pátek jsou v kanceláři a působí na budovu tíhou, ale o víkendu jsou doma), sníh (který jeden den napadne a během týdne roztaje).

Pevnost každé stavby do značné míry ovlivňují tvar a profil použitých stavebních prvků. Dnes si tak trochu zahrajeme na stavební inženýry a budeme se věnovat prověřování pevnosti různých profilů. K pokusům budeme potřebovat dvě knihy stejné tloušťky, list kancelářského papíru (A4 do tiskárny) a 15 nebo více stejných tužek (pastelek, fixů apod.). Na stůl dejte knihy tak, aby byly od sebe asi 15 cm daleko. Přes knihy položte list papíru (ujistěte se, zda obě knihy přikrývá stejně velký kus papíru). Vznikne jednoduchý most. Teď pomocí tužek otestujeme jeho pevnost: vezměte tužku a opatrně ji položte přesně doprostřed mostu – mezi obě knihy. Předpokládám, že tento most tužku neudržel, zbořil se a chudinka tužka spadla do údolí pod mostem. Pokud se pletu, testujte dál přidáváním dalších tužek, dokud most drží. Nastává druhá fáze pokusu. Vezměte papír a přeložte ho přesně napůl přiložením jeho kratších stran k sobě. A to samé udělejte ještě jednou. Papír rozložte a pomocí přehybů jej vymodelujte do tvaru písmene M. Tento M-most zase položte přes knihy (opět se o každou knihu musí opírat stejnou délkou papíru) a znovu zatěžujte postupně jednou, dvěma, třemi, … tužkami (viz obrázek). Tužky samozřejmě přikládejte v kolmém směru přes špičky přeloženého papíru, tedy opět rovnoběžně s hranami knih. Kolik tužek unese most nyní? Pokračujme dál v bádání. Sundejte most, přitiskněte k sobě jeho boční strany a přiložením delších stran mostu k sobě opět přeložte napůl. Pokud máte vše správně, tak po rozložení papíru dokážete překládáním ohybů vytvořit jakési varhánky, harmoniku – tentokrát bude mít most podobu dvou písmen M vedle sebe. Položte dvojitý M-most přes knihy a znovu postupně zatěžujte tužkami. Tužky mohou mít tendenci z mostu sjíždět – jednoduše jim v tom prstem zabraňte. Kolik tužek zbortí kost nyní?

Jaké jsou vaše výsledky? Jak je to s nosností jednoduchého a dvojitého M-mostu? Objevili jste nějakou závislost, neřkuli zákonitost? No a co kdybychom místo jednoho papíru vytvořili most ze dvou papírů položených na sebe? Testujte různé druhy papírů a porovnávejte. A nakonec se podívejte, jak je vyrobená vlnitá lepenka, ze které se dělají krabice, ve nichž si domů z obchodů vozíte různé zboží – tiskárnu, mikrovlnku, stůl, ledničku atd. Čím více přehybů, tím větší pevnost.

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.

Chytit mince je tak snadné

Cinkají vám mince v kapse? A je jich tak málo, že si za ně nic nekoupíte? Co takhle zkusit s kamarády nějakou zajímavou zábavu. Já vám jeden zajímavý trik s mincemi nabídnu. Není k němu potřeba žádných složitých pomůcek. Stačí mít jen pár nejlépe stejných mincí (ale není to podmínkou) a dostatek prostoru kolem sebe, ve kterém byste mohli bez obav experimentovat, aniž byste riskovali, že něco rozbijete nebo někomu ublížíte.

Takže o čem dnešní pokus bude? Zkusíme vybalancovat několik mincí, postavených do sloupečku na vašem lokti (ruka je v lokti ohnutá a dlaň se dotýká ramene). Poté švihneme rukou směrem dolů a pokusíme se padající mince zachytit do dlaně. Možná jste už někdy něco takového viděli. Pokud ne, naučte se tento trik. Pro začátek, než vše dokonale zvládnete, raději používejte místo mince něco měkčího (gumu, plastelínu, …). Trik rozhodně nezkoušejte doma v obýváku, i když sourozenci by byli jistě ohromeni. Stejně tak možná i rodiče v okamžiku, kdy by se vám pokus vymkl kontrole a jako vedlejší produkt byste vyrobili střepy z okna nebo lustru. Pokud jste popis jen četli, zdá se, že realizovat tento trik je skoro nemožné. Ale jak už bylo nabídnuto, vyzkoušejte ho s něčím ne nebezpečným pro okolí a sami zjistíte, že i pokud jste jen průměrně šikovní, je jeho provedení velmi jednoduché.

Pustíme se do tréninku. Nejdříve si najděte nějaké místo, kde nic nerozbijete nejen vy, ale také mince které budete při nácviku posílat všude kolem sebe. Rozevřete vaši pravou ruku a otevřenou dlaní ji položte na své pravé rameno. Loket zvedněte tak, aby loketní kloub byl přibližně v úrovni ramene. Pro začátek si na loket položte jednu minci. Teď přijde ta část experimentu, která bude pro někoho zábavná (asi pro toho, kdo se na vaše snažení bude dívat) a pro někoho možná nepříjemná (možná pro vás, pokud se z vás při pokusu stane vrhač mincí). Švihněte pravou rukou dolů tak rychle, jak jen dokážete a snažte se zachytit padající minci do dlaně. Nic není nemožné. Možná to napoprvé nepůjde, ale při druhém či třetím opakování byste už měli být úspěšní. Stále to nejde? Řekl jsem, že leváci se mají ramene dotknout levou rukou a položit minci na levý loket (a praváci samosebou naopak)?

Pokusme se vysvětlit, proč to takhle vše funguje. Jakmile švihnete rukou dolů, váš loket se pohybuje stejným směrem. Pohybující se loket vezme oporu sloupečku mincí, které začnou také padat směrem k zemi. V prvních pár zlomcích sekundy padají mince velmi pomalu. Pokud je nechytíte v této době, pak už je nechytíte vůbec. Mince totiž každým dalším okamžikem budou rychlost svého pádu zvětšovat, až dopadnou na zem. Vaše dlaň ale bez potíží bude schopna mince dohonit, protože rychlost jejího švihu je k tomu dostatečná.  Mince, loket a dlaň na rameni jsou nastaveny právě v takové vzdálenosti, že se mince dají snadno zachytit. Zjistíte, že největším problémem je ve správný okamžik sevřít dlaň. Ani brzy, ani pozdě, ale právě v ten okamžik, kdy se mince dotknou dlaně.

S jednou mincí to je legrace. Co takhle položit na loket dvě mince. Nebo tři, čtyři. Pěkně postavit komínek s mincí a pokusit se je stejným způsobem zachytit do dlaně. Čím více, tím náročnější. A čím více mincí, tím také větší nebezpečí pro okolí. Vše ale chce jen trochu cviku, pokud se vám trik podaří se dvěma či třemi mincemi, věřte, že ho zvládnete i s deseti mincemi. Jediné omezení spočívá v tom, aby se vámi právě používané mince vešly do dlaně. Hodně štěstí.

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.