Transcript archimedova skrutka

ARCHIMEDOVA SKRUTKA
Bc. Mária Nováková
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Obsah prezentácie
o
o
o
o
o
o
o
o
Archimedova skrutka
Kurikulárna reforma
Fyzikálny princíp Archimedovej skrutky
Problémové otázky
Pracovný list
Postup merania – Zavzdušnená pumpa
Postup merania – Nezavzdušnená pumpa
Záver
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Archimedova skrutka
• hadička namotaná okolo valca,
• fyzikálne princípy:
zotrvačnosť vody,
súdržnosť molekúl vody (kohézia),
priľnavosť vody o steny (adhézia),
skladanie a rozklad síl,
• využíva sa v mnohých prístrojoch,
• nie je zaradená do vyučovacieho
procesu základných, stredných ani
vysokých škôl.
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Kurikulárna reforma
• POZORNOSŤ UPRIAMENÁ NA ROZVOJ MYSLENIA
ŠTUDENTOV:



získavanie nových vedomostí a zručností vlastnou
skúsenosťou,
využívanie osvojených vedomostí v praxi,
hľadanie súvislostí medzi fyzikálnym princípom úlohy
a získavanými vedomosťami,
• PRIESTOR PRE INOVÁCIU – NETRADIČNÉ NÁMETY
ÚLOH
• AKTÍVNE ZAPÁJANIE ŠTUDENTOV DO CELÉHO
PRIEBEHU VYUČOVACIEHO PROCESU
• KOOPERÁCIA
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Fyzikálny princíp
Archimedovej skrutky
Základné pojmy:
Parametre Archimedovej skrutky:
d0 – priemer hadičky
l0 – dĺžka valca
n – počet závitov hadičky
 – uhol, ktorý zviera Archimedova skrutka
s vodorovnou rovinou
α – uhol sklonu hadičky
Zotrvačnosť
Trecia sila
Adhézia a kohézia
molekúl vody
Skladanie síl
Sínusová veta
v trojuholníku
Goniometrické funkcie
Zavzdušnená, nezavzdušnená pumpa
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Fyzikálny princíp
Archimedovej skrutky


2
     90     



      2     
2
2

      2    
sin  sin 

S
l
cos   
S l
cos   
Z rovnice si môžeme všimnúť, že ak
 ≥ 90º  α, potom S ≤ 0
(S je parameter, ktorý určuje množstvo
vody zachytenej v trubičke).
To znamená, že kritický uhol sklonu je: c = 90º  α.
Z toho vyplýva, že musíme mať  ≤ c, iba tak získame S = S().
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Problémové otázky
? Ak by sme minimalizovali priľnavosť vody o steny hadičky,
napríklad povoskovaním zvnútra, bolo by možné prečerpávať
vodu?
? Aký význam má pri činnosti Archimedovej skrutky zotrvačnosť
vody?
? Voda stúpa nahor, jej potenciálna energia sa zvyšuje. To
znamená, že konáme prácu. Čím je daná veľkosť našej práce?
? Prečo je uhol sklonu 65 osi Archimedovej skrutky voči
vodorovnej rovine kritický (voda sa už neprečerpá)?
? Do akej maximálnej výšky môžeme prečerpať vodu? Od akých
parametrov to závisí?
? Čo sa stane, ak budeme meniť uhol, ktorý zviera Archimedova
skrutka s vodorovnou rovinou, do ktorej je zapichnutá? Pri ktorom
uhle je čerpanie vody najefektívnejšie?
? Aký vplyv na prečerpávanie vody bude mať zväčšenie
vnútorného priemeru hadičky? Uhol sklonu namotanej hadičky
pritom nezmeníme.
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Pracovný list
• Pracovný list je materiálom pre spôsob práce študentov.
Postupným spĺňaním jednotlivých krokov si osvojujú princíp
riešenia problémových úloh a skúmanie fyzikálnych zákonitostí.
• Jednotlivé kroky:
Základné pojmy
Príbeh
Popis pomôcok
Návrh vlastnej aparatúry
Postup merania
Doplňujúce otázky
Zhodnotenie merania
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Postup merania
ZAVZDUŠNENÁ PUMPA
1. Hadičku husto namotajte okolo valca pod uhlom sklonu α = 15º.
Vytvorte Archimedovu skrutku.
2. Rovnakým spôsobom vytvorte ešte jednu Archimedovu skrutku.
Hadičku husto namotajte okolo valca pod uhlom sklonu α=30º.
3. Nádobu na vodu položte na
digitálne váhy a uložte do roviny
horného ústia hadičky.
4. Jednu zo skrutiek vložte do
nádržky s vodou pod určitým
uhlom  tak, aby pri točení valca sa
do hadičky okrem vody dostal aj
vonkajší vzduch. Uhol  zviera
skrutka s vodorovnou rovinou, do
ktorej je zapichnutá.
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Postup merania
ZAVZDUŠNENÁ PUMPA
5. Skrutkou otáčajte, striedavo sa do nej naberá voda i vzduch
a pozorujte, čo sa deje. Počas celého procesu otáčania
nemeňte uhol sklonu .
6. Ak bude voda v poslednom závite, urobte ešte 20 otočení
skrutky a odmerajte hmotnosť prečerpanej vody pre daný typ
skrutky a uhol sklonu skrutky s vodorovnou rovinou.
7. Odstráňte
vodu
zo
skrutky.
Opakujte meranie podľa krokov 4.
– 6. pre rôzne sklony skrutky voči
vodorovnej rovine a pre obe
zostrojené skrutky.
8. Porovnajte množstvo prečerpanej
vody pri 20 otočeniach v závislosti
na uhle naklonenie Archimedovej
skrutky a sklone závitov.
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Postup merania
NEZAVZDUŠNENÁ PUMPA
1. Použite Archimedove skrutky z predchádzajúceho merania.
2. Rozdiel bude v tom, že skrutku vložíte do nádržky s vodou pod
určitým uhlom  tak, aby bol celý prvý závit ponorený (skrutka
nesmie pri otáčaní naberať vzduch).
3. Valcom otáčajte, voda sa pritom
naberá do hadičky a stúpa nahor.
4. Ak bude voda v poslednom závite,
urobte ešte 20 otočení skrutky
a odmerajte hmotnosť prečerpanej
vody pre daný typ skrutky a uhol
sklonu skrutky s vodorovnou rovinou.
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Postup merania
NEZAVZDUŠNENÁ PUMPA
5. Odstráňte vodu zo skrutky. Opakujte meranie podľa krokov 2.
– 4. pre rôzne sklony skrutky voči vodorovnej rovine a pre obe
zostrojené skrutky.
6. Porovnajte množstvo prečerpanej
vody pri 20 otočeniach v závislosti na
uhle naklonenie Archimedovej skrutky
a sklone závitov. Použite rovnaké
uhly sklony ako pri meraní so
zavzdušnenou skrutkou.
7. Porovnajte množstvo prečerpanej
vody
pri
20
otočeniach
u
zavzdušnenej a nezavzdušnenej
pumpy.
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Množstvo prečerpanej vody
pri uhle sklonu α = 15°
Hmotnosť prečerpanej vody po 20-tich
otočeniach skrutkou [g]
Archimedova skrutka - ZAVZDUŠNENÁ
50
45
40
35
30
25
20
20
25
30
35
40
45
50
55
Uhol sklonu Archimedovej skrutky voči vodorovnej rovine [°]
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
60
Množstvo prečerpanej vody
pri uhle sklonu α = 15°
Archimedova skrutka - NEZAVZDUŠNENÁ
Hmotnosť prečerpanej vody po 20-tich otočeniach
skrutkou [g]
2,5
2
1,5
1
0,5
0
20
25
30
35
Uhol sklonu Archimedovej skrutky
40
45
50
voči vodorovnej rovine [°]
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
55
Záver
Skúmané problémy:
1)
2)
1)
2)
3)
4)
5)
Uhol sklonu hadičky α
Uhol , ktorý zviera Archimedova skrutka
s vodorovnou rovinou
Zavzdušnená, nezavzdušnená pumpa
Pomer vody ku vzduchu v prvom závite
Priemer hadičky d0
Polomer valca R0
Dĺžka Archimedovej skrutky l0
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010
Ďakujem za pozornosť
Mária Nováková
Oddelenie didaktiky fyziky
Ústav fyzikálnych vied
Prírodovedecká fakulta UPJŠ v Košiciach
Park Angelinum 9, 041 54 Košice, SR
Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010