Kouzelná sklenička

(Hrátky s plyny - 2. díl)

Co budeme potřebovat:
Skleničku se síťkou, pohlednici, vodu, potravinářské barvivo a fotomisku (obr. 3).

Příprava:
Pro výrobu skleničky se síťkou potřebujeme vhodnou skleničku (měla by mít vhodný okraj – rovný a hladký – a objem kolem 3 dcl). Na okraj skleničky nalepíme kvalitním lepidlem bílou vypnutou síťku (kousek staré záclony nebo kousek punčochy). Měli bychom si dát záležet, aby síťka byla co nejméně vidět. Okraje začistíme tak, aby byly zcela hladké.

Jak na to:
Do sklenice se síťkou nalijeme až po okraj vodu. Pohlednicí překryjeme skleničku a při jejím stálém přidržování ji otočíme dnem vzhůru. Pomalu přestaneme pohlednici přidržovat. Pohlednice drží na skleničce a voda nevyteče. Opatrně stáhneme pohlednici, voda přesto nevyteče. Stačí však skleničku pouze naklonit nebo skleničkou zatřást a voda vyteče (obr. 4).

Vysvětlení:
Tlak vody ve skleničce na pohlednici je menší než vnější tlak vzduchu na pohlednici. Po odebrání pohlednice zastanou její úlohu povrchové blanky na očkách síťky.

 


 

Vodní elektrárna v umyvadle a další vychytávky

Bez sluneční energie a bez vody by nevznikl a nebyl možný život na Zemi. Bez elektrické energie se neobejde průmysl ani domácnosti. Doprava na celém světě je závislá na energii získané hořením fosilních paliv. Je zřejmé, že bez dostatečného množství energie by se moderní civilizace nemohla dál rozvíjet. Proč nezkusit trochu si pohrát s obnovitelnými zdroji energie?

Energie vody

Postavit si mlýnek na potoce, to napadne každého. Což ale postavit si mlýnek v umyvadle nebo dřezu?

Co budeme potřebovat:
Dřevěnou lištu, korkovou zátku, plastovou fólii, špejle, nýt, těsnění.

Jak na to:
Ve větší korkové zátce (průměr 3,5 cm) uděláme listem pilky na železo 6 zářezů pro lopatky, uprostřed vyvrtáme otvor a do něj vlepíme jako osu silnější špejli. Obdélníkové lopatky 3 cm × 2 cm vystřihneme z tužší plastové fólie (např. z krabičky od nanukového dortu) a přilepíme je tavnou pistolí do zářezů v zátce. Kromě rovinných lopatek můžeme vyzkoušet i vhodně zahnuté lopatky, vystřižené např. z větších plastových kelímků. Do dřevěné lišty vyvrtáme otvor a do něj zasuneme dutý hliníkový nebo měděný nýt délky 30 mm jako ložisko osy vodního kola. Na osu nasuneme zarážku z gumového vodovodního těsnění, zasuneme ji s vodním kolem do otvoru nýtku a z druhé strany zajistíme další zarážkou.

Hotové vodní kolo vložíme do proudu vody z vodovodu. Umíme zjistit výkon našeho kola? Jistě, nic na tom není. Do zářezu v ose vlepíme nit a na její konec přivážeme nějaký lehký předmět. Voda z vodovodu roztočí kolo, nit se namotává na osu a zátěž stoupá vzhůru. Výkon určíme snadno, jestliže budeme znát hmotnost předmětu, dráhu a dobu zvedání (stačí dosadit do vzorce P = mgh/t). A další otázka pro výzkumníka: Závisí výkon kola na tvaru lopatek?

(Obr. 1)

Energie větru                         
 

Větrníček si umí složit každé mrně. Ale co takhle anemometr?

Co budeme potřebovat:
Modelářské lišty o průřezu 20 mm × 5 mm, 4 plastové kelímky (např. od jogurtu), hřebík,
2 korálky a podložka, dřevěná tyčka délky min. 20 cm, samolepicí páska, plastelína.

Jak na to:
Základem konstrukce je kříž sestavený a slepený ze dvou navzájem kolmých modelářských lišt. Uprostřed vyvrtáme otvor pro hřebík – osu. Na hřebík navlékneme korálek, nasuneme laťkový kříž, navlékneme druhý korálek a podložku. Hřebík s nasazeným křížem pak zatlučeme do tyčky, sloužící jako držák anemometru. Pak upevníme samolepicí páskou na konec každého ramene plastový kelímek a celou sestavu vyvážíme nalepenými kousky plastelíny nebo posunováním kelímků. Při měření rychlosti větru zvedneme rukojeť s větrným křížem nad hlavu a podle rychlosti jeho otáčení usuzujeme na rychlost větru.

(Obr. 2)

Energie slunce
A na závěr si ohřejeme párek. Ale pozor, ne doma na vařiči, ale pěkně venku na sluníčku!

Co budeme potřebovat:
Plastový kbelík, hliníkovou fólii, silnější dráty na zhotovení držadla na párek.

Jak na to:
Nejúčinnější sluneční vařiče mají tvar rotačního parabolického zrcadla. Jeho návrh a výroba je dost náročná. Během pár minut však snadno zhotovíme téměř parabolický vařič válcového tvaru. Budeme potřebovat prázdný a vymytý plastový kbelík od malířské barvy PRIMALEX. Kbelík obyčejnou pilkou na dřevo rozřízneme na dvě poloviny a začistíme smirkovým papírem řezné hrany. Pro pokusy použijeme polovinu s držadlem. Prohnutá vnitřní stěna má přibližně parabolický průřez – polepíme ji hliníkovou fólií (alobalem), dobře vyhladíme a vařič je hotový. Držadlo kbelíku využijeme jako podpěru při nasměrování zrcadla směrem ke Slunci. Při vhodném natočení odrazné plochy se paprsky soustřeďují podél úsečky, spojující ohniska jednotlivých částí zakřivené plochy. Ze silnějšího drátu vytvarujeme podpěry pro hrneček s vodou nebo i jen pro samotný párek. Slunce přeje „dobrou chuť!“

(Obr. 3)



Tyto a další „energetické“ pokusy najdete v brožuře Hrátky s obnovitelnými zdroji, kterou si můžete objednat spolu s dalšími materiály vzdělávacího programu energetické společnosti ČEZ Svět energie na: https://www.cez.cz/vzdelavaciprogram

Obr. 1 Vodní mlýn ve dřezu
 

Obr. 2 Když zaduje do kelímků
 

 


Obr. 3 Slunce v kbelíku od PRIMALEXU

 

 


 

Šmejdivý kartáč

Bude to idyla, až budete někdy v budoucnosti potřebovat uklidit byt. Několika laskavými slovy jenom vydáte pokyny vašemu zbrusu novému komplexnímu úklidovému robotu. Ten bez odmlouvání vyjede ze svého koutku, důkladně vyčistí podlahu v určených místnostech, přeleští okna a nábytek, zaleje květiny a vrátí se skromně na své místo. Občas se sice objeví zprávy, že prý v Japonsku už podobného robota na futuristické výstavě předváděli, ale v běžných domácnostech stále vládne vysavač, hadr a kartáč.

Jednou, když opět zazněla zlověstná poznámka „Už zase je všude plno prachu“, jsem se rozhodl k činu. Zalistoval jsem ve svém archivu návodů na různá „udělátka“ a našel článek, který vyšel před mnoha lety v sovětském populárně-naučném časopise „Junyj technik“. Autor v něm popisuje zvláštní vozítko jménem inercoid. Základním prvkem měl být elektromotorek s excentickým nástavcem na ose. Při rychlém otáčení motorku se periodicky přemisťovalo těžiště celé soustavy a vozíček se měl trhavými pohyby pohybovat vpřed. V poslední větě článku autor píše, že „… tento přístroj se nestane novým typem dopravního prostředku, ale pouze zajímavou fyzikální pomůckou, která názorně ukáže vztah mezi setrvačností a třením.“

Pesimistickým závěrem článku jsem se nedal odradit a pustil jsem se do vynalézání automatického kartáče, který by bez doteku lidské ruky jezdil po podlaze nebo po stole. Jako vedlejší produkt jeho pohybu by mohlo být například leštění stolní desky. Chcete-li se pustit po mých stopách, obstarejte si:
  • několik kartáčů s různě tuhými štětinami, nejvhodnější se ukázal lehoučký plastový kartáč,
  • elektromotorek, vymontovaný například z vyřazené mechaniky CD,
  • banánek (zakončují se jím vodiče) nebo jeden díl plastové nebo bakelitové elektrikářské svorkovnice,
  • držák se třemi tužkovými bateriemi,
  • kontakty pro připojení motorku k držáku baterií,
  • kousek oboustranné lepicí pásky.

Nejdůležitejší výrobní operací je zhotovení excentrického nástavce na osu motorku. Já jsem vyzkoušel dvě verze, ani jedna nevyžaduje nějaké speciální vybavení dílny. První excentrik jsem získal rozebráním takového typu banánku, který má po straně šroubek pro uchycení vodiče. Dutinku jsem nasadil na osu motorku a upevnil přitažením šroubku. Po připojení k baterii se motorek svižně roztočil, ale nesymetricky umístěný šroubek osou „cloumal“ na všechny strany a to je pro správnou funkci přístroje rozhodující. Druhá verze excentriku je podobná, jen pochází z rozřezaného dílku svorkovnice.

Následovala montáž: na spodní plochu motorku jsem nalepil kousek oboustanné pásky a motorek jsem přilepil na plochu kartáče. Podobně jsem přilepil i držák baterií a vše propojil spojovacími vodiči. S napjatým očekáváním jsem kartáč s roztočeným motorkem položil na koberec. Nic - kartáč se ani nehnul. Pak jsem ho položil na hladkou stolní desku a kartáč se začal snaživě sunout po desce vpřed! Šmejdit začal i na pracovní na ploše kuchyňské linky i na hladké podlaze.

Fyzikální vysvětlení je založeno, jak píše už dávný sovětský autor, na chvění nevycentrovaného motorku. Se stejnou frekvencí se rozkmitá i držadlo kartáče. V okamžiku posunutí kartáče vpřed se posunou i jeho prohnuté štětiny, ale při pohybu držadla vzad se konce štětin „zapřou“ o podložku a zůstanou na místě. Při další půlotáčce motorku se držadlo i štětiny zase posunou o kousek vpřed a třením o podložku v nové poloze zůstanou. Tak se celý kartáč postupně pohybuje vpřed. Na koberci však konce štětin zapadnou mezi vlákna a kartáč se ani nehne. Před zavedením samohybného kartáče do sériové výroby však bude třeba provést ještě řadu experimentů. Je nutné zjistit, jak je rychlost a směr pohybu ovlivňován velikostí otáček motorku, změnou polohy motorku na držadle, různou tuhostí štětin atd. Skromně a odpovědně však mohu prohlásit, že první krok k sestrojení komplexního úklidového robota se mi zdařil.

První verze šmejdila
 

Druhá verze šmejdila
 


Součástky potřebné k sestrojení samohybného kartáče a detail excentrického nástavce z banánku

Dva reproduktorky - „udělej si sám“

V jednom ze starších čísel 3. pólu (květen 2005) jsme se vás snažili inspirovat k využití součástek z vyřazeného pevného disku, disketové jednotky nebo přehrávače CD a DVD. Jen tak „mezi řečí“ jsme se zmínili o možnosti zhotovit ze získaných součástek jednoduché fyzikální pomůcky. Například jsme doporučovali ověřit si působení magnetického pole na vodič s proudem: „Cívečku z několika závitů tenkého měděného vodiče položte na magnet a krátce ji připojte k ploché baterii. Cívka od magnetu prudce odskočí …“

Tento jev, objevený začátkem 19. století, vedl k vynálezu elektromotorů, měřicích přístrojů a dalších zařízení. Jedním z nich je dynamický reproduktor, který přeměňuje elektrické kmity na zvuk. Podle našeho návodu si můžete zhotovit dva „modely“ reproduktorů: první „hraje“ docela slušně, druhý představuje svou konstrukcí spíš kuriozitu.

Polystyrenový reproduktor
Připravte si základové prkénko nebo překližku, lehký polystyrenový tácek, proužky kladívkového papíru, tenký smaltovaný drát, válcový feritový nebo neodymiový magnet, oboustrannou samolepicí pásku, disperzní lepidlo a reproduktorový konektor.

Nejprve z pruhu papíru slepte kostřičku cívky s průměrem o málo větším, než je průměr magnetu. Po zaschnutí lepidla naviňte na kostřičku 30–50 závitů tenkého smaltovaného drátu. Vinutí zakápněte lepidlem a oba přívody ponechejte aspoň půl metru dlouhé. Hotovou cívku přilepte do středu polystyrenového tácku a nechejte důkladně zaschnout.

Z proužků papíru složte dvě pružné „harmoniky“ a přilepte je k tácku. Doprostřed základní desky přilepte kouskem oboustranné pásky magnet. Cívku shora nasuňte na magnet a prostřednictvím „harmonik“ přilepte tácek k základní desce. Dejte pozor, aby se cívka na magnetu pohybovala zcela volně, bez drhnutí! Funkčnost hotového reproduktorku vyzkoušejte krátkým připojováním k tužkové baterii: mělo by se ozývat „praskání“, způsobené kmitáním cívky a tácku.

Pak k přívodním vodičům připájejte konektor pro připojení do reproduktorové zásuvky rádia nebo přehrávače. V tom bude asi největší problém – většina současných radiopřijímačů má jen výstup na vysokoohmová sluchátka. V tom případě bude reproduktor hrát jen velmi slabě – ale hrát určitě bude!

To přece nemůže hrát!
Druhou variantu zhotovíte z rozmontovaného pevného disku. Odstraňte všechny díly kromě otočného raménka s cívkou a spodního magnetu pod cívkou raménka. Postup demontáže je podrobně popsán ve zmíněném článku. K vývodům cívečky opatrně připájejte tenké smaltované drátky a pokusy mohou začít. Vytvarováním přívodních vodičů pootočte raménko tak, aby se cívečka pohybovala mimo střed magnetu, jak je zřetelné z fotografie. Nejprve opět krátce připojujte baterii a sledujte prudké kmity cívky, vychylované silným magnetem pod ní. Když je vše v pořádku, připojte konektor a vyzkoušejte reproduktor se zesilovačem nebo radiopřijímačem. Raménko bude kupodivu vydávat sice slabý, ale přece jen srozumitelný zvuk.

Hlavní části polystyrénového reproduktoru.
 

Tácek s nalepenou cívkou a „harmonikami“ je připraven k nalepení na základní desku.
 

Pevný disk je třeba celý rozmontovat, s výjimkou raménka a spodního ze dvou magnetů.
 


Hotový reproduktorek – hraje sice slabě, ale hraje!

 


 

Štěpení atomu ve sklenici vody

Jednoduchý pokus založený na kapkovém modelu atomového jádra (viz též film v rubrice Video).

K pochopení složitých vlastností atomu, atomového jádra a jeho chování si fyzici vymysleli mnoho modelů, které s větším či menším úspěchem vysvětlují pozorované jevy. Kapkový model atomu představuje jádro atomu jako kapku kapaliny a vypočítává jeho chování na základě podobných rovnic,
které platí pro povrchové napětí kapalin.

Naplňte malou sklenici do poloviny čirým alkoholem (např. lihem) a přidejte trochu vody, aby byla sklenka naplněná asi ze 2/3. Pak do čisté čajové lžičky nalijte olej, přibližte lžičku těsně nad hladinu a opatrně ji naráz vyklopte. Pokud se vám to povedlo, je teď ve sklenici krásná kulička oleje. Klesla-li ke dnu, přidejte trochu vody, plave-li na povrchu, přidejte trochu alkoholu.

Kapka, vznášející se uprostřed sklenky, je váš experimentální atom. Všimněte si, jak je perfektně kulatá - síly, které ji drží pohromadě, se chovají podobně jako síly, které drží pohromadě atom. Nyní vezměte kulatý nůž a opatrně kapku rozdělte. Nejdříve se bude jen protahovat a deformovat, teprve když překročíte určitou mez - kritickou deformaci, rozdělí se. Vzniknou dvě nové, opět perfektně kulaté kapky. Rozštěpili jste váš první experimentální atom.