Klub debrujárů FreeDeK

 

2. ročník republikové soutěže POHÁR VĚDY nese název „Nobel“. Navrhněte název pro 3. ročník soutěže POHÁR VĚDY!

 

Tématem tohoto kola soutěže Nobel je měření síly. Samotnému měření se budete věnovat v části „Praxe a projekt“, ze začátku se na sílu podíváme z teoretického hlediska. Zpracujte odpovědi na následující tři otázky:

1.    V dnešní době používáme jako jednotku síly newton. Byly tady ale i jiné jednotky, od jejichž používání jsme již upustili. Zjistěte aspoň dvě jednotky síly jiné než newton a popište, jak byla definována jejich jednotková velikost.

2.    Představte si, že jste se ocitli v budoucnosti a odletěli jste na prázdniny na Mars. Tam navštívíte krytý bazén a budete se v něm potápět. Jak velká vztlaková síla na vás bude působit, když se ponoříte do vody v marsovském bazénu? Jaká bude vaše hmotnost na Marsu?

3.    Člověk je víceméně elektricky neutrální (i když většinou nějakým elektrickým nábojem nabití jsme). Představte si, že by metr od vás stál Karel, zhruba stejně velký jako vy. Oba byste ale byli nabití elektrickým nábojem. Karel by byl nabit záporně a vy kladně. Jedno procento Karlovy hmotnosti by představovaly přebytečné záporné elektrony a naopak jedno procento vaší hmotnosti by tvořil přebytečný kladný náboj. Jak velkou silou byste se přitahovali? Co by šlo pomocí takto velké síly zvednout?
(Pro výpočet použijte Coulombův zákon, i když to není příliš korektní přístup k problému.)

 

V praktické části tohoto kola vyrobíte dva siloměry. Jeden z nich bude vycházet z klasického principu školního siloměru. V tom bývá pružina, která se při měření síly natahuje, a z jejího prodloužení lze určit velikost měřené síly. Vhodná pružina by se vám ale možná obtížně sháněla, vyrobte tedy siloměr gumičkový. Detaily výroby tohoto siloměru necháme na vás. Siloměr (i jeho výrobu) zdokumentujte a schovejte si ho. Vezmete ho s sebou do finále soutěže (pokud do něj postoupíte).

Druhý siloměr bude trochu atypický. Použijete ho pro měření tíhy těles a bude pracovat na základě Archimédova zákona. Jak takový „archimédovský tíhoměr“ vyrobíte?

Použijete vysokou průhlednou válcovou nádobu (např. odměrný válec nebo něco podobného) a malou plechovku od nějakého nápoje (s objemem 250 ml). Plechovka musí jít do nádoby zasunout. Do nádoby nalijte vodu (můžete ji obarvit) a vsuňte do ní plechovku (prázdnou – otvorem nahoru). Množství vody upravte tak, aby horní strana plechovky byla zhruba na úrovni horního okraje nádoby. Když do plechovky zatlačíte tak, aby se trochu zanořila, pozorujete, že se hladina vody v nádobě zvýšila. Nakreslete (nalepte) na nádobu stupnici, která umožní změřit velikost síly, kterou působíte na plechovku při jejím zanořování. Takto zkalibrovaný siloměr ukáže tíhu předmětu, který na plechovku položíte. Rozsah siloměru ale bude samozřejmě omezený tím, při jakém zatížení se plechovka zcela zanoří.

Ukázka archimédovského tíhoměru (bez stupnice) je na přiložených fotografiích. I tento siloměr si schovejte do finále soutěže. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Na obrázku vlevo je nezatížený „tíhoměr“ (plechovka je téměř celá nad hladinou), uprostřed je tíhoměr zatížený závažím o hmotnosti 100 g a vpravo závažím 200 g.