Katalog prací projektu Věda jako zábava · 2017. 2. 8. · Moderní elektronika a robotika Strana 7 Moderní elektronika a robotika Ke komunikaci je použit USB port, ze kterého

Katalog prací projektu

Věda jako zábava

Gymnázium Aloise Jiráska Litomyšl, T. G. Masaryka 590

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.28/02.0005

Informace o projektu

Strana 1

Popis projektu

Informace o projektu

Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.28/02.0005

Programové období: Strukturální 2007-2013

Název programu: OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost

Priorita: Počáteční vzdělávání

Opatření: Zvyšování kvality ve vzdělávání

Termín zahájení: 1. 4. 2013

Termín ukončení: 31. 12. 2014

Žadatel: Gymnázium Aloise Jiráska, Litomyšl, T. G. Masaryka 590

IČ: 62032348

Popis projektu

Cílem projektu je motivovat žáky nižšího stupně gymnázií a základních škol

k zájmu o technické a přírodovědné obory. Tohoto cíle chceme dosáhnout

prostřednictvím realizace projektu, jehož náplní budou přírodovědná a technická

laboratorní cvičení, která zvýší aktivitu a motivaci žáků dále se zabývat touto činností.

V rámci projektu chceme naší cílové skupině nabídnout možnost účastnit se kurzů

a víkendových setkání, na kterých se žáci seznámí s oblastmi fyziky (např. konstrukce

didaktických pomůcek), s technickými cvičeními, s přírodovědnými oblastmi (budou

např. monitorovat sluneční činnost) a další. Vyústění celého projektu bude v účasti

podpořených žáků ve vědecko-technických soutěžích jako je např. Intel-ISEF, I-Sweep,

v soutěžích pořádaných společností Amavet a dalších.

http://www.risy.cz/cs/vyhledavace/programy-eu/detail?id=29022

Obsah

Strana 2

Obsah

ObsahObsah

Kurz „Moderní elektronika a robotika“

1. Zdroje napětí a měřicí přístroje

2. Experimentální karta Arduino – základní vlastnosti, obvod s LED

3. Experimentální karta Arduino – obvod s LED a potenciometrem, RGB LED

4. Experimentální karta Arduino – obvod s LED a tlačítky

5. Experimentální karta Arduino – fotorezistor, snímač teploty

6. Experimentální karta Arduino –motory a servomotory

7. Experimentální karta Arduino – bzučák a displej

8. Stavba robota s kartou Arduino - podvozek

9. Stavba robota s kartou Arduino – ovládání motorů

10. Stavba robota s kartou Arduino – řídící logika

11. Stavba robota s kartou Arduino – senzory

12. Stavba robota s kartou Arduino - programování

Kurz „Praktická fyzika“

1. Elektrický proud – van de Graaffův generátor

2. Vlastnosti elektrického proudu – konstrukce elektroskopu

3. Vlastnosti elektrického proudu - vysoké napětí

4. Vlastnosti elektrického proudu – konstrukce demonstračního kondenzátoru

5. Vlastnosti elektrického proudu – vedení za sníženého tlaku

6. Konstrukce jednoduchého seismografu

7. Konstrukce detektoru slunečních erupcí

8. Konstrukce detektoru kosmického záření

Kurz „ Praktická chemie a biologie“

1. Bezpečnost práce v laboratořích

2. Pozorování – lupa

3. Pozorování – mikroskop

4. Dělící metoda - filtrace

5. Dělící metoda - destilace

6. Dělící metoda - sublimace

7. Dělící metoda - extrakce

8. Dělící metoda - chromatografie

9. Vlastnosti a stanovení obsahu vitamínu C – rozpustnost, pH

Obsah

Strana 2

Obsah

10. Vlastnosti a stanovení obsahu vitamínu C – obsah vitamínu C

11. Izolace DNA

12. Důkaz ethanolu v alkoholickém nápoji.

13. Analytická chemie – Proč je ten ohňostroj tak barevný? Plamenové zkoušky.

14. Analytická chemie – Důkaz přítomnosti bílkovin.

15. Analytická chemie – Je to mléko nebo bílá voda? Důkaz kaseinu a laktosy v mléce.

16. Chemie kouření – Co skrývá cigareta

17. Forenzní chemie – Odhalování otisků prstů

18. Forenzní chemie – Je to krev?

19. Rozbory odebraných vzorků vody - Hydrologie

20. Rozbory odebraných vzorků vody – Co ve vzorku žije

Moderní elektronika a robotika

Strana 3


Kurz Kurz „„Moderní elektronika Moderní elektronika

aa robotikarobotika““

Cílem kurzu je osvojení základních znalostí z elektroniky a robotiky stejně jako

nutných dovedností. Po nezbytném úvodu, který se týká vlastností zdrojů napětí

a nezbytných měřicích přístrojů, jsou v jednotlivých cvičeních konstruovány jednoduché

elektrické obvody, které využívají experimentální desku Arduino nebo některý z jejích

klonů (tato varianta byla zvolena z důvodu dobré dostupnosti a nízké ceny – např. klon

desky Arduino Duemilanove lze pořídit přibližně za 200 Kč). Další nutné součástky

zahrnují:

Nepájivé kontaktní pole 30×5 s třiceti propojovacími vodiči

10 ks LED o průměru 5 mm + 1 ks RGB LED

25 ks rezistorů 330Ω a 25 ks rezistorů 10 kΩ

Potenciometr

2 ks diod

Fotorezistor

Bzučák

Teplotní senzor s analogovým výstupem (TMP36, LM35…)

2 ks tranzistoru

Stejnosměrný elektromotorek

Servo

Relé

LCD displej s řadičem

Celková cena těchto součástek představuje dalších cca 200 Kč. Jedna sada může být

používána dvěma až třemi žáky. Nutností je dostupnost osobního počítače (viz Cvičení 2),

který ale stačí jeden pro celou skupinu.


Strana 4


CvičeníCvičení 1:1: Zdroje napětí aZdroje napětí a měřicí měřicí

přístrojepřístroje

Cílem tohoto cvičení je seznámení se základními vlastnostmi zdrojů napětí a měřicími

přístroji, které budeme používat.

Primární a sekundární články.

Laboratorní zdroje. Nastavení napětí, proudové omezení, mód konstantního proudu.

Stolní a ruční multimetry, elektromagnetické měřicí přístroje

Zdroje napětí

Jistě znáte různé typy baterií: Tužkové a mikrotužkové, ploché 4,5 V a baterie devítivoltové,

případně malé knoflíkové baterie do hodinek (viz obr. 1). Slovem „baterie“ se obvykle označují

tzv. primární články, které nelze nabíjet a po vybití je nutné je odnést na sběrné místo (rozhodně

je nelze vyhazovat do běžného domácího odpadu, protože obsahují nebezpečné chemikálie). Jako

sekundární články se označují akumulátory, které lze po vybití ve vhodné nabíječce opět nabít na

původní napětí.

Obr. 1 – Různé typy baterií

V laboratorní praxi se k napájení různých zařízení obvykle tyto články nepoužívají, protože je

často potřeba nastavit přesnou hodnotu napětí a také zabránit případnému zničení připojeného

zařízení zkratem, pokud dojde k poruše. Obě tyto věci umožňují tzv. regulované nebo jednoduše

laboratorní zdroje. U nich je možné nastavit jednak napětí na výstupu, jednak tzv. proudové

omezení (také označováno jako proudová pojistka). Lze nastavit maximální hodnotu proudu

tekoucího ze zdroje, po jehož překročení je napájené zařízení odpojeno od zdroje.


Strana 5


Fotografie použitého zdroje

Popis jednotlivých částí

Napětí a proud, stejně jako další elektrické veličiny lze měřit buď pomocí jednoúčelových

elektromagnetických („ručičkových“) přístrojů, nebo pomocí univerzálních měřících přístrojů,

tzv. multimetrů.

Fotografie použitého multimetru

Popis jednotlivých částí


Strana 6


Cvičení 2: Experimentální karta Cvičení 2: Experimentální karta

Arduino Arduino –– základní vlastnosti, základní vlastnosti,

obvod sobvod s LEDLED

Cílem tohoto cvičení je seznámení se základními vlastnostmi experimentální karty

Arduino, tedy s připojením k počítači, programování a zapojením vstupních a výstupních

obvodů.

Karta Arduino – připojení k počítači, uživatelské rozhraní a programování .

Vstupy a výstupy karty Arduino

Připojení jedné LED ke kartě Arduino, naprogramování blikání diody

Karta Arduino

Arduino je karta s mikroprocesorem ATMega, kterou lze velmi snadno programovat pomocí

jazyka Wiring. Karta se připojuje k počítači pomocí rozhraní USB (viz obr. 1) a programuje se

pomocí grafického uživatelského rozhraní, kam se zadává kód v jazyce Wiring.

Obr. 1 – Karta Aruino Obr. 2 – Uživatelské rozhraní

Uživatelské rozhraní má tyto části: 1) Ověření, zda je kód v pořádku, 2) Přenesení kódu do paměti

desky Arduino, 3) Nový kód, 4) Otevření kódu ze souboru, 5) Uložení kódu do souboru, 6) Sériový

monitor (umožňuje sledovat komunikaci karty Arduino s počítačem), 7) Jméno souboru s kódem,

8) Místo pro zápis kódu v jazyce Wiring, 9) Informace o kódu (případné chyby, stav přenosu atd.).


Strana 7


Ke komunikaci je použit USB port, ze kterého je karta také napájena. Pokud není vyžadována USB komunikace, lze kartu napájet přes standardní napájecí konektor 2,1 mm. V levé řadě jsou k dispozici napětí +3,3 V a +5 V spolu se dvěma piny uzemnění, pod nimi je šest analogových vstupů, které umožňují měřit napětí od nuly do 5 V s přesností 0,005 V. V pravé řadě je k dispozici rovněž pin pro uzemnění, a 13 digitální vstupů nebo výstupů. To, zda se jedná o vstup (tedy zda karta bude číst, jestli je na vstupu logická nula nebo jednička) nebo o výstup (v programu lze nastavovat, zda je na pinu logická nula nebo jednička) se nastavuje v úvodní části programu.

Obvod s jednou LED: Pomocí červeného a černého propojovacího vodiče propojíme desku

Arduino s propojovacím polem. Červená barva obvykle označuje plus pól, černá mínus. Na část

kontaktního pole označené (+) a (-) tak přenesme napětí 5 voltů z desky Arduino. Digitální výstup

číslo 13 připojíme k anodě LED v kontaktním poli a její katodu přes rezistor 330 Ω k mínus pólu

kontaktního pole.

Do Arduina nahrajeme tento kód:

void setup() pinMode(13, OUTPUT); // nastaví pin 13 jako výstupní void loop() digitalWrite(13, HIGH); // přivede napětí +5V na pin 13 delay(1000); // čeká 1000 ms digitalWrite(13, LOW); // přivede napětí 0 V na pin 13 delay(1000); // čeká 1000 ms


Strana 8



Arduino Arduino –– obvod obvod

ss potenciometrem a LED, RGB potenciometrem a LED, RGB

LEDLED

Cílem tohoto cvičení je seznámení se



Stolní a ruční multimetry, elektromagnetické měřicí přístroje, osciloskopy.

Potenciometr

RGB LED


Strana 9



Arduino Arduino –– obvod sobvod s LED a tlačítkyLED a tlačítky



obvodů.




Tlačítka a karta Arduino


Strana 10



Arduino Arduino –– fotorezfotorezistor, snímač istor, snímač

teplotyteploty



obvodů.




Fotorezistor

Snímač teploty


Strana 11



Arduino Arduino –– motory amotory a servomotoryservomotory



obvodů.




Motory a karta Arduino

Servomotory a karta Arduino


Strana 12



Arduino Arduino –– bzučák abzučák a LCD displejLCD displej



obvodů.




Bzučák a karta Arduino

LCD displej a karta Arduino


Strana 13


Cvičení 8: Stavba robota s kartou Cvičení 8: Stavba robota s kartou

Arduino Arduino -- podvozekpodvozek



obvodů.




Karta Arduino


Strana 14


Cvičení 9: Stavba robota s kartou Cvičení 9: Stavba robota s kartou

Arduino Arduino –– ovládání motorůovládání motorů



obvodů.




Karta Arduino


Strana 15


Cvičení 10: StavbaCvičení 10: Stavba robota s robota s

kartou Arduino kartou Arduino –– řídící logikařídící logika



obvodů.




Karta Arduino


Strana 16


Cvičení 11: Stavba robota s Cvičení 11: Stavba robota s

kartou Arduino kartou Arduino –– sensorysensory



obvodů.




Karta Arduino


Strana 17


Cvičení 12: Stavba robota s Cvičení 12: Stavba robota s

kartou Arduino kartou Arduino -- programováníprogramování



obvodů.




Karta Arduino

Praktická fyzika

Strana 18

Praktická fyzika

Kurz Kurz „„Praktická fyzikaPraktická fyzika““

Praktická fyzika

Strana 19

Praktická fyzika

Cvičení 1: Elektrický proud Cvičení 1: Elektrický proud –– van van

de Graaffův generátorde Graaffův generátor

Praktická fyzika

Strana 20

Praktická fyzika

Cvičení 2: Vlastnosti Cvičení 2: Vlastnosti elektrického elektrického

prouduproudu –– konstrukce elektroskopukonstrukce elektroskopu

Praktická fyzika

Strana 21

Praktická fyzika

Cvičení 3: Vlastnosti elektrického Cvičení 3: Vlastnosti elektrického

proudu proudu -- vysoké napětívysoké napětí

Praktická fyzika

Strana 22

Praktická fyzika


proudu proudu –– konstrukce konstrukce

demonstračního kondenzátorudemonstračního kondenzátoru

Praktická fyzika

Strana 23

Praktická fyzika


proudu proudu –– vedení za sníženéhovedení za sníženého

tlakutlaku

Praktická fyzika

Strana 24

Praktická fyzika

Cvičení 6: Konstrukce Cvičení 6: Konstrukce

jednoduchého seismografujednoduchého seismografu

Praktická fyzika

Strana 25

Praktická fyzika

Cvičení 7: Konstrukce detektoru Cvičení 7: Konstrukce detektoru

slunečních erupcíslunečních erupcí

Praktická fyzika

Strana 26

Praktická fyzika

Cvičení 8: Konstrukce detektoru Cvičení 8: Konstrukce detektoru

kosmického zářeníkosmického záření

Fyzika a příroda

Strana 27

Fyzika a příroda

Kurz Kurz „„Fyzika aFyzika a přírodapříroda““

Cílem kurzu je prohloubení znalostí a dovedností žáků z oblasti fyzikálních jevů,

které se odehrávají v přírodě. Žáci budou seznámeni se základními principy badatelské

činnosti, s jednoduchými technikami a měřeními, které jim usnadní život v přírodě a také

jim pomohou celou řadu přírodních jevů a úkazů aktuálně vysvětlit. V úvodních hodinách

si osvojí základní kroky nezbytné pro rozpracování vědecké práce a její dotažení do konce.

V následujících cvičeních budou pracovat na jednotlivých úkolech, které jsou často vázány

na pobyt v přírodě.

Fyzika a příroda

Strana 28

Fyzika a příroda

Cvičení 1Cvičení 1--3: Badatelství jako 3: Badatelství jako

vědecká forma prácevědecká forma práce (3 lekce)(3 lekce)

Cílem tohoto cvičení je seznámit žáky se základy vědecké formy práce, s důrazem na

vyzkoušení jednotlivých kroků formou názorných příkladů.

Vědecká metoda

Název dnešní aktivity velmi hezky zní, ale většina z nás si pod ním představuje zkreslené

činnosti a aktivity tak, jak je můžeme pozorovat například v televizních seriálech…

Vědecká metoda je posloupnost kroků, používaných při vědecké práci. Cílem je

získat znalosti a vědomosti pomocí pozorování a dedukce na základě dosud známých

poznatků. Je to práce mravenčí, pečlivá, náročná na čas.

Abychom ji alespoň trochu pochopili, je třeba se seznámit s jejími základními kroky

a vyzkoušet si je názorně na příkladu.

Sedm základních kroků

1.krok Problém

Hledám jev, který mne zajímá a který jsem schopen (budu schopen) formou vhodně

zvolených experimentů potvrdit či zamítnout. Je to formulace úkolu, který budete ve svém

projektu řešit.

2.krok Hypotéza

Hypotéza je odborné vysvětlení předpokladu. Co jsem předpokládal na začátku, že

se stane v době tvorby projektu, samotného experimentu. Hypotéza je vytvořená na

základě získaných informací před experimentem.

3.krok Seznam materiálů

Seznam všech materiálů použitých při tvorbě projektu.

4.krok Postup

Popis kroků tvorby projektu, experimentu.

http://cs.wikipedia.org/wiki/Znalost

http://cs.wikipedia.org/wiki/V%C4%9Bdomost

Fyzika a příroda

Strana 29

Fyzika a příroda

5.krok Data, grafy, fotografie

Získané údaje experimentu mohou být znázorněné v podobě tabulek, grafů nebo případně

i fotodokumentace. Je potřeba udržovat při jejich zakládání pořádek a systém. Není nic

horšího, než den před soutěží chtít dotisknout důležité dokumentační foto a záběr

z experimentu nemoci nalézt =)

6.krok Závěr

Je třeba shrnout celou problematiku od formulování hypotézy až po analýzu údajů.

(Proč se některý předpoklad naplnil..., jiný ne...) Co praktického vyplývá z projektu.

Případně, co by bylo možné zdokonalit pro další postup.

77..kkrrookk PPoosstteerr

Příklad uspořádání posteru

Je jeden z možných (nikoliv povinných) způsobů, jak ostatním přehledně a srozumitelně

sdělit informace o vašem projektu. Pamatujte si, že porotce a učitele nejvíce zajímá vaše

práce a ne kreativita prezentační tabule. Není vhodné mít příliš textu na posteru.

Fyzika a příroda

Strana 30

Fyzika a příroda

Praktická čast:

V tuto chvíli jsme na začátku naší praktické části:

1. Vyberte si jedno ze cvičných témat a na něm si vyzkoušejte jednotlivé kroky

vědecké práce.

2. Máte k dispozici 30 minut, můžete pracovat ve dvojicích či trojicích.

3. Vaše návrhy si společně zkontrolujeme, doplníme, případně upravíme.

Cvičné téma:

Kvalita žvýkaček na českém trhu

Kvalita pracích prášků na českém trhu

Ohebnost (flexibilita) mládeže na druhém stupni ZŠ

Srážkový úhrn na Litomyšlsku

Fyzika a příroda

Strana 31

Fyzika a příroda

Cvičení 4Cvičení 4--6: Základy praktické 6: Základy praktické

meteorologiemeteorologie-- záklzákladníadní pojmy pojmy

((3 lekce)3 lekce)

Cílem těchto cvičení je seznámení se se základními meteoprvky a jejich měřením. Tyto

postupy budou dále využívány v následujících cvičeních.

Meteorologie

Definice pro základní školy:

Je to věda, která se zabývá počasím.

Definice středoškolská:

Je to věda zabývající se atmosférou. Studuje její složení, stavbu, vlastnosti, jevy a děje v ní

probíhající, například počasí.

Meteorologie je oborem fyzikálním, proto je často chápána jako „fyzika atmosféry“

1. Co jsou základní meteoprvky?

Základní meteorologické prvky jsou fyzikální veličiny, které popisují stav atmosféry

v určitém okamžiku. Se změnou počasí mění a také ovlivňují další atmosférické jevy a děje.

Patří sem:

Tlak vzduchu

Teplota vzduchu

Vlhkost vzduchu

Proudění vzduchu (směr a rychlost větru)

Oblačnost

Sluneční svit

Vypařování vody z povrchu zemského

Srážky

Biozátěž-souvisí se změnami magnetických polí Slunce a Země.

Tučně vytištěné meteoprvky se naučíme měřit.

http://cs.wikipedia.org/wiki/Atmosf%C3%A9ra

http://cs.wikipedia.org/wiki/Kategorie:Meteorologick%C3%A9_jevy

http://cs.wikipedia.org/wiki/Po%C4%8Das%C3%AD

http://cs.wikipedia.org/wiki/Fyzika

Fyzika a příroda

Strana 32

Fyzika a příroda

2. Můžeme je měřit? Je to k něčemu dobré?

Vzhledem k tomu, že to jsou fyzikální veličiny, tak mají svůj symbol, jednotku a jsou

změřitelné.

Orientace v hodnotách těchto veličin napomáhá každému z nás k vyhodnocení

aktuálního stavu počasí a jejímu vývoji.

V době, kdy máme možnost téměř okamžitého připojení k různým meteorologickým

družicím, se tato dovednost jeví jako zbytečná. Opak je pravdou. V životě nezřídka

nastanou situace, kdy tato možnost prostě není….

3. Meteoprvky pod drobnohledem =)

Tlak vzduchu- ozn.p ( pn= 1013 hPa= 101 300Pa)

Běžně se měří barometrem nebo v meteostanicích barografem (vytváří kontinuální

záznam). My budeme kombinovat 2 jednoduché způsoby.

Na základě znalostí o poloze oblačnosti odhadneme aktuální stav tlaku a pak jej ověříme

na školním rtuťovém barometru. Toto zařízení nám umožňuje vypočítat tlak, když si na

stupnici odečteme výšku rtuťového sloupce a dosadíme do vzorce pn = h.ρ.g,

kde h- je výška sloupce Hg v metrech

ρ- je hustota rtuti v kg.m-3 (13 534 kg·m-3)

g- tíhové zrychlení Země ( počítej asi 9.81 m.s-2)

Tlak vzduchu spolu s pozicí oblačnosti napovídá něco o vývoji počasí v nejbližších dnech.

Vybavte si poznatky ze cvičení Základy praktické meteorologie- tvorba vlastního alba

oblaků s popisem.

Co jste tedy zjistili a vydedukovali? ………………………………………………………………………………

Co znamená pojem izobara, cyklóna a anticyklóna?..............................................................................

Teplota vzduchu- ozn.t / ˚C

Teplotu vzduchu změříme teploměrem. Teplotních stupnic však existuje více, a tak si

musíme dát pozor s jakou jednotkou pracujeme. My budeme používat celsiovskou

stupnici se stupni Celsia (viz.výše). Pokud je teploměr součástí meteobudky, pak je její

správné umístění v terénu zásadní. Navrhněte vhodné podmínky pro její polohu !!

Fyzika však upřednostňuje termodynamickou stupnici se stupni Kelvina.

Historicky oblíbenou stupnicí v anglosaských zemích je teplotní stupnice se stupni

Fahrenheita.

Každá stupnice užívá jiné označení teploty i jednotky.

[t]= ˚C [T]=K [ϑ]= ˚F Zapamatujte si!

Fyzika a příroda

Strana 33

Fyzika a příroda

Máme k dispozici více typů teploměrů.

1.Digitální teploměr se dvěma teplotními stupnicemi ( mohu stupně Celsia

a Fahrenheita průběžně přepínat).

Na displeji odečítám:

aktuální teplotu- teplota okolního prostředí, kterou v daném okamžiku odečítám

maximální teplotu (počítá se od posledního měření)-nejvyšší hodnota teploty, která se

objeví na displeji po přepnutí do režimu max.

minimální teplotu (počítá se od posledního měření) )-nejnižší hodnota teploty, která se

objeví na displeji po přepnutí do režimu min.

2. Maximo-minimální teploměr ( rtuťový, s kapilárou ve tvaru písmene U, daleko

přesnější než digitální)

Na teploměru odečítám:

aktuální teplotu- teplota okolního prostředí, kterou v daném okamžiku odečítám

maximální teplotu (počítá se od posledního měření a nastavení)-

minimální teplotu (počítá se od posledního měření a nastavení)-

Teplotu ovzduší je vhodné měřit denně, ve stejnou dobu a na stupnici nehledět pod úhlem

(podhled, nadhled). Dochází následovně ke zkreslení

a chybnému odečtu. Pokud přerušíme průběžné měření, pak

následující den nemá smysl max. a min. teploty odečítat.

Provedeme pouze jejich nastavení (tlačítkem uprostřed

teploměru).

Aktuální teplotu můžeme zjistit na libovolné straně kapiláry

(dána hladinou rtuti-stříbřitá barva)

Minimální teplotu odečítáme na levé straně U-kapiláry (v místě

hlavičky modrého indexu)

Maximální teplotu odečítáme na pravé straně U-kapiláry

(v místě hlavičky modrého indexu)

Vlhkost vzduchu- ozn.ϕ/%

Přesněji relativní vlhkost vzduchu. Je to fyzikální veličina, která má v praxi zásadní využití

(na rozdíl od absolutní vlhkosti). Nemá jednotku, výsledkem je desetinné číslo a my ji

vyjadřujeme v procentech.

Je definována takto:

Fyzika a příroda

Strana 34

Fyzika a příroda

𝜑 =𝑝

𝑝𝑠 kde p= tlak vodní páry v pascalech a ps = tlak syté vodní páry (množství vody,

které se do ovzduší ještě vejde než na nás vypadne v podobě vodních srážek)

Relativní vlhkost vzduchu je velmi rozdílná a závisí na mnoha faktorech. V tropech nabývá

hodnoty 100%, na Sahaře 0 %, doma (při pokojové teplotě 20 ˚C) by se měla pohybovat

mezi 50-70 %.

Otázky k zamyšlení:

Kde zvládnete námahu ve velkém horku lépe? V Dominikánské republice či na Sahaře?

Proč?

Co se bude dít, překročíme-li na obě strany doporučené hodnoty vlhkosti pro domácnost?

Měření relativní vlhkosti

Realizuje se vlhkoměrem

Opět máme více typů vlhkoměrů k dispozici

1.Digitální vlhkoměrem (je třeba po přepnutí funkcí 2 min. počkat)

Na displeji odečítám:

aktuální vlhkost- vlhkost okolního prostředí, kterou v daném okamžiku odečítám

maximální vlhkost (počítá se od posledního měření)-nejvyšší hodnota vlhkosti, která se

objeví na displeji po přepnutí do režimu max.

minimální vlhkost (počítá se od posledního měření) )-nejnižší hodnota vlhkosti, která se

objeví na displeji po přepnutí do režimu min.

2. Vlasový vlhkoměr

Hodnotu vlhkosti odečítám přímo na stupnici s ručičkou.

Oblačnost- ozn.o/%

Oblak je viditelné seskupení nepatrných částeček vody nebo ledu, případně obojího,

v atmosféře. Jeho součástí jsou však i pevné látky, aerosoly (prach, kouř)

Pro amatérské účely je dobré pochopit 2 základní typy měření (pozorování).

Budeme posuzovat:

1. Typy mraků ( poloha a tvar, viz. cvičení Základy praktické meteorologie- tvorba

vlastního alba oblaků s popisem).

2. Pokryvnost= pokrytí oblohy oblačností (udává se v %)

Fyzika a příroda

Strana 35

Fyzika a příroda

Pozor: zprávy METAR pro potřeby letišť se neudávají v %, ale kódují se.

Postup měření (pomůcky: tužka, papír)

Měření pokryvnosti je třeba provádět systematicky, kolem poledne a to ve stejnou

dobu.

Pozorovatel by se měl nacházet na volném prostranství, aby měl nerušený výhled

na celou oblohu (často není možné).

Z prstů obou rukou si vytvoří rámeček a nastaví jej ve směru světových stran pod

úhlem 45 stupňů. Hledí do rámečku a odhaduje hodnotu pokrytí v %. Pak zvedne

ruce kolmo nad hlavu a i zde odečte hodnotu pokrytí oblohy. Všechny hodnoty

zaznamenává do notesu průběžně. Nakonec z nich vypočte průměrnou hodnotu.

𝑜 =𝑜1+𝑜2+𝑜3+𝑜4+𝑜5

5

Pokryvnost odhadujeme:

100%= zataženo, více jak 90% oblohy je zakryto, vidím odstíny od bílé přes šedou

až k černé

50%= skoro zataženo, protrhaná oblačnost, průměrně 50-90% oblohy je zatažené

10%-25%= ojedinělé mraky, které zakrývají oblohu v uvedeném počtu procent

0%= na obloze nejsou žádné mraky, vidím modrou

Tato dovednost je velmi ovlivněna zkušeností pozorovatele, a proto si ji nacvičíme

na jednoduché matematické úloze

Společná úloha

Pomůcky: 6 modrých papírů formátu A4, 3 bílé listy formátu A4 a lepidlo

Úkol:

Jak zobrazíme např. 100% pokryvnost oblohy oblačností? Bílý list představuje

oblaka, modrý oblohu.

Roztrhejte bílý list na různě velké kousky a chaoticky je nalepte na modrý list

papíru. Bílá nesmí přesahovat modrý list.

Právě jste znázornili 100% oblačnost.

Co se stane, když další bílý list přepůlíte a jeho jednu část natrháte nadrobno a

následovně nalepíte na další volný modrý list? Jak velkou oblačnost jste vytvořili?

Znázorněte tedy: 100%-ní, 75%-ní, 50%-ní, 25%-ní a 12.5%-ní pokryvnost oblohy

oblačností.

(Odpověď najdete na konci kapitoly tohoto cvičení)

Srážky

Srážkami rozumíme všechny formy kapalných a pevných částic vody, které vypadávají

z atmosféry a dopadají na povrch Země.

My se zaměříme na srážky kapalné ( princip měření pevných srážek je jiný!)

Je vhodné je měřit v poledních hodinách, ve stejnou dobu.

Fyzika a příroda

Strana 36

Fyzika a příroda

Vytvoříme si svůj vlastní srážkoměr. Profesionální srážkoměry jsou pohodlné, krásné,

ale také drahé…

Úkol:

Pomůcky:

PET–láhev o objemu 2l, nůž nebo nůžky, šuplera, tužka, notes, kalkulačka, odměrný válec

Postup:

Čistou PET- láhev o objemu 2 litry seřízneme v její 1/2 výšky a pevně umístíme

k meteobudce. Srážky z naší láhve přelejeme do odměrného válce a hodnotu v ml si

poznačíme.

Změřte její poloměr a vyjádřete jej v milimetrech.

Nyní chybí už jen přepočet z ml na mm!!

počet mm= 1000

𝜋.𝑟.𝑟 . množství v ml, kde 𝜋 = 3.14 a r = poloměru srážkové nádoby v mm!!

Vysvětlení:

Srážkový úhrn se v meteorologii uvádí v mm.

Co to znamená?

1 mm srážek odpovída 1 litru vody (objem krabice od mléka) spadlé na plochu 1 m2.

Otázky:

Jaký je průměrný srážkový úhrn v České republice za 1 rok? Zjistěte jej.

Co znamená zkratka ČHMÚ?

K obrázků přiřaďte správné názvy (maximo-minimální teploměr, vlhkoměr,

barometr)

Fyzika a příroda

Strana 37

Fyzika a příroda


meteorologiemeteorologie-- odhadování odhadování

počasí npočasí na základě oblačnosti, a základě oblačnosti,

rosy, větrurosy, větru… (2 … (2 lekce)lekce)

Cílem tohoto cvičení je odhadnout počasí na příštích 24-48 hodin z pozorovaných projevů

meteoprvků.

Předpověď počasí

Je prognóza, kterou vytvářejí meteorologové na základě celé řady přesných měření a pozorování.

Předpovědí se však lidé zabývali od pradávna, protože pomáhala lidem při každodenních činnostech.

Ve srovnání s meteorology nemáme k dispozici drahé a přesné přístroje, satelity. Pro naše odhady

nám budou stačit oči a několik generacemi vysledovaných projevů počasí…

Podle čeho se můžeme orientovat?

1. Mraky (oblačnost)

2. Chování zvířat a lidí

3. Červánky

4. Měsíc

5. Tlak vzduchu

6. Hvězdy

7. Rosa

8. Směr větru

Ad 1)

Cirrovité mraky (vysoká oblačnost), která houstne, znamená změnu počasí do 24 (48)

hodin v našem pásmu. Tato oblačnost tvoří ráda kruh kolem Slunce či Měsíce.

Altocumuly ( tzv. beránky) znamenají stabilní počasí na nejbližší 2-3 dny.

Houstnoucí altostraty ( střední oblačnost bez ohraničení) jdoucí od západu, JZ či SZ

znamenají deště a příchod teplé fronty.

Fyzika a příroda

Strana 38

Fyzika a příroda

Altocumuly čočkovitého vzhledu s tmavou základnou či zakončením v horní části

věžičkou signalizují pravděpodobný vznik bouřek.

Ad 2)

Na déšť ukazují vlaštovky, pokud létají nízko při zemi. Důvodem je hmyz, který loví. Hmyz

reaguje citlivě na změnu tlaku (tlak klesá, vzduch řídne…)

Někteří lidé po operaci s blížícím se deštěm pociťují místa řezu jako bolestivá (týká se i

zahojených výronů a zlomenin)

Na bouřku lze usuzovat z agresivity včel a vos. Údajně se dokážou nabít statickou

elektřinou.

Ad 3)

Ranní a večerní červánky znamenají zvýšený výskyt vodní páry a prachu v atmosféře.

Jejich zabarvení ( zjm. při západu Slunce) napovídá o vývoji počasí v nejbližších hodinách.

purpurová červená či stříbřitá záře= stabilní pěkné počasí

jasně žluté zabarvení nad horizontem (s přechodem do zelena)= v zimě mrazivo,

v létě slunečno

červená-oranžová-žlutá (počítaje od obzoru)= zhoršení počasí se srážkami, proudí

k nám vlhký mořský vzduch

oranžová= větrno

červené červánky ráno= změna počasí k horšímu

Ad 4)

Jasný Měsíc v zimě= mrazivo a jasno

Měsíc v úplňku= v létě slunečno, v zimě mrazivo (též zvýšená kriminalita) =(

Ad 5)

Čím rychleji se tlak mění, tím rychleji nastane změna počasí.

Rychlý pokles tlaku= příchod studené fronty (déšť a ochlazení)

Ad 6)

Mihotající (třpytící se) se hvězda= pěkné počasí

Nemihotající se hvězda= změna počasí k horšímu

Fyzika a příroda

Strana 39

Fyzika a příroda

Ad 7)

Ranní rosa (na trávě, kdekoliv na povrchu)= pěkné počasí na několik hodin, později je

možná změna!

Totéž signalizuje jinovatka v chladných měsících.

Ad 8)

Z, JZ a SZ- větry přinášejí většinou vlhké a deštivé počasí

V, SV, JV- větry jsou zárukou suchého počasí (moje babička říkávala, že z východu přichází

jen svrab a neštovice=)

Čím je vítr prudší, tím rychleji se změní počasí a dojde k jeho zlepšení.

Stoupající kouř z komína a následovně se rozlévající do vodorovné vrstvy= zhoršení

počasí (vzniká

inverze)

Tak, již leccos víme… Pojďme ven!!!

Praktická úloha

Na základě výše uvedených poznatků odhadněte vývoj počasí na příštích 24 hodin. Svoji

předpověď zapište na připravené lístečky. Podepište si ji a odevzdejte ji svému

pedagogovi. Je přísný zákaz používání chytrých telefonů a jiné techniky. Vystačíme si se

zrakem, tužkou a papírem.

V příští hodině bude vyhlášen nejúspěšnější amatérský meteorolog naší skupiny.

Fyzika a příroda

Strana 40

Fyzika a příroda


meteorologiemeteorologie-- tvorba vlastního tvorba vlastního

alba mraků salba mraků s popisem (3 lekce)popisem (3 lekce)

Cílem tohoto cvičení je získání základní orientace v typech mraků a následovné využití

znalostí při tvorbě vlastního alba.

Atmosféra Země.

Je vzdušným obalem Země. Sahá přibližně do vzdálenosti 1000 km (různé zdroje=různé

číselné hodnoty!) od povrchu. Můžeme ji rozdělit do vrstev podle měnící se teploty nebo

podle elektrického

1. Troposféra ( 0-16 km), teplota t s výškou ↓

2. Stratosféra (16-50 km), t↑

3. Mezosféra (50-80 km), t ↓

4. Termosféra (80-500 km), t↑

5. Exosféra (500 a více), nemá téměř žádné plyny

Pro nás je teď nejdůležitější troposféra, protože právě v ní se tvoří počasí.

1. Troposféra

Je nejnižší vrstvou atmosféry. Sahá do výšky asi jen 16 km. Tento údaj je proměnlivý, se

zeměpisnou šířkou a ročním období (např. maximálních hodnot dosahuje v tropech

v letním období..)

Troposféru dělíme podle pozice mraků do 3 vrstev:

0-2 km: oblačnost nízká= nimbovitá , typy mraků: stratocumulus, stratus,

cumulus, cumulonimbus

2-6 km: oblačnost střední=altovitá, typy mraků: altokumulus, altostratus,

nimbostratus

6-16 km: oblačnost vysoká= cirrovitá, typy mraků: cirrus,

cirrocumulus,cirostratus

Fyzika a příroda

Strana 41

Fyzika a příroda

Pozice mraku velmi dobře ukazuje na atmosférický tlak: (normální atmosférický tlak

p= 1013 hPa!)

Nízká oblačnost= nízký tlak: bude pošmourno, deštivo, vlhko, v zimě chumelit

Střední oblačnost=normální tlak: signalizuje stabilní, velmi pěkné slunné počasí, beze

změn v nejbližších dnech, v létě teplo, v zimě mrazivo

Vysoká oblačnost= vyšší tlak než normální: znamená sice ještě hezké počasí, ale

s rychlou změnou k horšímu

2. Popis mraku

Zajisté jste si všimli, že jednotlivé typy mraků nesou velmi zajímavé, ale také dosti složité názvy. Je to

proto, že jich existuje veliké množství a my se musíme ( meteorologové) mezi nimi orientovat.

V názvu mraku se ukrývají často 2 slova.

jedno slovo= výška mraku v troposféře druhé slovo=tvar mraku

viz. výše cumulus (ohraničený, mající tvar)

stratus (romazaný, bez ohraničení)

Fyzika a příroda

Strana 42

Fyzika a příroda

O jaký typ mraku se patrně jedná?

Napoprvé je to velmi složité. Proto si nyní

vezmeme k dispozici ilustrovaný Atlas

oblaků (od Petra Dvořáka) nebo Velký atlas

oblaků (od Petra Skřehota) a s jejich pomocí

se pokusíme oblak identifikovat.

3. Práce s atlasem

Úkol: (pracujeme ve dvojicích), diskuze k fotu je vítána

Vyberte si z nabídky 5 fotografií a každý mrak popište do notesu z hlediska pozice a tvaru.

4. Praktické cvičení v terénu

(Na příští hodinu si doneste mobil s fotoaparátem nebo digitální fotoaparát a kabel na

stažení dat)

Úkol:

1.Vyfoťte pozorovanou oblačnost.

2.Foto oblačnosti popište z hlediska tvaru a polohy a uložte si jej ve škole do počítače.

Nyní již máme představu o tom, co lze z oblačnosti vyčíst…

Každý další zajímavý mrak v průběhu roku vyfoťte a nezapomeňte jej uložit do svého

školního adresáře. V rámci přírodovědného soustředění si jej budete moci vytisknout.

Fyzika a příroda

Strana 43

Fyzika a příroda

Cvičení 12Cvičení 12--13: Jak fungují 13: Jak fungují

satelity? Teorie zakončená hrou satelity? Teorie zakončená hrou

ve dvojicích. (2 lekce)ve dvojicích. (2 lekce)

Cílem tohoto cvičení je pochopit princip fungování satelitů na základě jednoduché hry ve

dvojicích.

Satelit neboli vesmírná družice

Slovo satelit má mnoho významů. My budeme pracovat s tímto pojmem jako s umělým

tělesem obíhajícím ve vesmíru.

Existuje mnoho typů satelitů:

1. stacionární satelity Země (meteorologické, televizní)- obíhají kolem Země stejnou

rychlostí a směrem, jako se Země otáčí kolem osy

2. výzkumné vesmírné sondy

3. speciální satelity (např. vojenské) pro GPS ( Global Positioning Systém)

4. experimentální - ke sledování povrchu Země např. LANDSAT

1. Princip zobrazování satelitem

Čidlo satelitu je citlivé a dokáže zaznamenat odražené sluneční paprsky z povrchu Země

(zákon odrazu=)

Dopadající sluneční záření na zem se částečně pohlcuje (zemi ohřívá) a částečně odráží

zpět. Světlá místa (Antarktida, obecně sněhové pláně) odrážejí světlo více než místa

tmavší (souvisle porostlé lesy).

Pro satelit je tedy zásadní odraznost monitorované plochy.

Definice:

Odraznost plochy = množství odraženého záření v procentech dopadajícího

slunečního záření

Pokud budeme porovnávat lidské oko a čidlo satelitu, jsme na tom o dost hůře. Lidské oko

vnímá jen záření označované jako VIS (viditelné světlo od 390 nanometrů - 760

nanometrů). Satelit zachytí i paprsky pro nás neviditelné (tzv. UV -ultrafialové a IR-

infračervené světlo).

Fyzika a příroda

Strana 44

Fyzika a příroda

2. Satelitní snímek

Je produktem činnosti čidla. Skládá se z malinkatých barevných bodíků, které označujeme

jako pixely (picture element).

Barva pixelu odpovídá průměrné odraznosti malé části povrchu Země. U družic NASA to

bývá čtverec se základnou 30m x 30m. Družice NOAA monitorují již čtverec 2m x 2m.

Z toho logicky plyne:

Různé družice mají různé rozlišovací schopnosti

Čím menší pixel, tím podrobnější a přesnější obraz poskytuje

3. Hra na satelity

Už jste si někdy hráli na satelity? Není to nic složitého. Je to podobné potápění lodí…

Pomůcky:

2 průhledné fólie s nakreslenou mřížkou (různá hustota čar- po 0.5 cm a 0.3 cm),

řádky A-B-C… (bez háčků) a sloupce 1-2-3…

2 listy papíru s nakreslenou mřížkou (různá hustota čar- po 0.5 cm a 0.3 cm),

stejné značení

Obyčejnou tužku (nejlépe tvrdost 1) a tvrdou podložku

2 černobílé obrázky, který budeme přenášet

Poznámka: Nejmenší políčko ve vaší fólii a na papíře představuje daný pixel satelitu (vaši

rozlišovací schopnost)

Pokyny:

Rozdělte se do dvojic: satelit - přijímač.

Jeden z vás bude představovat satelit (bere si fólii s mřížkou a tu přiloží na snímaný

obrázek).

Druhý- přijímač (nesmí vidět obrázek, který bude přenášet, má tužku a papír se stejnou

mřížkou).

Pohodlně se usaďte (na zem, na židle) a otočte se k sobě zády.

Satelit hlásí na vyžádání přijímačem převládající barvu zvoleného pixelu (nelze hlásit B4

horní půlka černá, dolní bílá ). Jak tedy?

A7 (to je lokalizace pixelu)- 3 (to znamená odstín v průměru tmavě šedý)

Fyzika a příroda

Strana 45

Fyzika a příroda

Domluvená stupnice odsínů:

1-bílá 2-světle šedá 3-tmavě šedá 4-černá

Přijímač má tužku v ruce a zapisuje informace od satelitu na papír.

Pokud jste již hotovi, zvolte mřížku z větší pixelem a vezměte si druhý obrázek. Vyměňte

si role a postupujte stejně.

Jaký byl cíl hry?

1- Pochopit princip fungování satelitů.

2- Poznat, co bylo na obrázku =)

3- Závisí přesnost zobrazení obrázku na velikosti pixelu daného

satelitu?

Pokud jste si dokázali na všechny tři úkoly odpovědět, mohu vám gratulovat !

Fyzika a příroda

Strana 46

Fyzika a příroda

Cvičení 14Cvičení 14--16: Chování za bouřky 16: Chování za bouřky

-- tvorba bouřkového desatera tvorba bouřkového desatera

pro svou rodinu a kamarády pro svou rodinu a kamarády

(3 lekce)(3 lekce)

Cílem tohoto cvičení je vysvětlit žákům meteorologický jev- bouři a formou

brainstormingu se dopracovat ke společnému produktu- bouřkovému desateru.

Bouřka jako fyzikálně-meteorologický pojem

Je soubor fyzikálních jevů (elektrických, optických a akustických) vyvolaný zjm.

vertikálním prouděním mas atmosféry v důsledku teplotního rozdílu.

Bouřky lze třídit (klasifikovat) podle doby a místa vzniku, pohybu, vzdálenosti od místa

pozorování, intenzity projevů atd.

Jsou spojeny s jedním typem mraku, který označujeme jako cumulonimbus ( synonyma

– kumulonimbus, bouřkový mrak, dešťová kupa.

1. Cumulonimbus

Tento mrak je velmi zajímavý.

Má tvar kovadliny nebo obrovitých věží

a často měří na výšku až 20 km. Tedy se

dotýká země a často zasahuje až do

tropopauzy (tenká zadržující vrstva mezi

troposférou a stratosférou).

Má také tendenci se slučovat do hroznovitých

uskupení i několik desítek takových oblaků.

Fyzika a příroda

Strana 47

Fyzika a příroda

Doprovodné jevy

Blesk

Je mohutný jiskrový výboj atmosférické elektřiny. Na základě vědeckých zkoumání (po

roce 20010) se ukázal zásadní fakt.

Nejedná se o výboj mezi nebem a zemí či mezi mraky navzájem (za účelem vyrovnání

napětí), jak se původně myslelo, ale o uzavřený kruhový proces.

Při cestě k zemi se zvyšuje vodivost okolního vzduchu ionizací a teprve zpáteční cesta je

vnímána okem jako světelný efekt.

Tento výboj trvá kratičce- desetitisíciny sekundy, přitom však vzniká napětí okolo 1 000

000 000 V a elektrický proud v řádech statisíců ampér (100 000 A).

Může být doprovázen tzv. bratříčky. Tyto blesky vykazují stejnou, často i větší energii!!

Otázka k zamyšlení:

Proč často při požáru uhodí blesky do téhož místa?

Lokální záplavy

Kroupy

Jsou hydrometeor tvořený drobnými i většími kusy ledu. Patří mezi vertikální

hydrometeory spolu s ostatními srážkami ( existují ještě horizontální hydrometeory-

jinovatka, rosa)

Ničivý vítr- souvisí s následujícím pojmem

Tornádo

je silně rotující vír (většinou s vertikální osou), vyskytující se pod spodní základnou

konvektivních bouří, který se během své existence alespoň jednou dotkne zemského

povrchu a je dostatečně silný, aby na něm mohl způsobit hmotné škody.

Je schopné vznést do vzduchu předmět o hmotnosti až 5 tun.

Má podobu nálevky, chobotu, který se spouští ze základny oblaku- cumulonimbu.

Rychlost větru v tornádu se pohybuje od 50 do 100 m.s-1 i více, přičemž jeho velikost se

pohybuje ve stovkách metrů v průměru. Tornáda se vyskytují v bouřích téměř po celém

světě.

Otázka:

Zažila někdy Litomyšl a její okolí účinky tornáda? Pokud ano, jaké byly následky?

……………………………………………………………………………………………………

http://cs.wikipedia.org/wiki/Hydrometeor

http://cs.wikipedia.org/wiki/Led

Fyzika a příroda

Strana 48

Fyzika a příroda

Společná aktivita

Promítnutí prezentace Blesky ( PDF)

Ukázka jiskrového výboje v laboratorních podmínkách (využití soupravy pro

indukční elektřinu)

Tvorba bouřkového desatera (brainstornming)

Společnými silami sepíšeme na tabuli základní pravidla chování za bouřky.

Po prodiskutování a odsouhlasení jednotlivých tvrzení si je zapíšeme do našeho

vědeckého notesu (notebooku) .

1. Př. stan (na rozdíl od auta) se nechová jako Faradayova klec. Nechrání nás tedy

před bleskem.

2. …

3. …

4. …

5. …

6. …

7. …

8. …

9. …

10. …

Pamatujte:

Příroda není nebezpečná, pokud vím, jak se v ní mám chovat!!!

Fyzika a příroda

Strana 49

Fyzika a příroda

Cvičení 17Cvičení 17--18: Vědecký krok.18: Vědecký krok.

Měření vzdáleností vMěření vzdáleností v terénu. terénu.

(2 lekce)(2 lekce)

Cílem těchto cvičení je seznámení s pojmem vědecký krok, který je velmi praktickou

pomůckou při orientaci a přesném odhadování vzdáleností v terénu. Výstupem tohoto

snažení bude změření vlastního vědeckého kroku každého žáka.

Vědecký krok

Při měření v přírodě budeme často potřebovat přesně odhadnout vzdálenosti, prostě

délku.

Při ruce nebudeme mít vždy pásmo nebo metr, a tak si musíme umět poradit.

Rada zní: Změř si svůj vědecký krok a tuto hodnotu nezapomeň.

Co je vědecký krok?

Vlastně je to tvůj dvojkrok. Tím, že budeme dvojkrokovat, snižujeme chybu v našem

odhadu vzdálenosti.

Zamyšlení: Je tvůj vědecký krok stejně dlouhý jako tvého souseda? Zůstane nezměněn do

příštího roku?

……………………………………………………………………………………………………………………..

Fyzika a příroda

Strana 50

Fyzika a příroda

Praktická úloha:

Pomůcky: Pásmo, křída, tužka, vědecký notes

Postup měření:

Na dlouhém rovném chodníku (chodbě) rozviň pásmo. Označ si křídou start. Vydej se

podél pásma běžnou chůzí, ujdi takto 10 vědeckých kroků (kolik je to kroků?)

Odečti na pásmu vzdálenost, kterou jsi urazil. Tuto hodnotu si zapiš. Pak ji vyděl počtem

dvojkroků- tedy deseti. Co jsi právě zjistil? ............................................................................

Délku svého vědeckého kroku. Měření zopakuj ještě alespoň 2 krát. Všechny tři získané

hodnoty sečti a vyděl počtem měření. Tuto hodnotu si zapiš do svého notesu a výrazně si

ji označ. Budeme ji v průběhu roku mnohokrát potřebovat.

Upozornění: Není vhodné při měření koukat pod nohy a také během experimentu mít

vyšší podpatky.

Zamyslete se:

Lze říci, že vyšší člověk má logicky delší vědecký krok?

Můj vědecký krok měří:

Fyzika a příroda

Strana 51

Fyzika a příroda

Cvičení 19Cvičení 19--20: Měření reakční 20: Měření reakční

doby vdoby v závislosti na definovaných závislosti na definovaných

podmínkách (2 lekce)podmínkách (2 lekce)

Cílem těchto cvičení je seznámení se s pojmem reakční doba a jejím vlivem na celou řadu

životních situací. Výstupem tohoto snažení bude změření vlastní reakční doby v závislosti

na různých faktorech ovlivnění.

Reakční doba

Reakční doba představuje schopnost člověka reagovat na daný podnět v co nejkratším

čase. Je to doba udávající trvání přenosu signálu od receptoru k efektoru. Výsledné

hodnoty reakční doby muže ovlivnit proměnná .

Chystáme-li se provést zkoumání týkající se reakční doby, budeme se snažit měnit a

testovat reakční dobu. Proměnná je stav, který může ovlivnit výsledky experimentu.

Proměnné při testování reakční doby jsou např.:

1. vyrušování, nesoustředěnost 2. hudba 3. pohlaví 4. barva 5. věk 6. alkohol (jiná droga) 7. prostředí 8. ruka – pravá /levá 9. únava

Co by se stalo, kdybychom:

1. změnili prostředí a místo v budově bychom měření prováděli venku (například v zimním období): -> reakční doba by byla delší, svaly by byly totiž ztuhlé

2. při měření poslouchali hudbu: -> kdyby se jednalo o rychlou dobu, lze očekávat, že naše výsledky by byly lepší, kdybychom poslouchali pomalou hudbu, reakční doba by byla delší.

3. byli bychom při měření rušeni – někdo by s námi hovořil: -> nesoustředěnost ->reakční doba by byla delší

Hypotéza (problém):

Reakční doba je ovlivněna proměnnými (hovor, hudba, únava, ..., viz výše).

Fyzika a příroda

Strana 52

Fyzika a příroda

Praktická část

Pracujeme ve dvojicích. Vytvořte si je.

Měření reakční doby provedeme tak, že budeme jednou rukou zachytávat papírové

centimetrové měřidlo bílé barvy.

1. Posadíme se na židli a loket ruky si opřeme o lavici. 2. Prsty ruky, které jsou na začátku od sebe vzdáleny asi 10 cm, chytáme papírové

„pravítko“, které nám spolužák pouští. (viz nákres). Pravítko přiloží těsně nad naše prsty.

3. Na místě, kde nám prsty sevřou pravítko, přečteme centimetry a vyhledáme k nim příslušnou hodnotu času-reakční dobu. Pracujeme se speciálně připravenou tabulkou.

4. U měření střídáme proměnné, s každou proměnnou provedeme 15 měření (pro přesnost !!)

5. Pro porovnání výsledků s různými proměnnými uděláme aritmetický průměr u každého měření s proměnnou.

Foto:

Data

1. Ukázka záznamu měření

2. Vyplňujte vlastní tabulku (přiložena spolu s měřidlem a tabulkou pro přepočet)

Fyzika a příroda

Strana 53

Fyzika a příroda

REAKČNÍ DOBA (již v sekundách!!)

Pokus: Objekt č. 1: Objekt č. 2:

LR PR Teď Nic Hovor LR PR Teď Nic Hovor

1. 0,165 0,145 0,18 0,17 0,19 0,205 0,13 0,14 0,22 0,225

2. 0,2 0,16 0,13 0,165 0,19 0,185 0,19 0,085 0,21 0,205

3. 0,215 0,14 0,03 0,19 0,2 0,19 0,19 0,2 0,205 0,14

4. 0,17 0,19 0,125 0,16 0,155 0,165 0,185 0,085 0,19 0,225

5. 0,2 0,18 0,17 0,155 0,115 0,195 0,16 0,15 0,14 0,21

6. 0,19 0,16 0,17 0,16 0,185 0,165 0,175 0,15 0,195 0,195

7. 0,185 0,145 0,08 0,205 0,145 0,19 0,175 0,105 0,195 0,16

8. 0,16 0,185 0,15 0,205 0,09 0,13 0,165 0,2 0,2 0,225

9. 0,16 0,19 0,16 0,16 0,22 0,2 0,19 0,175 0,17 0,16

10. 0,08 0,17 0,05 0,19 0,14 0,19 0,16 0,165 0,215 0,22

11. 0,13 0,165 0,16 0,17 0,12 0,155 0,185 0,085 0,195 0,22

12. 0,16 0,185 0,19 0,16 0,14 0,275 0,17 0,145 0,195 0,21

13. 0,15 0,22 0,05 0,17 0,13 0,185 0,165 0,145 0,2 0,2

14. 0,16 0,18 0,115 0,15 0,16 0,18 0,16 0,185 0,16 0,23

15. 0,18 0,125 0,115 0,17 0,165 0,17 0,17 0,095 0,19 0,17

Průměr 0,167 0,169 0,125 0,172 0,156 0,185 0,171 0,14 0,192 0,199

Závěr:

1. Kdo byl rychlejší?

....................................................................................................................

2. Který faktor (proměnná) má na vás nejlepší vliv? ....................................

3. Ve kterém povolání a sportu hraje krátká rekční doba zásadní roli?

………………………………………………………………..

Fyzika a příroda

Strana 54

Fyzika a příroda

Cvičení 21Cvičení 21--23: Statistiké23: Statistiké

zpracování datzpracování dat

Cílem těchto cvičení je nastudování základů problematiky statistického zpracování dat.

Pochopení těchto principů uplatníme při praktickém měření a vyhodnocení dvou typů

výrobků.

Metody měření v přírodních vědách

Cíl měření: stanovit hodnotu měřené fyzikální veličiny

Metoda = postup, jakým to provádíme. Je založena na určitém principu.

*měření teploty kapalin laboratorním teploměrem

*měření hustoty pevné látky piknometrem

Klasifikace metod měření:

přímé – odečítám hodnotu přímo na stupnici *stanovení teploty, délky…

nepřímé – hodnotu stanovíme na základě určitého vztahu, kdy změřím jiné fyzikální veličiny

*hustota pevného tělesa

absolutní – hodnotu veličiny získáme přímo v příslušné jednotce

relativní (srovnávací) - porovnáváme měřenou veličinu se známou hodnotou veličiny téhož druhu, popř. s tzv.normálem - etalonem

- funkci normálu má sada závaží nebo normál el. odporu

* práce s analytickými rovnoramennými vahami

Etapy měřené veličiny:

1) příprava * seznámení s poznatky – rešerše

* zvolení metody

* výběr měřidel

* promyšlení manipulace

* vyhodnocení vnějších faktorů

Fyzika a příroda

Strana 55

Fyzika a příroda

* plán pracovního postupu

2) vlastní měření

3) zpracování výsledků měření

4) koncept – obsahuje přípravu na měření, promyšlení podmínek, získané a naměřené

hodnoty, zpracování výsledků

5) protokol = stručný zápis provedeného měření obsahující hlavičku, pomůcky, metodu,

postup, hodnoty, závěr a souhrn, statistické zpracování výsledků měření

6) výpočet chyb ( odchylek) = důsledky nedokonalosti přístrojů, smyslů, nezajištěných

podmínek, omylů,

odchylek, vnějších vlivů

- každé měření fyzikální veličiny je zatíženo chybami

- dělí se na:

* hrubé – nápadně vybočují z naměřených dat, vyloučíme je z dalšího zpracování

* systematické – vznik nedokonalostí určitých metod na základě chyb měřících přístrojů

- vyskytují se pravidelně, jejich vliv na výsledek je stálý, soustavně ho zvyšují

či snižují

*náhodné – nahodilé - musíme je staticky zpracovat

- vznikají nepravidelnými vlivy, výsledky opakovaného měření se

liší, naměřené hodnoty vždy rozptýleny kolem nějaké střední hodnoty

- NELZE je odstranit, proto definujeme tzv.:

nejpravděpodobnější hodnotu měřené veličiny s konkrétní přesností měření = NJHMV

- je aritmetický průměr z naměřených hodnot

- ozn.:x

- výpočet: x1 + x2 + x3 … xn kde n = počet měření

n

Přesnost měření je dána tzv. ABSOLUTNÍ ODCHYLKOU - x, kterou určíme pomocí

odchylek měření od aritmetického průměru:

Fyzika a příroda

Strana 56

Fyzika a příroda

x1 = x - x1

x2 = x - x2

x3 = x - x3

Přesnost měření se určuje na základě odchylek od aritmetického průměru hodnot.

Přičemž součet měření mínus odchylky musí být vždy 0.

Průměrná absolutní odchylka: x = x – x1 + x – x2 +….. x – xn

n

Průměrná absolutní odchylka ΔX se zaokrouhlí na jednu platnou číslici, podle toho se

také určí platná číslice výsledné hodnoty. Výslednou hodnotu uvádíme ve tvaru:

x = x x

x = 43, 76 mm -> 43,8 mm

x = 0,16 mm -> 0,2 mm

x = x x = (43,8 0,2) mm = STATISTICKY ZPRACOVANÉ

Pro posouzení přesnosti měření má v technické praxi větší význam relativní průměrná

odchylka: x

x

x = * 100%

x

Laboratorní měření jsou dostatečně přesná, když x < 1%.

V technické praxi: x 1,5 ; 5 %

Fyzika a příroda

Strana 57

Fyzika a příroda

Příklady výpočtu

x (cm) odchylka (cm)

1. 20, 4 0

2. 20, 5 - 0,1

3. 20, 4 0

4. 20, 3 0,1

5. 20, 4 0

6. 23, 4 hrubá chyba

7. 20, 5 - 0,1

8. 20, 3 0,1

Výpočet absolutní odchylky (přesnost měření):

∆ x1 = 20,4 – 20,4 = 0

∆ x2 = 20,4 – 20,5 = - 0,1

∆ x3 = 20,4 – 20,4 = 0

∆ x4 = 20,4 – 20,3 = 0,1 ∆ xn = 0 + (-0,1) + 0 + 0,1 + 0 + (-0,1) + 0,1 = 0

∆ x5 = 20,4 – 20,4 = 0

∆ x6 = 20,4 – 20,5 = - 0,1

∆ x7 = 20,4 – 20,3 = 0,1

NJMHV:

20,4 + 20,5 + 20,4 + 20,3 + 20,4 + 20,5 + 20,3

x = = 20,4 cm

7

Výpočet průměrné absolutní odchylky:

x = x – x1 + x – x2 +….. x – xn

n

Fyzika a příroda

Strana 58

Fyzika a příroda

x = 0,057 cm -> 0,06 cm

x = x x = 20,40 cm 0,06 cm = (20,34 ; 20,46) cm

Relativní průměrná odchylka:

x

x = * 100% = 0,29%

x

Závěr:

Statistické zpracování je důležité jak ve vědě, tak i v technice, či dokonce v pekařství.

Relativní průměrná odchylka vyšla 0,29%. Čím menší je, tím lépe. V technické praxi může

být z intervalu (1,5 ; 5) %, v pekařství u pečiva může být až 8%.

Praktická úloha

Pomůcky:

Analytické váhy, 10 ks rohlíků ( Billa, cena za kus 1.90 kč), ………, kalkulačka, psací potřeby,

záznamový notes.

Postup A:

1. Zjistěte si na internetu hmotnost rohlíku, která je dána nornou. Předpokládáme, že

pečivo je čerstvé.

2. Pak každý rohlík zvažte, hodnoty zaneste do tabulky.

3. Vypočítejte NJHMV

4. Vypočtěte průměrnou hodnotu absolutní a relativní odchylky měření.

5. Odpovídá výpočet povolené odchylce u pečiva?

Postup B:

Zvolte stejný postup pro 10 ks matek (stejného průměru a materiálu).

Praktická biologie a chemie

Strana 59

Praktická chemie a biologie

Kurz Kurz „„PraktickáPraktická biologie abiologie a chemiechemie““

Cílem kurzu je prohloubení znalostí a dovedností áků z oblasti biologie a chemie. Žáci

budou seznámeni s jednotlivými laboratorními technikami a metodami. V úvodní hodině

budou seznámeni s bezpečností práce a první pomocí. V následujících cvičeních budou

pracovat na jednotlivých úkolech, které jsou uvedeny níže.


Strana 60


CvičCvičení 1: Bezpečnost práce ení 1: Bezpečnost práce

vv laboratoříchlaboratořích

Cílem tohoto cvičení je seznámení se základními pravidly bezpečnosti práce v biologické

a chemické laboratoři a poučení o poskytnutí první pomoci při poranění. Žáci se seznámí

s vybavením laboratoří (chemikálie, chemické sklo a nádobí,…)

Bezpečnost

Během pokusů a pobytu v laboratoři dodržujeme pravidla bezpečnosti práce. Dbáme zejména na následující body:

1. Pracujeme v ochranných pomůckách – plášť, ochranný štít či brýle, rukavice, svázané vlasy.

2. V laboratoři nikdy nejíme, nepijeme. 3. Pracovní místo udržujeme v čistotě. 4. Během práce se nepřemísťujeme, pracujeme v klidu a s rozvahou. 5. Dbáme pokynů vedoucího práce, dodržujeme pracovní postupy. 6. Odpadní látky dáváme do nádob k tomu určených. 7. Při práci s mikroorganismy se jich nedotýkáme. 8. Po ukončení práce si důkladně umyjeme ruce. 9. Každé poranění ihned nahlásíme.

Dojde-li k poranění, je nutné poskytnout první pomoc.

Vybavení laboratoří

V této části kurzu se seznámíme s vybavením laboratoří, uložením chemikálií a chemic-kého nádobí a skla. Zopakujeme pojmenování jednotlivého chemického nádobí a skla.

Úkol: seznamte se s pravidly bezpečnosti a první pomoci při práci v laboratořích,

s vybavením laboratoří

Závěr:

Základní pravidla bezpečnosti, názvy jednotlivého chemického skla a nádobí, …


Strana 61


Cvičení 1 Cvičení 1 –– 2 : 2 : PozorováníPozorování

Cílem tohoto cvičení je seznámení se s lupou a mikroskopem – stavbou, funkcí,

manipulací.

Lupa, mikroskop

Pozorování je základní vědeckou metodou, kterou začíná každý výzkum. Pozorování můžeme provádět pomocí smyslových orgánů, nebo pomocí přístrojů. Jedním ze senzorů, kterými člověk pozoruje své okolí, jsou oči. Jejich činnost můžeme přirovnat k lupě. Lupa a mikroskop nám budou pomáhat při pozorování objektů.


Strana 62


1. Práce s lupou

Lupa slouží ke zvětšení pozorovaného objektu, který je dostatečně malý a nachází se v blízkosti pozorovatele. Skládá se ze spojné čočky (sklo, plast) a držátka. Někdy má i různá pouzdra, do kterých lze lupu zároveň uschovat. Úkol: zakreslete předmět, který je umístěn na Petriho misce Pomůcky: pozorovaný objekt, Petriho miska, lupa

Postu: Na Petriho misku umístíme živý nebo neživý objekt a pozorujeme pomocí lupy. Vzdalováním a přibližováním lupy pozorujeme, jak se mění zvětšení objektu a zorné pole, které vnímáme pozorování zdánlivého obrazu. Vše zakreslíme Nákres: Závěr: K čemu lupa slouží, co bylo pozorováno, …

http://cs.wikipedia.org/wiki/Spojn%C3%A1_%C4%8Do%C4%8Dka


Strana 63


1. Práce s mikroskopem

Mikroskop je optická soustava složená s objektivu a okuláru. Objektiv vytváří obraz

skutečný, převrácený a zvětšený, okulár tvoří obraz přímý, zvětšený a zdánlivý. Musí mít

osvětlovací systém, který pozorovaný preparát prosvětlí. Slouží k pozorování velmi

malých objektů.

Úkol: zakreslete pozorované struktury

Pomůcky: mikroskop, podložní sklo, krycí sklíčko, pinzeta, Petriho miska, kapátko, trvalý

preparát, voda

Postu:

1. Mikroskop vyjmeme z obalu a umístíme na pracovní plochu.

2. Upravíme světelný zdroj tak, aby zorné pole bylo co nejsvětlejší.

3. Uchytíme trvalý preparát na stolek se svorkami.

4. Nastavíme objektiv o nejmenším zvětšení. Je-li světelná stopa silná, snížíme polohu

kondenzoru, nebo nastavíme šedý filtr.

5. Díváme se do okuláru a pomocí makrošroubu zaostřujeme.

6. S preparátem pohybujeme dokud do zorného pole nedostaneme část, kterou

chceme pozorovat.

7. Vše zakreslíme a uvedeme zvětšení.

8. Vyzkoušíme si tvorbu vlastního suchého či mokrého preparátu.

Nákres:

Zvětšení:

Závěr:

K čemu mikroskop slouží, co jsme v mikroskopu viděli, popis preparátu, …


Strana 64


Cvičení 3Cvičení 3--7 : Dělící metody7 : Dělící metody

Cílem tohoto cvičení je seznámení se způsoby oddělování složek směsí.

Dělící metody

Dělící metody (separační metody) slouží k oddělování složek směsí. Patří mezi fyzikálně-

chemické metody. Mezi separační metody patří filtrace, sublimace, destilace,

chromatografie, krystalizace, extrakce, atd.

1. Filtrace “záhadné” směsi

Principem filtrace je oddělení pevné látky od látky kapalné (suspenze). Vyžívá se porézní

přepážky – filtru. Nejčastějším filtrem je filtrační papír, gáza, vata, písek,… Kapalná část

suspenze proteče filtrem, pevné částice filtr zachytí. Část která filtrem protekla, se nazývá

filtrát.

Filtrační aparatura:


Strana 65


Úkol: pomocí separačních metod oddělte jednotlivé složky „záhadné„ směsi – kov, písek,

barvivo, vodu

Pomůcky: kádinka 500ml – 2 ks, stativ, filtrační kruh, nálevka, tyčinka, filtrační papír,

laboratorní lžička, magnetky

Chemikálie: písek, železné hobliny, voda H2O, potravinářské barvivo

Postup:

1. V kádince o objemu 500ml připravíme 200ml roztoku pitné vody

s potravinářským barvivem. K této směsi přidáme 3 lžičky písku a 1 lžičku

železných hoblin. Vše důkladně promícháme.

2. Těsně k hladině přiložíme magnet a ze směsi oddělíme složky, které vykazují

magnetické vlastnosti.

3. Sestavíme si filtrační aparaturu dle přiloženého nákresu a zbylou směs opatrně

přefiltrujeme (lze použít i skládaný filtr – rychlejší průběh). Pevná část (písek)

zůstane zachycena na filtračním papíru, kapalná část proteče přes filtr.

4. Pozorujeme filtrát – barevný roztok (voda + potravinářské barvivo). K oddělení je

nutné použít jiné separační metody (destilace).

5. Vše pečlivě zaznamenáme do protokolu a pečlivě si uklidíme místo.

Nákres a popis aparatury:

Závěr:

K čemu slouží filtrační aparatura, princip filtrace, jakým způsobem se oddělily jednotlivé

složky, …

Kov –

Písek –

Potravinářské barvivo –

Voda –


Strana 66


2. Destilace barevné vody

Destilace patří mezi separační metody. Slouží k oddělování kapalných směsí o různém

bodu varu. Podstatou destilace je uvedení kapaliny do varu a následná kondenzace

vzniklých par v chladiči. Část, která vzniká destilací se nazývá destilát.

Destilační aparatura:

Úkol: pomocí destilace oddělte jednotlivé složky „barevné vody“ a porovnejte původní

roztok s předestilovaným

Pomůcky: destilační aparatura, kádinka 500ml, kádinka 250ml, lžička, stativ 2, teploměr,

hadičky, zátka s otvorem na teploměr, kahan.

Chemikálie: voda H2O, potravinářské barvivo

Postup:

1. Podle nákresu sestavíme destilační aparaturu a připojíme ji k vodě. Za alonž

umístíme kádinku o objemu 250ml.

2. Do kádinky o objemu 500ml odměříme 100ml pitné vody a přidáme nepatrné

množství potravinářského barviva. Směs zamícháme.


Strana 67


3. Barevnou směs opatrně přelijeme do frakční baňky, zavřeme zátkou s teploměrem

a začneme opatrně zahřívat.

4. Směs přivedeme k varu a pozorujeme přechod par do chladiče. Zde jsou páry zpět

kondenzovány. Kondenzát stéká do připravené kádinky.

5. Destilaci ukončíme při dostatečném množství destilátu – asi polovina původního

objemu.

6. Pozorujeme rozdíl mezi vstupní a výstupní látkou.



Závěr:

K čemu slouží destilační aparatura, kdy lze či nelze destilace využít, na jakém principu

probíhá, jak se liší destilát od původní směsi, …


Strana 68


3. Co v té kávě asi je? Aneb sublimace kofeinu.

Sublimace je čistící metoda, kde krystalické látky přecházejí přímo ze skupenství pevného

na plynné, aniž by tály. Opačný proces se nazývá desublimace – plyn se mění na látku

pevnou. Vzniklá krystalická látka je velmi čistá, zbavená netěkavých složek.

V kávě je obsažena chemicky aktivní složka – kofein. Je to alkaloid, který pozitivně

stimuluje srdeční činnost a činnost CNS. Je asi nejrozšířenějším stimulantem na světě.

Kofein je hořká, bílá krystalická látka.

Aparatura sublimace:

Vzorec kofeinu:


Strana 69


Úkol: sublimací kávy izolujte kofein

Pomůcky: kádinka 400ml, kulatá baňka 250ml, stativ, kovový kruh, kahan, lžička, síťka,

filtrační papír

Chemikálie: voda H2O, mletá černá káva

Postup:

1. Sestavíme si aparaturu dle předlohy.

2. Do kádinky o objemu 400ml dáme 2 lžičky mleté kávy.

3. Kovový kruh upevníme na stativ, položíme na něj síťku a kádinku s kávou.

4. Do kulaté baňky o objemu 250ml dáme studenou pitnou vodu a položíme na

kádinku s kávou.

5. Aparaturu začneme pomalu zahřívat a pozorujeme.

6. Po ukončení zahřívání necháme aparaturu vychladnout a velmi opatrně sejmeme

baňku.

7. Krystalky přesublimované látky přeneseme na filtrační papír.



Závěr:

K čemu slouží sublimace, využití v praxi, princip, jak vypadá kofein – barva, vůně, …


Strana 70


4. Extra(hovaná) semena či ořechy.

Extrakce - vyluhování je metoda, kdy získáváme různé látky z látek přírodních. Extrahují

se hlavně tuky a barviva. Při extrakci se využívá rozpouštědla, do kterého přecházejí

extrahované látky.

Úkol: pokuste se extrahovat lipidy z různých semen či ořechů

Pomůcky: třecí miska s tloučkem, filtrační papír, pipeta, lžička, různá olejnatá semena

(mák, slunečnice, lněné semeno, dýňové, …), ořechy

Chemikálie: benzín nebo aceton

Postup:

1. V třecí misce rozetřeme 1 lžičku příslušného semene či ořechu

2. K rozetřenému vzorku přikápneme několik kapek benzínu a promícháme.

3. Malé množství extraktu přeneseme na filtrační papír a necháme odpařit.

4. Pozorujeme mastné skvrny.



Závěr:

Co je extrakce, k čemu a kde ji lze využít, …


Strana 71


5. Je paprika jen červená?

Chromatografie je separační metodou a patří k nejrozšířenějším analytickým metodám.

Slouží k oddělování látek na základě jejich různé pohyblivosti v systému dvou fází –

pohyblivé (mobilní) a nepohyblivé (stacionární). V tomto cvičení bude zopakována i

extrakce a filtrace.

Aparatura na chromatografii:

Úkol: pokuste se rozdělit složky barviv

Pomůcky: třecí miska s tloučkem, kádinka 250ml, Pepiho miska, špejle, filtrační papír,

lžička, váhy, mletá červená paprika nebo jiný rostlinný materiál

Chemikálie: etanol, písek

Postup:

1. Sestavíme si aparaturu dle předlohy.

2. Pomocí extrakce si připravíme barviva.

3. Odvážíme asi 2 gramy sušené červené papriky nebo jiný rostlinný materiál.

4. Odvážený materiál dáme do třecí misky, přidáme 1ml etanolu a rozdrtíme (někdy

přidáme lžičku písku).

5. Pracujeme opatrně – etanol je hořlavina!

6. Vzniklou směs přefiltrujeme a pipetou přeneseme pár kapek na START filtračního

papíru.

7. Filtrační papír vložíme do kádinky a necháme vyvíjet.

8. Pozorujeme rychlost pohybu jednotlivých barev.



Strana 72



Závěr:

Co je chromatografie, k čemu slouží, jaké má využití, které barvivo se pohybovalo

nejrychleji, …


Strana 73


Cvičení 8 Cvičení 8 --9: 9: Vlastnosti Vlastnosti

aa stanovení obsahu vit. Cstanovení obsahu vit. C

Cílem tohoto cvičení je seznámení se s vlastnostmi vitamínu C – rozpustností, pH a

stanovení jeho obsahu v různém ovoci.

Vitamín C

Vitamín C neboli kyselina L- askorbová. Jedná se o ve vodě rozpustný antioxidant, tedy

látku, která chrání naše tělo před nebezpečnými volnými radikály. V organismu se podílí

na tvorbě a ochraně tkání, jako jsou kosti, kůže a cévy. Patří mezi vitamíny rozpustné ve

vodě. Je bohatě přítomen v ovoci a zelenině.

1. Rozpustnost vitamínu C a jeho pH

Vitamín C je jeden za základních vitamínů, po kterém saháme jako prvním, když se nás

pokouší skolit kdejaká viróza. Kde všude ho najdeme a v jakém množství? Uvidíme!

Úkol: zjistěte rozpustnost vitamínu C a jeho pH

Pomůcky: zkumavka 3x, pH papírek, zátka 3x

Chemikálie: Celaskon, destilovaná voda, etanol, benzin

Postup:

1. Připravíme si 3 zkumavky. Do první nalijeme 4 cm3 destilované vody, do druhé

4 cm3 ethanolu a do třetí 4 cm3 benzinu.

2. Do každé zkumavky vhodíme 1 tabletu celaskonu.

3. Zkumavky zazátkujeme, opatrně protřepeme a pozorujeme.

4. Pozorujeme co se děje s tabletami Celaskonu.

5. Připravíme si pH papírek a vložíme ho do zkumavky s destilovanou vodou

a celaskonem.

6. Porovnáním se stupnicí pH zjistíme jaké je pH vodného roztoku.

7. Vše pečlivě zaznamenáme do protokolu.

Závěr:

Co jsou vitamíny, co víte o vitamínu C, jakou má rozpustnost, pH, …


Strana 74


2. Citrón, jablko, banán – co mají společného?

Úkol: stanovení obsahu vitamínu C

Pomůcky: zkumavky 4x, filtrační papír, pipeta, Celaskon, banán, jablko, citrón, … jiné

ovoce, zelenina

Chemikálie: jodová tinktura, destilovaná voda

Postup:

1. Připravíme si kontrolní vzorek: do zkumavky nalijeme 4 cm3 destilované vody a

přidáme 1 tabletu celaskonu.

2. Do první zkumavky vymačkáme šťávu z citrónu, do druhé vlijeme šťávu z

nastrouhaného jablka a do třetí vložíme rozmačkaný banán s 2 cm3 destilované

vody.

3. Ke všem čtyřem vzorkům (i kontrolnímu) přikápneme asi 10 kapek jodové

tinktury.

4. Lze použít i proužky filtračního papíru namočeného do jodové tinktury. Pokud se

papírek odbarví, je ve vzorku obsažen vitamín C.

5. Pozorujeme průběh reakce.


Závěr:

Co mají zvolené vzorky společného, jak jste dokázali přítomnost vitamínu C v příslušných

vzorcích, …


Strana 75


Cvičení 10: Izolace DNACvičení 10: Izolace DNA

Cílem tohoto cvičení je dokázat si, že i na půdě školy lze izolovat DNA z jakéhokoliv

biologického materiálu.

Je možné získat DNA?

DNA - deoxyribonukleová kyselina, je nukleová kyselina, je nositelkou genetické

informace všech živých organismů. Je nezbytná pro život. Velmi se o ní mluví, ale málo

kdo ji mohl vidět. My se pokusíme spatřit tento zázrak života.

Úkol: z libovolných biologických vzorků izolujte DNA

Pomůcky: libovolný biologický materiál (hrášek, cibule, játra, …), kádinka 500ml,

zkumavka, lžička, mixér. tyčinka

Chemikálie: chlorid sodný NaCl, voda H2O, detergent – Jar, Pur,…, zdroj enzymu – Persil,

denaturovaný líh

Postup:

1. Vezmeme libovolný biologický materiál asi 100ml, přidáme špetku chloridu

sodného a 200ml studené pitné vody.

2. Směs rozmixujeme ponorným mixérem.

3. Rozmixovanou směs přelijeme do kádinky, přidáme 5ml prostředku na mytí

nádobí (Jar, Pur) a promícháme.

4. Směs necháme stát asi 10 minut.

5. Připravíme si zkumavku, do které odlijeme 5ml vzniklé směsi.

6. Ke směsi ve zkumavce přidáme enzym (pár zrníček Persilu). Oddělí DNA od

ostatního buněčného materiálu. Velmi jemně zamícháme.

7. Do zkumavky opatrně po stěnách přilijeme chlazený alkohol – denaturovaný líh.

Dojde ke zviditelnění DNA – bělavý chuchvalec.

Závěr:

Co je DNA, byla obsažena v jednotlivých vzorcích, porovnání s ostatními vzorky, pocity

z práce, …


Strana 76


Cvičení 11: Důkaz ethanolu Cvičení 11: Důkaz ethanolu

vv alkoholickém nápojialkoholickém nápoji

Cílem tohoto cvičení je jednoduchý důkaz etanolu v různých vzorcích nápojů – určení zda

se jedná o nápoj alkoholický nebo ovocnou šťávu.

Je to alkoholický nápoj nebo šťáva?

Ethanol patří mezi alkoholy, je druhým nejnižším alkoholem. Je to látka kapalná, bezbarvá, příjemně vonící, zápalná a v malém množství krátkodobě způsobuje euforii. Je snadno zaměnitelný se smrtelně jedovatým methanolem. Ethanol je konzumován v podobě alkoholických nápojů.

Úkol: určete zda dané vzorky obsahují alkohol – etanol nebo ne

Pomůcky: kahan, varná baňka, zátka s otvorem, skleněná trubička, špejle, sirky,

trojnožka, stativ, držák , síťka, kádinka 500ml

Chemikálie: vybrané vzorky nápojů alkoholických i nealkoholických – ovocné víno, šťáva,

džus, …

Postup:

1. Do třetiny objemu varné baňky nalijeme vybraný vzorek nápoje. Baňku uzavřeme

zátkou a do zátky umístíme skleněnou trubičku.

2. Na trojnožku umístíme síťku, na kterou položíme kádinku o objemu 500ml

s vodou. Připravíme si vodní lázeň.

3. Baňku s roztokem upevníme ke stativu tak, aby byla baňka do třetiny výšky pod

vodou.

4. Zapálíme kahan a začneme vodní lázeň pomalu zahřívat.

5. Pozorujeme a jakmile začne roztok v baňce přicházet k varu, zapálíme si špejli a

přiložíme ji ústí skleněné trubičky.

6. Pracujeme velice opatrně!

Závěr:

Co jsou alkoholy, byl etanol obsažen ve zvolených vzorcích, ….


Strana 77


Cvičení 12 Cvičení 12 -- 13: Analytická 13: Analytická

chemiechemie

Cílem tohoto cvičení je jednoduchý důkaz etanolu v různých vzorcích nápojů – určení zda

se jedná o nápoj alkoholický nebo ovocnou šťávu.

Analytická chemie

Analytická chemie je vědním oborem, který se zabývá chemickým složením látek. Je to

obor, který má velké praktické využití a neustále se vyvíjí. Uplatňuje se při výrobě různých

látek, kdy je nutné kontrolovat obsah látek v konečných produktech.

1. Proč je ten ohňostroj tak barevný? Plamenové zkoušky.

Plamenové zkoušky patří mezi rychlé a nenáročné analytické metody. Pomocí nich

zjistíme, zda daná sloučenina obsahuje některý z kovů barvící plameny. Je nutné látku

převést do podoby roztoku. Těkavé sloučeniny některých kovů způsobují charakteristické

zabarvení nesvítivého plamene kahanu. Vzorek sloučeniny vnášíme do plamene zpravidla

pomocí platinového drátku.

Nejtypičtější barevné projevy:

Ca2+ + plamen cihlově červená barva

Ba2+ + plamen zelená barva

Sr2+ + plamen karmínově červená barva

Na+ + plamen žlutá barva

K+ + plamen fialová barva

Li+ + plamen červená barva

http://vydavatelstvi.vscht.cz/echo/analytika/kationty/Ca2X.html

http://vydavatelstvi.vscht.cz/echo/analytika/kationty/Ba2X.html

http://vydavatelstvi.vscht.cz/echo/analytika/kationty/Sr2X.html

http://vydavatelstvi.vscht.cz/echo/analytika/kationty/NaX.html

http://vydavatelstvi.vscht.cz/echo/analytika/kationty/KX.html

http://vydavatelstvi.vscht.cz/echo/analytika/kationty/LiX.html


Strana 78


Úkol: důkaz iontů prvků v roztocích podle zabarvení plamene

Pomůcky: platinový drátek, chemické kleště, zkumavky 4, kahan, sirky

Chemikálie: zředěná kyselina chlorovodíková HCl, zkoumané vzorky roztoků solí –

nejlépe dusičnany

Postup:

1. Platinový drátek vyčistíme opakovaným ponořováním do roztoku zředěné HCl a

následně vyžíháme nad kahanem.

2. Provádíme tak dlouho, až se plamen přestane barvit.

3. Připravíme si 4 zkumavky. Do každé nalijeme 2ml zkoumaného vzorku.

4. Pomocí platinového drátku nabereme zkoumaný vzorek a vložíme do vnějšího

okraje nesvítivého plamene.

5. Podle zbarvení plamene určíme přítomné ionty.

Zápis:

Přítomnost iontů

Zkumavka 1 – barva plamene

Zkumavka 2 - barva plamene



Závěr:

K čemu lze plamenové zkoušky využít, jaké ionty obsahovaly předložené vzorky, …


Strana 79


2. Důkaz přítomnosti bílkovin

Bílkoviny jsou základní složkou potravy. Jsou to organické sloučeniny obsahující uhlík,

vodík, kyslík a dusík. Lidské tělo si je nedokáže samo vytvořit, proto je musíme přijímat

v podobě potravy. Každý den musíme přijmout dostatečné množství kvalitních bílkovin.

Kde se vyskytují – tak to se pokusíme určit v následujícím cvičení biuretovou reakcí.

Princip biuretovy reakce:

roztok bílkoviny + 10% NaOH + 5% CuSO4 modrofialové zbarvení)

Úkol: proveďte důkaz přítomnosti bílkovin v různých vzorcích potravy

Pomůcky: 4 zkumavky, pipeta, nůž, třecí miska

Chemikálie: 10% roztok hydroxidu sodného NaOH,5% roztok síranu měďnatého CuSO4 .

5H2O, pitná voda, vzorky potravin (mléko, tvaroh, sýry, jogurt, vejce, mouka, luštěniny,…)

Postup:

1. Připravíme si 4 zkumavky do stojánku. Do každé nalijeme 7ml roztoku

zkoumaného vzorku. Je-li vzorek tuhý, nakrájíme ho či rozmělníme a zalijeme

horkou vodou. Necháme asi 10 minut vylouhovat.

2. Ke každému vzorku ve zkumavce přidáme 2ml 10% roztoku hydroxidu sodného

NaOH a zamícháme.

3. Pomocí pH papírku zjistíme, zda je roztok dostatečně zásaditý.

4. Opatrně přidáme asi 1ml 5% roztoku síranu měďnatého CuSO4 ∙ 5 H2O

a zamícháme.

5. Pozorujeme barevné změny.

Zápis:

Zkumavka 1 Zkumavka 2 Zkumavka 3 Zkumavka 4

Přítomnost bílkovin

Závěr:

Které vzorky obsahovaly bílkoviny, jak se projevila přítomnost bílkovin, …


Strana 80


3. Je to mléko nebo bílá voda? Důkaz kaseinu a laktosy v mléce

Mléko je nepostradatelným zdrojem nutričních látek a stopových prvků. Obsahuje 5 %

laktosy (mléčný cukr), 4 % bílkovin, 5 % tuku a 88 % vody. Z bílkovin je to především

kasein – fosfoprotein, syrovátkové bílkoviny (při zahřátí mléka dochází k jejich

denaturaci, kterou pozorujeme v podobě vzniku škraloupu).

Úkol: zjistěte zda v daném vzorku mléka je obsažen kasein a laktosa

Pomůcky: kádinka 250ml, trojnožka, síťka, kahan, sirky, Petriho miska, tyčinka, stojan,

filtrační kruh, nálevka, filtrační papír, kádinka, pipeta, zkumavka 2x

Chemikálie: mléko, ocet, Fehlingovo činidlo (Fehlingovo činidlo I – roztok CuSO4∙5H2O;

Fehlingovo činidlo II – vinan sodno-draselný, NaOH)

Postup:

1. Do kádinky o objemu 250ml nalijeme 50ml mléka a opatrně přivedeme k varu.

2. Vzorek necháme vychladnout - pozorujeme vznik škraloupu. Škraloup odebereme.

3. Ke zbytku vychladlého mléka přidáme 15ml octa a zamícháme. Pozorujeme vznik

sraženiny.

4. Připravíme si filtrační aparaturu a směs přefiltrujeme.

5. Přefiltrováním sraženiny získáme nažloutlý filtrát – syrovátku. K filtrátu přidáme

5ml Fehlingova činidla a opatrně zahřejeme nad kahanem. Pozorujeme vznik

oranžové sraženiny důkaz přítomnosti disacharidu laktosy.

6. Sraženinu zachycenou na filtračním papíře (kasein) dáme do Petriho misky

a přidáme pár kapek Fehlingova činidla. Pozorujeme vznik fialového zbarvení.

Zápis:

Závěr:

Bylo to mléko nebo bílá voda, co všechno jsme v mléce objevili, …


Strana 81


Cvičení 14: Chemie kouřeníCvičení 14: Chemie kouření

Cílem tohoto cvičení je jednoduchý důkaz přítomnosti dehtu v cigaretě.

Co skrývá cigareta

Cigareta je tabákový výrobek. Je tvořena směsí tabáků, cigaretovým papírkem a flitrem.

Filtr je z acetátu celulózy a slouží k zachycení nežádoucích látek. Při hoření cigaret

vzniká tabákový dehet – hustá, olejovitá, tmavohnědá charakteristicky zapáchající

kapalina. Obsahuje převážně karcinogenní atoxické látky.

1. Úkol: pozorujte spalování cigarety v uzavřené zkumavce

Pomůcky: stativ, zkumavka, zátka, kahan, sirky, cigareta

Postup:

1. Vložíme cigaretu do zkumavky a zazátkujeme.

2. Zkumavku upevníme ke stativu a začneme zahřívat kahanem.

3. Pozorujeme průběh nedokonalého hoření – změnu tvaru cigarety a vnitřní stranu

zkumavky.

4. Na stěnách se začnou kondenzovat kapičky dehtu.

Závěr:

Co se stalo s cigaretou během nedokonalého hoření, co je nedokonalé hoření, co se

utvořilo na stěně zkumavky, …

2. Úkol: ověřte, zda cigaretový filtr zachytí veškeré nečistoty

Pomůcky: cigareta, sirky

Postup:

1. Omotáme dolní část cigarety vatou – část s filtrem.

2. Vatu s filtrem vložíme do otvoru PET-lahve a zbytek cigarety necháme vyčnívat

z lahve ven.

3. Zapálíme cigaretu a pomalu mačkáme a povolujeme PET-lahev – utvoříme

jednoduchý modle plic. Pracujeme opatrně a dáváme pozor, aby se cigareta

neuvolnila z hrdla lahve.

4. Po dohoření cigarety vyjmeme vatu i filtr a prozkoumáme jejich vzhled – barvu.

Závěr:

Jaká je barva filtru a vaty, liší se, čím je tato barva způsobena, pohltí filtr vše, …


Strana 82


Cvičení 15 Cvičení 15 -- 16: Forenzní chemie16: Forenzní chemie

Cílem tohoto cvičení je přiblížit si jednoduché detektivní metody používané

v kriminalistice při odhalování otisků prstů, důkazu přítomnosti krve, …

1. Odhalování otisků prstů

Věda, která se zabývá kožními papilárními liniemi se jmenuje daktyloskopie. Tyto

papilární linie jsou charakteristické pro každého jedince a jejich jedinečnosti se využívá

v kriminalistice pro identifikaci osob. O identifikaci se pokusíme i my.

1. Úkol: zajistěte stopy z daného skleněného předmětu

Pomůcky: skleněná nádoba, štěteček. Petriho miska, list bílého papíru, lepící páska, nůžky

Chemikálie: železný prach nebo grafitový prach

Postup:

1. Na skleněné nádobě zanecháme určité množství otisků prstů.

2. Do Petriho misky nasypeme potřebné množství železného prachu a opatrně ho

budeme štětečkem nanášet na skleněnou nádobu.

3. Přebytečný prach opatrně odfoukneme.

4. Na zajištěnou stopu přilepíme proužek lepící pásky a sejmem otisk.

5. Pásku opatrně přilepíme na bílý papír.

2. Úkol: zjistěte zda jsou otisky prstů také na papíru

Pomůcky: papír, Erlenmeyerova baňka, zátka, proužek papíru, miska s pískem, kahan,

pinzeta

Chemikálie: jod

Postup:

1. Na proužku papíru zanecháme otisky prstů.

2. Na dno Erlenmeyerovy baňky přeneseme lžičkou pár krystalek jodu a vložíme

pinzetou proužek papíru s otisky. Pracujeme v digestoři a velice opatrně!


Strana 83


3. Baňku pečlivě uzavřeme gumovou zátkou a postavíme do misky s pískem. Misku

s pískem můžeme předem nahřát nebo ji pomalu zahříváme. Pozorujeme děj baňce

– sublimace jodu.

4. Pozorujeme nahnědlé stopy papilárních linií, které jsou způsobeny ulpíváním jodu

na povrchu stopy.

Zápis:

Závěr:

Podařilo se zajistit stopy v podobě otisků prstů, jak se pracovalo, porovnání otisků, …


Strana 84


2. Je to krev?

Teichmanův test slouží k důkazu krve ve vzorku. Vzorek může být i poměrně starý.

Úkol: hemoglobinový test krve

Pomůcky: podložní sklo 2x, krycí sklíčko, mikroskop, pipeta, třecí miska s tloučkem,

lžička, kahan, chemické kleště

Chemikálie: ledová kyselina octová CH3COOH, chlorid sodný NaCl, vepřová krev

Postup:

1. Na podložní sklo kápneme kapku zvířecí krve a necháme uschnout.

2. V třecí misce rozetřeme malé množství chloridu sodného.

3. Zaschlou krev seškrábneme na druhé podložní sklo a přidáme nepatrné množství

chloridu sodného. Pomalu přikápneme pipetou 2 kapky ledové kyseliny octové.

Pracujeme opatrně – kyselinu přikapává vyučující!

4. Na vzorek přiložíme krycí sklíčko a opatrně zahříváme nad kahanem. Po ochlazení

mikroskopujeme hnědé krystalky chloraminu, které jsme získali z hemoglobinu.

Nákres:

Zvětšení:

Závěr:


Strana 85


Cvičení 1Cvičení 177: Rozbory odebraných : Rozbory odebraných

vzorků vodyvzorků vody

Cílem tohoto cvičení je provést biologický a chemický rozbor odebraných vzorků

z nejbližšího okolí.

1. Hydrologie

Toto cvičení bude probíhat v terénu, přímo u vodního zdroje. Jedná se o pozorování

a hodnocení současného stavu životního prostředí, především vodního toku.

1. Úkol: odběr vzorků vody, měření teploty, pH vody

Pomůcky: vymytá plastová lahev s uzávěrem, hydrologický teploměr, pH papírky

Postup:

1. Vodu odebíráme do vymyté platové lahve, kterou před odběrem vypláchneme

odebíranou vodou.

2. Vodu odebíráme asi 25cm pod hladinou

3. Odebraný vzorek zašroubujeme.

4. Pomocí hydrologického teploměru změříme aktuální teplotu z místa odběru

vzorku. Údaj zaznamenáme.

5. Pomocí pH papírků určíme pH odebírané vody. Údaj zaznamenáme.

2. Úkol: zjištění barvy, průhlednosti a zákalu

Pomůcky: Secciho disk, odběrná lahev

Postup:

1. Secciho disk vložíme asi 25cm pod hladinu, proti proudu toku. Odebereme vzorek

vody a určíme průhlednost. Vše zaznamenáme.

2. Do odběrné lahve nabereme zkoumaný vzorek a vizuálně určíme barvu vzorku.

Údaje zaznamenáme.

3. U vzorku určíme i zápach. Údaje zaznamenáme.

Závěr:

Naměřené údaje zapíšeme.


Strana 86


2. Co ve vzorku žije

Říční voda obsahuje mnoho různých organismů makroskopických i mikroskopických. My

budeme pozorovat různé druhy mikroorganismů.

Úkol: odeberte vodní vzorek ze dna řeky a zjistěte co v něm žije za organismy

Pomůcky: odběrná nádoba, mikroskop, sada k mikroskopování

Postup:

1. Do odběrné lahve odebereme vzorek říční vody i bahnem.

2. Pomocí kapátka přeneseme zkoumaný vzorek na podložní sklo a zhotovíme

preparát.

3. Zhotovený preparát mikroskopujeme.

4. Určíme o jaké rostlinné či živočišné organismy se jedná, zakreslíme a zapíšeme.

Nákres:

Zvětšení:

Závěr:

Documents

Katalog prací projektu Věda jako zábava · 2017. 2. 8. · Moderní elektronika a robotika Strana 7 Moderní elektronika a robotika Ke komunikaci je použit USB port, ze kterého