Issuu on Google+

Ambrož Demšar, Đulijana Juričić, Vasja Kožuh in Valentina Mlakar

Zakaj se dogaja? Sile in energija 8 PRIROČNIK ZA UČITELJE

1


Skrivnostim vesolja naproti ...

Ambrož Demšar

Namen učbeniškega kompleta Zakaj se dogaja? je vedoželjne osnovnošolce popeljati do najglobljih skrivnosti vesolja in potešiti njihovo radovednost in raziskovalnega duha ter jim prikazati, kako čudovit, zanimiv in nenavaden je svet, v katerem živimo. Med potovanjem skozi različne svetove gradivo na vsakomur razumljiv način opisuje najpomembnejše naravne pojave in človekova spoznanja. Učbeniški komplet je v celoti zasnovan v skladu s predlogom prenovljenega učnega načrta in z zadnjimi spoznanji fizikalne, didaktične in pedagoške stroke, zato prinaša kar nekaj novosti. V priročniku, ki smo si ga zamislili kot »navodila za uporabo« smo za vas skušali zbrati čim več informacij, napotkov, predlogov in zamisli za lažjo izvedbo potovanja do najglobjih skrivnosti vesolja.

Đulijana Jurišič

Vasja Kožuh

Vsaka učna enota je predstavljena na dveh straneh. V uvodu so našteti učni cilji, za njimi so v rubriki od prejšnjič ... predstavljene osnovne ideje prejšnje učne enote. Nadalje si rubrike s predlogi za izvedbo posamezne učne enote sledijo takole: uvodna motivacija, obravnava nove snovi, utrjevanje & nadgradnja ter zaključek. Prikazane so tudi ustrezne strani iz učbenika in delovnega zvezka. Vsemu skupaj so dodane še predlogi za kritično mišljenje in aktivno branje. Ne manjkajo niti rubrike diferenciacija, medpredmetne povezave ter drugi viri, ki prinašajo dodatne informacije za lažjo izvedbo pouka. Na koncu je v zapomnili si bomo zapisana vsebina, ki naj bi jo učenec trajno znal in razumel. Zbranih je več informacij in predlogov kot jih je moč uporabiti pri pouku, z namenom, da sami izberte pot, ki vam in vašim učencem najbolj ustreza. Priročnik je namenoma narejen v elektronski obliki, da ga bomo ob uporabi učbeniškega kompleta Zakaj se dogaja? sproti dograjevali. Na ta način bi ga radi naredili čim bolj uporabnega, kar pa ne bo mogoče brez vaše pomoči – zato vas že zdaj pozivamo, da z nami delite svoje izkušnje.

Valentina Mlakar

Avtorji

Založba Rokus Klett Stegne 9b, SI-1000 Ljubljana T: 01/513 46 00 S: www.rokus-klett.si

Demšar, Juričic, Kožuh, Mlakar

Zakaj se dogaja? 8 Priročnik za učitelje

© Založba Rokus Klett, d. o. o., Ljubljana 2009. Vse pravice pridržane.

Jezikovni pregled: še ni opravljen Izvedba projekta: Vasja Kožuh

Brez pisnega dovoljenja založnika je prepovedano reproduciranje, distribuiranje, javna priobčitev, predelava ali druga uporaba avtorskega ali njegovih delov v kakršnem koli obsegu ali postopku, kot tudi fotokopiranje, tiskanje ali shranitev v elektronski obliki. Tako ravnanje pomeni, razen v primerih od 46. do 57. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah, kršitev avtorske pravice.

2


Učbeniik Vsebina učbenika je razdeljena na pet poglavij: Vesolje in znanost, Sile in gibanje, Spremembe in energija, Segrevanje in ohlajanje ter Človek in okolje. Vsako poglavje se začne z uvodno zgodbo in napovednikom, nadaljuje z različnim številom (4–6) podpoglavij ter konča s povzetkom in ponovitvijo. Poglavja so razdeljena na podpoglavja, ki so skoraj brez izjeme prikazana na štirih zaporednih straneh, pri čemer je vsaka učna tema prikazana na dveh. Učna tema se začne z opisom aktivnosti pri branju in uvodnikom, nadaljuje pa z razlago, ki je razdeljena na tri do pet vsebinskih sklopov (med besedilo s vtkana vprašanja stoj in premisli). Kjer je mogoče, so razlagi dodani opisi preprostih poskusov, ki ji je moč izvesti doma. Učno temo sklenejo povzetek in predlogi aktivnosti (Ponovi, Razmisli, Odgovori ...). Učbeniku so dodane posebne vsebine: Kako se učiti s tem učbenikom?, Kako izpeljemo mini raziskavo?, Kako rešujemo računske naloge? in Kako pripravimo seminarsko nalogo?, ki učenca seznanijo z osnovnimi koraki, napotki in namigi za lažje delo in učenje. Učbenik še dodatno odlikuje sistem petstopenjskega povzemanja in ponavljanja, ki je zasnovan na lastnostih procesa pomnjenja in bo veliko pripomogel k trajnosti znanja. besedilo → poudarki → povzetek enote → povzetek poglavja → povzetek učbenika

Delovni zvezek Delovni zvezek in učbenik sta neločljivo povezana. Delovni zvezek dopolnjuje učbenik predvsem pri nadgradnji, utrjevanju in preverjanju znanja, kjer so možnosti učbenika zaradi narave gradiva nekoliko omejene. Delovni zvezek je zasnovan tako, da navaden zvezek ne bo več potreben. V ta namen so pripravljene različne zabavne naloge: križanke, poveži, poišči vsiljivca ... Seveda pa smo poskrbeli tudi za resnejše in zahtevnejše naloge: razmisli, utemelji, poišči na svetovnem spletu ... Izjemno pomembno vlogo igrajo hišni poskusi – kar 35 jih je! Z njimi učenci samostojno spoznavajo pojave in preverjajo fi zikalne zakone. Pri vsakem poskusu so navedeni namen, potrebna oprema in potek dela. Poskusi so zasnovani tako, da so čim bolj preprosti in učinkoviti, posebna skrb pa je posvečena potrebščinam, ki jih v celoti najdemo doma ali v bližnji trgovini. Na začetku vsakega zaključenega sklopa nalog je zapisano, čemu so namenjene naloge. Poleg tega, da so tako osmišljene posamezne naloge, učenec tudi dobi jasno sliko, kaj je pomembno in kaj bi moral znati, ko predela določen vsebinski sklop. Učenec lahko doseganje ciljev preveri na koncu poglavja v enotah Koliko res znaš? in Uporabi znanje! Ker mora večina učencev na koncu leta učbenik vrniti, smo pri izboru nalog in aktivnosti pazili na to, da pomeni pravilno rešen zvezek kratek povzetek celotnega učbenika.

OPOZORILO! Učbeniški komplet je v celoti zasnovan v skladu s predlogom prenovljenega učnega načrta, ki pa še ni potrjen. Do sprejetja novega učnega načrta morajo učitelji poučevati po starem učnem načrtu, kar v vsebinskem smislu pomeni, da zaenkrat astronomske teme in geometrijska optika ne sodijo v 8. razred, medtem kot poglavje o tlaku ostaja v 8. razredu. Zato predlagamo, da do uveljavitve novega učnega načrta izpustite podpoglavja 1.2 Raziskovanje vesolja, 1.3 Zvezde ter planeti ter 1.5 Svetloba in vid (bolj motivirane učence spodbudite, da jih sami preberejo!) in jih nadomestite s celotnim poglavjem 6 Trdno in tekoče, ki je priloženo učbeniku. Tako je trenutno zasnovan tudi pričujoči priročnik, ki pa ga bomo takoj po sprejemu novega učnega načrta posodobili.

3


Predlog letne razporeditve ur številka poglavje ure

2 3 4

itve učne snovi, Zapisan je zgolj predlog letne razpored vnega zvezka. delo in nika učbe ki se ujema z zgradbo porabite po svoje ur ih ejen zpor nera t dese da Predlagamo, , izbirne vsebine delo (npr. za eksperimentalno ali projektno ih vsebin). mljiv razu težje e vanj ali dodatno razlago in utrje

oznaka teme

0 1 UVOD

1

vsebina ure

Uvodna ura

1 + 1.1 Vesolje in znanost + Kratka zgodovina časa

strani v priročniku

strani v učbeniku

strani v DZ

4–5

4

6–7

6–9

5

1.4

Znanost in tehnologija

8–9

18–21

12–13

1.4

Znanstveni način dela

10–11

22–23

14–15

12–13

34–35

24–25

2 + 2.1 Sile in gibanje + Medsebojno delovanje

5

2.1

Vrste sil in njihove lastnosti

14–15

36–37

26–27

7

2.2

Velikosti sil

16–17

38–39

28–29

8

2.2

Merjenje sil (izdelava silomera)

9

2.2

Tabelarični in grafični prikaz podatkov

18–19

40–39

30–31

10

2.3

Teža in sila podlage

20–21

42–43

32–33

11

2.3

Sila trenja in upor

22–23

44–45

34–35

12

2.4

Risanje sil

24–25

46–47

36–37

2.4

Seštevanje vzporednih sil

2.4

Seštevanje nevzporednih sil

26–27

48–49

38–39

2.5

Ravnovesje sil

28–29

50–51

16

2.5

Newtonovi zakoni

30–31

52–53

17

2.6

Opis gibanja + Reševanje računskih nalog

32–33

54–57

42–43

18

2.6

Pot pri premem gibanju + Grafični prikaz gibanja

34–35

58–59

44–45

60–61

48–49

13 14 15

2 SILE & GIBANJE

6

19

Utrjevanje in nadgradnja

20

Preverjanje znanja

21

Ocenjevanje znanja

22

Odprava najpogostejših in najpomembnejših napak

24 25 26 27 28 29

36–37

6 + 6.1 Trdno in tekoče + Tlak

23 6 TRDNO & TEKOČE

46–47

38–39

D1 –D3

6.1

Gostota

40–41

D4 –D5

6.2

Tlak zaradi zunanje sile

42–43

D6 –D7

6.2

Tlak zaradi teže tekočine

44–45

D8 –D9

6.3

Vzgon

46–47

D10 –D11

6.4

Ozračje in vreme

48–49

D12 –D13

Utrjevanje in nadgradnja

D14 –D15 4

40–41


številka poglavje ure

30

oznaka teme

vsebina ure

3 + 3.1 Spremembe in energija + Spremembe in delo

strani v priročniku

strani v učbeniku

strani v DZ

50–51

62–65

50–51 52–53

3.1

Delo nevzporedne sile in moč

52–53

66–67

32

3.2

Klanec in vzvod

54–55

68–69

33

3.2

Škripci

56–57

70–71

34

3.3

Energija in viri

58–59

72–73

56–57

3.3

Oblike energije + Kinetična energija

60–61

3.3

Potencialna, prožnostna in notranja energija

74–75

58–59

3.4

Delo in sprememba energije

76–77

60–61

3.4

Ohranitev energije + Preprosti mehanski primeri

64–65

78–79

62–63

3.5

Pretvorbe energije + Ohranitev energije

66–67

80–81

64–65

3.5

Izgube energije

68–69

82–83

66–67

84–85

70–71

35 36 37 38 39

3 SPREMEMBE & ENERGIJA

31

40 41

Utrjevanje in nadgradnja

42

Preverjanje znanja

43

Ocenjevanje znanja

44

Odprava najpogostejših in najpomembnejših napak

70–71

4 + 4.1 Segrevanje in ohlajanje + Zgradba snovi

45

62–63

54–55

68–69

72–73

86–89

72–73

4.1

Agregatna stanja in fazni prehodi

74–75

90–91

47

4.2

Temperatura in temperaturne lestvice

76–77

92–92

4.2

Temperaturno raztezanje snovi

78–79

94–95

4.3

Toplota

80–81

96–97

4.3

Notranja energija + Energijski zakon

82–83

98–99

4.4

Prehajanje toplote

84–85

100–101

78–79

102–103

82–83

48 49 50 51 52 53

4 SEGREVANJE & OHLAJANJE

46

Utrjevanje in nadgradnja

86–87

Preverjanje znanja

55

Odprava najpogostejših in najpomembnejših napak

56

Navodila za izvedbo seminarskih nalog

57 58

& OKOLJE

Ocenjevanje znanja

5 ČLOVEK

54

74–75

76–77

80–81

104–105

Projekt Zeleno mesto

84–85

Predstavitev seminarskih nalog

59

Predstavitev seminarskih nalog

60

Ponovitev snovi 8. razreda

116–117 5

86–87


1.1 Kratka zgodovina časa

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da tudi mi del njega smo da in je kar vse • vedeli, da je vesolje lje in naše osončje • vedeli, kdaj in kako je nastalo veso na Zemlji nje • vedeli, kako se je razvijalo življe vna obdobja časo a daljš za tek • dobili pregled in obču čna besedila razli jo bere no aktiv o lahk * spoznali, kako šno izobrazbo splo in lje do znanja * širili radovednost, vese t enos pism ijsko * izboljšali svojo informac

1 šolska ura učbenik str. 8−9 1.1 Kratka zgodovina počasi časa Da bi besedilo res razumel, moraš brati

Povzetek

Vesolje je nastalo pred 13,7 milijardami let z velikim pokom. Naše Osončje je nastalo pred približno 5 milijardami let iz oblaka prahu in plina. Na Zemlji se je ob ustreznih pogojih razvilo življenje.

tudi slike! ter biti pri tem aktiven in zbran. Glej poglavje PRED BRANJEM: ugotovi, o čem govori vprašanja MED BRANJEM: sproti odgovarjaj na vsebino PO BRANJU: na kratko ponovi celotno

Ponovi

Vse skupaj se začne z Velikim pokom. Vesolje, skrčeno v eni sami točki, se začne z velikansko hitrostjo širiti. Nastaja prostor. Temperatura pada, osnovni delci se pretvarjajo v težje delce, ti še v težje. Nastanejo zvezde, galaksije in jate galaksij. Vse skupaj se počasi umiri, in ko že izgleda, da je vsega dogajanja konec, se zgodi največje presenečenje – življenje. In vesolje začne opazovati samo sebe in se spraševati, kako je nastalo ...

Ključne besede: • nastanek vesolja • veliki pok • osnovni delci • atomska jedra • atomi • nastanek Osončja • razvoj življenja

nastanek Rimske ceste

Kako je nastalo Osončje??

2

3

4

5FEBRUAR 6 7 13 2 14 3 4 5MAREC 6 7 20 9 21 10 11 12 1 13 2 14 3 APRIL 4 5 6 7 27 28 16 17 18 19 • 20 9 21 101 112 123 134 145 6 7 8 MAJ 29 30 31 22 23 24 25 26 27 28 JUNIJ 14 15 16 178 189 191020112112 1 2 3 13 4 5 1 2 21 3 22 23 24152516261727182819 8 9 10 20 11 12 8 9 28 10 29 30 3122 23 24 25 26 začetek vesolja 15 16 17 27 18 19 15 16 29 30 22 23 24 25 17 26 nastanek prvih galaksij 22 23 24 29 30 31 Zgodovina vesolja, za lažjo predstavo skrčena v eno 29 30 leto. Vesolje že do začetka pomladi dobi skoraj sedanjo

nastanek našega Osončja

8

9 10 11 12 • 1 15 16 17 18 19 8 22 23 24 25 26 15

podobo. Proti koncu poletja zažari Sonce. Kmalu po začetku šolskega leta se na Zemlji pojavi življenje. Nekaj stotink sekunde pred novim letom se pojaviš ti.

?

6 7 4 5 13 14 JULIJ 11 12 120 221 18 19 827 928 25 26 15 16

• vesolje (angl. Universe) – vse, kar je • veliki pok – začetek vesolja • osnovni delci – najmanjši delci snovi • protoni, nevtroni – delci, ki sestavljajo atomska jedra • atomi – najmanjši delci kemijskega elementa • primati – rod sesalcev, med katere sodi tudi človek

14 4 5 6 7 21AVGUST 11 12 13 14 6 7 281 2 3 4 5 SEPTEMBER 188 199 20102111 121 132 143 4 5 6 22 23 24 2515261627172818 198 209 2110 10 11 12 13 29 30 31 22 23 24 25 261527162817 18 19 20 29 30 31 22 23 24 25 26 27

Pred 13,7 milijardami let se je vesolje, veliko kot pika na koncu tega stavka, začelo širiti z ogromno hitrostjo. Vse skupaj je bilo še najbolj podobno velikanski eksploziji, zato začetek vesolja imenujemo veliki pok (angl. Big Bang). Zgodnje vesolje je bilo nekakšna zelo gosta in vroča kaša svetlobe ter osnovnih delcev, ki se je s širjenjem hitro ohlajala. Iz osnovnih delcev so začeli nastajati prvi protoni in nevtroni, ki so se kmalu začeli združevati v atomska jedra. Po dolgotrajnem zatišju se je temperatura toliko znižala, da so se atomska jedra začela obdajati z elektroni in nastali so prvi atomi. Ti so se na nekaterih mestih zgostili v oblake plinov, iz katerih so nastale prve zvezde in galaksije. Vesolje je tako po približno milijardi let postalo podobno današnjemu. Kaj se je dogajalo v vesolju, medtem ko se je hitro širilo?

Uvodna motivacija Že običajna obravnava nastanka vesolja učencev ne bo pustila ravnodušnih. Kljub temu si oglejmo video o vesolju z www. youtube.com (big bang uneverse), učenci že prej dobijo nalogo, da poiščejo različne mite o nastanku sveta ipd.

Na www.kvarkadabra.si v področju astronomija poišči podrobnejši opis nastanka vesolja in ga preberi.

prvi vretenčarji

prva mnogocelična bitja

DECEMBER 1 2 3

4

5

6

7

8

9

11

12

13

14

15

16

10 17 17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29 7 29

30

31

7 14OKTOBER 211 2 3

NOVEMBER 7 1 2 3 • 11 12 13 14 288 9 10 8 • 9 10 15 16 17 18 19 20 21 15 16 17 22 23 24 25 26 27 28 22 23 24 29 30 31 29 30 4

5

6

4

5

6

prvi sesalci

11 12 13 14 18 19 20 21 25 26 27 28

Zadnjih šest ur prve zapletene celice nastanek življenja na Zemlji

prvi primati prve človeku podobne opice

21.00 prvi človečnjaki 22.30 prvi človek 23.50 prvi sodobni človek 23.59 ljudje poselijo ves svet

Zadnje pol minute

Kdaj se razvije življenje?

Planeti so se postopno ohlajali in vsaj na enem od njih so se ustvarile ravno pravšnje razmere za čudež brez primere – nastanek življenja. Sprva zelo preprosta živa bitja so sčasoma postajala vse bolj zapletena in nekega dne so začela strmeti v zvezdno nebo in se spraševati: »Kako je vse skupaj nastalo?« ?

Zakaj pravimo, da je nastanek življenja čudež? Ali je res?

23:59:30 konec zadnje ledene dobe 23:59:37 začetek poljedelstva 23:59:45 prve civilizacije 23:59:59 novi vek

Zadnje pol sekunde

23:59:59.50 izum parnega stroja 23:59:59.75 prvi polet z letalom 23:59:59.90 pristanek na Luni 23:59:59.99 tvoj 10. rojstni dan

9

Obravnava nove snovi

Napovednik Naravoslovje se je v letošnjem letu razdelilo na biologijo, kemijo in fiziko − predmete, pri katerih bomo v naslednjih dveh letih na različne načine spoznavali svet okoli nas. Pri fiziki bomo letos spoznali vesolje, gibanje in medsebojno delovanje teles v vesolju in najpomembnejši koncept – energijo.

Surfaj

7

13 3 20 10 27 17

Kaj je bilo na začetku?

? 8

Kaj se je v začetku dogajalo z oblakom plina in prahu, iz katerega je nastalo Osončje?

Zakaj bolj zaupamo znanstveni razlagi razvoja vesolja kot različnim bajkam in mitom?

pojav fotosinteze 6

29 30 Veliki škrip Nekatere teorije razvoja vesolja napovedujejo, da se bo vesolje v prihodnosti začelo krčiti in se na koncu skrčilo v točko. To dogajanje, ki naj bi spominjalo na veliki pok, zavrten nazaj v času, slikovito imenujejo veliki škrip (angl. Big Crunch).

Razmisli

Pred približno 5 milijardami let se je začel nek oblak plina in prahu, ki je nastal po eksploziji velike stare zvezde, v eni od galaksij krčiti in vrteti. Zaradi vrtenja se je postopno sploščil v disku podobno obliko. Na sredini se je zbrala večina snovi in ko se je dovolj segrela, je zažarela kot majhna zvezda – naše Sonce. V istem času se je tudi v bolj oddaljenih delih oblaka začela kopičiti snov in nastali so zametki planetov.

JANUAR •1

1. Koliko je po naših ocenah staro vesolje? 2. Kdaj se je na Zemlji pojavilo življenje? 3. Poišči kakšno bajko ali mit o nastanku sveta. 4. Primerjaj bajko o stvarjenju sveta, ki si jo našel, z znanstveno razlago nastanka in razvoja vesolja.

Napoved celotnega poglavja. Na začetku je gotovo smiselno na kratko predstaviti vsebino in namen celotnega poglavja o Vesolju in znanosti. Poudarimo dejstvo, da je vesolje vse kar obstaja okoli nas in da smo vse kar vemo o njem spoznali z opazovanjem − v zadnjih nekaj sto letih to na sistematičen način počne znanost. Pri tem lahko omenimo tudi svetlobo, ki je naš glavni vir informacij o svetu okoli nas. Tekmovanje kdo seže dlje v preteklost? Učence pozovemo, da se domislijo časovno čim bolj oddaljenih dogodkov. Njihove predloge lahko zapisujemo na tablo in jih na koncu časovno uredimo. Zelo verjetno bo kdo omenil veliki pok in s tem prispeval iztočnico za nadaljevanje.

6

Mit o nastanku sveta in znanstvena teorija. Preberemo kratek mit o nastanku vesolja (zelo lep in zanimiv je tudi slovenski mit − Mengeška zgodba). Za tem predstavimo nastanek vesolja, kot ga opisuje standardni model vesolja. Učence spodbudimo k razmišljanju, v čem se ti dve zgodbi med seboj razlikujeta. Pogovor o fenomenu življenja. Učence spodbudimo, da sami povedo, kar že vedo o nastanku in razvoju življenja. Predvidoma bi moralo zadostovati, da nanizane stvari zgolj uredimo in nekoliko dopolnimo. Vsekakor pa spregovorimo tudi o edinstvenosti in neponovljivosti življenja na Zemlji in to povežimo z nastankom Osončja in Zemlje.


Diferenciacija Temo je mogoče obravnavati na zelo različnih ravneh. Brez dvoma je zanimiva, a v podrobnostih mnogo prezapletena, tako da je morda najbolje učence po osnovni obravnavi spodbuditi in napotiti na samostojno iskanje po različnih virih.

Višja raven: lahko se spustimo natančnejšo obravnavo razmer ob začetku vesolja (npr. Kaj so osnovni delci? ), spregovorimo o osnovnih silah in/ali podrobneje obdelamo razvoj življenja in ga poskušamo povezati z biologijo.

Nižja raven: posameznih dogodkov (še posebej manj pomembnih!) podrobno ne opisujemo in časovno opredeljujemo. Kljub temu pa zahtevamo osnovno poznavanje pomembnejših dogodkov, njihovega sosledja in vzročnih povezav.

delovni zvezek str. 5 1.1 Kratka zgodovina časa Naloge na tej strani so namenjene temu, da bi:

• Tvoja starost je okoli pol milijarde sekund. • Starost vesolja je približno pol milijarde milijard sekund. • Vesolje je torej približno miljardokrat starejše od tebe.

• dobil predstavo, kako je nastalo vesolje • vedel, kako je nastalo naše Osončje • poznal zgradbo snovi • razlikoval živo in neživo

1. Prikazan je časovni trak in naštetih nekaj najpomembnejših dogodkov zgodovine vesolja. Razporedi dogodke v pravilnem časovnem zaporedju. nastanek življenja

prvi sodobni človek

prva mnogoceličn a bitja prve galaksije

danes

pred 1 mrd let

pred 5 mrd let

pred 12 mrd let

pred 13,7 mrd let

pred 4 mrd let

Veliki pok

nastanek Osončja

2. Na spodnji sliki je prikazana današnja podoba Osončja. Na kratko opiši nastanek Osončja.

3. Pri kemiji prav zdaj govorite o zgradbi snovi, pri biologiji pa o živem in neživem. V levi stolpec zapiši, kako je zgrajena snov, v desnega pa, kaj je značilno za živa bitja.

snov

lastnosti živega sestavljajo

razmnoževanje

sestavljajo

jedro in

sestavljajo

5

Utrjevanje & nadgradnja V delovnem zvezku so naloge, ki jih lahko uporabimo za utrjevanje in nadgradnjo snovi. Zelo pomembna je zadnja naloga, ki zahteva povezovanje znanja fizike, kemije in biologije. Izkoristimo lahko tudi priljubljenost vsebine in učence spodbudimo k uporabi drugih virov − enciklopedij, TV oddaj in spletnih vsebin.

Zaključek Učencem pojasnimo, da obravnavana tema ni ozko vezana na fiziko, temveč vsebuje različna področja in je del splošne izobrazbe. Prav tako naj se zavedajo, da je naše znanje o vesolju še zelo nepopolno in se sproti dopolnjuje in spreminja.

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju z naslednjimi vprašanji: • Zakaj si upamo trditi, da je vesolje res nastalo na takšen način? • Zakaj so skoraj vsa ljudstva v preteklosti imela svoj mit o nastanku vesolja? • Ali obstajajo tudi druga vesolja?

Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Predlagamo, da se z učenci na kratko se pogovorite o smiselnosti aktivnega učenja in jih spodbudite, da opravijo kar od njih zahteva navodilo. Podobno aktivnost lahko izvedete tudi na članku iz poljudoznanstvene revije.

7

Drugi viri www.kvarkadabra.si www.youtube.com Strnad, J.: Prapok prasnov v tek požene

Medpredmetno BIO: nastanek in razvoj življenja KEM: nastanek in zgradba snovi GEO: nastanek Osončja in Zemlje ZGO: pojav in razvoj človeške civilizacije

Zapomnili si bomo Vesolje je nastalo pred približno 14 milijardami let z velikim pokom. Naše Osončje je staro 5 milijard let − nastalo je iz oblaka prahu in plina. Kmalu zatem se je na Zemlji začelo razvijati življenje.


1.4 Znanost in tehnologija 1 šolska ura

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da je delu • izvedeli, kaj je znanost in kako • izvedeli, kaj proučuje fizika alni zakoni • vedeli, kaj so fizikalne količine in fizik ila • znali zapisovati velika in majhna štev zavedali njenega pomena * spoštovali znanost in se

učbenik str. 18−19 1.4 Znanost in tehnologija

Povzetek

NAŠA GALAKSIJA 1021 m = 100.000 sv. let

Uvodna motivacija Za uvod lahko pokažemo kratek film o velikostih, ki ga najdemo na www.youtube.com (powers of ten). Na film lahko navežemo sekvenco slik v učbeniku.

SREDIŠČE LJUBLJANE 103 m = 1 km

SREDNJA EVROPA 106 m = 1000 km

LUNINA ORBITA 109 m = 1 mio km

OTROK 1m

Katere enote že poznaš in h katerim fizikalnim količinam sodijo?

Kaj proučujeta kemija in biologija?

Ugotovi, kaj proučujejo kemiki in biologi, ter poskušaj ugotoviti, ali to počnejo na enak način kot fiziki.

19

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... V pretekli uri smo izvedeli, da je: − vesolje nastalo z velikim pokom pred približno 14 milijardami let; − današnja snov postopoma nastajala z združevanjem osnovnih delcev; − Osončje nastalo pred približno 5 milijardami let iz oblaka plinov in prahu; − življenje na Zemlji nastalo pred približno 4 milijardami let.

Ali se lahko za znanstvene teorije, ki jih poznamo danes, v prihodnosti izkaže, da niso pravilne?

MRAVLJA 10–3 m = 1 mm

18

Fizika (angl. Physics) je naravoslovna znanstvena veda, ki proučuje naravne pojave in zveze med različnimi fizikalnimi količinami. Fizikalne količine opredeljujejo lastnosti teles in pojavov. Njihovo vrednost podajata mersko število in enota (npr. 2,45 ms ). Zaradi lažjega sporazumevanja fiziki po vsem svetu uporabljajo enake merske enote, ki tvorijo Mednarodni sistem enot. Fizika se predvsem ukvarja z obnašanjem in zgradbo snovi od osnovnih delcev do celotnega vesolja (glej niz slik). Ta spoznanja poskuša strniti v zveze med fizikalnimi količinami, ki jih imenujemo fizikalni zakoni. Pomembno vlogo v fiziki imajo merjenja, s katerimi preverjamo in odkrivamo omenjene zakone.

Razmisli

CELIČNO JEDRO 10–6 m

1.000.000.000.000 1.000.000.000 1.000.000 1.000 100 10 0,1 0,01 0,001 0,000.001 0,000.000.001 0,000.000.000.001

?

S čim se ukvarjajo fiziki?

1. Na kakšem način znanost opisuje svet? 2. Kaj proučuje fizika? 3. Kako zapisujemo zelo velika in majhna števila? 4. V čem se današnja znanost razlikuje od »znanosti« v preteklosti?

Za merjenje razdalj v vesolju običajno uporabljamo enoto svetlobno leto. To je razdalja, ki jo svetloba prepotuje v enem letu in znaša približno 1013 km.

ATOMSKO JEDRO 10–12 m

1012 109 106 103 102 101 10–1 10–2 10–3 10–6 10–9 10–12

Kako bi ti opisal razlike med znanostjo, religijo in umetnostjo pri razlaganju sveta?

KVARKI 10–15 m

T G M k h da d c m µ n p

?

• Trkalnik osnovnih delcev v Ženevi je največja znanstvena naprava na svetu. • Ima več kot 50 km podzemnih rovov in je stal več kot 5 milijard €. • Z njim več kot 2000 znanstvenikov s trki osnovnih delcev proučuje razmere na začetku vesolja.

ATOM 10–9 m

V astronomiji in fiziki se pogosto srečamo z zelo velikimi in zelo majhnimi količinami. Za lažji zapis takšnih količin lahko uporabimo: • desetiške predpone »kilo-«, »mili-« in druge, ki jih zapišemo pred mersko enoto, in/ali 1000 m  1 km 0,001 g  1 mg • desetiški eksponent, s katerim poenostavimo zapis merskega števila: 0,001 g  10–3 g 1000 m  103 m

Ljudje raziskujemo urejenost in smisel sveta na različne načine. Pomembna dejavnost je znanost (angl. Science), ki predstavlja sistematično pridobivanje novega znanja z iskanjem vzorcev in pravil v svetu okoli nas. Znanost sestavljajo posamezne znanstvene vede. Znanstveni način dela vključuje natančno opazovanje, s katerim preverjamo znanstvene domneve in modele. Velikokrat potrjene domneve sčasoma postanejo zakoni, ki tvorijo teorije. Znanstveniki teorije ves čas preverjajo, dopolnjujejo in izboljšujejo.

NOTRANJI PLANETI 1012 m = 1 mrd km

Kako spoznavamo svet?

Velika in majhna števila

tera giga mega kilo hekto deka deci centi mili mikro nano piko

OSONČJE 1015 m = 0,1 sv. let

Ključne besede: • znanost • znanstveni način dela • teorija • merjenja • fizika • merske enote • mednarodni sistem enot • desetiške predpone • desetiški eksponenti

Ponovi

Prva fizikalna peterka (od leve proti desni): Albert Einstein, Galileo Galilej, Isaac Newton, Arhimed in James Clerk Maxwell

NAJBLIŽJE ZVEZDE 1018 m = 100 sv. let

SUPERJATA GALAKSIJ 1024 m = 100 mio sv. let

VIDNI DEL VESOLJA 1027 m = 100 mrd sv. let

kot besedilo, Slikovno gradivo je enako pomebno slik. zato si natančno oglej središčni niz govora PRED BRANJEM: ugotovi, o čem bo MED BRANJEM: primerjaj slike in besedilo slik PO BRANJU: pojasni, kaj prikazuje niz

Od največjega do najmanjšega: Največje (vesolje) in najmanjše (osnovni delci) je neločljivo povezano. Ko zremo v vesolje, opazujemo igro osnovnih delcev, kadar proučujemo osnovne delce, pa spoznavamo zgodovino vesolja.

Znanost je natančno določen način proučevanja sveta okoli nas. Temelji na postavljanju znanstvenih domnev in njihovem preverjanju z opazovanji. Fizika je naravoslovna veda, ki proučuje obnašanje in zgradbo snovi od najmanjših delcev do celotnega vesolja. Za zapis količin uporabljamo desetiške predpone in eksponente.

Kako nastane mavrica? Zakaj je nebo modro? Kaj je svetloba in kaj tema? To so le nekatera vprašanja, ki si jih zastavljamo že od pradavnine. Nekoč si jih je človek razlagal z nadnaravnim, danes pa odgovore o svetu okoli sebe iščemo sistematično. Različne sodobne naprave, računalniki in vesoljska plovila pa nam omogočajo spoznavanje in ustvarjanje novih svetov.

Spoznavanje sveta. Razlago lahko začnemo s provokativnim vprašanjem, kako vemo, vse to kar vemo. Iz debate poberemo nekaj koristnih iztočnic in pojasnimo, da svet okoli nas opisujejo in poskušajo razumeti znanost, religija in umetnost – vsaka na svoj način. Vsi trije načini so enakovredni, vendar nas v trem trenutku zanima znanost, ki sistematično opazuje svet in skuša v njem odkriti določena pravila, vzorce in povezave. Znanstveni način dela. Učencem bo gotovo zanimiva primerjava znanstvenika in detektiva. Preko nje lahko razložimo znanstveni način dela – postavljanje hipotez, opazovanje, potrditev/ovrženje hipotez, zveze, zakoni, teorije.

8

Omenimo, da nobena teorija ni dokončna, da se pogled na svet spreminja (npr. Zemlja kot plošča, Zemlja v središču vesolja, nespremenljivo vesolje ...). Fizika. Učence pozovemo, da naštejejo nekaj znanstvenih ved in povedo, s čim se ukvarjajo. Njihov odgovor v zvezi s fiziko gotovo ne bo popoln. Dopolnimo ga. Pojasnimo vlogo matematike v fiziki, kaj so fizikalne količine in fizikalni zakoni. Sami naj naštejejo nekaj fizikalnih količin, povedo kako jih merimo in v katerih enotah jih zapisujemo. To izkoristimo za zapis velikosti vidnega dela vesolja v metrih in starosti vesolja v sekundah. Zapišimo še velikost in maso vodikovega atoma. Pokažimo, kako poenostavimo zapis.


Diferenciacija Temo je mogoče obravnavati na zelo različnih ravneh. Diferenciacijo izvajajmo predvsem na razumevanju ustroja znanosti (npr. fizika, astronomija) in tega, kaj je »onstran« znanosti (npr. astrologija). Torej principa dvom – preverljiv dokaz.

Višja raven: Učenci naj razumejo, da ima znanost natanko določena pravila. Da so znanstvena spoznanja zgolji izsledki opazovanj, ki pa nikakor niso večna, temeveč so ves čas podvržena preverjanju. Znajo brez težav zapisovati velika in mala števila.

Nižja raven: Učenci naj vedo, da znanost temelji na opazovanjih. Da s fizikalnimi količinami opisujemo lastnosti, s fizikalnimi zakoni pa določena pravila v naravi. Vedo, da velika in mala števila zapisujemo z desetiškimi predponami oz. eksponenti in si pri tem pomagajo s preglednicami.

del. zvezek str. 12−13 1.4a Znanost in bi: na tej strani so namenjene temu, da tehnologija Naloge vedel, kaj je znanost in kako deluje

4. Za lažje zapisovanje zelo velikih in malih števil v znanosti uporabljamo o desetiške des e et etišške ke p predpone redp re dpon one ne in n eksponente. e eks kspo ks spone po one en ntte. e Dopolni manjkajoča polja v preglednici in za vsako predpono zapiši primer ime merr izz vsakdanjega vsa sakd sakd k an njje ega g življenja živvlj ljen enja en j

• • vedel, s čim se ukvarjajo fiziki je • se zavedal pomena znanosti in tehnologi • znal uporabljali desetiške predpone

predpona

oznaka

eksponent

običajni zapis

primer p im pr imer err

giga

G

109

1.000.000.000

GGB, B, vvelikost elikost ttrdega rdega ddiska iska

M

1. Vsaka znanstvena veda mora spoštovati stroga pravila znanstvenega načina dela. Izloči tiste dejavnosti, ki niso znanstvene vede, pa čeprav nekateri menijo drugače. vedeževanje

astrologija

fizika

alkimija

103

biologija

hekto

kemija

10

astronomija

numerologija

geografija

d 10–2

2. Najuspešnejši znanstveniki, med njimi tudi fiziki, za svoje dosežke vsako leto prejmejo Nobelove nagrade. Postavi se v vlogo Marie Currie, ki mora ob prejemu Nobelove nagrade odgovarjati na vprašanja novinarja.

mili

Prosim, če lahko za naše bralce na kratko opišete, s čim se ukvarja fizika.

µ

5. Če želimo meriti različne količine in jih primerjati med seboj, potrebujemo določen sistem merskih enot. Za vsakdanje količine izdelaj svoj merski sistem in trguj s sošolci v različnih merskih sistemih. Kaj opaziš? Na kakšen način fiziki poskušate opisati naravne pojave?

6. Čeprav sta znanost in tehnologija veliko prispevali k razvoju, nista vedno sprejeti z odobravanjem. Povsem po svoji presoji napiši dve pozitivne plati znanosti in tehnologije ter tri negativne plati. Kako veste, da so fizikalni zakoni in teorije pravilni?

prednosti

slabosti

Najlepša hvala za pogovor in uspešno raziskovanje narave še naprej.

3. Izumitelji in inženirji mnoga znanstvena odkritja hitro prenesejo v vsakdanjo uporabo. Naštej tri izume ali naprave, brez katerih bi zelo težko shajal, in na kratko opiši, kako delujejo. izum

7. Marsikdaj imamo o kakšnem znanstvenem odkritju ali izumu zelo slabo mnenje, ker ga je človek zlorabil. Za jedrsko energijo na kratko opiši njeno koristno uporabo in njeno zlorabo. Je slaba že sama po sebi?

delovanje

12

Utrjevanje & nadgradnja V delovnem zvezku so naloge, ki jih lahko uporabimo za utrjevanje in nadgradnjo snovi. Večina nalog je odprtega tipa, tako da lahko pričakujemo precej različne odgovore, kar lahko s pridom izkoristimo za nadgradnjo znanja.

Zaključek Učence za konec ure spodbudimo, da postavijo poljubno (a smiselno) znanstveno domnevo (sploh ni treba, da je fizikalna) in razmislijo, kako bi jo preverili.

13

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju z naslednjim vprašanjem: • Ali je to kar se boš letos učil, sploh pravilno ali se bo morda v prihodnosti izkazalo za napačno? • Ali se je potemtakem sploh smiselno učiti fiziko, kemijo, biologijo ipd.?

Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje, ki od učencev zahteva, da s pomočjo slik poskušajo razkriti vsebino zapisanega. Pojasnimo jim pomen »branja« slik v naravoslovnih vedah.

9

Drugi viri www.youtube.com (powers of ten) Strnad, J.: Iz take so snovi kot sanje

Medpredmetno BIO: kaj pručuje biologija KEM: kaj proučuje kemija ZGO: razvoj znanosti MAT: desetiške potence, pretvarjanje enot

Zapomnili si bomo Znanost je sistematično opisovanje sveta, ki temelji na natanko določenih pravilih. Fizika je znanstvena veda in proučuje obnašanje in zgradbo snovi. Fizkalna spoznanja so zajeta v zakonih in teorijah.


1.4 Znanost in tehnologija 1 šolska ura

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da i in dokritja izum ejši mbn ome • vedeli, kateri so najp lne dejavosti kova razis e ekov člov del bil je • vedeli, da stev sred skih vedno usmerjen v iskanjem pogo ilnih naprav štev oj razv ilo bud spod • da je odkritje elektrike oj razv odkritja spodbujajo * doumeli, da znanstvena njej i prot tudi človeške družbe, a jih je moč uporabiti

učbenik str. 20−21 1.4 Znanost in tehnologija gj seznam V tem poglavju je namenoma izpuščen drugih virih. ključnih besed, ki olajša iskanje po PRED BRANJEM: preglej, o čem bo govora MED BRANJEM: poišči ključne besede izraze PO BRANJU: poišči ustrezne angleške Ključne besede: • poišči jih!

Znanost sistematično preučuje svet in prihaja na ta način do mnogih, za človeka zelo pomembnih znanstvenih odkritij, ki jim izumitelji in inženirji zelo hitro najdejo uporabno vrednost. Z uporabo znanstvenih spoznanj v praktične namene se danes ukvarjajo strojništvo, gradbeništvo, elektrotehnika in druge tehnične panoge.

Povzetek

Človek raziskuje svet okrog sebe, odkar se zaveda. Spoznanja o svetu so ga pripeljala do mnogih odkritij, ki so močno olajšala življenje in spodbudila rast človeštva. Na žalost pa so bila nekatera odkritja zlorabljena in uporabljena tudi proti človeštvu.

Ponovi

1. Kateri so bili prvi človeški izumi in čemu so bili namenjeni? 2. Kdaj se je začel pospešen razvoj znanosti in tehologije? 3. Naštej nekaj novodobnih izumov. 4. Katera je najbolj znana zloraba znanosti v zgodovini?

So bili že praljudje izumitelji?

Naši predniki so že pred več kot milijonom let uporabljali kamen in ogenj. Kasneje so začeli izdelovati preprosta oblačila in zavetišča. Pred približno 10.000 leti je človek odkril, da lahko z ognjem oblikuje železo, baker in druge kovine v različna orodja. Kasneje je izdelal kolo in začel zapisovati znake – razvila se je pisava, ki je omogočila ohranjanje in razširjanje znanja in zamisli. ?

Pomembnejša tehnološka odkritja 1450 1769 1800 1831 1844 1862 1866 1879 1882 1886 1896 1903 1900 1926 1927 1928 1936 1954 1967 1971 1978 1984 1990 1996 2003

tisk (Guttenberg) parni stroj (Watt) električna baterija (Volta) električni generator (Faraday) telegraf (Morse) pasterizacija (Pasteur) telefon (Bell) žarnica (Edison) prva elektrarna (ZDA) avtomobil (Benz) radio (Marconi) letalo (Wright) rentgen (Roentgen) raketa (Goddard) televizija (Farnsworth) penicilin (Fleming) računalnik (Zuse) jedrska elektrarna (Rusija) presaditev srca (Barnard) čip (Hoff) umetna oploditev (Edwards) osebni računalnik (Apple) svetovni splet (CERN) kloniranje ovce (Roslin) človeški genom (ZDA)

Ali je pračlovek znanje in izkušnje pridobival načrtno ali naključno?

Opredeli se

Radioaktivno sevanje, ki nastane pri jedrski eksploziji, ogroža življenje ...

Je jedrska energija po tvojem mnenju koristna ali škodljiva? Utemelji svojo razlago.

Razmisli

1. Kateri novodobni izum se ti zdi najpomembnejši? Zakaj? 2. Bi se dalo preprečiti zlorabe znanosti? Kako?

... medtem ko zelo podobno rentgensko ensko sevanje pomaga reševati življenja. ljenja.

Je znanost lahko škodljiva?

Kaj je nadomestilo roke?

Starodavni gradbeniki so s pridom uporabljali klanec, vzvod in škripec (glej strani 68–71), ki so močno zmanjšali silo, potrebno za premikanje velikih bremen. Moč človeških mišic so najprej nadomestile domače živali, kasneje pa predvsem vodno kolo in mlini na veter. Industrijsko revolucijo ob koncu 18. stoletja je zanetil parni stroj, ki je kmalu po iznajdbi začel poganjati stroje ter prve ladje in lokomotive. Približno sto let kasneje sta ga izpodrinila dizelski in bencinski motor, ki sta omogočila razvoj avtomobilov in letal.

Znanost in tehnologija sta v zadnjih stoletjih močno olajšali življenje. Življenje se je izboljšalo na številnih področjih, še posebej se je izboljšala prehrana, higiena, medicina ter preskrba z vodo in energijo. Zaradi tega se je podaljšala življenjska doba in močno narastlo število prebivalstva (spodnji graf). Žal niso vsi na svetu deležni teh izboljšav. Še huje pa je, da so bila nekatera odkritja (npr. jedrska energija) v preteklosti celo uporabljena proti človeštvu. Zato so ljudje do znanstvenih odkritij (npr. kloniranje, gensko spremenjena hrana) včasih precej zadržani.

Več kot milijarda ljudi nima niti čiste pitne vode.

naraščanje prebivalstva na Zemlji št. ljudi 6 mrd

Analiziraj graf 1. 2. 3. 4. 5.

5 mrd 4 mrd

Kaj prikazuje spodnji graf? Katero časovno obdobje prikazuje? Opiši krivuljo na grafu. Kdaj je človeštvo štelo eno milijardo? Koliko ljudi je na Zemlji danes?

6. Koliko časa traja danes, da človeštvo narase za eno milijardo? 7. Ali lahko iz grafa sklepamo, koliko ljudi bo na Zemlji v prihodnosti? 8. Ali lahko krivulja raste v nedogled?

3 mrd 2 mrd

Kaj je prinesla elektrika?

20

Z industrijsko revolucijo se je začela doba velikih znanstvenih odkritij in izumov. Kot po tekočem traku so si z miz izumiteljev sledili elektromotor, telefon, žarnica, radio, televizija, računalnik, internet in druga odkritja, brez katerih danes ne znamo več živeti. Mnoga so izboljšala izmenjavo informacij, kar je spodbudilo hiter razvoj znanosti in celotne družbe.

Uvodna motivacija Brez kakršnega koli uvoda ali kometarja začnemo uro s posnetkom eksplozije atomske bombe nad Hirošimo. Posnetek najdete na www.youtube.com (litle boy). Nato usmerjamo spontane odzive učencev proti uporabi/zlorabi znanosti.

leto 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

• jedrska energija – energija iz jedrskih reakcij (glej tudi stran 15) • kloniranje – ustvarjanje identične kopije živega bitja v laboratoriju • gensko spremenjena hrana – živila, ki vsebujejo gensko spremenjene organizme (npr. koruza)

21

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... V pretekli uri smo izvedeli, da je: − znanost natančno določen postopek pridobivanja znanja o svetu; − fizika (tudi kemija in biologija) ena od naravoslovnih znanstvenih ved; − predmet zanimanja fizike zgradba in obnašanje snovi; − smiselno velika in mala števila pisati z desetiškimi predponami/eksponenti.

1 mrd

Prvi izumi. Pozovemo učence, naj se v mislih za trenutek vrnejo v prazgodovino in naštejejo prve izume in odkritja. Za vsak izum in odkritje poskušajmo skozi debato ugotoviti, kakšen je bil njegov pomen. Pogovorimo se o tem, zakaj je človek izumljal in odkrival stvari.

Elektrifikacija. Učenci naj si za trenutek zamislijo, kako bi izgledalo njihovo življenje, če ne bi bilo elektrike. Ko skupaj odkrijete pomen elektrike, ne bo težko našteti najpomembnejše električne/elektronske naprave. Vi poskrbite, da bodo na seznamu vse najpomembnejše.

Orodja in stroji. Vprašajmo učence, kako je mogoče, da je človek zgradil piramide v Egiptu, 6400 km dolg obrambni zid na Kitajskem ipd. Ali je to naredil z golimi rokami? S čem si je pomagal? Skupaj ugotovimo, da je človek omejeno moč svojih mišic »ojačal« z različnimi preprostim orodji ali nadomestil z tovorno in vlečno živino. Kasneje je izumil parni stroj in različne motorje na notranje izgorevanje.

Uporaba in zloraba znanosti. Bistvo te teme je odprt razgovor od uporabi in zlorabi znanosti. Pri tem je treba jasno povedati, da znanost sama po sebi ne more biti slaba, temveč so ljudje tisti, ki uporabijo znanost v slabe namene. Trebe ja poudariti tudi dejstvo, da je ljudem znanost precej olajšala življenje, vendar njenih dobrobiti niso deležni vsi ljudje v enaki meri. Poudariti pomen znanja!

10


Diferenciacija Tema bo po vsej verjetnosti pritegnila nekatere bolj tehnične nadušence. Ker tema večinoma preprosta (če izvzamemo moralni vidik znanosti), lahko učenci sami iščejo informacije o zgodovini izumov ipd.

Višja raven: Učenci naj bi se zavedali, da je človekovo raziskovanje in odkrivanje gibalo razvoja. Da se pri odkrivanju novih stvari pojavljajo moralne dileme (npr. kloniranje). Da so ljudje zaradi možnih zlorab pogosto zadržani do novih odkritij.

Nižja raven: Učenci naj bi znali našteti nekaj pomembnejših odkritij. Naj bi vedeli, da so znanstvena odkritja načeloma koristna in izboljšujejo življenje, da pa jih je moč tudi zlorabiti. Znajo navesti kakšen primer zlorabe.

del. zvezek str. 14−15 1.4b Znanstveni bi: na tej strani so namenjene temu, da način dela Naloge vedel, kaj je znanost in kako deluje

5. Da lahko na podlagi meritev sklepamo o določenih pravilih, je treba meritve ustrezno analizirati. Meritve, zapisane v tabeli, prenesi v graf in skušaj v njih najti kakšno pravilo.

• • vedel, s čim se ukvarjajo fiziki je • se zavedal pomena znanosti in tehnologi • znal uporabljali desetiške predpone

Ali je cena pic odvisna od njihove velikosti? Gre za premosorazmerje? 1 do 22 ure

opazovanje

iskanje pravil

vraževerje merjenje

premer pice (cm)

slepo zaupanje

dvom

NE

PIZZE – KLASIÿ Mala

1. Znanost pomeni sistematično pridobivanje znanja po natančno določenih pravilih. Prečrtaj besede, ki ne sodijo v znanstveni način dela.

NAVADNA pelati, sir, gobe,

dokazovanje

Velika (36 cm)

Ogromna (38 cm)

6,50 €

8,25 €

9,20 €

5,00 €

6,50 €

8,25 €

9,20 €

5,00 €

6,50 €

8,25 €

9,20 €

5,00 €

6,50 €

8,25 €

9,20 €

o

pelati, sir, origan

ROMANA

, origano

pelati, sir, šunka

pelati, mozzarela,

ugibanje

gauda, gorgonzola,

pelati, sir, gobe,

šunka, artičoke,

S HRENOVKO

cena (€) Bi bilo morda smiselno ceno primerjati s kakšno drugo količino? Katero?

5,00 €

8,25 €

9,20 €

6,50 €

8,25 €

9,20 €

i

o, gobe, feferon

na salama, origan

pelati, sir, pikant

3. Znanstveniki z opazovanjem iščejo vzorce in pravila v svetu okoli nas in jih poskušajo oblikovati v zakone. Natančno si oglej kakšno »akcijsko« risanko in poskušaj odkriti vsaj tri pravila, ki v resničnem svetu ne veljajo.

9,20 €

6,50 €

origano

5,00 €

PIKANTNA

8,25 €

6,50 €

beluši, origano

ka, jajce, gobe,

pelati, sir, hrenov

origano

kisla smetana

5,00 €

CAPRICIOSA

2. Znanstveniki si zastavljajo različna preverljiva znanstvena vprašanja in iščejo odgovore nanje. Zastavi si vsaj eno vprašanje o naravnem pojavu na sliki, ki bi se ga dalo z raziskavo preveriti.

Srednja (32 cm)

5,00 € šunka, origano

MARGHERITA

4 SIRI

preverjanje

(28 cm)

Zakaj so kraterji različno veliki?

Površje Lune je posejano z različno velikimi kraterji. Z raziskavo ugotovi, zakaj so kraterji različno veliki? Raziskovalno vprašanje: Od česa je odvisna velikost kraterjev?

Risani junaki lahko brez težav hodijo po zraku, vendar le, dokler se tega ne zavedajo.

Hipoteza:

Postopek merjenja:

4. Znanstveniki pogosto preverjajo znanstvena vprašanja z natančno načrtovanimi meritvami in opazovanji. Zapiši, kako bi preveril, ali telesa res padajo čedalje hitreje.

Meritve:

Ugotovitev: 14

Utrjevanje & nadgradnja V delovnem zvezku so naloge, ki bodo učence popeljale v osnove znanstvenega dela in jih lahko uporabimo za utrjevanje snovi. Večina nalog je odprtega tipa, tako da lahko pričakujemo precej različne odgovore, kar lahko s pridom izkoristimo za nadgradnjo znanja.

Zaključek Učencem pojasnimo, da večina naštetih stvari velja tudi za druge znanstvene vede, ne le za fiziko. Skupaj z učenci naštejmo področja, kjer je fizika koristna (šport, medicina, gradbeništvo, strojništvo in mnoge druge tehnične panoge).

15

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju, ki naj bo tokrat moralno obarvano, z naslednjim vprašanjem: • Kaj naj naredi znanstvenik, če odkrije nekaj novega, kar je lahko zelo koristno ali pa tudi zelo škodljivo za človeštvo?

Drugi viri www.inventors.about.com

Medpredmetno Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Predlagamo, da se z učenci na kratko se pogovorite o pomenu ključnih besed za iskanje dodatnih informacij. Pri tem si lahko pomagate z primerom vpisovanja ključnih besed v spletne brskalnike (npr. google, najdi.si ipd.)

11

BIO: razvoj vrst, pasterizacija, penicilin KEM: dinamit, umetne snovi, DNA ZGO: industrializacija

Zapomnili si bomo Ljudje že od prazgovodine izumljamo in odkrivajo različne stvari, ki nam lajšajo življenje. Žal pa imajo le malo koristi od odkritij ljudje v najrevnejših delih sveta. Včasih odkritja uporabimo celo proti sebi.


2.1 Medsebojno delovanje

bi učenci znali: Ta učna enota je namenjena temu, da povzroči drugo telo • pojasniti, da spremembo na telesu jeta druga na drugo delu • opisati delovanje dveh teles, ki vanje z glagoli delo o njen ati • poimenovati silo in opis povzroči na sila jo ki ba, mem spre je • pojasniti, kako sile telesu, odvisna od smeri in velikosti iti sliki in besedilu) * brati z razumevanjem (sled pretirati rezultate inter in us posk * izvesti preprost na različne načine a nanj spoz in i misl e svoj ati * izraž

1 šolska ura učbenik str. 34−35 2.1 Medsebojno j okrog središčnega niza delovanje V tem poglavju se vse vrtiza razumeva nje razlage.

Povzetek

Telo se nikoli samo od sebe ne začne ali neha gibati, ne spremeni hitrosti ali smeri gibanja in svoje oblike. Vedno je povzročitelj neko drugo telo. Tovrsten vpliv med telesi opisujemo s silami, ki so lahko različno velike in različno usmerjene.

fotografij, ki je ključen slik PRED BRANJEM: oglej si središčni niz besedilo MED BRANJEM: primerjaj slike in ustrezno na slika PO BRANJU: pojasni, kaj prikazuje posamez

Ključne besede: • delovanje med telesi • sprememba gibanja • sprememba oblike • sila

Ponovi

Se stvari dogajajo same od sebe?

Finale svetovnega prvenstva v nogometu se je tudi po podaljšku končalo z neodločenim izidom. Pred nami so enajstmetrovke. Prvi strelec jemlje zalet ... Z vso močjo brcne žogo z bele točke, vratar se je odrinil v pravo smer, vendar ni mogel ustaviti strela, je pa nekoliko preusmeril let žoge ... Bo žoga končala v mreži? Množici je zastal dih ... Žoga se od vratnice odbije v gol in zatrese mrežo! Gooool!

Poglejmo dogajanje še v počasnem posnetku. Nogometaš je žogo z bele točke brcnil proti golu, vratar ji je s svojim posredovanjem spremenil smer, vendar se je žoga od vratnice odbila v gol in se ustavila v mreži. Na gibanje žoge so vplivali nogometaš, vratar, vratnica, mreža in celo Zemlja. Iz vsakdanjih izkušenj vemo, da se telesa ne začnejo gibati sama od sebe in tudi ne spreminjajo smeri kar tako. Povzročitelj sprememb je vedno neko telo v bližini. Pri strelu na gol je žogo v gibanje spravila noga, vratar in vratnica sta ji spremenila smer, ustavila pa jo je mreža. ?

Ima delovanje smer in velikost?

Oglejmo si delovanje med telesi nekoliko podrobneje. Če bi nogometaš žogo zadel z večjo silo, bi ta proti golu poletela z večjo hitrostjo. Iz tega sklepamo, da lahko telesa različno močno delujejo druga na drugo, kar se odraža na večji ali manjši spremembi gibanja. A tudi smer je pomembna: če bi nogometaš zadel žogo pod malce drugačnim kotom, bi žoga poletela mimo gola in naslov svetovnega prvaka bi šel po zlu. Vidimo, da lahko telesa delujejo na druga telesa v različni smeri, kar se pozna na smeri gibanja.

Kako se na letu žoge pozna vpliv Zemlje?

žoga se ustavi v mre

ži

1. Kaj povzroči spremembo gibanja telesa? 2. Kaj opisujejo sile? 3. Kako prepoznamo delovanje sile?

Razmisli

Kako bi izgledal svet, če telesa ne bi mogla delovati druga na drugo?

Odgovori

1. Deklica skoči na ponjavo trampolina. a) Po kateri spremembi prepoznaš delovanje deklice na ponjavo trampolina? b) Po kateri spremembi prepoznaš delovanje ponjave trampolina na deklico? 2. Kateri od besed ne opisujeta delovanja s silami? držanje, vlečenje, raztezanje, zvijanje, opazovanje, stresanje, privijanje, razmišljanje, pritiskanje 3. Dragocena vaza pade na tla in se razbije. Spremembo oblike je povzročila: a) sila vaze b) teža vaze c) sila tal 4. Oglej si sliko in naštej sile na: a) rumeno knjigo b) modro knjigo c) zeleno knjigo 5. Oglej si slike in nariši sile ljudi na predmete.

r žoga spremeni sme

žoga leti proti golu

žoga miruje na beli

točki

Kaj so sile?

Razišči vpliv med telesi Naredi nekaj preprostih poskusov, s katerimi boš raziskal medsebojni vpliv različnih teles. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 24.

Ko mreža ustavi žogo, opazimo še nekaj – žoga je za trenutek spremenila obliko mreže. Tudi nogometaš je v trenutku, ko je zadel žogo, žogi za hip nekoliko spremenil obliko. Vidimo, da lahko telo s svojim delovanjem spremeni tudi obliko drugega telesa. Vse skupaj lahko strnemo v ugotovitev:

? !

34

Potiskanje, vlečenje, metanje, dvigovanje, upogibanje, pritiskanje, stiskanje, ... so vsakdanji primeri delovanja med telesi. Delovanje enega telesa na drugo, ki povzroča spremembo gibanja in/ali oblike, opiše sila (angl. force). Sil ne vidimo, lahko pa jih prepoznamo po učinkih na telo, saj, kot smo že ugotovili, povzročajo: • spremembe gibanja, • spremembe oblike. Sile označujemo s črko F in smiselno poimenujemo, npr. sila žogice na lopar. Za boljšo predstavo jih pogosto tudi narišemo (več o tem na straneh 46–47). Če naj sile opisujejo delovanje med telesi, jim moramo pripisati velikost in smer.

Telo lahko deluje na druga telesa v bližini in jim spremeni gibanje in/ali obliko.

Uvodna motivacija Lahko začnemo, kako je nogometaš dal gol. Učenci bodo znali sami pojasniti, zakaj je do tega prišlo. Ob tem se pogovorimo, kako pomembno je v katero smer igralec brcne žogo, pa tudi kako močno jo brcne. Ob tem se lahko v klopi poigrajo z žogico za namizni tenis (ta je zelo primerna, ker je skoraj neslišna, hkrati pa se učenci z njo ne morejo poškodovati). Ugotovijo, da je smer gibanja žogice odvisna od smeri delovanja roke nanjo.

Opiši p slike

1. Opiši dogajanje na 1 posamezni sliki. 2. Katera beseda opisuje uje medsebojno delovanje? anje?

35

Obravnava nove snovi

Napovednik Na kratko predstavimo vsebino in namen poglavja o Silah in gibanju. Poudarimo dejstvo, da so vsi pojavi v vesolju (tudi snov!) povezani s silami.

Ozri se okrog sebe in naštej nekaj primerov delovanja med telesi s silami. Po čem si jih prepoznal?

Spremembo na telesu povzroči drugo telo. Snov lahko obravnavamo s pomočjo slik v učbeniku ali pa izvedemo kakšne preproste eksperimente. (deformacija ali kotaljenje žogice). Učenci naj bi spoznali, da spremembe na telesu povzroči drugo telo, ki nanj deluje ob dotiku ali tudi na daljavo (npr. Zemlja). Spremembo na telesu opišejo kot spremembo gibanja ali oblike. Pri tem pojasnimo, kdaj gre za spremembo oblike in kdaj za spremembo gibanja. Ob zaporedju slik v učbeniku ni težko opisati vzajemnega delovanja dveh teles. (žoga in noga, žoga in roka, žoga in mreža). Učenci lahko samostojno rešijo 1. nalogo v delovnem zvezku. Izvedejo eksperiment s frnikolo.

12

Delovanje telesa na drugo telo opiše sila. Učenci lahko na osnovi izkušenj povedo, kako je smer gibanja žogice odvisna od sile prsta, ki deluje nanjo. Ob drugi risbi v učbeniku lahko vpeljemo in pojasnimo pojem sile. Lahko jih opozorimo tudi na slovarček na koncu učbenika. Pojasnimo poimenovanje sile. Z učenci se pogovorimo o smeri delovanja sile noge na žogo. Prav tako se lahko pogovorimo, kaj pomeni za gibanje žoge, če močneje brcnemo žogo, če torej na žogo delujemo z večjo silo. Učenci bolje razumejo, če na tablo narišemo skico in ob njej razlagamo. O merjenju velikosti sil učenci načeloma še nič ne vedo, zato sile samo narišemo tako, da večjo silo rišemo z daljšo usmerjeno daljico.


Diferenciacija Višja raven: Učenec naj bi znal sam izbrati primer iz vsakdanjega življenja, kjer dve telesi delujeta druga na drugo in si povzročata spremembe. Primer opiše s silami (smer, način delovanja, spremembe, ki jo sila enega telesa povzroči na drugem in obratno).

Temo je mogoče obravnavati na zelo različnih ravneh. Od boljših učencev pričakujemo, da bodo razumeli tudi »filozofsko« ozadje medsebojnega delovanja, od šibkejših učencev pa pričakujemo predvsem »tehnično« poznavanje in delovanja med telesi.

Nižja raven: Ob konkretnem primeru zna poimenovati spremembo na telesu (gibanje, oblika) in poimenovati telo, ki je povzročilo to spremembo. V opisanem primeru medsebojnega delovanja dveh teles poimenujejo sili, s katerima telesi delujeta druga na drugo.

del. zvezek str. 24−25 2.1 Medsebojno j delovanje Naloge na tej strani so namenjene temu, da bi:

3. Sile imajo, tako kot delovanje, med telesi smer in velikost, kar si pogosto ponazorimo s puščicami. Na spodnjih slikah s puščicami označi smer sile roke na orodje. V kateri smeri pa deluje sila orodja na roko? puščic

drugo telo • vedel, kdaj eno telo deluje s silo na silo • znal ustrezno poimenovati določeno jo sile • vedel, kakšne spremembe povzroča

1. Telesa lahko delujejo na druga telesa v okolici in jim s tem spreminjajo obliko in/ali gibanje. Za vsako izjavo zapiši, kaj se je spremenilo izbranemu telesu (zapisano poševno) in katero telo je to povzročilo. dogodek

sprememba

telo, ki je povzročilo spremembo

Lokostrelec napne lok.

4. Sile, s katerimi delujejo telesa druga na drugo, so lahko različno velike, kar lahko opazimo po učinkih. Za vsak par slik presodi, v katerem primeru je sila človeka na telo večja. Večje sile označi z daljšimi puščicami.

Bela biljardna krogla trči v črno kroglo. Igralec bejzbola s kijem odbije žogico. Vaza pade na tla in se razbije.

Razišči vpliv enega telesa na drugo

Naloga: ugotovi, kakšni so učinki delovanja med telesi. Potrebščine: dve frnikuli, kepa vate in puščica 1. Frnikulo zakotali proti kepi vate, za katero naj stoji puščica. Kaj se zgodi z vato? 2. Frnikulo zakotali proti drugi mirujoči frnikuli. Kaj se zgodi z drugo frnikulo? 3. Sošolec naj zakotali svojo frnikulo, ti pa jo poskušaj zadeti s svojo. Kaj se zgodi s sošolčevo frnikulo? Ugotovitve: na podlagi zgornjih treh poskusov zapiši, kakšni so učinki delovanja enega telesa na drugo. 1.

2.

Preveri doseg sil

3.

Naloga: ugotovi, ali obstajajo tudi sile na daljavo. Potrebščine: magnet, sponke za papir, balon, robček 1. Sponkam za papir se najprej približaj s prstom, nato jih s prstom nalahno potisni. Kaj opaziš? 2. Sponkam za papir se najprej približaj z magnetom, nato se jih še dotakni. Kaj opaziš? 3. Natrgaj robček na majhne koščke in mu približaj z balon. Balon podrgni ob majico in se z njim znova približaj papirčkom, nato se jih še dotakni. Kaj opaziš? Kaj se je pri drgnjenju zgodilo z balonom?

2. Delovanje enega telesa na drugo, ki povzroča spremembo oblike in/ali gibanja, opišemo s silo. Za vsako telo,s katerim so v stiku ljudje na sliki, izberi eno silo, ki deluje nanj. Silo poimenuj in zapiši njen učinek na telo.

Ugotovitve: na podlagi zgornjih poskusov označi, kakšen je doseg posamezne sile. Kaj pa teža? sila roke: ob dotiku/na daljavo magnetna sila: ob dotiku/na daljavo električna sila: ob dotiku/na daljavo teža (gravitacijska sila): ob dotiku/na daljavo 24

Utrjevanje & nadgradnja Za utrjevanje in ponavljanje so primerne naloge v delovnem zvezku. Utrjevanje je lahko sprotno, ob razlagi posameznega cilja rešujejo ustrezno nalogo v delovnem zvezku ali učbeniku. Lahko pa se najprej obravnava celotna snov in šele nato rešujejo učenci naloge v delovnem zvezku ali učbeniku.

Zaključek Z učenci se pogovorimo o našem medsebojnem delovanju s telesi, ki se nas dotikajo, jih vidimo ali se jih zavedamo (Zemlja). Delovanje drugih teles na nas čutimo. Pri sedenju za mizo čutimo delovanje Zemlje, tal, stola, mize ...

25

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju z vprašanjem v učbeniku: • Kako bi izgledal svet, če telesa ne bi mogla delovati druga na drugo? Pričakujemo lahko zelo različne odgovore, tako po vsebini kot po globini, kar lahko izkoristimo za širšo razpravo o silah.

Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje, ki so ga že enkrat srečali. Učencem pojasnimo, da lahko slika pogosto pove več kot daljša razlaga in da si lahko na osnovni slik na hitro ugotovimo vsebino zapisanega. Pojasnimo jim pomen slik v naravoslovnih vedah.

13

Drugi viri www.znanost.googlepages.com/ nogometnafizika

Medpredmetno ŠV: športne igre KEM: zgradba snovi

Zapomnili si bomo Spremembo oblike ali gibanja telesa vedno povzroči neko telo v okolici. Takšen vpliv med telesi opisujemo s silami, ki jih opredeljuje smer in velikost (kmalu bomo izvedeli, da je pomembno tudi prijemališče sile).


2.1 Medsebojno delovanje

bi učenci znali: Ta učna enota je namenjena temu, da i, ki delujeta ob dotiku • opisati 3. Newtonov zakon za teles o ob dotiku in sam jejo • razlikovati med silami, ki delu vo dalja na in u dotik silami, ki delujejo ob enovati sile, poim nja življe ega danj vsak iz • na primeru ki delujejo na opazovano telo iti sliki in besedilu) * brati z razumevanjem (sled pretirati rezultate inter in us posk * izvesti preprost na različne načine a nanj spoz in i misl e svoj ati * izraž

1 šolska ura učbenik str. 36−37 2.1 Medsebojno bojno vsak naslovi niso v obliki vprašanj, čeprav delovanje Tokrat ključnih idej. od njih prinaša odgovor na eno od

obliko PRED BRANJEM: prepiši naslove v vprašalno vprašanja MED BRANJEM: išči odgovore na ta jih komu pojasni PO BRANJU: zapiši ključne ideje in

Ključne besede: • vrste sil • sile ob dotiku • sile na daljavo • 3. Newtonov zakon • zakon o vzajemnem delovanju sil

sile ob dotiku

Vrste sil

Žoga se premakne le, če se je dotaknemo, in tudi vratar ne more kar na daljavo preusmeriti leta žoge. Takšnim silam pravimo sile na dotik. Vendar vse sile niso takšne. Zemlja žogo med letom vleče navzdol, čeprav nista v stiku. Podobno se tudi sponka za papir premakne, če se ji z magnetom dovolj približamo. Gravitacijska, magnetna in električna sila (več o njih kasneje) delujejo tudi, kadar se telesa ne dotikajo, zato jih imenujemo sile na daljavo. !

Povzetek

Vzajemno delovanje

Nogometna žoga deluje na mrežo in mreža deluje na žogo. Lopar deluje na žogico in hkrati tudi žogica deluje na lopar. To ni naključje, temveč je vsako delovanje med dvema telesoma obojestransko. Sile, ki opisujejo delovanje med telesi, tako vedno nastopajo v parih. Še bolj zanimivo je, da so sile v parih nasprotno enake. To opisuje 3. Newtonov zakon ali zakon o vzajemnem delovanju sil, ki pravi: Če eno telo deluje na drugo z neko silo, deluje drugo telo z enako veliko, a nasprotno usmerjeno silo na prvo telo. !

Sile lahko delujejo ob dotiku ali na daljavo. Delovanje med telesi je obojestransko, zato sile vedno nastopajo v v parih, pri čemer so nasprotno enake.parih. Nas običajno zanimajo le sile okoliških teles na izbrano telo.

Ponovi

1. Ali se morajo telesa za delovanje druga na drugo dotikati? 2. Naštej sile na košarkaško žogo pri metu, med letom in pri prehodu skozi obroč. 3. Kaj pomeni izjava »sile vedno nastopajo v parih«? 4. S svojimi besedami raloži bistvo zakona o vzajemnen delovanju sil.

Razmisli

Kako bi izgledal met na koš, če gravitacijska sila ne bi delovala na daljavo?

3. Newtonov zakon: Telesi delujeta drugo na drugo z enako velikima in nasprotno usmerjenima silama.

Odgovori

sila žogeo na mrež

Nekatere sile delujejo le ob dotiku, določene pa lahko delujejo tudi na daljavo. že sila mre go na žo

sile na daljavo

1. Katera izmed naštetih sil ne deluje na daljavo? a) magnetna sila b) električna sila c) sila tal 2. Tina se s sanmi spusti po zasneženem klancu. Naštej vse sile, ki delujejo na: a) sani, b) Tino. 3. Kateri sili opisujeta medsebojno delovanje knjige na knjižni polici in knjižne police? a) teža knjige in teža police b) sila knjige na polico in sila police na knjigo c) teža knjige in sila police na knjigo 4. Lokomotiva vleče dva vagona. Nariši skico in opiši medsebojno delovanje: a) lokomotive in prvega vagona, b) prvega in drugega vagona.

Pojasni

V vesolju obstajajo štiri osnovne sile: gravitacijska, elektromagnetna, šibka in močna jedrska sila. Jedrski sili ustvarjata različne atome, elektromagnetna različne snovi, gravitacijska sila pa zvezde in galaksije.

Preveri doseg sil Naredi nekaj preprostih poskusov, s katerimi boš preveril doseg različnih sil. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 25.

Ker nas običajno zanima le določeno telo, upoštevamo le tisto silo iz para, ki deluje nanj. Oglejmo si to na primeru voza, ki ga vleče osliček.

1. Mojster karateja s pravilno izvedenim udarcem prelomi opeke (glej sliko levo zgoraj). Zakaj bi tebe pri podobnem poskusu (razen, če nimaš črnega pasu) pošteno zabolela roka? 2. Gal poskuša v copatih iz blaga potisniti težko omaro. Omara ostane pri miru, medtem ko on zdrsne nazaj. Pojasni, kako je to mogoče.

opazovano telo

Sile na izbrano telo

sila oslička

Deluje lopar na žogico ali žogica na lopar? V resnici delujeta drug na drugega. Ker pa nas eno telo običajno bolj zanima, opišemo le sile, ki delujejo na to telo. Temu telesu pravimo opazovano telo, vsemu ostalemu pa okolica. Recimo, da nas zanima lopar. Ob udarcu nanj deluje žogica, ob njej pa še roka, ki ga drži, in Zemlja, ki ga vleče proti sebi. Sile, ki delujejo na lopar, so: sila žogice, sila roke in teža (sila Zemlje). Če namesto loparja izberemo žogico, sta sili dve: sila loparja in teža. ? 36

Primerjaj sile na lopar s silami na žogico. Kaj opaziš?

Uvodna motivacija Ob ogledu slike v učbeniku (mojster karateja) ali videoposnetka z www.youtobe.com (brick brake), kako bi bilo, če bi mi takole udarili po opeki. Lahko tudi narahlo, da nas ne zaboli. Morda kateri od učencev trenira karate in bo rade volje pojasnil/pokazal (samo demonstracija) dogajanje ostalim učencem. Novo temo lahko načnemo z vprašanjem: s kolikšno silo deluje opeka na mojstra – z manjšo, enako ali večjo kot mojster na opeko?

Osliček deluje na voz s silo v smeri, v kateri se giblje. Voz deluje na oslička z enako veliko silo v nasprotni smeri. Zemlja deluje na voz s silo teže navpično navzdol. Voz deluje na Zemljo z enako veliko silo navpično navzgor. Voz deluje na tla navpično navzdol in tla delujejo na voz z enako silo navpično navzgor.

Če je naše opazovano telo voz, se zanimamo le za sile, ki jih druga telesa iz okolice izvajajo nanj. Te sile so: • sila oslička v smeri vleka, • sila Zemlje (teža) navpično navzdol in • sila tal navpično navzgor.

Občuti 3. Newtonov zakon S prijateljem si nataknita rolerje in na igrišču preverita zakon o delovanju sil. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 26.

37

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... V skodelo z moko spustimo z določene višine frnikolo ali kamen. Opišemo medsebojno delovanje moke in frnikole. Poimenujemo sile in spremembe.

sila Zemlje sila tal

Opis 3. Newtonovega zakona. Za boljše razumevanje, je najbolje najprej opisati medsebojno delovanje dveh teles, ki delujeta med seboj ob dotiku in to na konkretnem primeru. Vsak od učencev naj s prstom pritisne na mizo. Če učenci močneje pritisnejo, občutijo tudi večjo silo mize. Na tablo narišemo skico prsta in mize in označimo sile. Učenci povedo, da sta sili po velikosti enaki, po smeri pa nasprotni. Opišemo 3. Newtonov zakon. Ob tem si lahko ogledamo razlago in sliko v učbeniku na strani 37. Sedaj lahko razložimo tudi medsebojno delovanje na daljavo. Za primer vzamemo sistem Zemlja-Luna. Delovanje Lune na Zemljo lahko pojasnimo z »opletanjem« Zemlje (tako odkrivamo planete!).

14

Doseg sil. Učenci bodo sami raziskali način delovanja sile s pomočjo eksperimentalnega dela v delovnem zvezku. POZOR: sile na daljavo delujejo tudi ob dotiku! Opazovano telo in okolica. Učenci naj najprej poimenujejo telesa, ki delujejo na opazovano telo. Ne bo jim težko našteti teles, ki jih vidijo. Največkrat pozabijo Zemljo, zato je najbolje, da kot prvo telo napišejo Zemljo, potem pa vsa ostala telesa. Na ta način bodo res razumeli, da je povzročitelj sile telo. Nekaj primerov lahko naredimo skupaj in se lahko z učenci pogovarjamo. Učenci lahko rešijo 2. nalogo v delovnem zvezku.


Diferenciacija Verjetno bo učencem največ težav povzročal prehod z medsebojnega delovanja na opis sil okolice na izbrano telo. To je ključnega pomena za nadaljnje delo, zato naj bi vsi učenci znali ločiti izbrano telo in okolico ter prepoznati sile okolnih teles na izbrano telo.

Višja raven: Učenec naj bi znal sam na konkretnem dogodku iz vsakdanjega življenja (na telo deluje več teles) poiskati vse pare sil, ki delujejo po zakonu o vzajemnem učinku. Na opisanem primeru si izbere telo in zna poimenovati sile, ki delujejo na opazovano telo.

Nižja raven: Ob konkretnem primeru zna opisati medsebojno delovanje dveh teles, ki se dotikata. Če je narisana sila, s katero prvo telo deluje na drugo, znajo narisati silo, s katero drugo telo deluje na prvo. Zna poimenovati sile, ki delujejo na izbrano telo (največ dve!) in ugotoviti ali delujejo ob dotiku ali na daljavo.

del. zvezek str. 26−27 2.1 Medsebojno j delovanje Naloge na tej strani so namenjene temu, da bi:

3. Sile vedno nastopajo v parih – če eno telo deluje na drugo, tudi drugo telo deluje na prvo z enako veliko silo. Na slikah so že označene označe sile enega telesa na drugo. Označi tudi silo drugega telesa na prvo in jo opiši.

drugo telo • vedel, kdaj eno telo deluje s silo na silo • znal ustrezno poimenovati določeno jo sile • vedel, kakšne spremembe povzroča

Vrv vleče zgornjo utež.

1. Sile lahko delujejo ob dotiku ali pa tudi na daljavo. Za spodnje pojave ugotovi, katera sila jih je povzročila, in navedi doseg te sile.

Roka udari po opeki. Glava odbije žogo. Spodnja utež vleče vrv.

Katera vrv je bolj obremenjena? Zakaj? Hokejist odrine nasprotnika.

2. Pri določanju sil na telo izberemo opazovano telo in preverimo, katera telesa iz okolice delujejo nanj. V spodnjih primerih so opazovano telo otroci. Naštej telesa, ki s silo delujejo nanje, in poimenuj omenjene sile.

Laks vleče ribo.

Občuti 3. Newtonov zakon

Naloga: preveri, kakšne zakonitosti veljajo za medsebojno delovanje ovanje dveh teles. opazovano telo

telo iz okolice, ki deluje na opazovano telo

sila, s katero deluje telo iz okolice na opazovano telo

rv (2 m) Potrebščine: sošolec (približno iste mase), dva para rolerjev, vrv 1. S sošolcem si obujta rolerje. Vsak naj prime za prosti konec vrvi. mo ti 2. S kredo zarišita svoj položaj, previdno napnita vrv, nato samo za hip nalahno povleci. Kaj opazita? 3. Ponovita korak 2, le da drugič povleče le sošolec, tretjič pa oba hkrati. Ugotovitve:

4. Sile sicer vedno nastopajo v nasprotno enakih parih, a le ena od obeh sil je lahko sila na opazovano telo. Na levi sliki označi vsaj tri pare sil, na desno sliko pa preriši le tiste sile, ki delujejo na omaro.

27

26

Utrjevanje & nadgradnja Za hitro ponovitev in preverjanje osvojenega znanja so v učbeniku primerne naloge v rubriki ODGOVORI. Učenci naj pojasnijo svoje odgovore. Prav tako lahko ustno rešijo 4. nalogo na strani 35. Na vprašanja PONOVI naj odgovore zapisujejo v celih stavkih. Z učenci si v učbniku oglejmo sliki na strani 37 in jih komentirajmo. Učenci lahko rešijo 4. nalogo v delovnem zvezku.

Zaključek Učence spodbudimo k raziskovanju in sodelovanju. Sami opravijo poskus z rolerji in zapišejo ugotovitve.

Kritično mišljenje Vprašanje RAZMISLI v učbeniku spodbuja kritično razmišljanje. Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju tudi z vprašanjem: • Kako bi lahko s pomočjo dveh enakih frnikol preveril 3. Newtonov zakon.

Drugi viri www.sl.wikipedia.org/wiki/Bibavica www.wapedia.mobi/sl/Oseka www.vest.si/2007/09/28/na-luno-22 www.educa.fmf.uni-lj.si/izodel/sola/2002

Medpredmetno Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Z učenci na kratko se pogovorite o tem, da je dobro zastavljeno vprašanje enako pomembno kot odgovor. Če želimo nekaj izvedeti, moramo znati pravilno zastaviti vprašanje.

15

GEO: osončje ŠV: karate, tenis

Zapomnili si bomo Sile vedno nastopajo v nasprotno enakih parih, kar opisuje 3. Newtonov zakon. Nas običajno zanima določeno telo in le sile teles v okolici nanj. Sile lahko delujejo ob dotiku teles, nekatere pa tudi na daljavo.


2.2 Merjenje sil

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da ali dogovor zanjo pozn in silo za o • znali imenovati enot • razlikovali težo in maso i telesa • znali določiti težo telesa pri dani mas oznali večjo od obeh prep a silam ma • med dvema konkretni i erjal prim in i oval * čim bolje opaz rave, izvedbe in analize poskusov * nadgradili veščine prip iranja in predstavitve podatkov * pridobili znanje interpret

1 šolska ura učbenik str. 38−39 2.2 Merjenje j j sil

Povzetek

Katera sila je večja?

o stvari V vsakdanjem življenju pogosto primerjam njimi. in iščemo podobnosti in razlike med s tehtnico PRED BRANJEM: zapiši, kaj izmeriš in težo maso primerjaj MED BRANJEM: med seboj sti med njima PO BRANJU: zapiši razlike in podobno

Kako izmeriti velikost sile, če je še videti ne moremo? Pomagamo si z učinki sil, ki so lepo opazni. Če močno stisnemo prazno pločevinko kokakole, se bo bolj zmečkala, kot če jo stisnemo narahlo. Žoga bo letela hitreje, če jo brcnemo z večjo silo. Večja kot je sila, večjo spremembo gibanja ali oblike telesa lahko povzroči.

Veliki viseči mostovi predstavljajo izjemen tehnološki podvig. Nosilne vrvi morajo nositi celotno težo mostu in vozil na njem. Zato so sestavljene iz številnih jeklenic, s katerimi bi lahko večkrat ovili Zemljo. A kako vnaprej vedeti, koliko jeklenic je potrebno, da bo most zdržal vse obremenitve in da ne bo hkrati pretežek?

Ključne besede: • masa • teža • newton (enota) • velikost sil • merjenje sil • prožno telo

?

V roke vzemi nekaj različnih predmetov in njihovo težo primerjaj s težo manjšega jabolka.

Teža = / masa

Je 100 gramov teža ali masa? V vsakdanjem življenju pogosto zamenjujemo maso in težo, v fiziki pa moramo biti natančni. Zato si zapomnimo: telo ima maso, ki jo podajamo v kilogramih, hkrati pa na telo deluje teža, ki jo merimo v newtonih. Utež ima torej maso 100 g, njena teža pa je približno 1 N. • Masa (angl. mass) je lastnost telesa in je povezana s količino snovi v telesu. Označujemo jo z m in merimo v kilogramih. Masa tega učbenika je približno 0,3 kg in ostaja enaka v vseh delih vesolja. • Teža (angl. weight) je gravitacijska sila na telo in je odvisna od tega, kje je telo. Označujemo jo z Fg. Teža tega učbenika na Zemlji je 3 N, daleč od vseh zvezd in planetov pa bi bila njegova teža enaka nič. V breztežnem prostoru bi učbenik lebdel.

žgečkanje 0,1 N

Masa je lastnost telesa in je povsod enaka, teža je sila na telo in se spreminja z lego.

igranje klavirja 1N

Ker 100-gramska utež in manjša hruška enako raztegneta elastiko, sklepamo, da na elastiko delujeta z enako silo. Ta sila v skladu z dogovorom znaša 1 N.

Kako izmeriti silo?

Na pogled sicer lahko ocenimo, ali je na zmečkano pločevinko delovala velika ali majhna sila, ne moremo pa natančno izvedeti, kolikšna je bila ta sila. Zato je za merjenje sil najbolje izbrati nekaj čim bolj preprostega – primerna je že dovolj močna elastika. Elastika, vzmeti in druge podobne snovi imajo tudi to lastnost, da se po prenehanju delovanja sile vrnejo v prvotno obliko. Takšnim telesom pravimo prožna telesa in so posebej primerna za merjenje sil. Velikosti sil običajno merimo z raztezkom prožnih teles in izražamo v newtonih (N).

dvigovanje uteži 100 N

odpiranje vrat 10 N

Povemo anekdoto o Newtonu in jabolku (njena resničnost je vprašljiva!). Ko je nekega dne sedel pod jablano, mu je na glavo padlo jabolko. Ob tem naj bi se vprašal ali ista sila, ki je »potegnila« jabolko z drevesa na tla, drži v svojem prijemu tudi Luno. Lahko se pogovorimo tudi o izjavi v oblačku.

Kaj je prožno in kaj ne? Za različne vsakdanje predmete ugotovi, ali so prožna telesa ali ne. Podrobna navodila so v DZ na strani 28.

Oceni velikosti sil

S pomočjo prikazanih sil oceni velikosti sil pri stisku roke, nošenju šolske torbe, premikanju računalniške miške, zabijanju žebljev in prostem plezanju ...

vožnja tovornjaka 10 kN

vleka voza 1 kN

vzlet rakete 104 kN

39

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ...

Uvodna motivacija

Ali lahko astronavti v breztežnem prostoru s tehtnico izmerijo svojo maso? Zakaj?

1. Ani tehtnica pokaže 45 kg, torej znaša Anina teža 45 kg. 2. Na potapljača z maso 70 kg deluje Zemlja s silo 7 N. 3. Na Luni imamo manjšo maso kot na Zemlji, medtem ko teža ostane nespremenjena. 4. V breztežnem prostoru je masa astronavta enaka nič.

38

Ob ilustraciji Newtona za jabolkom v učbeniku lahko na hitro ponovimo delovanje sil. Kot opazovano telo si enkrat izberemo jabolko, drugič Newtona. Učenci opišejo sile, hkrati pa ponovijo tudi 3. Newtonov zakon.

Razmisli

Popravi izjave

! !

1. Kako ocenimo velikost sile? 2. Kaj je skupna lastnost prožnih teles? 3. Na kakšen način merimo velikosti sil?

Teža tekača z maso 61 kg znaša ... Masa uteži, ki obremeni vzmet z 2,5 N, znaša ... Kilogramski hlebec kruha Zemlja privlači s silo ...

Nogometaš pri strelu na gol zadene žogo z določeno silo. To naredi po občutku, ki izvira iz dolgoletnega treninga. Pri načrtovanju različnih konstrukcij pa se ne moremo zanašati na občutke in izkušnje, saj so lahko posledice usodne. Znati moramo izmeriti in vnaprej izračunati velikost sil. Za začetek potrebujemo enoto za silo – newton (izg. njutn). Sili z velikostjo 1 N približno ustreza teža 100-gramske uteži. • tisočkrat večja enota je kilonewton (kN) 1 kN = 1000 N = 103 N

Teža na Luni je približno 6-krat manjša kot na Zemlji, medtem ko je masa enaka.

Ponovi

Dopolni izjave

Je velikost pomembna?

Isaac Newton

Večja kot je sila, večjo spremembo gibanja ali oblike povzroči. Velikost sile običajno merimo s prožnimi telesi. Enota za silo je newton. Sili 1 newton približno ustreza teža običajnega zvezka. Masa podaja količino snovi v telesu, teža pa silo na telo.

Velikost sile. Učenci naj preberejo besedilo v učbeniku, pri tem upoštevajo navodila za branje. Pogovorimo se, zakaj je pomembno izmeriti sile ali jih vnaprej izračunati. Učenci naj nanizajo svoje primere (npr. dvigalo, gondola ...). Na tehtnici najprej izmerimo maso 100-g uteži (lahko je tudi plastenka z vodo) in jo nato obesimo na vzmetno tehtnico. Enako naredimo tudi z 1-kg utežjo. Pojasnimo: m = 100g , Fg = 1 N oz. 100g → 1N Učenci naj samostojno rešijo 1. nalogo v delovnem zvezku. Mas in teža. Pogovorimo se o tem, kaj so v zvezi s težo in maso napisali učenci. V učbeniku si ogledamo sliki merjenja teže uteži na Zemlji in na Luni. Pogovorimo

16

se o tem, kako sploh deluje kopalniška tehtnica in kaj v resnici meri. Učenci lahko rešijo 2. nalogo v delovnem zvezku (dva primera lahko rešijo doma). Določanje velikosti sil. Dva učenca naj čim močneje stisneta prazni pločevinki (tekmovanje!), mi pa primerjamo njune sile. Ponovimo poskus, ki je prikazan na strani 39 (hruška in utež). Učenci bodo znali pojasniti, zakaj uporabimo elastiko, ne vrv, kar je lahko iztočnica za opis lastnosti prožnih in neprožnih teles. Pogovorimo se o slikah na dnu strani 38 in 39 nakar učenci rešijo 5. nalogo v delovnem zvezku. Naloga nima natančnih rešitev, namenjena je zgolj temu, da dobijo učenci občutek za velikosti sil.


Diferenciacija Pri tej temi učenci prvič »uradno« izvedo, da sta masa in teža dve različni količini. Učenci ju pogosto enačijo, tako kot to večina počne v vsakdanjem življenju. Pri šibkejših učencih nam verjetno ne bo v celoti uspelo odpraviti te težave.

Višja raven: Učenec naj bi znal določiti težo dane mase in obratno. Ve, da se teža spreminja z lego telesa (ve, kolikšna bi bila njegova masa in teža v breztežnem prostoru). Zna pojasniti, zakaj uporabljamo za merjenje sil prožna telesa.

Nižja raven: Učenec zna poimenovati enoti za maso in silo. Opiše smer teže. Zna določiti težo telesa z maso 100 g in 1 kg. Na konkretnem primeru pove, katera sila med dvema silama je večja. Zna presoditi ali je telo prožno ali ne.

del. zvezek str. 28−29 2.2 Merjenje j j sil

3. Teža je odvisna od tega, kje v vesolju je telo. V spodnji preglednici je za vseh osem planetov zapisano, kolikšna je na površju teža na 100-gramsko utež. Ugotovi, kolikšna bi bila tvoja teža na različnih planetih.

Naloge na tej strani so namenjene temu, • vedel, v kakšnih enotah merimo sile • znal razlikovati med maso in težo • vedel, kaj je lastnost prožnih teles • znal oceniti velikost sile

da bi:

100 g utež

Merkur

Venera

Zemlja

Mars

Jupiter

Saturn

Uran

Neptun

0,38 N

0,90

0,98 N

0,38 N

2,36 N

0,92 N

0,89 N

1,13 N

tvoja masa

1. Velikosti sil merimo v newtonih (N). 1 N je po dogovoru približno enak teži 100-gramske uteži (na Zemlji). Dopolni preglednico.

tvoja teža

telo

masa (kg)

teža (N)

račun oziroma sklepanje

večja čokolada

0,2 kg

2N

ker je 0,1 kg –> 1 N, potem 0,2 je kg –> 2 N

5N

0,5 l plastenka soka

5. Silo merimo v newtonih (N). 1 N približno ustreza teži 100-gramske uteži oziroma tretjini teže te knjige. Oceni, kolikšna je velikost sile v spodnjih primerih, in jih po velikosti približno umesti na spodnji trak. met žogice za namizni tenis

met košarkarske žoge

met frizbija

met krogle za bowling

2. Maso navadno merimo s tehtanjem oziroma z ugotavljanjem teže na telo. Zaradi tega pogosto pride do zmede. Za vsako od spodnjih izjav ugotovi, ali se nanaša na maso ali na težo, in prečrtaj neustrezen pojem. Masa je sila, s katero nate deluje Zemlja, medtem ko je masa povezana s količino snovi, ki sestavlja tvoje telo. Teža teža Kopalniška tehnica, ki ima lestvico v kg, pove maso telesa, vzmetna tehtnica, ki ima lestvico v N, pa podaja maso . težo težo Masa astronavta na Luni je enaka kot na Zemlji, medtem ko je masa manjša. Teža teža Če bi hkrati stehtali ves razred, bi ugotovili, da znaša vaša skupna masa približno eno tono. teža

1k N teža omare s knjigami

100 N teža šolske torbe

Zapiši pravilo, kako iz mase telesa določiš njegovo težo. Pravilo si poskusi zapomniti, ker ti bo prišlo prav!

10 N teža običajne knjige

1000 kg

1N teža prazne skodelice

osebni avtomobil

0,1 N teža svinčnika

1 kg

5. Tudi za zelo zapletne primere lahko na preprost način relativno dobro ocenimo nekatere količine. Viseč most na sliki je most Golden Gate v San Franciscu v ZDA. Vozišče je dolgo približno 2 km, široko 30 m in debelo 30 cm. Narejeno je iz jekla, katerega vsak kubični meter ima maso približno 8 ton. Najprej slepo sklepaj, kolikšna je masa visečega dela mostu (namig: večji tovornjak ima 20 ton). m ugibanje = Zdaj izračunaj maso mostu z zgornjimi podatki (namig: most obravnavaj kot jeklen kvader). m izračun = Prava vrednost je približno 150.000 ton.

Kaj je prožno in kaj ne?

Kdo je najmočnejši?

Naloga: ugotovi, katera od teles so prožna in katera ne.

Naloga: ugotovi, kdo od sošolcev lahko deluje z največjo silo.

Potrebščine: radirka, plastično ravnilo, minica za svinčnik, svinčnik, vejica, palčka plastelina

slika 1

Ugotovite, kdo ima »najmočnejše«: 1. dvoroge mišice, tako da pritisne tehtnico ob spodnjo stran mize. 2. triroge mišice, tako da pritisne na tehtnico, ki leži na mizi (slika 1). 3. prsne mišice, tako da stisne tehtnico z obema rokama (slika 2).

1. Z roko upogni vsako od naštetih teles in opazuj, kaj se zgodi z vsakim od teles, ko ga prenehaš upogibati. 2. Razvrsti telesa glede na tvoja opažanja med prožna in neprožna. Če ne veš, kaj je lastnost prožnih in neprožnih teles, poglej v učbenik na stran 39.

Ne pozabi izmerkov preračunati v newtone! Razmisli: kako bi s tehtnico izmeril, kdo je najboljši v polaganju rok?

Ugotovitve: prožna telesa neprožna telesa Razmisli: če svinčnik premočno upogneš, se prelomi. Je torej svinčnik prožno telo ali ne?

Utrjevanje & nadgradnja Utrjevanje je lahko sprotno, za preverjanje pa lahko uporabimo naloge v učbeniku na strani 39. (dopolni, popravi izjave). Če damo naloge za domačo nalogo, je priporočljivo od učencev zahtevati, da odgovore pišejo v celih stavkih.

29

slika 2

28

Kritično mišljenje V učbeniku so v razdelku RAZMISLI vprašanja ki spodbujajo kritično razmišljanje. Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju tudi s pogovorom o razmerah in pojavih v breztežnem stanju.

Drugi viri www.teachersparadise.com/ency/sl/ wikipedia www.gravitacija.com sl.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton

Medpredmetno Zaključek Eksperimentalno delo v delovnem zvezku na strani 29 izvedemo v skupinah po nekaj od učencev, meritve »najmočnejšega« v skupini napišemo na tablo in določimo sile. Skupaj poiščemo največjega silaka v razredu.

Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Z učenci na kratko se pogovorite o tem, da je v naravoslovju zelo pomembno, da znamo poiskati značilnosti, ki so določenim stvarem/ pojavom/pojmom skupne oziroma jih ločujejo.

17

MAT: merjenje, premo sorazmerje TIT: prevozna sredstva GEO: Osončje ZGO: geografska odkritja

Zapomnili si bomo Sile se razlikujejo po velikosti, ki jo lahko določimo na osnovi raztezanja prožnih teles. Enota za velikost sile je Newton kar krajše zapišemo kot N. Pri tehtanju moramo paziti ali je govora o masi telesa ali teži nanj.


2.2 Merjenje sil

Uvodna motivacija

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da silo riti izme ebno • spoznali, zakaj je potr njim izmeriti silo • znali izdelati preprosti silomer in z ice ledn • znali izdelati in uporabljati preg • znali brati in izdelati graf išljanje * razvijali kompleksno razm izvedbe poskusov in rave prip ine vešč obili * prid iranja in predstavitve podatkov * pridobili znanje interpret

2 šolski uri

Poročamo o nesreči, ki se je zgodila zaradi prevelikih sil (npr. 1985 se je v Heyslu v Belgiji zaradi prerivanja in pritiskanja podrl zid in pod seboj pokopal 38 ljud). Pogovorimo se o nosilnosti različnih kostrukcij in naprav ter o pomenu vnaprejšnjega izračuna in merjenja sil.

učbenik str. 40−41 2.2 Merjenje j j sil

Povzetek

Natančno velikost sile določimo z merjenjem. Priprava za merjenje sile se imenuje silomer, ki je običajno preprosta vmetna tehtnica. Vzmet se raztegne, če jo vlečemo z neko silo. Dvojna, trojna ... sila povzroči dvojni, trojni ... raztezek. To pomeni, da sta sila in raztezek premo sorazmerna.

ico in Podatke običajno predstavimo s pregledn med njimi. z grafom, ki razkrivata tudi povezave in graf ico pregledn si oglej : BRANJEM PRED iz obeh MED BRANJEM: razberi nekaj podatkov primernejši PO BRANJU: razmisli, kateri prikaz je

Ponovi 1. 2. 3. 4.

10 8

100 g

2,0

200 g

3,0

300 g

4,0 5,00 obremenitev [N]

400 g

500 g

obremenitev

raztezek

1,0

raztezek

0

1. Potrebščine: lesena deščica, jeklena vzmet, več 100-gramskih uteži. 2. Umerjanje: a) Ob leseno deščico obesi dovolj močno vzmet. b) Na deščici označi lego spodnjega krajišča vzmeti. c) Na vzmet obesi 100-gramsko utež. Označi lego spodnjega krajišča vzmeti in pripiši oznako 1 N. č) Postopno dodaj 100-gramske uteži in delaj ustrezne oznake na deščici. 3. Priprava za uporabo: Da boš lahko kasneje čim bolj natančno meril sile, naredi med glavnimi oznakami na deščici (0 N, 1 N) še dodatne vmesne oznake (0,1 N; 0,2 N ...). Ker so glavne oznake med seboj enakomerno razmaknjene, tudi vmesne oznake enakomerno razporedi med glavne oznake. 4. Uporaba: Vzmet raztegni s silo, ki bi ji rad izmeril velikost. S pomočjo oznak, ki si jih naredil na deščici, lahko iz raztezka vzmeti razbereš velikost sile. Z velikostjo sil ne smeš pretiravati, ker lahko uničiš vzmet in s tem tudi svoj silomer.

dolžina neraztegnjene vzmeti

2

1. Lan je ugotovil, da se vzmet raztegne za 12 mm vsakič, ko nanjo obesi novo 100-gramsko utež. a) Nariši graf raztezka v odvisnosti od teže uteži. b) Kolikšen bo raztezek te vzmeti, če jo raztegujemo s silo 3 N? c) Kolikšna je velikost neznane sile, če se je zaradi nje Lanova vzmet raztegnila za 6 cm? 2. Na katerem grafu je prikazano raztezanje vzmeti, ki je v skladu s Hookovim zakonom? raztezek

4

Kako izdelamo preprost silomer?

S čim merimo sile? Kaj je nepogrešljivi del silomera? Na kakšen način lahko predstavimo podatke? S svojimi besedami razloži bistvo Hookovega zakona.

Odgovori

6

obremenitev

obremenitev

Pojasni

1. Nina je na vzmet najprej obesila 100-gramsko utež in vzmet se je raztegnila za 8 mm. Ko je dodala še eno enako utež, je raztezek že 20 mm. a) Ali v tem primeru velja Hookov zakon? b) Kolikšen bi bil raztezek vzmeti, če bi dodala še eno enako utež?

Kako prikažemo podatke?

Za podrobnejšo analizo zveze med količinami je najbolje narisati graf. Iz grafa se običajno lepo vidi zveza med odvisno in neodvisno spremenljivko. Pri risanju grafa postopamo takole: 1. Narišemo mrežo in poimenujemo graf (npr. raztezek vzmeti v odvisnosti od obremenitve). 2. Na vodoravni osi označimo vrednosti količine, ki smo jo sami spreminjali (npr. obremenitev). 3. Na navpični osi označimo vrednosti količine, ki se je med merjenjem spreminjala (npr. raztezek). 4. V koordinatni mreži na ustreznih mestih označimo izmerjene pare količin (npr. 1,0 N in 2,0 cm). 5. Točke poskušamo med seboj povezati s čim bolj gladko krivuljo.

Rešimo skupaj

Natančno si oglej graf in odgovori na vprašanja. a) Kaj prikazuje graf? b) Kateri količini sta prikazani na posameznih oseh? c) Kolikšen raztezek povzroči sila 0,6 N? č) Kolikšna sila povzroči raztezek 3,5 cm? raztezek[cm]

raztezek [cm]

Mehanske silomere sestavljata prožna jeklena vzmet in merilo, na katerem je raztezek vzmeti preračunan v raztezno silo. Preprost silomer – vzmetno tehtnico – si lahko izdelamo sami in ga uporabljamo za merjenje velikosti sil.

raztezek

Ključne besede: • merjenje sil • vzmet • silomer • vzmetna tehtnica • preglednica • graf • Hookov zakon

10 8 6 4

Kako uredimo podatke? Raztezek vzmeti v odvisnosti od mase uteži masa uteži [g]

raztezek [cm]

0

0

1,0

2,0

200

40

obremenitev [N]

0 100

2,0

4,0

300

3,0

6,0

400

4,0

8,0

500

5,0

10,0

Če želimo imeti podatke urejene za kasnejše analize, je najbolj priročna preglednica. Smiselno je, da podatke sproti zapisujemo v preglednico. 1. Pripravimo mrežo za preglednico ter poimenujemo preglednico. 2. Vsako meritev zapišemo v svojo vrsto. 3. V prvi stolpec ali dva zapišemo količino, ki smo jo spreminjali (v našem primeru masa uteži oziroma obremenitev). 4. V sosednji stolpec zapišemo količino, ki smo jo merili (v našem primeru raztezek).

Če si natančno ogledamo graf raztezka vzmeti, opazimo, da je pri dvakrat večji sili raztezek dvakrat večji, pri trikrat večji sili trikrat večji ... Raztezek vzmeti narašča enakomerno s silo – sila in raztezek sta premo sorazmerna. To zvezo imenujemo Hookov zakon. Kdo je najmočnejši? S močjo kopalniške tehtnice ugotovite, kdo v razredu lahko deluje z največjo silo. Podrobna navodila so v DZ na strani 29.

Obravnava nove snovi − 1. ura Priprava za izdelavo silomera. Učenci v učbeniku natačno preberejo navodila za izdelovanje vzmetne tehtnice. Učence navajamo na pomembnost natančnega branja navodil. O navodilih se kratko pogovorimo. Izdelava silomera. Učenci izdelajo preprost silomer po navodilih v učbeniku ali v delovnem zvezku. Učenci naj izdelajo različne vzmetne tehtnice. Nekateri izdelujejo po navodilih v delovnem zvezku, drugi po navodilih v učbeniku. Učencem, ki delajo po navodilih v učbeniku, pripravimo tudi vnaprej pripravljene preglednice (podobe kot v učbeniku na strani), kamor bodo vpisovali podatke. Ti učenci bodo merili tudi raztezke.

Narejene silomere potem primerjajo med seboj. Sami povedo nekaj prednosti enega in drugega ter predlagajo izboljšave. Uporaba silomera. Učenci rešijo 2. nalogo v delovnem zvezku. Opozorimo jih, da morajo pred merjenjem oceniti velikost vseh treh sil. Verjetno bodo ugotovili, da lažje izmerijo silo tisti učenci, ki so silomer izdelovali po navodilih iz delovnega zvezka. Učencem bo gotovo zanimiva medsebojna primerjava meritev. 3. naloga v delovnem zvezku zahteva od učencev dobro razmišljanje in izvirnost. V skupini se o nalogi pogovorijo, ter pojasnijo in utemeljijo odgovore. Skozi razgovor rešimo tudi 1. nalogo v delovnem zvezku – rešitve bodo zelo izvirne.

18

3,5

Kako se razteza vzmet?

2

0

0,2

0,4

0,35 N

0,6

0,6 N

0,8

1,0 obremenitev [N]

Odgovori: a) Graf prikazuje raztezek vzmeti v odvisnosti od sile uteži. b) Na vodoravni osi je prikazana sila oziroma obremenitev, na navpični pa raztezek vzmeti. c) Sila 0,6 N povzroči raztezek 6 cm. č) Raztezek 3,5 cm povzroči sila 0,35 N.

41

Utrjevanje & nadgradnja Učenci opišejo postopek, s katerim bi ugotovili ali je raztezek elastike odvisen od njenen širine ali dolžine. Za utrjevanje snovi sta primerni 1. in 2. naloga PONOVI. Učenci naj s šolsko vzmetno tehtnico in tisto, ki so jo izdelali sami, izmerijo teže različnih teles. Tako lahko tudi preverijo natančnosti svojega silomera.

Zaključek Pogovorimo se o 3. nalogi v delovnem zvezku. Z njimi se pogovorimo, kje lahko iščejo informacije (svetovni splet, navodila za uporabo, literatura ipd.).


Kritično mišljenje

Aktivno branje

Učenci naj pojasnijo najpomembnejše dele silomera v smislu funkcija–lastnost, pri čemer jih lahko vodimo z vprašanji: • Zakaj je del silomera, na katerega obeša mo predmete iz prožne snovi? • Zakaj morajo biti ostali deli silomera (npr. ohišje) iz čim manj raztegljive snovi?

Medpredmetno

Spodbudimo jih, da naj berejo z razumevanjem in branje ponovijo, če česa ne razumejo. Pojasnimo jim, da so grafični prikazi poseben način zapisa podatkov, ki zahteva drugačen način »branja«. Opozorimo jih, da pogosto podatkov ne bodo našli v drugačni (besedilni) obliki.

KEM: zgradba snovi THV: obdelava snovi in izdelava izdelka TIT: delovanje strojev MAT: merjenje branje in izdelava grafičnih prikazov premo sorazmerje

del. zvezek str. 30−31 2.2b Velikosti sil

Umeri svoj silomer

Naloge na tej strani so namenjene temu, • izdelal in uporabljal svoj silomer • razumel, kako deluje silomer • znal oceniti in izmeriti velikost sile

Naloga: umeri silomer, da boš lahko z njim meril velikosti različnih sil.

da bi:

Potrebščine: vodoodporno pisalo, pet 100-gramskih uteži ali tanka vrečka, merilna posoda in voda Umerjanje: 1. Silomer postavi v pokončno lego in z vodoodpornim pisalom označi položaj spodnje kljukice. 2. Na papirno sponko obesi utež ali vrečko, v katero naliješ 100 ml vode, in označi položaj spodnje kljukice. 3. Dodajaj utež za utežjo oziroma po 100 ml vode in označuj položaje kljukice. 4. Posameznim oznakam pripiši vrednost v newtonih. 5. Zdaj se lahko lotiš merjenja različnih sil, pazi le, da ne meriš prevelikih sil.

Izdelaj svoj silomer

Naloga: izdelaj preprost silomer, ki ga boš lahko kadar koli uporabil za merjenje sil. Potrebščine: prosojna škatlica za DVD, 2 kljukici za slike, več elastik, 20 cm vrvice, sponka za papir in selotejp Izdelava: 1. Z olfa nožem previdno odreži prednjo in zadnjo stran škatle za DVD, približno 3 cm od hrbtišča (slika 1). 2. Na vrhu in na dnu odrezanega dela naredi odprtino za kljukico in vrvico. 3. Obe kljukici poveži z elastikami. (slika 2). 4. Eno kljukico pritrdi na vrh škatlice. 5. Na drugo kljukico natakni zanko iz vrvice. 6. Zanko napelji skozi luknjico na dnu škatlice. 7. Na konec zanke natakni sponko za papir (slika 3). 8. S selotejpom prelepi spodnji in zgornji konec škatlice.

2. Sile opišemo z velikostjo, s smerjo in prijemališčem. V spodnji preglednici je naštetih nekaj sil. Najprej oceni njihove velikosti, nato jih še izmeri s svojim silomerom in obe vrednosti zapiši v preglednico. teža peresnice

premik stola

dvig mobitela

ocenjena velikost izmerjena velikost ujemanje obeh

3. Vsak merilnik lahko meri le v določenem območju. Razmisli in na kratko opiši, kako bi spremenil območje svojega silomer, da bi z njim lahko meril večje sile.

slika 1

slika 2

slika 3

Verjetno si opazil, da pri zelo majhnih silah tvoj silomer ni posebno natančen. Na kratko pojasni, zakaj.

1. Sile merimo tako, da izmerimo učinke, ki jih povzročajo, in jih primerjamo z učinki znane sile. Silomer, ki si ga pravkar izdelal, meri sile na osnovi spremembe oblike telesa. Razmisli, kako bi lahko meril velikosti sil na osnovi spremembe gibanja. Nariši skico takšnega silomera.

3. Vzmetna tehnica je le ena od vrst silomera, obstaja pa še cela vrsta povsem drugačnih silomerov. V različnih virih poišči, kako deluje elektronska kuhinjska ali kopalniška tehtnica, in na kratko povzemi ugotovitve.

31

30

Obravnava nove snovi − 2. ura Izdelava preglednice. Izberemo meritve ene skupine in jih skupaj uredimo v preglednico. Iz preglednici naj učenci skušajo razbrati, kako se spreminja raztezek s silo. Pri 2-krat večji sili naj bi bil raztezek približno2-krat večji, pri 3-krat večji sili 3-krat večji ... Opozorimo jih na to, da so manjša odstopanja meritev od »teorije« povsem običajna. Risanje grafa je sicer pojasnjeno v učbeniku, vendar je dobro, da podamo razlago tudi frontalno. Pri tem je najbolje uporabiti meritve, ki smo jih prej zapisali v preglednico. Opozorimo jih na oznake osi, izbrane enote ipd. Ko narišemo graf, naj ga učenci opišejo s svojimi besedami (tudi graf v učbeniku!).

Odčitavanje grafa. Učencem frontalno na podoben način kot v učbeniku pojasnimo, kako odčitavamo neznano količino z grafa. Uporabimo že narisan graf. Skupaj rešimo zgled REŠIMO SKUPAJ v učbeniku. Opozorimo jih na Hookov zakon.

Utrjevanje & nadgradnja Učencem lahko damo nalogo, da izpolnijo preglednico za izbrano vzmet, za katero velja Hookov zakon. Preglednico naj izpolnijo s pomočjo sklepanja in odčitavanja z grafa. Graf narišejo na milimetrski papir, in sicer tako, da narišejo tri točke ter skoznje in skozi izhodišče povlečeje gladko krivuljo (po možnosti premico!).

19

Zaključek Učenci naj sami rešijo 1. nalogo POJASNI v učbeniku (verjetno bodo risali in računali). Zelo zanimivo bo primerjati njihove odgovore. Gotovo bo kdo pravilno ugotovil, da ne moremo natančno napovedati, kolikšen bo raztezek.

Drugi viri www2.arnes.si/~oskrtc1s/fi7/teza.htm

Zapomnili si bomo Velikost sil merimo s silomeri. Za izdelavo preprostega silomera potrebujemo prožno vzmet ali elastiko, ohišje ter uteži z znano maso, da silomer umerimo. Z vsakim silomerom lahko merimo sile le do določene velikosti.


2.3 Vsakdanje sile

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da v pomen njiho sniti poja in sil • znali našteti lastnosti kovno ali plos , ovno točk jejo delu sile o lahk • vedeli, da prostorsko • znali opisati težo • znali opisati silo podlage nim znanjem fizike * razložili pojave s pridoblje lje do znanja in splošno izobrazbo * širili radovednost, vese

1 šolska ura učbenik str. 42−43 2.3 Vsakdanje j sile lahko pri razumevanju Ker fizika opisuje naravne pojave, si izkušnjami. besedila pogosto pomagamo z lastnimi e izkušnje s silami PRED BRANJEM: naštej svoje vsakdanj poudarke glavne MED BRANJEM: si izpisuj . Se ujemajo? zapisanim z PO BRANJU: primerjaj svoje izkušnje Ključne besede: • velikost sile • smer sile • prijemališče sile • usmerjena daljica • teža • gravitacijska sila • sila podlage

Povzetek

Z nekaterimi silami se srečujemo na vsakem koraku. Teži naprimer lahko ubežimo le, če z vesoljskim plovilom odpotujemo daleč v vesolje. Ker smo na težo navajeni, se nam zdi dogajanje v prostoru brez teže zelo nenavadno. Toda, ali sploh občutimo težo na Zemlji? Čeprav se nam zdi, da jo, jo pogosto zamenjujemo s silo podlage. To pa še kako občutimo pri padcih, ki jih povzroči teža.

ne sila Lu ljo na Zem

Ponovi

... in kaj Luno?

Kako opišemo in prikažemo sile?

sila kladiva na žebelj

smer sile  smer daljice velikost sile  dolžina daljice prijemališče sile  začetek daljice

Če bomo žebelj močneje udarili, se bo globlje zaril v desko. Če ga bomo udarili pod kotom, ga lahko skrivimo. Glave žeblja pa nikar ne zgrešimo, če želimo ohraniti cele prste! Vidimo, da imajo različna velikost, smer in mesto delovanja sile različne posledice. Za opis sile moramo torej poznati njene lastnosti: • velikost (pove, kako močna je sila) • smer (pove, v kateri smeri deluje sila) • prijemališče (pove, kje deluje sila) Da bi si sile lažje predstavljali, smo jih risali s puščicami, sedaj pa jih bomo risali kot usmerjene daljice. Pri tem bomo natančno upoštevali velikost, smer in prijemališče sile. Dolžina daljice bo predstavljala velikost sile (več o tem na strani 47), smer daljice smer sile in začetek daljice prijemališče sile. !

teža žoge

teža igralca teža igralca

Kje je težišče? Razmisli, kje je težišče geotrikotnika in ravnila, ter napoved preveri s poskusom. Podrobna navodila so v DZ na strani 32. 42

Sile opišemo z velikostjo, s smerjo in prijemališčem. Rišemo jih kot usmerjene daljice.

Kaj vleče navzdol nas ...

Teža (označujemo jo z Fg) je prva sila, ki jo spoznamo v življenju, saj na nas deluje ves čas in se ji nikakor ne moremo izogniti. Zemlja namreč privlači vsa telesa v svoji bližini navpično navzdol proti svojemu središču. To velja tako za telesa na površju kot tudi nad in pod površjem. Zaradi teže telesa padajo navzdol oziroma so »prilepljena na podlago«. Velikost teže je sorazmerna z maso telesa – na Zemlji na vsak kilogram deluje teža približno 10 N. Teža deluje na vse dele telesa – je prostorsko porazdeljena sila. Njeno prijemališče je celotno telo, kar je težko narisati, zato jo rišemo kar iz težišča telesa. Težišče je posebna točka v telesu – če telo podpremo pod težiščem, vsaj za nekaj časa obmiruje. • velikost sile: sorazmerna je masi telesa • smer sile: navpično navzdol • prijemališče sile: po celem telesu – rišemo jo v težišču ?

Kako bi izgledala košarkarska tekma v breztežnem prostoru?

Uvodna motivacija Ogledamo si sliko surferja v učbeniku in se pogovorimo ob njej. Učenci naj pojasnijo delovanje sil na surferja (teža, sila deske, sila jader in sila zraka). Skupaj sklepajmo o lastnostih sil, ki jih učenci že poznajo (smer in velikost).

Teža je v resnici gravitacijska sila, ki deluje med vsemi telesi v vesolju, vendar je opazna le v bližini večjih nebesnih teles. Tako na Zemlji in v njeni bližini vsa telesa občutijo Zemljin privlak kot težo. V skladu z zakonom o vzajemnem učinku pa tudi telesa privlačijo Zemljo z enako veliko silo. ?

Poznaš kakšen učinek delovanja Lune na Zemljo?

Zakaj se ne vdremo v tla?

Trdna podlaga deluje s silo na vsa telesa, ki pritiskajo nanjo. Sila podlage (angl. normal force) deluje pravokotno s površine podlage in s tem preprečuje, da bi telesa prodrla vanjo. Na vodoravni podlagi je usmerjena navpično navzgor, na poševni pa pod kotom. Deluje po celotni stični ploskvi, zato je ploskovno porazdeljena sila, a jo poenostavljeno narišemo iz sredine stične ploskve in označimo s Fp. Sila podlage je po velikosti enako velika sili, ki pritiska pravokotno na podlago. Tudi s silo podlage se v vsakdanjem življenju ves čas srečujemo, saj na nas ne deluje le, kadar smo v zraku ali vodi. Običajno imamo opravka s silo tal, sedala stola, delovne površine mize, vzmetnice v postelji ... • velikost sile: je enako velika kot vsota sil, ki pritiskajo pravokotno na podlago • smer sile: pravokotno stran od podlage • prijemališče sile: po celotni stični ploskvi – rišemo jo v središču te ploskve ?

1. V čem se lahko med seboj razlikujeta dve sili? 2. Opiši lastnosti teže. 3. Katera sila deluje na Luno? 4. Kaj določa velikost sile podlage?

Razmisli

V kateri smeri deluje sila podlage na klancu?

Odgovori

1. Določi prijemališča naštetih sil. a) sila smuči na tla b) sila tetive na puščico c) sila omare na tla č) sila prstov na svinčnik d) sila Zemlje na mizo e) sila magneta na šivanko f) sila Lune na Zemljo g) sila šestila na papir 2. Določi smer naslednjih sil. a) teža hlebca b) sila mize na hlebec c) sila tal na omaro č) sila omare na Zemljo 3. Zabojnik z maso 20 ton leži na pristaniškem pomolu. Kolikšna je teža in kolikšna sila podlage nanj?

Pojasni

Pojasni izjavo »Luna ves čas pada proti Zemlji«.

V kakšni povezavi je velikost sile podlage na telo s težo tega telesa?

Poimenuj sile na sliki

Breztežno stanje

Za vsako silo na sliki povej, katero telo je podlaga in na katero telo deluje.

Za kratek čas lahko breztežnost oziroma zmanjšano težo občutimo pri skoku s padalom ali z elastično vrvjo, vožnjo z vlakcem smrti ali hitrim dvigalom ... Na vesoljskih postajah, ki krožijo okrog Zemlje in pri tem ves čas padajo proti njej, vlada navidezni breztežni prostor. Tam lahko opazujejo zelo nenavadne pojave: telesa lebdijo v prostoru, kapljevine tvorijo ogromne kaplje, rastline rastejo v vse smeri, plamen sveče je okrogel ...

43

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Pripravimo kuhinjsko tehtnico in vzmetno tehtnico ter učence pozovemo, da izmerijo maso in težo različnih predmetov. Še enkrat jih opomnimo na razliko med maso in težo. Na odprto dlan učenci položijo učbenik, nanj delovni zvezek in še zvezek. Pojasnimo, katero silo pri tem občutijo v rokah.

Sile imajo velikost, smer in prijemališče. Ponazorimo jih z usmerjenimi daljicami. Teža je sila, s katero Zemlja deluje na vsa telesa v njeni bližini. Sorazmerna je z maso, kaže navpično navzdol in deluje po celotnem telesu. S silo podlage deluje podlaga nazaj na telesa, ki pritiskajo nanjo. Je enako velika kot sila, ki pritiska pravokotno nanjo, kaže pravokotno na površje podlage in deluje po celotni stični ploskvi.

mlje sila Ze na Luno

Lastnosti sil. Učenci preberejo prvi odstavek v učbeniku. Še preden branjem jim zastavimo vprašanji: • Katere lastnosti sile moramo poznati za njen opis? • Kaj pove velikost, kaj smer in kaj prijemališče sile? Učenci naj pojasnijo tudi sliko kladiva in žeblja v učbeniku. Teža. Z učenci se pogovorimo o tem, kaj že vedo o teži. K razgovoru dodamo dejstvo, da teža deluje na vsak del telesa – dokaz je katero koli telo, ki se razleti v (npr. glinen golob). S tem vpeljemo pojem prostorsko porazdeljene sile. Ogledamo si sliko ulične košarke v učbeniku in ob njej učence opozorimo, da

20

je teža žoge ves čas enaka. Poudarimo, da Zemlja vleče vsak kg mase na površju s silo 10 N. Ponovimo pojem težišče, ki ga že poznajo iz matematike. Nato učenci izvedejo poskus v delovnem zvezku. Sila podlage. Z učenci se na konkretnih primerih pogovorimo, kaj je podlaga. Učenci naj na mizo položijo knjigo. Ob tem se pogovorimo, da miza deluje na knjigo po ploskvi, v kateri se dotikata – stična ploskev. S tem vpeljemo pojem ploskovno porazdeljene sile. Učenci naj na mizo položijo dve knjigi, eno na drugo. Opišejo in narišejo sile posebej za spodnjo in posebej za zgornjo knjigo. Pogovorimo se, katero silo občutijo, ko sedijo na stolu – težo ali silo podlage?


Diferenciacija Novost za učence je prijemališče sile, kar bo predvsem pri ploskovnih in prostroskih silah nekaterim učencem gotovo povzročalo težave. Najbolje ga je določati ob konkretnem primeru. Nekaj težav se lahko pojavi tudi pri sili podlage, predvsem na nagnjenih površinah.

Višja raven: Učenec zna na konkretnem primeru iz vsakdanjega življenja poimenovati in opisati sile. Zna primerjati silo podlage in težo telesa, če na telo delujeta samo teža in sila podlage. Učencem pojasnimo, da se teža telesa z oddaljenostjo od površja Zemlje zmanjšuje.

Nižja raven: Znajo določiti smer teže in smer sile vodoravne podlage. V primerih, ko na telo delujeta samo teža in sila podlage, znajo določiti velikost podlage, če je podlaga vodoravna in je teža telesa znana. Vedo, da telo z maso 1kg Zemlja privlači s težo 10 N.

del. zvezek str. 32−33

no vo

2.3a Teža in sila podlage

3. Teža deluje na telesa, ki niso predaleč od površja Zemlje, sila podlage pa le na telesa v stiku s podlago. Na spodnji sliki nariši težo in silo podlage na vse tri osebe.

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, • vedel, kako opišemo sile narisati • poznal lastnosti teže in jo znal tudi narisati tudi znal jo in • znal določiti silo podlage

1. Na vsa telesa na zemeljskem površju deluje teža, na tista, ki so v stiku s podlago, pa tudi sila podlage. Zapiši lastnosti teže, če veš, da Zemlja privlači telesa na površju s silo 10 N na vsak kilogram snovi. Kako določimo velikost?

Velikost določimo s pomočjo mase telesa, saj velja 100 g —>1 N.

Kako določimo smer? Kako je porazdeljena sila? Kje rišemo prijemališče? Zapiši lastnosti sile podlage, če veš, da preprečuje, da bi se telesa udrla v podlago.

4. Težo na površju Zemlje lahko izračunamo iz mase telesa, saj vemo, da Zemlja privlači vsak kg s silo 10 N. Za spodnje primere izračunaj silo teže kontejnerja, ki ima maso 200 kg.

Kako določimo velikost? Kako določimo smer? Kako je porazdeljena sila? Kje rišemo prijemališče?

2. Učinke teže in sile podlage pogosto zamenjujemo. Če npr. pademo, poškodbe povzroči sila podlage, ne teža. Pojasni, zakaj kozarec, ki nam po nesreči zdrsne iz rok, pada proti tlom in zakaj se razbije, ko pade na tla? Fg =

Fg =

Fg =

Fg =

5. Sila podlage je po velikosti enaka sili, s katero telo pritiska nanjo, kar se navadno ujema s težo telesa. Za narisane primere zapiši, kolikšna je sila podlage na spodnjo kocko, če je masa vsake kocke 500 g.

Kje je težišče?

Naloga: ugotovi, kje je težišče lika pravilne in poljubne oblike. Potrebščine: geotrikotnik, svinčnik, kos kartona, žebljiček, vrvica, kos plastelina A) Težišče lika pravilne oblike Geotrikotnik podpri s konico svinčnika, tako da bo za hip obmiroval. V kateri točki ga je bilo treba podpreti? B) Težišče lika nepravilne oblike 1. En konec vrvice naveži na žebljiček, na drugi konec pritrdi kepo plastelina. Iz kartona izreži pojuben lik. 2. Lik na enem koncu prebodi z žebljičkom. Žebljiček drži v zraku, da vrvica in karton prosto visita. 3. Na kartonu nariši črto, ki se ujema s položajem vrvice. 4. Ponovni korak 2 in 3 za drug konec (lik zasukaj za 60o do 120o). 5. Lik s svinčnikom podpri v presečišču obeh črt. Kaj opaziš?

Fp =

Fp =

Fp =

Fp =

Je lahko podlaga tudi zgornja ploskev kocke? 33

32

Utrjevanje & nadgradnja Za utrjevanje lahko učenci rešijo 3. in 4. nalogo v delovnem zvezku. Rešitve presojamo skupaj z učenci. Na levo osebo pri 3. nalogi bo morda kateri od učencev narisal silo podlage sedala in naslonjala. To lahko izrabimo za pohvalo in opozorilo, da je sila podlage vedno pravokotna na podlago. Učenci lahko rešijo tudi ostale naloge v delovnem zvezku.

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju z naslednjim miselnim poskusom: • Astronavt vrže žogico v vodoravni smeri z enako veliko silo na Luni, na Zemlji in v vesoljski postaji. Kako se bo gibala žogica v vsak od naštetih primerov?

Aktivno branje Zaključek Vodimo razgovor o breztežnem stanju. Pomagamo si s sliko v učbeniku. Učence spodbudimo, da še sami poiščejo kaj o življenju na vesoljskih postajah.

Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Z učenci na kratko se pogovorite o pomenu lastnih izkušenj pri učenju fizike. Večinoma so tako ali »doživeli« vso fiziko, ki jo bomo letos obravnavali, le urediti je potrebno izkušnje in jih nadgraditi s teorijo.

21

Drugi viri www.vest.si/2007/09/28/na-luno-22 www.shrani.si/f/1B/g4/lK8Zc5x/sila.ppt

Medpredmetno MAT: težišče GEO: gibanje Zemlje

Zapomnili si bomo Za opis sile moramo poznati velikost sile, smer sile in prijemališče sile. Na vsako telo na Zemlji deluje privlačna sila Zemlje ali teža telesa. Sila podlage je sila s katero podlaga deluje na telo, ki pritiska na podlago.


2.3 Vsakdanje sile

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da vka s trenjem opra o imam erih • vedeli, v katerih prim ja tren sile osti • poznali lastn • znali izmeriti velikost sile trenja vka z uporom • vedeli, v katerih primerih imamo opra a upor ost velik sna odvi je • vedeli, od česa poskusov dbe izve in rave prip ine vešč obili * pogl pretiranja in predstavitve podatkov * nadgradili znanje inter

1 šolska ura učbenik str. 44−45 2.3 Vsakdanje j sile povzetek, V tem poglavju je namenoma izpuščen težko narediti. ker ga po vzoru s prejšnih strani ni teme glavne so kaj ugotovi, : BRANJEM PRED poudarke MED BRANJEM: za vsako temo izpiši povzetek PO BRANJU: iz poudarkov oblikuj svoj Ključne besede: • trenje • sila trenja • hrapavost • upor • aerodinamična oblika • gibanje

Kaj preprečuje drsenje?

ne potiskamo – omara miruje

* Nekateri trenje ob mirovanju imenujejo lepenje.

ni trenja j

silo – potisnemo z majhno je omara še vedno miru

majhna hitrost

Kaj zavira gibanje?

Prestaviti težko omaro ni lahko. Najprej potiskamo z majhno silo, nato z vse večjo, a omara se noče premakniti. Kot bi se prilepila na tla. A tudi za premikanje je potrebna precejšnja sila, kot bi nekaj oviralo drsenje. Odgovor, zakaj je težko premakniti omaro, tiči v dejstvu, da se tla upirajo drsenju omare s silo, ki deluje na omaro v nasprotni smeri od potiskanja. Ta pojav imenujemo trenje (angl. friction), silo pa sila trenja* (označujemo jo s Ft). Silo trenja srečamo tudi pri hoji, vožnji, prijemanju, gibljivih delih različnih naprav ... Sila trenja izvira iz hrapavosti stičnih površin in deluje v nasprotni smeri gibanja telesa. Pri mirovanju in drsenju s stalno hitrostjo je enako velika kot vlečna sila. Sila trenja deluje po celotni stični ploskvi vle – je ploskovno porazdeljena sila. Rišemo jo iz sredine stične ploskve. sre

silo – potisnemo z večjo ikati omara se začne prem

Če se vozimo s kolesom in prenehamo pritiskati pedala, se prej ali slej ustavimo. Zakaj? Nekaj prispeva trenje, vendar je glavni krivec zrak. Na telesa, ki se gibljejo skozi zrak, vodo ali druge tekočine, deluje upor (angl. drag), ki zavira gibanje telesa. Upor je ploskovno porazdeljena sila, ki deluje v nasprotni smeri gibanja. Da bi ugotovili, od česa je odvisen upor, si oglejmo skok s padalom. Na začetku skoka ima padalec majhno hitrost, zato je tudi upor zraka sorazmerno majhen. Hitrost padalca s časom narašča, z njo pa se povečuje tudi upor, ki zavira padanje. Ko padalec odpre padalo, se upor zaradi velike površine padala močno poveča in hitrost se hitro zmanjša. Sila upora je torej odvisna od hitrosti in površine telesa – sila upora je tem večja, čim večji sta hitrost in površina telesa. Upor je odvisen tudi od oblike telesa in od snovi, skozi katero se telo giblje (voda, zrak ...).

trenje preprečuje premik

velika površina

Običajno poskušamo upor zmanjšati, kolikor je le mogoče. Pri tem je pomembna aerodinamična oblika, ki je izrazita pri ribah, morskih sesalcih in ptičih. Ljudje te oblike posnemamo pri gradnji letal in ladij. Pomembno je tudi, da je površina telesa čim bolj gladka.

Ponovi 1. 2. 3. 4.

Zakaj se telesa, ki se gibljejo, prej ali slej ustavijo? Kakšna je razlika med silo trenja in uporom? Od česa je odvisna velikost sile trenja? Naštej nekaj primerov, ko je trenje škodljivo, in nekaj primerov, ko je trenje koristno. 5. Naštej nekaj primerov, ko je upor škodljiv, in vsaj en primer, ko je koristen.

trenje se upira gibanju

Kako močno se lahko podlaga upira drsenju, je pogojeno s stičnima površina (kovina lažje zdrsne po ledu kot guma po asfaltu) in s tem, kako močno pritiskata površini druga na drugo. Presenetljivo velikosti stičnih pa trenje skorajda ni odvisno od veliko površin in hitrosti.

sila trenja je v obeh primerih enaka

upor se povečuje s površino telesa

Kako zmanjšamo upor?

Od česa je odvisno trenje?

majhna stična površina

velika hitrost

Od česa je odvisen upor? Naredi nekaj preprostih poskusov in ugotovi, od česa je odvisen upor. Podrobna navodila so v DZ na strani 35.

Kaj vpliva na trenje? Naredi nekaj preprostih poskusov in ugotovi, od česa je odvisna sila trenja. Podrobna navodila so v DZ na strani 34.

44

upor se povečuje s hitrostjo

Razmisli

1. Zakaj po vodnem toboganu teče voda, po običajnem pa ne? 2. Kako trenje med gumami in cestiščem vpliva na vožnjo avtomobila?

Odgovori

1. Katera sila se ne spremeni, če v nakupovalni voziček naložimo paket ustekleničene vode? a) teža vozička b) sila tal na voziček c) sila trenja na voziček č) sila vozička na tla 2. Astronavti so na Luni za zabavo igrali golf. Katere sile pri tem niso delovale na žogico v letu? a) teža c) sila trenja b) upor č) sila podlage

velika stična površina

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Na konkretnem primeru ponovimo sile (npr. gobo za brisanje table pritisnem ob tablo). Učenci poimenujejo sile, povedo kje sila deluje in opišejo smer sile. Uporabimo lahko tudi sliko v učbeniku.

Uvodna motivacija Učitelj poskuša prižgati vžigalico po različnih podlagah (npr. miza, karton, hrapava ploskva vžigalične škatle). Učenci že vnaprej pojasnijo, da se bo vžigalica prižgala na hrapavi podlagi. Spodbudimo razpravo, zakaj je temu tako.

Opis sile trenja. Učenci povedo svojo izkušnjo, ko so nekaj potiskali ali vlekli, pa se telo ni premaknilo. Kaj so naredili, da so telo premaknili? Nato učencem pojasnimo silo trenja. Pri tem s silomerom vlečemo po različnih podlagah 1,5-litrsko štirioglato plastenko vode (npr. Zala), ki smo ji stranske ploskve oblepili s kartonom, s smirkovim papirjem in s pisalnim papirjem. O slikah v učbeniku na strani 44 se z učenci pogovorimo oziroma jih učenci pojasnijo. Od česa je odvisno trenje? Učenci opravijo poskus v delovnem zvezku na strani 34. Ugotovitve zapišejo v delovni zvezek in o njih poročajo. Za utrjevanje rešijo še 2. nalogo v delovnem zvezku.

22

Gibanje telesa skozi tekočino. Izvedemo demonstracijski eksperiment, pri katerem eden od učencev žlico premika po vodi – najprej s širšim delom nato še z robom. Enako ponovni tudi v medu. Učenci že v naprej napovedo rezultate eksperimenta. Učenci naj povedo nekaj svojih izkušenj z uporom. V učbeniku si skupaj z učenci ogledamo in pojasnimo skok s padalom. Ob sliki dirkalnika in delfina v učbeniku se pogovorimo o aerodinamični obliki pri ladjah, letalih ipd. Učenci naj sami povzetek o uporu in trenju. Od česa je odvisen upor? Učenci opravijo ustrezne poskuse v delovnem zvezku na strani 35. O svojih ugotovitvah poročajo.


Diferenciacija Trenje ob mirovanju (za nekatere lepenje) bo kar nekaj učencem povzročalo težave. Tudi dejstvo, da sila trenja izenačuje vlečno silo do neke mejne vrednosti tudi. Pri uporu je smiselno razmisliti o omembi kvadratne odvisnosti od hitrosti.

Višja raven: Učenec razume, da sila trenja deluje zna na primerih iz vsakdanjega življenja pojasniti pomen zmanjšanja oziroma povečanja trenja in upora ter kako to dosežemo.

Nižja raven: Učenci ob opisanem primeru iz vsakdanjega življenja presodijo ali se trenje in upor povečata ali zmanjšata ter ali sta koristna ali ne. Če poznajo smer gibanja telesa, znajo opisati smer v kateri deluje na telo sila trenja in/ali upor.

del. zvezek str. 34−35 2.3b Sila trenja enja da bi: in upor Naloge na tej strani so namenjene temu, sile

3. Sila trenja in upor zavirata gibanje, kar je lahko v različnih primerih za človeka koristno ali nekoristno. Za izbrane primere presodi, ali je sila trenja oziroma upor koristen ali ne, in pojasni, zakaj.

• vedel, da na telo delujejo zaviralne tudi narisati • poznal lastosti sile tranja in jo znal tudi narisati • znal določiti silo podlage in jo znal

TRENJE

UPOR

1. S silo trenja in uporom imamo opraviti, pri telesih, ki jih poskušamo spraviti v gibanje ali se že gibljejo. Za spodnje primere zapiši, kolikšna sta sila trenja in upor, ter ju izrazi z »enaka nič«, »večja od nič« ali »večja kot prej«.

Ft

je enaka nič

Ft

Fu

je enaka nič

Fu

koristno

nekoristno

koristno

nekoristno

koristno

nekoristno

koristno

nekoristno

preprečuje zdrs 4. S težo, silo podlage, trenjem in uporom imamo opravka na vsakem koraku – tudi pri športu. Za različne faze skoka na smučeh nariši vse sile, ki v prikazanem trenutku delujejo na skakalca.

Ft

Ft

Fu

Fu

2. Sila trenja je odvisna od hrapavosti stičnih površin in tega, kako močno pritiskata površini druga na drugo. Za spodnje primere presodi, ali se trenje poveča ali zmanjša. Obkroži pravilni odgovor. Serviser namaže drsno ploskev smuči s posebno mažo.

povečanje trenja

Pod težko omaro podložimo krpo in omaro prestavimo.

povečanje trenja

zmanjšanje trenja zmanjšanje trenja

Plezalec si pred plezanjem s posebnim prahom namaže dlani.

povečanje trenja

zmanjšanje trenja

Pri drgnjenju ostankov hrane z dna posode močneje pritisnemo.

povečanje trenja

zmanjšanje trenja

Izrabljene gume na kolesu nadomestimo z novimi z več profila.

povečanje trenja

zmanjšanje trenja

5. Koristnega pomena trenja se navadno sploh ne zavedamo. Razmisli, kakšno bi bilo življenje (hoja, vožnja, prijemanje stvari ipd.), če ne bi bilo trenja.

Od česa je odvisen upor?

Kaj vpliva na trenje?

Naloga: ugotovi, od česa je odvisen upor.

Naloga: ugotovi, od česa je odvisna velikost sile trenja.

Potrebščine: tri plastenke, tri frnikule, košček vate, jedilno olje, večja posoda in deščica

nica Potrebščine: dve plastenki Zale (0,5 l in 1,5 l), vzmetna tehtnica

1. poskus: Plastenkam odreži zožan zgornji del. Prvo pusti prazno. V drugo plastenko skoraj do vrha nalij vodo, v tretjo pa jedilno olje. V vse tri plastenke hkrati z enake višine spusti frnikole (naj ti kdo pomaga). Kaj opaziš?

Potek merjenja: 1. Majhno prazno plastenko vleci po mizi s stalno hitrostjo in odčitaj vlečno silo. 2. Majhno plastenko napolni z vodo in jo vleci po mizi ter izmeri vlečno silo. 3. Vodo iz majhne plastenke prelij v večjo in jo vleci po mizi ter izmeri vlečno silo. 4. Na mizo položi prt inponovi prejšnje korake.

Ugotovitev: 2. poskus: V večjo posodo nalij vodo. Najprej s plosko stranjo deščice potegni skozi vodo, nato jo obrni in enako naredi še robom. Kaj opaziš? Ugotovitev:

Ugotovitve:

3. poskus: S plosko stranjo deščice najprej nalahno potegni skozi vodo, nato pa še precej hitro. Kaj opaziš? Ugotovitev: 35

34

Utrjevanje & nadgradnja Za utrjevanje in preverjanje so primerne naloge ODGOVORI v učbeniku. Naloge PONOVI naj učenci naredijo za domačo nalogo. V delovnem zvezku so primerne in zanimive prve štiri naloge – prve tri bi morali vsi znati rešiti, malce težjo 4. pa večina.

Zaključek Zelo primerna je 5. naloga v delovnem zvezku, saj spodbuja učence k ustvarjalnemu razmišljanju osnovanem na dobrem poznavanju teorije (takšne naj bi bile tudi dobra znanstveno fantastične zgodbe!).

Kritično mišljenje V učbeniku so v razdelku RAZMISLI vprašanja ki spodbujajo kritično razmišljanje. Lahko pa sprožimo razpravo z naslednjim vprašanjem: • Kakšen pomen ima za okolje, če na prevoznem sredstvu poskrbimo za zmanjšanje trenja in upora.

Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Predlagamo, da se z učenci na kratko se pogovorite o pomenu povzetkov. Učence spodbudimo, da si po vsaki učni uri naredijo povzetek – po tej uri ga lahko za vajo naredite skupaj.

23

Drugi viri sl.wikipedia.org/wiki/Sila_upora sl.wikipedia.org/wiki/Trenje

Medpredmetno THV: delovanje strojev ZGO: izumi in odkritja

Zapomnili si bomo Sila trenja in upor sta sili, ki nasprotujeta gibanju telesa. O trenju govorimo, kadar se telo giblje po podlagi. O uporu govorimo, kadar se telo giblje skozi tekočino (zrak, voda ipd.).


2.4 Risanje sil

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da okolico in telo o ovan • vedeli, kako ločiti opaz ovano telo opaz na ice okol sile vse čiti • znali dolo velikosti sil je risan • znali izbrati prikladno merilo za v izbranem merilu ce dalji e erjen • znali narisati sile kot usm fizike * uporabljali strokovni jezik sti nčno nata na obili * prid tičnega znanja * spoznali uporabnost teore

1 šolska ura učbenik str. 46−47 2.4 Risanje sil

Povzetek

Tudi tokrat ga moraš narediti ti!

Ponovi

1. Kako najlažje narišemo sile na izbrano telo? 2. Katere lastnosti sil na telo moramo poznati, če jih želimo narisati? 3. Pojasni, kaj pri risanju pomeni merilo.

Razmisli

od besedila. Včasih so slike celo pomembnejše branje besedila. »Branje« slik pa je precej težje kot prikazujejo slike PRED BRANJEM: na hitro si oglej, kaj Jih razumeš? MED BRANJEM: natančno si oglej slike. PO BRANJU: napiši in nariši povzetek

V delovnem zvezku reši naloge na straneh 36 - 39.

1 Izberi opazovano telo Običajno imamo opravka z več telesi, ki delujejo drugo na drugo s silami in so pogosto tudi v stiku. Na prvi pogled precej zapletena situacija, ki pa jo že v začetku močno poenostavimo, če si izberemo eno samo telo (opazovano telo) in poskušamo ugotoviti, s katerimi silami delujejo nanj druga telesa (okolica). V ta namen narišemo čim bolj preprosto in pregledno skico opazovanega telesa. Poskusimo to narediti na primeru, ki je prikazan na zgornji fotografiji. Zanimajmo se za kovček, ki ga vleče moški, in sile, ki delujejo na ta kovček. Naše opazovano telo je torej kovček, ostala telesa so okolica. Narišimo skico kovčka.

sila podlage sila trenja

46

2 Ugotovi, katere sile delujejo na telo

Na telo lahko delujejo sile na daljavo in sile ob dotiku. Sile ob dotiku določimo tako, da preverimo, katera telesa so v neposrednem stiku z opazovanim telesom. Tudi s silami na daljavo običajno ni težav – težo občutijo vsa telesa blizu Zemlje, medtem ko zaznavno električno in magnetno silo le redko srečamo. Paziti pa moramo, da pomotoma ne vključimo tudi sil, s katerimi opazovano telo deluje na okolico. Poiščimo sile na kovček. Na kovček deluje Zemlja s težo. V stiku s kovčkom so tla in potnikova roka, torej na kovček delujeta tudi sila roke in sila podlage. Ker potnik vleče kovček po podlagi, podlaga na kovček deluje tudi s silo trenja.

Uvodna motivacija Učenci naj oblikujejo kratko zgodba o potovanju na mednarodno izmenjavo (omenijo naj tudi kovčke). Ogledajo si sliko v učbeniku in jo kometirajo s stališča sil. Če ima kdo od učencev torbo na koleščkih, lahko to s pridom uporabimo.

4 Nariši sile Sile rišemo kot usmerjene daljice z izhodiščem in s smerjo, ki smo ju določili že v prejšnjem koraku. Dolžine daljic določimo z merilom, ki pove, koliko newtonov predstavlja en centimeter na papirju. Preračunavanje si olajšamo s preprostim merilom (npr. 1 cm ustreza 1 N, 2 N, 5 N, 10 N ...), ki ga izberemo tako, da bo slika dovolj velika. Za večjo preglednost slike vsako silo narišemo v svoji barvi. 1 cm 10 N

70 N 7 cm

sila podlage

trenje

Fr

1 cm 10 N

Ft

Sile na kovček bomo risali v merilu 1 cm pomeni 20 N, tako ne bo slika ne premajhna ne prevelika. Težo tako narišemo s 5 cm dolgo rdečo usmerjeno daljico. Nato narišemo 3,5 cm dolgo zeleno daljico za silo podlage. Silo trenja narišemo z 1,5 cm dolgo oranžno daljico. Na koncu narišemo še 2,5 cm dolgo modro daljico, ki ponazarja silo roke.

teža

Fp

30 N Fg = 100 N 5 cm Fr = 50 N 2,5 cm Fp = 70 N 3,5 cm Ft = 30 N 1,5 cm

Fg

47

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Ponovimo lastnosti teže, sile podlage sile trenja in upor s preprostim poskusom. Na osebno tehtnico položimo škatlo za čevlje, ki jo obtežimo (npr. z mivko). Učenci naj razmislijo, kolikšna sta teža škatle in kolikšna sila podlage. Nato škatlo vlečemo po ravni in nagnjeni podlagi ter se pogovorimo o sili trenja.

Določimo lastnosti sil na kovček. Teža prijemlje v težišču (sredini) kovčka v smeri navpično navzdol. Sila podlage deluje navpično navzgor na stiku kovčka oziroma kolesca s tlemi. Sila trenja deluje na stiku kovčka (kolesca) s tlemi v nasprotni smeri gibanja kovčka. Sila roke deluje na ročaju in vleče kovček naprej in nekoliko navzgor, da se ne zvrne.

sila roke

70 N

teža sila roke

3 Določi lastnosti sil Za ugotavljanje vpliva sil na telo moramo vedeti, kakšna in kolikšna je vsaka posamezna sila. Poznati moramo njeno velikost, smer in prijemališče. Prijemališče sil ob dotiku je vedno v stični točki (ali ploskvi), prijemališče sil na daljavo pa v težišču. Smer sil določimo z lastnostmi sil, ki smo jih spoznali v prejšnjem poglavju, in vsakdanjimi izkušnjami.

N

Če želimo vedeti, katere sile delujejo na opazovano telo, kolikšne so in kaj povzročajo, je treba skrbno določiti vse sile, njihove lastnosti in njihov skupni učinek na telo. Pri tem se je najbolje držati naslednjih korakov:

50

opazovano telo

Nariši sile

100 N

okolica

Zakaj ne upoštevamo sile Lune na telesa na Zemlji?

Opazovano telo in okolica. Na kratko ponovimo delitev na opazovano telo in okolico. Nato lahko z razlago sledimo primeru v učbeniku ali še bolje izberemo drug primer. Učenci naj naštejejo, s katerimi telesi v okolici je opazovano telo v stiku. Hkrati naj razmislijo, ali kakšno oddaljeno telo deluje na daljavo na opazovano telo. Skupaj določimo vse sile, ki delujejo na opazovano telo. Učenci opišejo prijemališče in smer sil. Velikosti sil. Glede velikosti sil učencem pojasnimo, da jih lahko poznamo v naprej (v nalogi kot podatke) ali pa jih izmerimo oziroma izračunamo iz drugih sil (o tem več pri ravnovesju). Priporočamo, da učence navadite, da v vsakem primeru

24

poskušajo presoditi ali so (medsebojne) velikosti sil smiselne in sorazmerne. Merilo. Različna merila poznajo tako iz geografije kot iz matematike, zato se osredotočimo predvsem na izbor prikladnega merila. Pri tem poudarimo, da je treba misliti na velikost slike in enostavnost preračunavanja. Posvarimo jih pred merili 1:3, 3:10 ipd. Risanje sil. Če razlagamo s primerom kovčka iz učbenika, je dobro da jim risbo pripravimo v naprej, saj bo delo potekalo hitreje in učenci se bodo ukvarjali z bistvom. Včasih je učencem lažje risati, če si sproti pišejo npr .: 1 cm → 20 N, 3 cm → 60 N ipd. (ne pisati enačajev!).


Diferenciacija Učenci v tem poglavju ponovijo in uporabi jo vse dosedanje znanje o silah. Novost je samo risanje sil z dano velikostjo. Težava bo izbira merila. Zato naj učenci predlagajo merilo in pojasnijo, zakaj so izbrali takšno merilo in kako ga bodo uporabili.

Višja raven: Učenec ob konkretnem dogodku sam izbere opazovano telo in okolico, ter poimenuje sile, ki delujejo na opazovano telo. Sam si izbere ustrezno merilo za risanje sil, ki delujejo na telo in sile nariše.

Nižja raven: Ob konkretnem dogodku in danem opazovanem telesu zna določiti okolico. Poimenuje sile, ki delujejo na opazovano telo. Ve, da silo narišemo z usmerjeno daljico. Zna narisati sile, ki delujejo na telo, če so dane velikosti sil.

del. zvezek str. 36−37 2.4a Risanje j sil

4. Na opazovano telo lahko deluje tudi več sil, ki jih je na isti risbi narišemo v enakem merilu. Oglej si slike, določi vse sile, ki delujejo na opazovano telo, izberi merilo in na sliko v merilu nariši sile.

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, m merilu • znal narisati velikost sile v določene telo • znal določiti vse sile, ki delujejo na na telo • znal v merilu narisati vse sile, ki delujejo

sile na opazovano telo sila teže: Fg = 20.000 N

1. Sile rišemo z usmerjenimi daljicami, s katerimi predstavimo vse tri lastnosti sil – velikost, smer in prijemališče. Zapiši, kaj ponazarja velikost, smer in prijemališče sile. Nariši težo na učinek.

merilo: 1

velikost sile

cm je 5000 N

smer sile

teža

prijemališče sile

2. Pri risanju sil velikost sile ponazorimo z dolžino usmerjene daljice. Zato potrebujemo ustrezno merilo. Ustrezno dopolni preglednico. V zadnjo vrsto vnesi svojo težo, izberi merilo in nariši usmerjeno daljico. velikost sile 200 N

merilo

dolžina daljice

1 cm  50 N

4 cm

sile na opazovano telo

usmerjena daljica

sila podlage: Fp = 19.500 N

1 cm  10 N 1250 N 37 N

sila trenja: Ft = 5.000 N

2,5 cm

merilo:

1 mm  1 N

75 N 100 N

1 cm  20 N

sile na opazovano telo

3. Ko začnemo natančno risati sile, moramo natančno narisati tudi smer. Pri tem si pomagamo z izkušnjami. Na spodnjih treh slikah nariši zahtevane sile. Velikost smiselno izberi sam in jo zapiši na črto.

vlečna sila: Fv = 10.000 N merilo:

nakupovalni voziček

tenis

Zemlja-Luna

36

Utrjevanje & nadgradnja Za utrjevanje je primerna 2. naloga v delovnem zvezku. V šoli rešimo tri primere, ostale učenci rešijo doma. Skupaj rešimo še 4. nalogo, ki je nekoliko zahtevnejša. S silomerom naj vlečejo pollitrsko plastenko vode, poimenujejo sile in zapišejo njihove velikosti. Nato si izberejo merilo, narišejo skico in v merilu narišejo sile.

Zaključek Poudarimo, kako pomembno je ponavljanje in učenje doma. Zato naj naredijo povzetek obravnavane teme doma. Ob tem naj odgovorijo na vprašanje pod razmisli. Po želji naj naredijo preostale naloge v delovnem zvezku.

37

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju z naslednjima vprašanjema: • Kako se spreminjajo sile, ki delujejo na kovček, če spreminjamo kot pod katerim vlečemo ? • Ali so naše ugotovitve odvisne od izbire merila?

Aktivno branje Posebej pomembno pri aktivnem branju vsebine te teme v učbeniku je: − branje slike − fizikalno pojasnjevanje slik − branje preglednic − reševanje nalog, ob katerih je potrebno postopek in odgovor pojasniti

25

Drugi viri www.educa.fmf.uni-lj.si/izodel/sola www.e-sola.mladinska.com/mod/scorm/ view.php?id

Medpredmetno MAT: merjenje dolžine, razmerja, daljice GEO: merilo zemljevida THV: tehnično risanje

Zapomnili si bomo Pred risanjem sil ločimo opazovano telo in okolico, poimenujemo in opišemo sile, ki delujejo na opazovano telo (velikost, smer in prijemališče). Nato si izberemo prikladno merilo in v njem narišemo vse slie.


2.4 Risanje sil

Uvodna motivacija

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da jejo na delu ki sil, več ali • vedeli, da lahko dve silo eno z timo mes nado telo o opazovan rezultanto dveh • znali grafično in računsko določiti vzporednih sil nevzporednih sil • znali grafično določiti rezultanto dveh panje skle ovanje in * razvijali sistematično opaz življenjem im danj vsak z je * povezovali fizikalno znan

2 šolski uri

V učbeniku na strani 48 si ogledajo sliko. Ob njej se pogovorimo, v katerih deželah kot prevozno sredstvo uporabljajo pse in zakaj? Opišejo pokrajino. Napotimo jih na samostojno branje 48. strani v učbeniku v skladu z navodili za branje. Lahko poročajo, kar so se naučili.

učbenik str. 48−49 2.4 Risanje sa je ssill

Povzetek

Lahko ena sila nadomesti več sil?

Več sil, ki delujejo na isto telo lahko nadomestimo z rezultanto. Ta ima enak učinek na telo kot sile, ki jih nadomesti. Če sili kažeta v isto smer, je rezultanta kar seštevek velikosti obeh sil; če kažeta v nasprotno smer, pa razlika.

Oglejmo si pasjo vprego. Ker en pes ne more vleči težkih sani, v vprego vključijo več psov. Na ta način povečajo vlečno silo, saj se posamezne vlečne sile psov v vpregi seštejejo. Sani se gibljejo enako, če jih vleče več psov ali samo en konj, ki pa vleče z enako silo kot vsi psi skupaj. Sklepamo, da lahko sile seštejemo in jih nadomestimo z eno samo silo. To silo imenujemo rezultanta (angl. net force) in jo običajno označujemo z R.

Ključne besede: • seštevanje sil • vsota sil • rezultanta • nevzporedne sile

Ponovi

1. Ali lahko več sil nadomestimo z eno samo? 2. Na kakšen način seštevamo vzporedne sile? 3. Na kakšen način seštevamo sile, ki niso vzporedne?

Razmisli

Sile lahko seštevamo in jih nadomestimo z rezultanto, ki ima enak učinek na telo.

!

Kako bi lahko brez merjenja ugotovil vsoto dveh med seboj pravokotnih sil?

rezultanta

ki so bistvo V vsakem besedilu so ključne zamisli, ključne zamisli. zapisanega. Na teh straneh poišči tri ključne besede PRED BRANJEM: preleti ponaslove in so ključne MED BRANJEM: ugotovi, katere zamisli sošolcem PO BRANJU: zapiši jih in jih pojasni

Odgovori

1. Miha potiska omaro s silo 200 N. Katero merilo bi izbral za risanje sil na običajen list papirja? a) 1 cm  1 N b) 1 cm  100 N c) 1 cm  1000 N 2. Sile na sliki so narisane v merilu: 1 cm predstavlja 50 N. Kolikšna je v resnici velikost sile, ki je predstavljena z 2,5 cm dolgo usmerjeno daljico? a) 20 N b) 25 N c) 100 N č) 125 N 3. Silo 200 kN bi radi narisali v merilu: 1 cm pomeni 100 kN. Kako dolga mora biti usmerjena daljica? a) 0,2 cm b) 0,5 cm c) 2 cm č) 5 cm 4. Ugotovi, kolikšna je vsota spodnjih dvojic sil, če so narisane v merilu 1 cm je 10 N. a)

Lahko z risanjem seštejemo sile?

Če želimo sile seštevati z risanjem, morajo biti narisane v istem merilu. Dve sili seštejemo z upodobitvijo dveh daljic tako, da se druga začne tam, kjer se konča prva. Rezultanta obeh sil je usmerjena daljica, ki se začne v začetku prve daljice in konča v koncu druge. Oglejmo si nekaj primerov.

Postopek: 1. V enakem merilu narišemo obe sili. 2. Daljici prestavimo tako, da je izhodišč e druge v konici prve. 3. Rezultanta sega od začetka prve do konca druge daljice. F1 = 200 N

Običajno na telo deluje več sil hkrati. Kakšen je njihov vpliv na telo – se med seboj dopolnjujejo ali si morda nasprotujejo?

F2 = 200 N

20 00 N F1 =

N

R = 3000 N

R = 3000 N

N

F2

R=0N

b

0 00 =2

0 00 =2

a

1.

F1 = 200 0 N

F2

F2

1 cm 50 N

0 00 =2 N

1 cm 500 N

mo tudii več sil. m e sešteje a a enak nnačin lahko P.S. Na a 41. Poskussi v DZ na strani

F1 = 200 N R = 100 N

c)

Postopek: v merilu vzporednih silah – sile narišemo a. Postopamo lahko tako kot pri da je izhodišče druge v konici prve. in usmerejeni daljici postavimo tako, rezultanto do stičišča vzporednic. o narišem in nici vzpored o b. Obema silama določim

R = 400 N

F2 = 200 0 N

b)

20 00 N

=

F1 =

nta

a ult rez

V vsakdanjih primerih sile na opazovano telo niso vedno vzporedne. Iz poskusov se lahko prepričamo, da tudi dve nevzporedni sili lahko nadomestimo z rezultanto. Rezultanto dobimo, če sili seštejemo z risanjem, kot smo opisali prej (glej spodnjo sliko). Enako seštejemo tudi več sil, opazimo pa pomembno razliko – rezultanta nevzporednih sil je manjša kot seštevek velikosti posameznih sil.

20 00 N

le

v 2×

Je 2 + 2 vedno 4?

F1 =

sila čna

rezultanta = 0

F2 = 100 N

48

49

Če sta sili nasprotno enaki, je njun seštevek enak nič. Sili se med seboj izravnata.

Obravnava nove snovi − 1. ura Rezultanta sil. Z učenci se pogovorimo o prebranem odstavku in prvi sliki. Pojasnimo pojem rezultante, ali še bolje – pojasnijo naj ga kar učenci. Poudarimo, da sta sili obeh psov vzporedni. Rezultanta enako usmerjenih sil. Na prvo vzmet obesimo dve enaki uteži, na drugo enako vzmet pa utež, ki ima enako maso kot obe skupaj. Sila uteži na drugi vzmeti povzroči enak učinek kot uteži na prvi vzmeti. Učenci lahko na podlagi tega sami določijo in pojasnijo, kako izračunamo rezultanto obeh sil uteži v prvem primeru. Ogledamo si prvo risbo v učbeniku (prvi primer potiskanja hladilnika). Učenci bodo brez težav znali sami določiti rezultanto obeh sil. Naj to tudi pojasnijo!

Na koncu skupaj na tabli narišemo, kako grafično seštejemo obe sili in kam kaže rezultanta. Rezultanata nasprotno usmerjenih sil. Da se velikosti sil v tem primeru algebrajsko odštevajo, je gotovo najlažje razumeti na primeru, ko sta sili enako veliki (drugi primer potiskanja slike), saj intuitivno vedo, da se učinka sile med seboj izničita. Ob tem primeru vpeljimo izraz »izravnani sili«, ki ga bomo rabili pri ravnovesjih. Skupaj si oglejmo še tretji primer potiskanja hladilnika. Ob sliki se lahko tudi pogovorimo, kam in s kolikšno silo, bo potiskal namesto njiju tretji fant, da se bo hladilnik gibal enako, kot če ga potiskata fanta na sliki.

26

Utrjevanje & nadgradnja Preden se lotimo nalog v delovnem zvezku, preverimo razumevanje učencev. Vsi učenci bi morali znati rešiti 1. nalogo v delovnem zvezku. Pred reševanjem 2. naloge v delovnem zvezku se o nalogi pogovorimo z učenci (npr. kako si izbrati ustrezno merilo?). Ob tretjem primeru, ki je nekoliko zahtevnejši, lahko z učenci ponovimo tudi 3. Newtonov zakon.

Zaključek Razgovor o prevoznih sredstvih (npr. kako je znanost pripomogla, da za prevozna sredstva v razvitem svetu večinoma ne uporabljamo več živali?).


Medpredmetno

Diferenciacija Višja raven: Učenec zna določiti velikost rezultante dveh nevzporednih sil s skupnim prijemališčem. Zna sešteti več sil, ki so vzporedne. Ve zakaj smemo več sil na isto telo nadomestiti z eno samo.

Nižja raven: Učenec zna narisati rezultanto dveh nevzporednih sil s skupnim prijemališčem. Ve da je velikost rezultante manjša od algebrajske vsote velikosti posamičnih sil.

MAT: merjenje dolžine, razmerja, daljice, dolžina daljice, risanje vzporednic, paralelogram THV: tehnično risanje

del. zvezek str. 38−39 2.4b Seštevanje sil

3. Seštevamo lahko tudi sile, ki kažejo v različne smeri – rezultanto najlažje določimo z risanjem.

V preteklosti so manjše ladje po rekah vlekli konji – na vsakem nabrežju kanala vsaj po en konj. Nariši in izmeri rezultanto vlečnih sil dveh konj.

1. Več sil, ki delujejo na telo, lahko nadomestimo rezultanto. Ta ima enak učinek na telo, kot vsota vseh sil. Za spodnje primere zapiši, kolišna je rezultanta sil, ki delujejo na telo, in v katero smer kaže. 20 N

20 N

20 N

10 N

šs Kolikšna je rezultanta, če jo primerja silo posameznega konja?

20 N

20 N

R = 40 N v desno 2. Sile lahko seštevamo tudi z risanjem – dve ali več usmerjenih daljic nadomestimo z rezultanto. Za spodnje primere izberi merilo in z različnimi barvami nariši zapisane sile. Sile seštej z risanjem. Letala med letom iz smeri pogosto zanaša veter. Nariši in izmeri rezultanto sile, ki jo ustvarja propeler in potiska letalo naprej, ter sile vetra, ki deluje v pravokotni smeri.

Prvi fant vleče voz s silo F1 = 400 N, drugi pa ga potiska s silo F2 = 600 N.

vim izrekom Velikost rezultante izračunaj še s Pitagoro in jo primerjaj z izmerjeno velikostjo.

4. Kadar dve sili skupaj izravnata eno silo, lahko to silo z risanjem razstavimo in določimo velikosti obeh sil. V galeriji so obesili slike z maso 20 kg na različne načine. Z risanjem določi velikosti sil v posameznih vrvicah. u upor zraka s silo Fu = 400 N, Na padalca deluje v nekem trenutk teža padalca pa je Fg = 800 N.

Traktor vleče prvi voz s silo Fv = 2000 Trenje na vsak voz znaša Ft = 1000 N. N. Kako je najpametneje obesiti slike, če vrvice niso posebno močne?

39

38

Obravnava nove snovi − 2. ura Merjenje rezultante nevzprednih sil. Pollitrsko plastenko vode najprej obesimo na eno vrvico, nato pa na dve nevzporedni vrvici. Vsakokrat s silomeroma izmerimo velikosti sil, s katerimi so napete vrvice. Na tem primeru lahko lepo pojasnimo, da lahko tudi nevzporedne sile nadomestimo z eno silo. Poskus lahko nadaljujemo s spreminjanjem kota med vrvicama. Opomnimo jih, da je rezultanta v vsakem primeru 5 N, saj lahko dve vrvici vedno nadomestimo z eno, učinek pa bo enak. Risanje rezultante nevzprednih sil. Uporabimo lahko kar razlago primera v učbeniku (dvigalo). Za lažje delo lahko situacijo in obe sili že prej narišemo na papir. Za začetek je verjetno najbolje, če

pokažemo samo en postopek grafičnega seštevanja sil. Katerega bomo izbrali je načeloma vseeno, vendar je v primeru, da bomo v nadaljevanju seštevali več kot dve sili, priporočljivo izbrati prvi način (premik druge daljice tako, da se njen začetek stika s koncem prve).

Utrjevanje & nadgradnja Za utrjevanje so namenjene naloge v delovnem zvezku. Lahko pa tudi sami pripravimo naloge po vzoru naslednje naloge: Dve sili delujeta na isto telo in sta nevzporedni. Velikost prve je 60 N, druga pa 40 N. Velikost rezultante znaša: a) manj kot 100 N b) 100 N c) več kot 100 N.

27

Zaključek Vrnemo se h kovčku, ki ga vlečemo. (učbenik stran 47). Kako bi sešteli vse sile, ki delujejo na kovček? Kaj ugotovimo?

Drugi viri www.mehanika.info/Programi/opisi.htm www.e-fizika.si/OS/testRaz8_2.php

Zapomnili si bomo Dve ali več sil, ki delujejo na telo, nadomestimo z eno samo silo, ki jo imenujemo rezultanta. Ta ima enak učinek na telo, kot vse sile, ki jih nadomesti. Rezultanto lahko določimo grafično in/ali računsko.


2.5 Ravnovesje sil

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da ju oves ravn v telo je • znali pojasniti, kdaj im ravnovesjem mičn dina in čnim stati med li • razlikova • razumeli 1. Newtonov zakon v ravnovesju • znali določiti neznano silo, če je telo dilo bese in * povezovali sliko ovali, pojasnjevali in sklepali * čim bolj premišljeno opaz jih začeli tudi sami risati * spoznali pomen skic in

1 šolska ura učbenik str. 50−51 2.5 Ravnovesje j sil

Povzetek

Telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo, če je rezultanta sil na telo enaka nič. Pravimo, da je v takšnem primeru telo v ravnovesju. To spoznanje je zajeto v 1. Newtonovem zakonu.

zelo V tem poglavju so risbe sil na telesa pomembne za razumevanje besedila. PRED BRANJEM: oglej si slike narisano razumeš ali ugotovi, MED BRANJEM: primere PO BRANJU: nariši sile za podobne Ključne besede: • ravnovesje • mirovanje • 1. Newtonov zakon • zakon vztrajnosti

1. Po čem prepoznamo telo v ravnovesju? 2. S svojimi besedami razloži bistvo 1. Newtonovega zakona.

Pri plezanju je ravnovesje življenjsko pomembno. Potrebna je velika mera previdnosti, moči in znanja, da ne izgubimo stika s podlago. V nasprotnem primeru nas čaka padec, saj nas teža ves čas vleče v globino. In le vrv lahko ponovno vzpostavi ravnovesje in prepreči trd pristanek, pri katerem so sile lahko usodne.

sila vrvi Teža in sila vrvi sta med seboj izravnani – plezalec je v ravnovesju. Plezalec miruje ali se giblje s stalno hitrostjo.

plezalec je v ravnovesju

teža sila vrvi

Teža in sila vrvi med seboj nista izravnani – plezalec ni v ravnovesju. Plezalec se giblje, pri čemer se hitrost spreminja.

Ponovi

plezalec ni v ravnovesju

teža

Odgovori Med seboj sta v ravnovesju sili, ki delujeta na isto telo v nasprotnih smereh in sta hkrati enako veliki. Silo, ki deluje navzdol, lahko izravna le sila, ki deluje navzgor. Na ta način lahko določimo velikost in smer neznane sile. Oglejmo si nekaj preprostih primerov.

sila mize

Kdaj je telo v ravnovesju?

Ravnovesja ne srečamo le pri plezanju, temveč povsod okoli nas. Kaj je v resnici ravnovesje in kako ga prepoznamo? Ali je telo v ravnovesju ali ne, lahko ugotovimo po njegovem gibanju. Telo je namreč v ravnovesju, kadar miruje ali se giblje s stalno hitrostjo. Ločimo dve vrsti ravnovesja: • statično ravnovesje – mirovanje • dinamično ravnovesje – gibanje s stalno hitrostjo Vemo, da se telesu spremeni gibanje le, kadar nanj deluje sila. Sklepamo, da velja tudi obratno: telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo, kadar nanj ne deluje nobena sila. Telo pa ne spremeni gibanja niti, kadar nanj deluje več sil, ki so med seboj izravanane. Njihov skupni učinek na gibanje telesa se namreč izniči. Za telo v ravnovesju velja, da je vsota sil nanj enaka nič. ?

1. Omaro potiskamo s stalno hitrostjo. a) Kolikšna je rezultanta sil na omaro? b) Katera sila je nasprotno enaka teži? c) Katera sila je nasprotno enaka potisni sili? č) Za kakšno vrsto ravnovesja gre v tem primeru? 2. Padalec pada s stalno hitrostjo. a) Kolikšna je rezultanta sil na padalca? b) Katere sile delujejo na padalca? c) Katera sila je nasprotno enaka teži padalca? 3. V katerih od naštetih primerov je telo v ravnovesju? Vsak odgovor pojasni. a) Kolesar se pelje s stalno hitrostjo. b) Po tleh zakotalimo kroglo in jo spustimo. c) Jabolko se je odtrgalo z veje in pada proti tlom. č) V roki držimo težko knjigo.

Kolikšna je neznana sila?

Mirovanje na ravni podlagi

1 cm 0,5 N

Ker je 200-gramsko jabolko na sliki pri miru, vemo, da so sile nanj izravane. Sila mize je nasprotno usmerjena kot teža, njena velikost pa je tako kot velikost teže enaka 2N.

teža sila roke

Držanje 200-gramsko jabolko na sliki je v ravnovesju, iz česar sklepamo, da je sila roke enako velika (2 N) in nasprotno usmerjena kot teža.

Ali lahko med seboj izravnane sile spremenijo obliko telesa (npr. pri vlečenju vrvi)?

sila peclja

1 cm 0,5 N

Kaj pravi 1. Newtonov zakon?

Ravnokar smo ugotovili, da se gibanje telesa ne spreminja, kadar na telo ne deluje nobena sila ali je rezultanta sil enaka nič. Ta ugotovitev je tako pomembna, da se imenuje 1. Newtonov zakon ali zakon vztrajnosti. Običajno jo na kratko zapišemo takole: telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo, če je rezultatna sil nanj enaka nič. Zakon vztrajnosti mu pravimo, ker telo vztraja v mirovanju ali gibanju s stalno hitrostjo, če je rezultanta sil nanj enaka nič. ! 50

teža

Visenje Na 200-gramsko jabolko na sliki deluje teža navpično navzdol in sila peclja pravokotno navzgor. Ker je jabolko v ravnovesju, sta sili nasprotno enaki. 1 cm 0,5 N

1. Newtonov zakon: če je rezultanta sil na telo enaka nič, telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo. teža

Uvodna motivacija Lahko uporabimo zgodbo o prostem plezanju iz uvodnika poglavja (če tega še nismo storili). Morda lahko kaj o prostem plezanju pove kdo od učencev, če se s tem ukvarja. Lahko pa pokažemo tudi kratek video z www.youtube.com (free climbing super fast).

Opiši sile tik preden in tik po tem, ko odtrgamo jabolko? 51

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Seštevanje vzporednih sil ponovimo ob slikah, na katerih so narisane sile in označene velikosti sil. Učenci izračunajo velikost rezultante sil. Če izberemo konkretne primere, ki jih lahko pripravimo v razredu, bodo učenci lahko sproti preverili pravilnost svojih ugotovitev.

?

Ravnovesje ali ne? Ogledamo si obe sliki plezalca v učbeniku. Učenci naj pojasnijo, kako bi v obeh primerih izračunali rezultanto in kolikšna je. Učenci naj povedo ali plezalec na posamezni sliki miruje ali se giblje. Odgovori bodo različni, zato povemo, da bodo ob koncu ure znali odgovore pojasniti. Statično ravnovesje. Pokažemo nekaj primerov statičnega ravnovesja (npr. plastenka na mizi, plastenko držimo v roki, plastenka obešena na vrvico). Učenci ob vsakem primeru poimenujejo sile na plastenko in povedo, koliko je rezultanta. Z učenci se pogovorimo o dinamičnem ravnovesju. Pojasnimo, kako vemo, da se telo giblje s stalno hitrostjo.

28

Dinamično ravnovesje. Pokažemo nekaj primerov dinamičnega ravnovesja (npr. plastenko enakomerno vlečemo po mizi ali jo enakomerno dvigujemo). Učenci naj primerjajo težo in silo roke, ko smo plastenko enakomerno dvigovali. Verjetno bodo odgovorili, da je sila roke večja od teže plastenke. Spodbudimo jih, da opravijo eksperiment v delovnem zvezku. Potem bodo znali pravilno odgovoriti. 1. Newtonov zakon. Učenci naj sami poskusijo na podlagi izvedenih poskusov zapisati ugotovitve o ravnovesju sil. Ugotovitve primerjamo z zapisi 1. Newtonovega zakona v učbeniku in jih ustrezno komentiramo. Razumevanje lahko preverimo s 1. nalogo v delovnem zvezku.


Diferenciacija Višja raven: Učenec zna v primerih, ko na telo delujejo vzporedne sile, presoditi, kako se giblje telo. V primerih, ko na telo deluje več vzporednih sil, zna na podlagi gibanja telesa sklepati, kolikšne so medsebojne velikosti teh sil.

Ta temo je bistvenega pomena za razumevanje poglavja o silah, zato jo morajo v osnovi razumeti vsi učenci. Gotovo bo nekaj učencev imelo težave z razumevanjem dinamičnega ravnovesja (kako se lahko telo giblje, če je vsota sil enaka nič?!).

Nižja raven: Učenec zna v primerih, ko na telo delujeta dve vzporedni sili, določiti rezultanto in pojasniti, ali je telo v ravnovesju. Zna narisani vzporedni sili, ki delujeta na opazovano telo in zna pojasniti, ali sta sili med seboj izravnani ali ne.

del. zvezek str. 40−41 2.5 Ravnovesje sil

3. Če telo miruje ali se giblje s stalno hirostjo, je rezultanta vseh sil, ki delujejo nanj, enaka nič. Ugotovi, kolikšne so neznane sile, če se avto in letalo gibljeta s stalno hitrostjo.

1000 N

1. Telo je v ravnovesju, kadar je rezultanta vseh sil nanj enaka nič. Takrat telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo. Na slikah je prikazan motorni čoln v različnih fazah vožnje. Ugotovi, kako se giblje in ali je v ravnovesju.

8000 N

čoln miruje 2500 N

2000 N

2500 N

2000 N

2000 N

1000 N

2500 N

10.000 N

4. Če je telo pri miru, je zagotovo v ravnovesju, kar pomeni, da je rezultanta vseh sil na telo enaka nič. Za narisane primere določi silo v drugi vrvi, če oder miruje. Kaj pa, če se začne oder počasi dvigovati?

Statično ravnovesje

250 N

2. Ločimo dve vrsti ravnovesja – statično in dinamično. Najprej zapiši, v čem se razlikujeta obe vrsti ravnovesij, nato zapiši, kaj imata skupnega.

500 N

500 N

čoln je v ravnovesju

Dinamično ravnovesje

5. Telo v ravnovesju prepoznamo po mirovanju ali gibanju s stalno hitrostjo. Takrat so vse sile na telo izravnane. Za spodnje primere najprej presodi, ali je telo v ravnovesju ali ne, in nato v skladu s tem nariši manjkajoče sile. Kaj je skupno obema vrstama ravnovesja?

Preveri prvi Newtonov zakon!

Naloga: ugotovi, kolikšna je vsota sil, če telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo. Potrebščine: peresnica in vzmetna tehtnica Potek merjenja: 1. Stehtaj svojo peresnico. htnica. 1. Na vzmetno tehtnico obesi svojo peresnico in odčitaj, koliko kaže vzmetna tehtnica. 2. Vrh vzmetne tehtnice in s tem peresnico počasi dviguj in odčitaj, koliko kaže vzmetna tehtnica. e vzmetna tehtnica. 3. Vrh vzmetne tehtnice in s tem peresnico počasi spuščaj in odčitaj, koliko kaže Meritve:

sila roke (N)

rezultanta sil (N)

mirovanje

mirovanje

gibanje s stalno hitrostjo (ni trenja)

hitrost pada (trenje)

mirovanje (trenje preprečuje zdrs)

hitrost narašča (ni trenja)

ravnovesje

vrsta ravnovesja sja

Peresnica miruje. Peresnica se dviguje. Peresnica se spušča. Razmisli: kolikšno silo bi med padanjem kazala vzmetna tehnica, če bi jo skupaj s peresnico spustil iz rok?

hitrost narašča

gibanje s stalno hitrostjo

41

40

Utrjevanje & nadgradnja Za utrjevanje in preverjanje osvojene snovi so primerne vse naloge v učbeniku. Učenci lahko ustno odgovarjajo na zastavljena vprašanja. Za višjo raven znanja lahko pojasnimo primer, ko ena sila izravna dve ali več vzporednih sil (npr. na vzmetno tehtnico eno pod drugo obesimo dve uteži).

Zaključek Pri tej uri smo obravnavali primere, ko na telo delujejo samo vzporedne sile. Učenci lahko opišejo še kak primer iz vsakdanjega življenja, ko na telo delujejo samo vzporedne sile.

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju z vmesnima vprašanjema v učbeniku: • Ali lahko na telesu vendarle opazimo kakšne učinke med seboj izravnanih sil? • Opiši sile tik preden, in tik po tem, ko odtrgamo jabolko z veje.

Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Predlagamo, da se z učenci na kratko pogovorite o smiselnosti aktivnega učenja in jih spodbudite, da opravijo, kar od njih zahteva navodilo. Podobno aktivnost lahko izvedete tudi na članku iz poljudoznastvene revije.

29

Drugi viri www.youtube.com (free climbing)

Medpredmetno ŠV: plezanje po vrvi THV: tehnično risanje MAT: merjenje dolžine, dolžina daljice

Zapomnili si bomo Telo je v ravnovesju, kadar miruje ali se giblje premo enakomerno. Za telo v ravnovesju velja, da je rezultanta sil na telo enaka nič. Enako veliki in nasprotno usmerjeni sili, ki delujeta na isto telo, se izravnata.


2.5 Ravnovesje sil

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da dvojico sil mno vzaje in sili • razlikovali izravnani več sil na izrav ti hkra sila ena o lahk • vedeli, da komponenti ni okot • znali razstaviti dano silo na prav a gibanje minj spre sil om • vedeli, kako se pod vpliv to celo v silah o je * povezovali znan ovali, pojasnjevali in sklepali * čim bolj premišljeno opaz jih začeli tudi sami risati * spoznali pomen skic in

1 šolska ura učbenik str. 52−53 2.5 Ravnovesje j sil

Obešeno telo Na 25-kilogramski semafor na sliki delujejo teža, sila jeklenice in sila droga. Kolikšni sta sila jeklenice in sila droga?

Newtonovi Na teh straneh so omenjeni vsi trije sil in gibanja. zakoni, ki so bistveni za razumevanje treh zakonov PRED BRANJEM: poišči zapise vseh vsak od njih opisuje kaj ugotovi, MED BRANJEM: besedami svojimi s PO BRANJU: razloži vse tri zakone Ključne besede: • ravnovesje sil • neravnovesje sil • 1. Newtonov zakon • 2. Newtonov zakon

Kateri sili se lahko izravnata?

Tako pri medsebojnem delovanju teles kot pri ravnovesju sil pogosto naletimo na sili, ki sta nasprotno enaki. Vendar je med obema primeroma bistvena razlika. Oglejmo si primer deklice, ki sedi na gugalnici.

sila gugalnice

sila gugalnice

Sila jeklenice izravnava težo, zato mora biti v navpični smeri enako velika kot teža. Označimo, do kod mora v navpični smeri segati usmerjena daljica, in jo narišemo. Daljica je dolga približno 4,5 cm, torej je velikost sile jeklenice približno 450 N.

?

sila deklice

sila trenja 1 cm 1000 N

vlečna sila

teža

Odgovori

1. Na kateri sliki sile zagotovo niso v ravnovesju? a) b) c)

1 cm 100 N

teža

?

2. Potisna sila rakete je 80 kN. Teža rakete je 70 kN. Raketa se dviga s stalno hitrostjo. a) Kolikšna je rezultanta sil na raketo? b) Poimenuj vse sile, ki delujejo na raketo, in opiši smeri njihovega delovanja.

V kateri smeri kaže sila droga?

Sila droga mora izravnati silo jeklenice, zato mora biti enako dolga kot sila jeklenice v vodoravni smeri. S slike razberemo, da je velikost sile droga približno 350 N. potisna sila iztekajočih plinov ice

Pogosto na telo v ravnovesju deluje več sil v različnih smereh. Več sil seštejemo na enak način kot dve sili, le rezultanta sega od začetka prve do konca zadnje sile. Če pa želimo na pogled oceniti, ali so sile v ravnovesju ali ne, moramo preveriti, ali za vsako silo obstaja takšna sila, ki deluje v nasprotni smeri in jo izravna. Lahko pa ena sila izravna tudi več sil hkrati.

Na brano delujejo teža navpično navzdol, sila podlage navpično navzgor, vlečna sila traktorja v smeri gibanja in sila trenja v nasprotni smeri. Ker je brana v ravnovesju, je sila podlage enako velika kot teža (3000 N), hkrati pa je sila trenja enako velika kot vlečna sila (1500 N). Za kakšno vrsto ravnovesja gre v tem primeru? Kaj se zgodi, če voznik traktorja doda plin?

Uvodna motivacija Drugo sliko plezalca v učbeniku na strani 50 ponazorimo s poskusom s pollitrsko plastenko na vrvici. Plastenko z roko odmaknem od ravnovesne lege in jo zadržimo. Učenci poimenujejo sile na plastenko jih opišejo ter povedo, kolikšna je rezultanta sil. Postavimo vprašanje: kaj se zgodi, če spustimo plastenko?

sila droga 1 cm teža

100 N

Če plezalcu po nesreči zdrsne, se poruši njegovo ravnovesje in plezalec začne padati. Pri tem se giblje vse hitreje in hitreje. Vidimo, da se gibanje telesa spreminja, če rezultanta sil nanj ni enaka nič. Sprememba gibanja je tem večja, čim večja je sila, ki ga povzroča. Hkrati pa se telo z večjo maso bolj upira spremembi gibanja. To lahko strnemo v 2. Newtonov zakon, ki pravi: Sprememba gibanja telesa je sorazmerna s silo, ki jo povzroča, in obratno sorazmerna z maso telesa. Več o tem v devetem razredu. !

2. Newtonov zakon: Sprememba gibanja telesa je sorazmerna z rezultanto sil, ki delujejo nanj.

teža

Preveri 2. Newtonov zakon Napihni balon in preveri 2. Newtonov zakon. Podrobna navodila so v DZ na strani 42.

53

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Z učenci še enkrat ponovimo, kako prepoznamo telo v ravnovesju in kakšna je v takšnem primeru rezultanta sil na telo. Sproti preverimo, ali so ostale kakšne napačne predstave o dinamičnem ravnovesju in jih odpravimo.

len ek aj sil

In če se ravnovesje poruši?

Traktor vleče 300-kilogramsko brano s stalno hitrostjo s silo 1500 N v vodoravni smeri. Katere sile delujejo na brano in kolikšne so?

? 52

1. Ali se lahko sili, ki delujeta na različni telesi, izravnata? 2. Opiši, kaj mora veljati za sile na telo v ravnovesju. 3. Kaj se dogaja s telesom, če sile niso v ravnovesju?

Zakaj je leva slika prečrtana?

Vleka s stalno hitrostjo

sila podlage

Ponovi

Katera sila izravna silo, s katero privlačimo Zemljo? le ek aj sil

Kaj, če je sil več? teža

Med seboj lahko seštevamo le sile, ki delujejo na isto telo. Če na telo v ravnovesju deluje več sil, morajo biti izravnane v vseh smereh: gor–dol, levo–desno ... V primeru, da sile med seboj niso izravnane, se telo giblje pospešeno. Sprememba gibanja je tem večja, čim večja je rezultanta sil.

Razmisli e nic

Na levi sliki sta prikazani sila, s katero deklica deluje na gugalnico, in sila, s katero gugalnica deluje na deklico. Ti dve sili opisujeta medsebojno delovanje med deklico in gugalnico ter sta v skladu z zakonom o vzajemnem delovanju sil nasprotno enaki. Ker deluje ena sila na deklico, druga pa na gugalnico, se med seboj ne moreta izravnati. Na desni sliki sta prikazani teža deklice in sila gugalnice na deklico. Obe sili sta sili okolice na deklico, zato se lahko med seboj izravnata. Ker deklica miruje, v skladu s 1. Newtonovim zakonom sklepamo, da sta sili nasprotno enaki in je njuna rezultanta enaka nič.

Povzetek

Razlikujemo 1. in 3. Newtonov zakon. Plastenko na vrvici enakomerno dvigujemo ali spuščamo. Izzovimo jih s trditvijo, da je plastenka v ravnovesju, ker sta med seboj izravnani sila kroglice na vrvico in sila vrvice na kroglico (na tablo narišemo skico). Počakamo, če se bo komu vse skupaj zdelo sumljivo, sicer sprožimo vprašanje, kako je s težo. Še enkrat razčistimo kaj je opazovano telo in da le sile okolice na to telo vplivajo na njegovo obliko in gibanje. Torej: sila vrvice in sila plastenke sta vzajemni par, sila vrvice in teže pa se med seboj izravnata. Rezultanta večih sil. Učenci naj po mizi enakomerno vlečejo polno pollitrsko plastenko vode, pri čemer naj bo vrv vzpored-

30

na z mizo. Izmerijo naj vlečno silo (težo in silo podlage že tako ali tako poznajo). Na tablo narišemo skico, vrišemo sile. Z učenci se pogovorimo o ravnovesju plastenke. Pojasnimo, da navpična sila (sila podlage) izravna navpično (teža), vodoravna (trenje) pa vodoravno (vlečna sila). Pridobljeno znanje preiskusimo na primeru traktorja v učbeniku. Razstavljanje sil. Učenci naj na sliki semaforja z vrisanimi silami seštejejo silo droga in jeklenice. Ugotovili bodo, da njuna vsota izravna težo. Napotimo jih na obratno razmišljanje − ali bi lahko določili silo droga in jeklenice, če vemo, da njuna vsota izravna težo semaforja. Boljši učenci naj to tudi grafično naredijo.


Diferenciacija Višja raven: Učenec zna poimenovati sile, ki delujejo na telo v ravnovesju in jih zna narisati. Pojasni, katere sile se pri tem izravnajo (razlikuje izravnani sili in vzajemni par sil). Na konkretnem primeru zna silo razstaviti na dve sili v izbranih smereh.

Temo lahko razumejo vsi učenci, saj omogoča, da lahko pri uri aktivno sodelujejo. Sami lahko nanizajo nekaj primerov iz vsakdanjega življenja. Zaradi jasnosti dosledno uporabljamo izraze »sile se izravnajo« in »telo je v ravnovesju«.

Nižja raven: Učenec zna na konkretnem primeru ugotoviti, ali narisani sili delujeta na isto telo ali na dve različni telesi. Zna opisati, katere sile se izravnajo pri enakomernem gibanju telesa po vodoravni podlagi. Ve da lahko silo razstavimo.

del. zvezek str. 40−41 2.5 Ravnovesje sil

3. Če telo miruje ali se giblje s stalno hirostjo, je rezultanta vseh sil, ki delujejo nanj, enaka nič. Ugotovi, kolikšne so neznane sile, če se avto in letalo gibljeta s stalno hitrostjo.

1000 N

1. Telo je v ravnovesju, kadar je rezultanta vseh sil nanj enaka nič. Takrat telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo. Na slikah je prikazan motorni čoln v različnih fazah vožnje. Ugotovi, kako se giblje in ali je v ravnovesju.

8000 N

čoln miruje 2500 N

2000 N

2500 N

2000 N

2000 N

1000 N

2500 N

10.000 N

4. Če je telo pri miru, je zagotovo v ravnovesju, kar pomeni, da je rezultanta vseh sil na telo enaka nič. Za narisane primere določi silo v drugi vrvi, če oder miruje. Kaj pa, če se začne oder počasi dvigovati?

Statično ravnovesje

250 N

2. Ločimo dve vrsti ravnovesja – statično in dinamično. Najprej zapiši, v čem se razlikujeta obe vrsti ravnovesij, nato zapiši, kaj imata skupnega.

500 N

500 N

čoln je v ravnovesju

Dinamično ravnovesje

5. Telo v ravnovesju prepoznamo po mirovanju ali gibanju s stalno hitrostjo. Takrat so vse sile na telo izravnane. Za spodnje primere najprej presodi, ali je telo v ravnovesju ali ne, in nato v skladu s tem nariši manjkajoče sile. Kaj je skupno obema vrstama ravnovesja?

Preveri prvi Newtonov zakon!

Naloga: ugotovi, kolikšna je vsota sil, če telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo. Potrebščine: peresnica in vzmetna tehtnica Potek merjenja: 1. Stehtaj svojo peresnico. htnica. 1. Na vzmetno tehtnico obesi svojo peresnico in odčitaj, koliko kaže vzmetna tehtnica. 2. Vrh vzmetne tehtnice in s tem peresnico počasi dviguj in odčitaj, koliko kaže vzmetna tehtnica. e vzmetna tehtnica. 3. Vrh vzmetne tehtnice in s tem peresnico počasi spuščaj in odčitaj, koliko kaže Meritve:

sila roke (N)

rezultanta sil (N)

mirovanje

mirovanje

gibanje s stalno hitrostjo (ni trenja)

hitrost pada (trenje)

mirovanje (trenje preprečuje zdrs)

hitrost narašča (ni trenja)

ravnovesje

vrsta ravnovesja sja

Peresnica miruje. Peresnica se dviguje. Peresnica se spušča. Razmisli: kolikšno silo bi med padanjem kazala vzmetna tehnica, če bi jo skupaj s peresnico spustil iz rok?

hitrost narašča

gibanje s stalno hitrostjo

41

40

Utrjevanje & nadgradnja Razumevanje snovi utrdimo na primeru z obešeno pollitrsko plastenko, ki jo odklonimo iz ravnovesne lege za 60°, pri čemer je vrv napeta s silo 3,5 N. Pogovorimo se o silah. Učenci pojasnijo, kaj bi lahko pri nalogi določili. Za utrjevanje lahko učenci naredijo 3. in 4. nalogo v delovnem zvezku.

Zaključek Ker zaključujemo z obravnavo celotnega poglavja, se lahko z učenci se pogovorimo, ali je pridobljeno znanje koristno in v katerih poklicih oziroma panogah ga morajo zagotovo obvladati.

Kritično mišljenje Obravnavana snov je zahtevna in že sama po sebi zahteva kritično mišljenje. Učence lahko kljub temu še dodatno spodbudimo k kritičnemu razmišljanju z vprašanjem: • Kaj bi se zgodilo, če bi semafor nadomestili s telesom z mnogo večjo maso?

Aktivno branje − branje fizike s slike (razbiranje podatkov s slike, pojasnjevanje s slike) − risanje skice − branje navodil za eksperimentalno delo − pojasnijo rešitev naloge − presojanje velikosti sil

31

Drugi viri www.shrani.si/f/1B/g4/lK8Zc5x/sila.ppt www.e-fizika.si/OS/testRaz8_2.php

Medpredmetno THV: prometna vzgoja MAT: merjenje dolžine, dolžina daljice premo sorazmerje, paralelogram

Zapomnili si bomo Delovanje sil in njihov učinek na gibanje teles opisujejo Newtonovi zakoni. 2. Newtonov zakon: Če se sile, ki delujejo na telo ne izravnajo, telo ni v ravnovesju. Gibanje takšnega telesa se spreminja.


2.6 Enakomerno gibanje

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da koraku em vsak • vedeli, da gibanje srečamo na ne kdaj in e • vedeli, kdaj se telo giblj stjo in tirom • vedeli, da gibanje opišemo s hitro rno ali pospešeno ome enak nje giba o lahk je da li, • vede ere prim nske raču * znali izračunati preprsote e enot ke mers ti varja pret om * znali s premislek

1 šolska ura učbenik str. 56−57 2.6 Enakomerno gibanje

Predstavljaj si, da v toplem dnevu ležiš na travniku. Čeprav si daleč od mestnega vrveža, se vse okrog tebe neprestano giblje. Po nebu potujejo oblaki, letalo pusti belo sled, v daljavi slišiš žuborenje potočka, ki se preliva čez kamenje, pihanje vetra, ki zamaje travne bilke, na cvet v bližini prileti čebela, sekundni kazalec na uri neusmiljeno teče in sonce se spušča vse nižje ...

... so pogosti Pojmi gibanje, hitrost, pospeševanje, š pravilno? v naši vsakodnevni govorici. Jih uporablja te besede PRED BRANJEM: razmisli, kako si razlagaš teh besed MED BRANJEM: poišči ustrezne razlage a? razlikujet Se razlagi. PO BRANJU: primerjaj obe

Kdo je najhitrejši?

Ker lahko človek peš naredi le nekaj kilometrov na uro, če jezdi na konju pa nekaj deset, so v preteklosti potovanja trajala dneve in tedne. S pojavom prevoznih sredstev so začele hitrosti potovanj vrtoglavo naraščati. Tako lahko danes v nekaj urah pridemo na drugi konec sveta s hitrostjo 1000 kilometrov na uro. A kako vemo, s kolikšno hitrostjo se gibljemo? ?

Povzetek

Gibanje je zelo pogost pojav v vesolju in pomeni spreminjanje lege glede na okolico. S tirom opišem pot gibanja, s hitrostjo pa, kako hitro se spreminja lega telesa. Gibanje je lahko premo ali krivo in enakomerno ali pospešeno.

Ponovi

1. Kaj je gibanje? 2. Kaj pove hitrost? 2. V čem se razlikujeta enakomerno in pospešeno gibanje?

Kdo se giblje in kdo miruje?

Ob opisovanju gibanja telesa je pomembno, glede na kaj se spreminja lega telesa. Gibanje je spreminjanje lege glede na izbrano okolico. Kot fantu na spodnji sliki se tudi tebi najbrž zdi, da si sedaj, ko bereš to besedilo, pri miru. A pri miru si le glede na Zemljino površje, saj skupaj z našim planetom ves čas drvimo skozi vesolje.

Razmisli

Ali se lahko telo giblje s poljubno veliko hitrostjo?

Odgovori

1. Tekač preteče 100 m dolgo razdaljo v 10 sekundah, medtem ko maratonec porabi za 42,1 km dolgo progo dve uri in 10 minut. Kolikokrat večja je povprečna hitrost tekača v primerjavi s hitrostjo maratonca? km 2. Miha se v šolo vozi s kolesom s hitrostjo 30 h . Od doma do šole potrebuje 10 minut in vedno pride v šolo tik pred zvonjenjem. Nekega dne se kot po navadi odpravi od doma, vendar mu na pol poti poči guma in naprej mora peš s hitrostjo 5 km h . Za koliko zamudi začetek pouka?

Kdo ima prav – dekle ali fant? Zakaj?

?

Potniki se gibljejo glede na postajo.

Kako bi ugotovil, kdo v razredu je najhitrejši? Potniki mirujejo glede na vlak.

Hitrost (angl. speed) pove, kako hitro se spreminja lega telesa. Merimo jo v metrih na sekundo [ ms ] ali kilometrih na uro [ km h ] in označujemo z v. Hitrost je enaka prepotovani poti, deljeni s časom, v katerem je telo opravilo to pot. To lahko zapišemo tudi krajše:

Rešimo skupaj

Polet z letalom med Ljubljano in Londonom traja natanko 2 uri. Kolikšna je v povprečju hitrost letala, če je dolžina leta 1200 km?

hitrost =

pot čas

ali

v=

s t

Kako se lahko gibljemo?

pri čemer pot označimo s črko s, čas pa s črko t.

čas = 2 uri pot = 1200 km hitrost = ?

!

Ker poznamo razdaljo in čas leta, lahko kar takoj izračunamo hitrost letala: hitrost = pot = 1200 km = 600 km čas 2h h

? Se ti zdi izračunana hitrost smiselna?

1

Hitrost (v) je enaka spremembi lege v določenem času. Merimo jo v sm ali km h .

v=

s t

m km m 1 km 3600 s =1 · · = 3,6 s h s 1000 m 1 h

Enote najlažje pretvarjamo z ulomki, ki so enaki 1 in m 1h vsebujejo obe enoti (npr. ( 1000 1 km ali 3600 s ). 1

km m km 1000 m 1 h 1m =1 · · = = 0,27 h s h 1 km 3600 s 3,6 s

Po avtocesti večinoma vozimo enakomerno s stalno hitrostjo, v naselju pa moramo pogosto zavirati in pospeševati. Pri tem se hitrost avtomobila neprestano spreminja. Iz Newtonovih zakonov vemo, da je od rezultante sil, ki delujejo na telo, odvisno, kakšno bo gibanje. Če je rezultanta enaka nič, bo telo mirovalo ali se bo gibalo enakomerno. Če je rezultanta različna od nič in kaže v smeri gibanja, se bo telo gibalo pospešeno, če pa kaže v nasprotni smeri, bo gibanje pojemajoče. Kako veš, kdaj vozi avto enakomerno, kdaj zavira in kdaj pospešuje?

?

krivo gibanje

56

Železniške proge in ceste sledijo zemljišču. Zato imajo ravne odseke in zavoje, ki določajo gibanje vlakov in avtomobilov. Hkrati pa morajo letala in ladje ves čas preverjati smer gibanja, da ne skrenejo z začrtane poti in zaidejo v težave. Ob hitrosti je torej pomembna tudi smer oziroma tir gibanja. Glede na smer oziroma tir med seboj ločimo: • premo gibanje – smer se ne spreminja, tir je premica • krivo gibanje – smer se spreminja, tir je krivulja

Uvodna motivacija V začetku si lahko ogledamo video tekme med običajnim avtomobilom, vozilom za rally in bolidom formule ena. Najdemo ga na www.youtube.com (road car vs rally car vs f1). Namesto tega si lahko ogledamo posnetek teka na 100 m.

0

5 m s

10 m s

15 m s Rumeni avto je z nespremenjeno hitrostjo prevozil rumeno – hitrost je ves čas enaka. To je enakomerno gibanje.

15 m s

15 m s

15 m s Rdeči avto začne pred rdečo lučjo zavirati – hitrost se mu zmanjšuje. Takšno gibanje imenujemo pojemajoče gibanje.

15

m s

10

m s

5

m s

0

57

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Videli smo, da se prosto gibljiva telesa pod vplivom sil lahko gibljejo. Če je rezultanta vseh sil na telo enaka nič, svojega gibanja ne spreminjajo (mirujejo ali se gibljejo enakomerno). V primeru, da je rezultanta vseh sil različna od nič, se telo giblje vse hitreje oziroma počasneje.

km

100.000 h (Voyager) km 3530 h (Blackbird) km 1228 h (Thrust SSC) km 581 h (Maglev) km 510 h (Spirit of Australia) km 45 h (Bolt)

Zeleni avto je speljal pri zeleni luči – pospešuje in hitrost mu raste. Takšnemu gibanju pravimo pospešeno gibanje.

Naravnost ali po ovinkih? premo gibanje

Hitrostni rekordi sonda letalo avto vlak ladja človek

Primerjava gibanj. Za začetek se lahko pogovorimo o zgodovini potovanj in naraščanju hitrosti. Bistvo je, da učenci spoznajo, da različna gibajoča se telesa premagajo določeno razdaljo v različnem času oziroma različne razdalje v istem času. Glede na to, da imajo o hitrosti dobro in večinoma pravilno izoblikovano predstavo, jo lahko neposredno vpeljemo. km/h ↔ m/s. Učenci večinoma ne marajo pretvarjanja enot, vendar se pri hitrosti temu ne moremo izogniti. Vendra tega ne smejo delati na pamet, temveč s premislekom. Priporočamo uporabo oklepajev, katerih vrednost je 1 (tako, kot je to prikazano v učbeniku!). Naredimo nekaj nalog s hitrostjo, ki vsebujejo pretvarjanje.

32

Opis gibanja. Učencem na primerih pokažimo, v čem se lahko gibanja razlikujejo. S pomočjo tega lahko učencem pojasnimo, da opišemo gibanje s tirom in tem, kako po tiru napreduje (hitrost). Za prispodobo lahko uporabimo letala ali ladje, ki rabijo merilnih hitrosti in kompas. Sile in gibanje. Navežemo se na prejšnjo učno uro, pri kateri smo na hitro spoznali tudi 2. Newtonov zakon. Ponovnimo, kako se giblje telo, ki je v ravnovesju in kako telo, ki ni v ravnovesju. Ker bomo gibanje natančneje obravnali v 9. razredu, zadostuje, da vedo, da v ravnovesju hitrost ostaja nespremenjena (tudi smer!) v neravnovesju pa se s časom spreminja.


Diferenciacija Višja raven: Učenec naj bi razumel, da lahko dva opazovalca različno opišeta gibanje. Znal naj bi reševati tudi malce bolj zapletene računske naloge. Znal naj bi preračunavati enote z razmislekom (dober test je preračun v milje na uro!).

Kljub temu, da je gibanje precej »domača« tema se bodo pokazale razlike. Pretvarjanja km/h v m/s in obratno zelo verjetno nekateri učenci ne bodo delali z razmislekom. Verjetno vsi razumeli Galilejeve relativnosti in povezave sile-gibanje.

Nižja raven: Učenec naj bi vedel kako opišemo gibanje. Naj bi razmel, kaj pomeni, da ima neko telo dvojno hitrost. Znal naj bi brez večjih težav preračunati km/h v m/s. V obratni smeri bo lahko pričakujemo nekaj več težav.

del. zvezek str. 42−43 2.6a Opis gibanja

4. Drugi Newtonov zakon kon pojasnjuje, da je gibanje telesa odvisno od rezultante sil, ki delujejo ujejo na telo. Za vsako od narisanih nih faz skoka s padalom zapiši, kakšno je gibanje telesa. Izbiraj med: »enakomerno«, »pospešeno« ali »pojemajoče«. teža = 700 N upor = 100 N

1. Gibanje lahko opišemo s tirom in hitrostjo. Hitrost meri spremembo lege v izbranem času. Oceni, kolikšna je hitrost pri različnih gibanjih, ter posamezna gibanja približno umesti na spodnji trak. tek

vožnja s potniškim letalom

hoja

polet s Space Shuttlom

vožnja z avtom

1 km/h

10 km/h

5. Oddaljenost O Oddalje e Lune določajo z laserskimi žarki, ki z Zemlje na Luno. Tam se na k jih pošljejo po o posebnem p posebne n zrcalu odbijejo in vrnejo nazaj na Zemljo. Z Zemljo . Laserski žarek, ki ga pošljejo z Zemlje na Luno, se vrne nazaj na Zemljo po 2,51 sekunde. Koliko je Luna oddaljena od Zemlje, če vemo, da laserski žarek potuje s svetlobno hitrostjo?

teža = 700 N upor = 700 N 100 km/h

1000 km/h

10.000 km/h

2. Hitrost pogosto merimo v kilometrih na uro (km/h). Kolikšno razdaljo vsako sekundo prepotuje avto, ki vozi s hitrostjo 100 km/h? a) 27 m

b) 36 m

c) 100 m

6. Velikokrat imamo opravka z dvema gibanjema, ki imata kaj skupnega (npr. trajanje, razdalja). Tekač vsako jutro s hitrostjo 10 km/h preteče razdaljo 5 km. S seboj vzame psa, ki ves čas teka sem in tja s hitrostjo 25 km/h. Kolikšno razdaljo preteče pes med lastnikovim tekom?

teža = 700 N upor = 1500 N

č) 360 m

Hitrost v fiziki navadno merimo v metrih na sekundo (m/s). Kolikšno razdaljo bi v eni uri prevozil kolesar, če bi ves čas vozil s hitrostjo 10 m/s? a) 3,6 km

b) 10 km

c) 27 km

č) 36 km

3. Družba se ne more odločiti, pri katerem dostavljalcu pic na dom naj naroči pico, da jo bodo čim prej dostavili. Na podlagi spodnjih ponudb ugotovi, kateri dostavljalec hitreje dostavi pico.

OJ! P IC AN I MTO,AŠEKP R E D E N P O Z VO N E TELEFO ODLOŽIT

samo 8 min Čas od ajši poti (10 km) kr dostava po jev kjer ni semafor rost 40 km/h povprečna hit oda: naročila do odh

P IC A 1 1 2

PRIDEMO P R E J KO T R E ŠE VA L C I I N G A SI LCI Čas od naro

teža = 700 N upor = 700 N

čila do odhoda

: 12 min dostava po daljši poti (12 kjer ni semafor

jev

km)

hitrost 60 km/h

povprečna

Spoznaj drugi Newtonov zakon!

Naloga: preveri, kako sile vplivajo na gibanje telesa. Potrebščine: sošolec, vrvica (2 m), balon, selotejp in dva papirnata trakova (10 × 3 cm) 1. 2. 3. 4.

Napihni balon in drži ustje, da iz njega ne uhaja zrak. Sošolec naj nanj s selotejpom nalepi papirnata trakovi v obliki zanke. Sošolec naj skozi obe zanki potegne en konec vrvice in jo prime na obeh koncih. Spusti ustje balona, da začne iz balona iztekati zrak.

Opažanja:

42

Utrjevanje & nadgradnja V delovnem zvezku so naloge, ki jih lahko uporabimo za utrjevanje in nadgradnjo snovi. Če menite, da bi morali več časa posvetiti reševanju računskih problemov, predlagamo, da jih sami pripravite po vzoru 3., 5. oziroma 6. naloge v delovnem zvezku. Lahko pa s takšnimi nalogami počakate, da bodo učenci izvedeli, kako je pot odvisna od časa.

43

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju in povezovanju različnih vsebin z naslednjimi vprašanji: • Ali bi se lahko vsaj teoretično gibali z neskončno hitrostjo? • Ali obstaja absolutno mirovanje ali absolutno gibanje?

Aktivno branje Zaključek Uro lahko zaključimo z iskanjem različnih hitrostnih rekordov v živalskem svetu (nekaj podobnega je za človeka narejeno že v učbeniku). Na ta način bodo učenci dobili občutek za velikostne rede hitrosti.

Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Predlagamo, da se z učenci na kratko se pogovorite pomenu natančnosti izražanja v fiziki ter razlikah med vsakdanjo rabo določenih izrazov (npr. hitrost) in njihovo rabo v fiziki. To nam bo pogosto prišlo prav (npr. delo).

33

Drugi viri www.wikipedija.org Guinessova knjiga rekordov

Medpredmetno ŠPV: tek TIT: prevozna sredstva MAT: pretvorba enot, premo sorazmerje

Zapomnili si bomo Telo se giblje, kadar spreminja svojo lego glede na izbrano okolico. Opišemo ga s hitrostjo in tirom gibanja. Hitrost pove, kolikšno pot prepotuje telo v določenem času. Hitrost običajno merimo v m/s ali km/h.


2.6 Enakomerno gibanje

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da nju s časom giba rnem ome enak • vedeli, kako se pri pot a spreminj • vedeli, kaj se lahko razberemo z grafa • vedeli, kako narišemo graf a računskih nalog * osvojili tehniko reševanj med kolilčinami in različne e zvez o lahk da nali, * spoz obliki informacije predstavimo tudi v grafični

1 šolska ura učbenik str. 58−59 2.6 Enakomerno komerno vlogo. gibanja imajo grafi zelo pomembno gibanje PriPREDanalizi grafi BRANJEM: razmisli, zakaj so koristni

Kako narišemo gibanje?

ste ra st ro hit

anje pojemajoče gib

čas

0

Ponovi

1. Kaj je značilno za enakomerno gibanje? 2. Kako na grafu hitrosti v odvisnosti od časa prepoznaš enakomerno gibanje? 3. Opiši, kako narišeš graf. 4. Kaj lahko preberemo iz grafa poti v odvisnosti od časa?

Razmisli

Zakaj lahko iz grafa s precejšnjo gotovostjo sklepamo, kako hitro se je gibalo telo tudi takrat, ko nismo izmerili njegove hitrosti?

Kako iz grafa poti prepoznaš enakomerno gibanje?

?

Odgovori

hit ro st pa da

anje enakomerno gib

čas

0

hitrost se ne spreminja

hitrost

hitrost

hitrost

Da bi si gibanje lažje predstavljali, ga lahko narišemo. Za to je najbolj primeren graf hitrosti v odvisnosti od časa.

anje pospešeno gib

Gibanje lahko ponazorimo tudi z grafom poti v odvisnosti od časa ali grafom hitrosti v odvisnosti od časa. Iz grafa lahko razberemo precej več kot le točke, ki so vnešene vanj. Pri enakomernem gibanju pot enakomerno narašča s časom.

Če za izbrano gibanje narišemo graf poti v odvisnosti od časa, lahko iz njega razberemo: • vrsto gibanja • pot pri katerem koli času • čas pri kateri koli poti • hitrost gibanja Narišimo graf za avtomobila na sliki. Na vodoravno os nanesemo čas, na navpično pa prevožene poti avtomobilov v določenem času. Točke povežemo s črto.

vse grafe MED BRANJEM: natančno »preberi« v odvisnosti PO BRANJU: nariši graf poti in hitrost od časa ter grafa sošolcem pojasni

Ključne besede: • premik • pot • enakomerno gibanje • grafi gibanja • graf poti • graf hitrosti

Povzetek

Kaj vse pove graf?

1. Južna Amerika in Afrika se že 200 milijonov let razmikata s hitrostjo 2,5 cm na leto. Koliko sta se razmaknili v tem času? Je rezultat smiseln? 2. Na voznem redu vlaka iz Maribora proti Kopru piše: 10.00–Maribor, 11.00–Celje, 12.30–Ljubljana, 14.20–Divača, 15.00–Koper. Oddaljenosti krajev od Maribora so: Celje 70 km, Ljubljana 170 km, Divača 270 km, Koper 300 km. Nariši graf prevožene poti v odvisnosti od časa in iz njega razberi, med katerima krajema je vlak v povprečju vozil najhitreje (na postajah stoji zelo kratek čas).

čas

0

10 m

3s

10 m Če z nadvoza opazujemo avtomobil, ki vozi enakomerno, opazimo, da vsako sekundo prevozi enako razdaljo.

?

Če v nekem izbranem trenutku seštejemo vse dotedanje premike, dobimo celotno prepotovano pot. Opazimo, da prepotovana pot enakomerno narašča s časom (slika levo). To lahko zapišemo tudi krajše:

0m

0s 1s

10 m

10 m

2s

10 m

10 m

3s

10 m

10 m

Kaj lahko sklepaš o prepotovani poti, če sešteješ posamezne premike na zgornji sliki?

pot = hitrost · čas

20 m 10 m

30 m

!

ali

0s

1s

2s

3s

40 m

80 m

30 m

60 m

20 m

10 m

2s

40 m

1s

4s

pot

Od vseh gibanj je najbolj preprosto enakomerno gibanje, pri katerem se hitrost ne spreminja. Kako pa se spreminja lega pri takšnem gibanju? Avtomobil, ki vozi enakomerno, se vsako sekundo premakne naprej za enako razdaljo. Torej se njegova lega vsako sekundo spremeni za enako razdaljo (slika levo). Pogosto nas bolj kot lega zanima prepotovana pot (angl. distance) telesa.

20 m

Kolikšno razdaljo prepotujemo? 0s

80 m

60 m Graf poti v odvisnosti od časa je pri enakomernem gibanju nagnjena premica. Čim večja je strmina premice, tem večja je hitrost.

40 m 20 m

s=v·t

Pot (s) pri enakomernem gibanju narašča sorazmerno s časom.

0

1s

2s

3s

4s

čas

s=vt

Na sliki je prikazan graf poti gibanja kolesarja. Iz grafa razberi: 1) za katero vrsto gibanja gre? 3) koliko časa je porabil za 50 km vožnje? 2) kolišno pot je prekolesaril v 1. uri? 4) s kolikšno hitrostjo se giblje?

Titanik je odplul proti New Yorku 10. aprila 1912. leta ob 13.40, potopil pa se je 14. aprila ob 23.40. Kolikšno pot je preplul pred potopom, če je plul s hitrostjo 30 km h

hitrost = 30 zač. čas = 10. april 13.40 kon. čas = 14. april 23.40 pot = ?

58

km h ?

1. Najprej izračunajmo, koliko časa je trajalo potovanje: čas = kon. čas – zač. čas = 4 dni 10 ur = 106 h 2. Ko poznamo čas potovanja, lahko izračunamo pot: km pot = v ˙ t = 30 106 h = 3180 km h ˙

Uvodna motivacija Pokažemo lahko video vožnje z vlakom Maglev v Šanghaju. Najdemo ga na www. youtube.com (Maglev tour). Med vožnjo sta ves čas prikazana hitrost in prepotovana pot (čas lahko razbremo iz časa trajanja videa).

50 km 40 km 20 km

0

1h

1h

2 h 3.5 h 3 h čas

1. Kolesar se je gibal enakomerno, ker je graf poti premica. 2. Po eni uri je kolesar prekolesaril 20 km. 3. Za 50 kilometrov je kolesar porabil 2,5 uri. 4. Kjer koli narišemo trikotnik z osnovnico 1 h in odčitamo višino trikotnika: spr. lege km hitrost = = 20 h čas Odgovorimo lahko tudi s pomočjo odgovora na 2. vprašanje.

59

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... V pretekli uri smo izvedeli, da je: − gibanje opisuje spreminanje lege telesa glede na izbrano okolico; − hitrost količina, ki pove, kako hitro se spreminja lega telesa; − za opis gibanja potrebno poznati tir in hitrost telesa; − spreminjanje hitrosti telesa odvisno od rezultante sil nanj.

60 km

20 km

Rešimo skupaj Rešimo skupaj

pot

Če seštejemo posamezne premike, opazimo, da je prepotovana pot premosorazmerna s časom.

Grafi hitrosti v odvisnosti od časa. Kot iztočnico lahko uporabimo video, ki smo ga pravkar gledali. Ali že prej opozorimo, ali pa si ponovno ogledamo pospeševanje vlaka, enakomerno vožnjo in zaviranje. Učenci bodo sami znali poimenovati različne faze gibanja, na osnovni česar lahko narišemo različne grafe v(t). Pot v odvisnosti od časa. S pridom lahko uporabimo prikaze gibanja iz ptičje perspektive v učbeniku ali pa sami narišemo podobne slike na tablo. Lahko narišemo le eno dve, ostale pa bi morali znati tudi učenci. Na podlagi teh slik se da lepo pokazati, da pot enakomerno raste s časom. To učencem ne bo težko razumeti, saj intuitivno to že tako ali tako vedo.

34

Enačba enakomernega gibanja. Povezavo med potjo, hitrostjo in časom zapišemo v simbolni obliki. Zapis s = v·t primerjamo z definicijo hitrosti v = s/t. Vse skupaj povežemo z linearno enačbno pri metamatiki. Enačbo oporabimo na kakšnem preprostem primeru. Graf poti v odvisnosti od časa. Učence spodbudimo, da sami poskušajo narisatigraf poti v odvisnosti od časa za podano enakomerno gibanje (lahko jim damo točke ali pa si jih izračunajo sami). Graf narišemo tudi na tablo in poskušamo ugotoviti, kaj vse se da razbrati z njega. Učence lahko za konec izzovemo, da razmislijo, kako bi izgledal graf pospešenega in pojemajočega gibanja.


Diferenciacija Višja raven: Učenec naj bi razumel premosorazmernost med potjo in časom in vedel, da je hitrost koeficient te sorazmernosti (ne s temi besedami!). Brez težav bodo brali vse grafe in risali grafe za enakomerno gibanje.

Razlike med učenici se bodo pojavile predvsem na ravni razumevanja in povezave z matematiko. Operativno bodo najbrž vsi znali reševati osnovne probleme in brati grafe. Risanje grafov bo verjetno za nekatere večji izziv.

Nižja raven: Učenec naj bi znal pravilno rešiti enostavnejše računske probleme. Vedel naj bi, da se pot po dvojnem času podvoji. Ve, da telo z dvojno hitrostjo v istem času prepotuje dvojno razdaljo. Zna brati in risati preproste grafe.

del. zvezek str. 44−45 2.6b Grafi g gibanja j

4. Če poznamo lego telesa ob določenih časih, lahko narišemo graf poti v odvisnosti od časa. S pomočjo voznega reda vlaka in razdalj med posameznimi postajami nariši graf gibanja vlaka. s (m)

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, rnega gibanja • ločil grafe pospešenega in enakome podatke • znal iz grafa gibanja prebrati različne • znal narisati graf različnih vrst gibanja

1. Pri enakomernem gibanju se hitrost ne spreminja, pri pospešenem gibanju pa narašča oziroma pada. Za vsak del grafa hitrosti avtomobila (odsek AB, BC, CD in DE) zapiši, za kakšno gibanje gre. AB

CD

C

D

t (s)

hitrost

BC

5. Če poznamo graf hitrosti v odvisnosti do časa, lahko narišemo graf poti v odvisnosti od časa in obratno. A) Na podlagi narisanega grafa hitrosti v odvisnosti od časa nariši graf poti v odvisnosti od časa.

DE B

E čas

pot

hitrost

A

2. Z grafa hitrosti v odvisnosti od časa lahko razberemo hitrost v določenem času in spreminjanje hitrosti v določenem časovnem obdobju. Z grafa razberi naslednje vrednosti:

v katerem obdobju se hitrost najhitreje spreminja

D

čas

B) Na podlagi narisanega grafa poti v odvisnosti od časa nariši graf hitrosti v odvisnoti od časa.

30 20 10 0

A

B 1

E 2

3

4

5

6

7

hitrost

kdaj ima avto hitrost 10 m/s

C

pot

hitrost ob času 3 s

čas

v (m/s)

največja hitrost

t (s) čas

za koliko se mu je zmanjšala hitrost ob spremembi gibanja

60 50 40 30 20 10 0

E 1

2

3

4

5

6

7

pot

kolikšno pot je prepotoval v prvih 3 sekundah

pot

po kolikšnem času je spremenil hitrost

čas

6. Kadar hitrost avtomobila med vožnjo narašča ali pada, opravljena pot ni premosorazmerna s časom. Opišo gibanje, ki ga prikazujeta grafa (namig: večja/manjša hitrost  večja/manjša strmina krivulje).

s (m)

3. Z grafa poti v odvisnosti od časa lahko razberemo lego telesa v določenem času in hitrost v določenem obdobju. Z grafa vožnje kolesarja razberi:

čas

čas

t (s)

44

Utrjevanje & nadgradnja V delovnem zvezku je kar nekaj nalog, ki zahtevajo branje in risanje grafov. Zelo pomembna je zadnja naloga, ki zahteva globji premislek. Skupaj z učenci lahko rešite rešene primere, Če pa menite, da bi morali še več časa posvetiti reševanju računskih problemov, predlagamo, da jih sami pripravite po vzoru nalog v prejšnjem razdelku.

Zaključek Učencem pojasnimo, da bomo to temo podrobneje obravnavali v 9. razredu, da pa je zelo pomembno znanje branja in risanja grafov, ki jim bo pogosto prišlo prav tudi v povsem vsakdanjih situacijah.

45

Kritično mišljenje Čeprav tega nismo posebej poudarjali, lahko učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju naslednjim vprašanjem: • Kaj podaja povprečna in kaj trenutna hitrost? • Ali pri enakomernem gibanju potrebujemo obe? Kaj pa pri pospešenem?

Drugi viri www.kvarkadabra.si Strnad: Prapok prasnov v tek požene. DMFA

Medpredmetno MAT: grafi, linearna enačba

Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Predlagamo, da se z učenci na kratko se pogovorite o pomenu in smiselnosti grafičnega prikazovanja podatkov.

35

Zapomnili si bomo Gibanje lahko prikažemo tudi grafično, in sicer z grafom poti ali hitrosti v odvisnoti od časa. Pot pri enakomernem gibanju narašča sorazmerno s časom.


Utrjevanje in preverjanje

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da a poglavja tneg celo ino vseb • pridobili pregled nad in koncepte icije defin e, pojm ne ključ ili utrd • ponovili in • poglobili svoje znanje vanja konceptualnih in kvantitativnih * razvijali strategije reše problemov a ključnih elementov * razvijali veščino definiranj sinteze neke celote * razvijali veščino zapisa

4 šolske ure učbenik str. 60−61 Povzetek in ponovitev

Medsebojno delovanje

• Telesa druga drugemu povzročajo spremembe gibanja in/ali oblike, pri čemer lahko delujejo ob dotiku ali na daljavo. Takšno delovanje opiše sila (F).

Merjenje sil

• Enota za silo je newton, priprava za merjenje sile pa silomer oziroma vzmetna tehtnica, ki izkorišča raztezanja prožne snovi. • Hookov zakon: Sila, ki razteza vzmet, in raztezek vzmeti sta premo sorazmerna (če sila ni prevelika). • Masa (m) telesa podaja količino snovi in je povsod enaka, teža pa je sila nebesnega telesa na izbrano telo.

Izberi pravilni odgovor. 1. Približno kolikšna je teža kilogramske uteži? a) 0,1 N b) 1 N c) 10 N č) 100 N 2. Kateri sili delujeta na list med padanjem proti tlom? a) teža lista in sila podlage b) sila trenja in sila upora c) sila upora in teža lista č) sila podlage in sila upora 3. Kolikšni sta masa in teža astronavta na Luni? a) obe sta enaki kot na Zemlji b) masa je enaka, teža pa manjša kot na Zemlji c) teža je enaka, masa pa manjša kot na Zemlji č) obe sta manjši kot na Zemlji 4. Katera sila se zagotovo povečuje, ko se vse hitreje pelješ s kolesom po ravni cesti? a) teža b) sila podlage c) upor č) sila trenja 5. Kolikšna je gravitacijska sila Lune na Zemljo? a) enaka je nič b) manjša je kot gravitacijska sila Zemlje na Luno 60

Vsakdanje sile

Risanje sil

• Teža (Fg) je sila, s katero nebesno telo (npr. Zemlja) privlači druga telesa. Deluje proti središču nebesnega telesa in je premosorazmerna z maso telesa. • Sila podlage (Fp) deluje na vsa telesa, ki so v stiku s podlago. Deluje pravokotno na površino in je po velikosti enaka sili, s katero telo pritiska nanjo. • Sila trenja (Ft) nasprotuje gibanju ali poskusu gibanja po podlagi. Odvisna je od hrapavosti stičnih površin in sile, s katero telo pritiska na podlago. • Upor (Fu) je sila, s katero tekočine delujejo na telesa, ki se gibljejo skozi njih. Odvisen je od velikosti in oblike telesa ter gostote tekočine. S hitrostjo telesa upor narašča.

Ravnovesje sil

c) enako velika je kot gravitacijska sila Zemlje na Luno č) večja je kot gravitacijska sila Zemlje na Luno 6. Padalec pada proti tlom s stalno hitrostjo. Katere izjava je pravilna? a) upor je večji kot teža b) teža in upor sta enako velika c) teža je večja kot upor č) teža in upor sta enaka nič 7. Težek zaboj poskušamo vleči po ravnih tleh, a se ne premakne. Kaj velja za trenje? a) sila trenja je enaka nič b) sila trenja je večja od vlečne sile c) sila trenja je enako velika kot vlečna sila č) iz opisa ni mogoče sklepati, kolikšna je sila trenja 8. Knjiga leži na mizi. Katera sila predstavlja po zakonu o vzajemnem učinku par teži knjige? a) sila mize na knjigo b) sila knjige na mizo c) sila knjige na Zemljo č) sila mize na podlago

Odgovori in odgovore pojasni.

10. Človek ob progi trdi, da se potniki v vlaku, ki pelje mimo, gibljejo, medtem ko sprevodnik v vlaku trdi, da so potniki pri miru. Kdo ima prav? a) oba b) človek ob progi c) sprevodnik č) nobeden od njiju

2. Zakaj lažje poganjaš kolo, ki je bilo pred kratkim podmazano?

b) 150

Povzetek poglavja lahko zapišemo na v obliki plonk listka ali strukturiranega zapisa, kot je to narejeno v učbeniku. Lahko nastane tabelski zapis in ustrezni zapis v zvezku, ali plakati, ki jih lahko pozneje obesimo na stene učilnice in služijo učencem kot »plonk listki« ali kartončke, ki jih zlagajo v svojo »fizikalno kartoteko«.

3. Kdo bo zmagal v vlečenju vrvi – moštvo, ki je »močnejše«, ali moštvo, ki ima boljše podplate? 4. Zakaj se padalcu takoj po odprtju padala močno zmanjša hitrost?

c)

č) 600

5. Preden meteor vstopi v ozračje, nanj deluje le gravitacijska sila Zemlje. Kako se giblje meteor?

km h km h

12. Tekača, ki teče s hitrostjo 10 ms , spremlja kolesar, ki vozi s hitrostjo 30 km h . Kdo je hitrejši? a) oba sta enako hitra b) kolesar c) tekač č) primerjava ni mogoča

6. Gladina svetovnih morij se vsako leto dvigne za 1 mm. Ali lahko v tem primeru govorimo o gibanju in hitrosti?

1. Newtonov zakon: Telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo, če je rezultanta vseh sil na telo enaka nič. 2. Newtonov zakon: Sprememba gibanja je sorazmerna rezultanti vseh sil na telo in obratno sorazmerna z maso telesa. 3. Newtonov zakon: Sili, s katerima telesi delujeta druga na drugo, sta nasprotno enaki.

Reši z risanjem.

7. Naša in Andromedina galaksija se približujeta. Katera od njiju se giblje in katera je pri miru?

1. Na sliki sta prikazana dva zaboja. Nariši sile, ki delujejo na posamezen zaboj.

8. Kdo je hitrejši: tisti, ki preteče najdaljšo razdaljo v izbranem času, ali tisti, ki preteče izbrano razdaljo v najkrajšem času? 9. Zakaj je pomembno, da so vsi deli zgradbe v ravnovesju?

2. Na prvi sliki se hitrost padalca zmanjšuje, na drugi pa se ne spreminja. Nariši sile na padalca.

10. Kako gradbeniki zmanjšajo možnost, da bi se ravnovesje stavbe porušilo? 11 V katerem primeru se bo vzmet bolj raztegnila? a) na vsaki strani raztegujemo z eno roko b) en konec obesimo na kljuko od vrat in drugega vlečemo z eno roko

3. Nariši rezultanto sile vetra in potisne sile, ki jo ustvarja motor.

12. Ali vse sile, ki delujejo na nas zaznamo s čutili?

61

Preverjanje znanja

Utrjevanje znanja

Povzemanje Cilj dejavnosti je, da učenci sami izluščijo ključne pojme, definicije in koncepte. Lahko to naredijo individualno, vsak sam, lahko jih organiziramo v skupine po dva ali tri, lahko pa sami vodimo dejavnost in usmerjamo učence z vprašanji in pogovorom.

1. Zakaj ti lahko spodrsne na bananinem olupku?

11. Hitri vlak v dveh urah prevozi 300-kilometrsko razdaljo. Kolikšna je pri tem njegova hitrost? km h 300 km h

• Gibanje je spreminjanje lege telesa glede na izbrano okolico. Hitrost (v) pove, kako hitro se spreminja lega telesa. • Pri enakomernem gibanju se hitrost ne spreminja, medtem ko pot enakomerno narašča s časom. • Hitrost izračunamo tako, da pot (s) delimo s časom (t), v katerem jo je telo prepotovalo.

• Telo je v ravnovesju, če miruje ali se giblje s stalno hitrostjo. • Več sil, ki deluje na isto telo, lahko nadomestimo z eno samo silo, ki ima enak učinek na gibanje in/ali obliko telesa. Tej sili pravimo rezultanta.

9. Na sliki je uporabljeno merilo, po katerem 1cm predstavlja 50 N. Kolikšna je v tem primeru velikost 2,5 cm dolge sile? a) 20 N b) 25 N c) 40 N č) 125 N

a) 67

Enakomerno gibanje

• Sile lahko narišemo kot usmerjene daljice, če poznamo njihovo velikost, smer in prijemališče. • Pri risanju sil najprej določimo opazovano telo, nato ugotovimo, katere sile delujejo nanj, določimo lastnosti sil in na koncu sile narišemo v merilu.

Temu so namenjena vprašanja in naloge v učbeniku na strani 61–62 ter delovnem zvezku na straneh 46–49. Naloge lahko rešujemo skupaj, individualno ali v parih. Učence spodbudimo, da samostojno, individualno ali v parih ugotovijo, koliko predvidenih ciljev so že dosegli z aktivnostjo Koliko res znam na straneh 46–47 v delovnem zvezku. Koliko res znaš?

prepoznati ključne zamisli Kritični bralec med branjem poskuša dogajanjem. Tako in zakonitosti, ki se skrivajo za opisanim ujemajo s tem, kar sam lahko presodi, ali se zapisane trditve sklepa o smiselnosti in ve o konkretnem primeru, in iz tega ustreznosti besedila.

PRIMER DELČKA PLONKA

Ollie je osnova skejtanja, saj praktično vsi triki izhajajo iz njega. Tu so navodila, kako ga izvedeš.

1. Pred skokom moraš imeti zadnjo nogo na repu in prednjo nogo na sredini skejta. Obe nogi naj bosta nekoliko pokrčeni. Na skejt delujejo teža, sila podlage in sili obeh nog. Sile so med seboj izravnane in skejt se giblje naravnost s stalno hitrostjo. 2. Na hitro se zravnaš in pritisneš z zadnjo nogo na rep. Rep s precejšnjo silo udari ob tla, pri tem pa tla delujejo z enako veliko silo navzgor na desko. Zaradi te sile se rep in s tem vsa deska odlepi od tal in začne gibati navzgor.

3. S sprednjo nogo potuj po hrapavi površini deske vse do prednjega konca. Zaradi trenja boš s tem desko potegnil še višje v zrak. 4. S sprednjo nogo začni pritiskati desko navzdol, zadnjo nogo pa pokrči, da se deska nekje v najvišji točki poravna. Na koncu teža vendarle zmaga in skupaj z desko začneš padati proti tlom. Pri doskoku pokrči kolena, da mehko pristaneš.

Znanje lahko na drugačen način preverimo tudi z aktivnostjo Uporabi svoje znanje v delovnem zvezku na straneh 48–49. Uporabi znanje!

2. Izdelaj plonk listek za celotno poglavje o silah in gibanju. Pomagaš si lahko s povzetki posameznih podpoglavij ali pa s pravim plonk listkom za fiziko, ki ga dobiš v vsaki bolje založeni knjigarni.

Osnove skejtanja Zist' simpl

Tudi pri preverjanju znanja si lahko pomagamo z aktivnostjo Koliko že znam, na podlagi katere pripravimo različna vprašanja. Pri pripravi vprašanj si lahko pomagamo z vprašanji za ponovitev in utrjevanje v učbeniku in delovnem zvezku.

Delovanje med telesi – sila Telesa lahko vplivajo drugo na drugo in tako spreminjajo obliko in gibanje. Takšno delovanje enega telesa na drugo opišemo s silo. Sile označujemo s črko F.

Lastnosti sil Vsaka sila ima tri lastnosti: • velikost, ki pove, kako močna je sila • smer, ki pove, v kateri smeri deluje sila • prijemališče, ki pove, kje deluje sila

Naloga

Kako prepoznamo sile? Sile prepoznamo po njihovih učinkih • sprememba gibanja (zaviranje, odboj ...) • sprememba oblike (ukrivitev, razteg ...)

Vrste sil Poznamo sile ob dotiku in sile na daljavo. Sile lahko delujejo v točki ali pa so ploskovno oziroma prostorsko porazdeljene.

Pogoji

njihove vrednosti sta Ustvarjanje novih zamisli in presoja in reševanju ključna procesa pri poznejšem odločanju da najprej brez problemov. Najpreprostejši način je, Nato jih uredimo, vrednotenja nanizamo čim več zamisli. najprimernejšo. dopolnimo, ovrednotimo in izberemo

Mars Pathfinder Pristanek sonde NASA Iz sporočila za javnost, ki ga je pripravila

– čas za pripravo načrta in preizkuse je do prihodnje ure fizike, čas izdelave je 45 minut – zaščitna embalaža mora preprečiti razbitje pirha pri obtežitvi 5 kg in pri padcu z višine 3 m – na voljo so karton velikosti 40 x 60 cm, dva lista časopisnega papirja, kolut samolepilnega traku in 2 m tanke vrvice

Ustvarjanje zamisli Pri ustvarjanju zamisli naj sodeluje čim več ljudi. Zamisli naj se v začetni fazi zgolj niza in ureja, vsakršno vrednotenje zamisli (tudi z govorico telesa) lahko le škoduje nastajanju novih zamisli. Posebno skrb namenite nenavadnim zamislim. Pri zapisovanju s spodnjim p j in urejanju j j zamisli si lahko pomagate p g p j diagramom. g

Kaj že znam? Vem, da lahko telesa delujejo drugo na drugo. Vem, kaj so sile in kako se razlikujejo po dosegu. Pri pravilno izvedenem oliju se zdi, kot bi bila deska prilepljena na noge.

Pathfinder je bila v glavnem Uspešnost vesoljske misije Mars rešitev, ki so bile nezasluga zelo inovativnih in nenavadnih je bil štiri in pol minute verjetno preproste. Najbolj domiseln vstopu v atmosfero se je odtrajajoč pristanek. Po ognjenem padanje sonde proti prlo velikansko padalo, ki je upočasnilo odpelo in napihnile so površju. Tik nad površjem se je padalo ublažile pristanek. Sonda se se številne zračne blazine, ki so (prvi odboji so bili visoje kot žoga nekajkrat odbila od površja ustavila približno 1 km daleč ki kot večnadstropna stavba) in Zračne blazine so se spustile od mesta, kjer je zadela površje. za preiskovanje Marsovega in ven je pripeljalo majhno vozilo površja.

Narodna galerija bo v New Yorku pripravila razstavo slovenske obrti. Vaša naloga je, da poskrbite, da bodo čudoviti pirhi neprecenljive vrednosti varno prispeli v New York, kjer jih bodo lahko občudovali številni obiskovalci. Vodstvo muzeja je v skrbi, da bi zagotovo dobili ustrezno rešitev, enako nalogo dodelilo tudi drugim podjetjem. Zmaga skupina, ki bo izdelala najvarnejšo embalažo, ki bo brez večjih posledic prenesla potovanje.

----------- - - - - - - - - - - - - VSE ZAMISLI - -

Vrednotenje zamisli Ko ste nabrali dovolj različnih zamisli za embalažo, je čas, da jih ovrednotite in izberete najprimernejšo. Da si olajšamo delo, naredimo ožji izbor zamisli, v katerega ne pozabimo vključiti nenavadnih zamisli. Navadno mora končna zamisel ustrezati več kriterijem, ki so različno pomembni. Odločite se, kateri kriteriji so za vas najpomembnejši. Pri vrednotenju si lahko pomagate s spodnjo preglednico.

Vem, kako prepoznam delovanje sile. KRITERIJI (razvrščeni po pomembnosti)

Razumem bistvo zakona o vzajemnem delovanju sil. Vem, katere lastnosti imajo sile. Ločim med težo in maso. Vem, kako merimo velikosti sil.

1. Natančno preberi eberi zgornji odlomek iz najstniške revije in v njem poišči stavke, stavke k , v katerih se ke s »skrivajo« j Newtonovi zakoni (najti bi moral vse tri!). Izpiši te stavke in jih pojasni s svojimi besedami. besedami Pri tem si pomagaj z vsem, kar veš o silah.

Znam brati in izdelati preglednico podatkov. Znam brati in izdelati graf.

Razvrstite R tit zamisli i li v različne lič kategorije k t ij

Vem, kaj velja za raztezek prožnih teles. ZAMISLI, RAZVRŠČENE PO TIPIH

Znam našteti najpogostejše sile. 1. tip:

Poznam lastnosti teže in sile podlage.

2. tip:

3. tip:

Poznam lastnosti sile trenja in upora.

4. tip:

BOLJŠE ZAMISLI

Znam določiti sile na telo in jih narisati v merilu. Znam grafično sešteti sile. Vem, kdaj je telo v ravnovesju. Razumem in znam uporabiti zakon vztrajnosti. Razumem bistvo drugega Newtonovega zakona.

Izberite najboljšo zamisel oziroma kombinacijo zamisli

Izberite najbolj nenavadne zamisli

NENAVADNE ZAMISLI

Vem, kako se rešuje računske naloge.

NAJBOLJŠA ZAMISEL

Vem, kaj je gibanje in kdaj se telo giblje. Vem, kako se med seboj razlikujejo gibanja. Vem, kaj je hitrost, in jo znam izračunati. Vem, kako se spreminja pot pri enakomernem gibanju.

46

36

47

48

49


Lahko zaključimo drugo poglavje?

V kolikšni meri učenci dosegajo vsebinske cilje? Vedo, da lahko telesa delujejo drugo na drugo Vedo, kaj so sile in kako se razlikujejo po dosegu Vedo, kako prepoznajo delovanje sile Razumejo bistvo zakona o vzajemnem delovanju sil Vedo, katere lastnosti imajo sile Razlikujejo težo in maso Vedo, kako merimo velikosti sil Vedo, kaj velja za raztezek prožnih teles Znajo našteti najpogostejše sile Poznajo lastnosti teže in sile podlage Poznajo lastnosti sile trenja in upora Znajo določiti sile na telo in jih narisati v merilu Znajo grafično sešteti sile Vedo kdaj je telo v ravnovesju Razumejo in znajo uporabiti zakon vztrajnosti Razumejo bistvo 2. Newtonovega zakona Vedo, kako se rešuje računske naloge Vedo, kaj je gibanje in kdaj se telo giblje Vedo, kako se med seboj razlikujejo gibanja Vedo, kaj je hitrost in jo znam izračunati Vedo, kako se spreminja pot pri enakomernem gibanju

V kolikšni meri učenci dosegajo procesne cilje? Zanjo aktivno brati. Znajo kritično misliti. Znajo brati in izdelati preglednico podatkov. Znajo brati in izdelati graf. Znajo izvesti poskus in interpretirati rezultate. 37

precej pod nekoliko pod v skladu s nekoliko nad precej nad pričakovanji pričakovanji pričakovanji pričakovanji pričakovanji


6.1 Tlak in gostota bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da površini deluje sila šni kolik na no, emb pom je • vedeli, da sile in stične površine osti velik • vedeli, da tlak podaja razmerje in drugih oblik nih okot prav kev plos • znali določiti ploščino t med količinami snos odvi oviti ugot i znal usi posk * s preprostimi i oblik čni v v matemati * znali zapisati ugotovite

1 šolska ura učbenik str. D2−D3 6.1 Tlak ak in gostota

Povzetek

ki pa si ga težko Tlak oziroma pritisk je sicer pogost pojem, t zamenjujemo s silo. jasno predstavljamo in ga velikokra jaš pod pojmom tlak PRED BRANJEM: razmisli, kaj si predstavl opredeljen v fiziki MED BRANJEM: ugotovi, kako je tlak Kaj ugotoviš? PO BRANJU: primerjaj obe “definiciji”. Ključne besede: • sile ob dotiku • ploščina • tlak • pascal • bar

Sile ob dotiku delujejo na različno velikih stičnih površinah, kar je v nekaterih primerih zelo pomembno. Zato je ob velikosti, smeri in prijemališču sile, potrebno upoštevati tudi velikost površine, na kateri deluje sila. To meri tlak, ki pove kolikšna sila deluje na določeno ploščino (npr. 1m2).

Na svečanem plesu mična plesalka v visokih petah ponesreči pohodi soplesalca. Ta se komaj zadrži, da ne zavpije od bolečine in skozi zobe izdavi: »To boli bolj, kot če bi me pohodil slon!« Plesalka osupne in užaljena zaradi takšne neotesanosti plesalca odvihra s plesišča. Plesalec res ni bil najbolj vljuden, a v resnici je imel še kako prav ...

Ponovi

1. Kaj vse moramo upoštevati pri opisu sile? 2. Naštej nekaj primerov, ko sila deluje na veliki in nekaj, ko deluje na majhni površini. 3. Kako merimo ploščine različnih oblik? 4. Kaj pove tlak? 5. V kakšnih enotah merimo tlak? Blaise Pascal

Je stična površina pomembna?

Z izjemo sile teže imamo v vsakdanjem življenju večinoma opravka s silami ob dotiku. Telo s silo ob dotiku deluje na drugo telo po celotni stični površini, ki je lahko majhna (npr. visoke petke in tla) ali pa velika (npr. slonova noga in tla). Da je učinek sile ob dotiku odvisen tudi od stične površine, se je na lastni koži prepričal naš nevljudni plesalec. Sicer pa ima vsak od nas tudi svoje izkušnje, kot naprimer ozke naramnice nahrbtnika, vbod inekcijske igle in podobno.

Namesto, da ob velikosti sile navajamo tudi velikost stične površine, raje vpeljemo novo količino tlak (angl. pressure), ki zajema oboje. Tlak je razmerje med silo, ki deluje na telo, in ploščino na kateri deluje. Tlak označimo s črko p in izračunamo tako, da silo delimo s ploščino. Zapišemo krajše: tlak =

Naštej še kakšen vsakdanji primer, kjer je pomembna velikost stične površine?

Kako upoštevati stično površino?

Do sedaj smo pri opisu sil upoštevali njihovo velikost, smer in prijemališče. Sedaj pa vidimo, da je pri silah ob dotiku pomembna tudi površina, na kateri deluje sila. To so vedeli že naši predniki, ki so za hojo po snegu izdelali »copate« z veliko površino, ki jim pravimo krplje. Zaradi tega se jim je sneg med hojo manj udiral. Kolikšna je ploščina? Določi ploščino svojih čevljev in smuči. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani xx.

Pri merjenju velikosti stične površine si lahko pomagamo tudi z obrisom ploskve na milimetrski mreži.

2

Kako bi izmeril stično površino pri vbodu igle?

Uvodna motivacija Učencem prestavimo zgodbico o pohojenem plesalcu in poskusimo opredeliti občutek pod petko, slonovo nogo, gumo avtomobila. Lahko tudi opeko ali leseno klado postavimo na različne ploskve v posodo z moko in opazujemo globino odtisov.

p =

F S

Kakšna je razlika med tlakom in silo?

Pri izračunu tlaka dobimo rezultat v newtonih na kvadratne metre, kar nadomestimo s pascali (izg. paskal). Tlak 1 Pa ni posebej velika enota (pod našimi stopali je tlak okrog 10.000 Pa) zato običajno uporabljamo večje enote: • tisočkrat večja enota je kilopascal (kPa) 1 kPa = 1000 Pa = 103 Pa • stotisočkrat večja enota je bar (bar) 1 bar = 100.000 Pa = 105 Pa !

Tlak (p) podaja razmerje med silo in površino, F p= S na kateri deluje. Merimo ga v pascalih (Pa).

Rešimo skupaj

Izračunajmo, ali je tlak večjo pod stopali slona z maso 3,6 tone ali petkami 50 kg plesalke. Stopalo slona ima ploščino 4 dm2, petka pa 1 cm2. plesalka: F p= S 500 N p= 2 · 1 cm2

slon: F p= S 36000 N p= 4 · 4 dm2

p = 250 N 2

p = 2250 N 2

p = 2,5 106 Pa

p = 2,3 · 106 Pa

cm

dm

Tlak pod slonovo nogo je več kot 10-krat manjši.

Merilniki tlaka

Tlak v tekočinah merimo z manometri. Preprosti manometri imajo cevko napolnjeno s kapljevino ali pa tanko kovinsko škatlico napolnjeno s plinom. Ker so nekoč merili tlak z živosrebrnimi manometri, še vedno srečamo enoto milimetri Hg (običajnemu zračnemu tlaku ustreza 760 mm Hg).

Če želimo, da sila deluje na čim manjši površini, uporabimo ostre predmete (nož, drsalke, medicinska igla ...). Pogosto pa želimo ravno nasprotno – čim večjo stično površino. Neprijetno je namreč spati na trdih tleh, sedeti na ozki ograji in podobno, saj je sila porazdeljena na majhno stično površino, zaradi česar je tlak sorazmerno velik. Zato v takšnih primerih uporabimo mehke predmete (vzmetnica, oblazinjen stol, varnostna blazina ...), ki se prilagodijo obliki telesa in povečajo stično površino in s tem zmanjšajo tlak.

3

Obravnava nove snovi

Napovednik Poglavje o tlaku je praktično zelo uporabno in omogoča številne zanimive praktične poskuse. V tem poglavju je kar nekaj količin, ki so med seboj povezane z obratnim sorazmerjem, kar lahko nekaterim učencem predstavlja kar trd oreh.

ali

1. Približno za kolikokrat se zmanjša tlak pod nogami planinca, če namesto čevljev uporabi krplje? Podatke poišči sam. 2. S kolikšno silo pritiska zrak na tla učilnice s ploščino 60 m2, če znaša zračni tlak 1 bar?

Kako zmanjšamo ali povečamo tlak?

A kako vemo, kolikšna je stična površina? Za ploščine geometrijskih likov obstajajo preproste formule. Stične površine drugačnih oblik pa lahko razdelimo na manjše geometrijske like, v skrajnem primeru s pomočjo milimetrske mreže na vsega milimeter velike kvadratke. Ploščino (angl. surface) označimo s črko S in merimo v kvadratnih metrih (m2). ?

sila ploščina

Če podvojimo silo, se podvoji tudi tlak. Medtem ko se tlak prepolovi, če podvojimo stično ploščino. ?

Alpinist na sliki o pomembnosti velikosti stične površine niti malo ne dvomi!

Kako bi ugotovil, kolikšen je tlak pod rezilom drsalke?

Odgovori

Kaj je tlak?

?

Razmisli

Stična površina. Problem lahko povežemo z varnostjo v cestnem prometu. Sila pri padcu je ista, učinek pa drugačen, če nosimo čelado. Kako bi bilo, če bi padli na žebelj. Imenitno bi bilo narediti fakirski stol (potrebno je kupiti veliko število žebljev). Učenci naj sami poiščejo primere, kjer želimo veliko stično in majhno stično površino. Matematični problem nepravilne ploščine lahko rešimo s številnimi triki – z riževimi zrni pokrijemo izbrano ploskev in jo nato spremenimo v ustrezen pravokotnik S=ab. Preštevanje kvadratkov je dolgočasno opravilo, a včasih potrebno. Kot najlepši način se kaže matematični – več obrazcev različnih ploščin poznaš, hitrejše gre.

38

Tlak. Iz opisa odvisnosti tlaka vodimo učence do matematičnega zapisa izračuna tlaka. Pri tem si pomagamo z zvezami: dvojna (trojna) sila → dvojen (trojen) tlak dvojna stična ploskev → polovični tlak. Opozorimo jih na matematični pojem, s katerim opišemo to povezavo – obratno sorazmerje. Pomagamo jim pri ugotavljanju matematične operacije, s katero bi opredelili računanje tlaka.Preverimo besedno na primerih. Zapišemo ugotovitev z besedami in oznakami fizikalnih količin. Enoto za tlak N/m2 nadomestimo s pascali. Pogovorimo se o praktičnih primerih večjega in manjšega tlaka, učenci naj razliko konkretno začutijo.


Diferenciacija Diferenciacijo lahko izvajamo predvsem na področju samostojnega ugotavljanja in izpeljevanja zaključkov.

Višja raven: Učenci samostojno ali z malo pomoči ugotovijo, od česa in kako je odvisen tlak. Samostojno izpeljejo in predlagajo obrazec za računanje tlaka. Rešuejo bolj zapletene fizikalne probleme, npr. kako določiti težo avtomobila?

Nižja raven: Učenci morajo vedeti, da je tlak povezan s silo in stično površino, kako ga označimo in izračunamo ter katera je enota za tlak. Znajo rešiti enostavne fizikalne probleme.

Strani v delovnem zvezku za poglavje o tlaku bodo pripravljene ob sprejetju novega učnega načrta.

Utrjevanje & nadgradnja Utrjevanju in poglabljanju znanja so namenjena vprašanja in naloge v snopiču. Učence lahko napotimo na raziskovanje življenja in dela Blaisa Pascala. Lahko spregovorimo o človeškem tlaku (pritisku), kaj vpliva nanj in kaj pomeni 120/80?

Zaključek Za konec ure lahko povzamemo ključne pojme in ugotovitve v obliki miselnega vzorca.

Kritično mišljenje Celoten potek ure spodbuja kritično mišljenje. Učence lahko spodbudimo k temu tudi z dodatnimi vprašanji, kot je npr. zakaj se fakirj postelji iz žebljev ne poškoduje? Odgovor lahko poiščejo/preverijo tudi s poskusom.

Drugi viri • Johnson, K.: Fizika: preproste razlage fizikalnih pojavov. TZS, Ljubljana, 1996.

Medpredmetno MAT: obratno sorazmerje, ploščina TIT: varnost pri delu, prometna varnost ANJ: strokovni izrazi v angleščini

Aktivno branje Pozornost usmerimo na vsakdanjo rabo besed pritisk. Učenci spoznajo koristnost natančnega strokovnega izražanja.

Zapomnili si bomo

39

Pri ploskovno porazdeljenih silah moramo upoštevati tudi površino, na katero delujejo. Količino, ki opisuje razmerje med silo in ploščino imenujemo tlak. Merimo ga z manometri in podajamo v pascalih (Pa).


6.1 Tlak in gostota

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da avilnih oblik) nepr i (tud • znali določiti prostornino teles znostjo visko ter o mas in oto • razlikovali med gost tornine pros in e mas nik količ ota gost je • vedeli, da snovi čnih razli • imeli približno predstavo o gostotah zmerja sora a tneg obra m poje ti * znali v praksi uporablja i oblik čni mati mate v v ovite ugot * znali zapisati

1 šolska ura učbenik str. D4−D5 6.1 Tlak in gostota

Povzetek

ah pogosto Gostota je pojem, ki ga pri kapljevin zamenjujemo s tem, kako dobro tečejo. se zdijo »goste« PRED BRANJEM: razmisli, katere snovi imajo veliko gostoto MED BRANJEM: ugotovi, katere snovi ? PO BRANJU: Je oboje med seboj povezano Ključne besede: • lastnosti snovi • prostornina • liter • gostota • specifična teža

Snovi se med seboj razlikujejo tudi po tem, koliko prostora zasede določena količina snovi. To lastnost opišemo z gostoto, ki pove kolikšno maso ima določena prostornina snovi (npr. 1 m3). V splošnem imajo plini najmanjšo gostoto, medtem ko so gostote kapljevin in trdnin podobne.

V Idriji je do nedavna deloval eden največjih rudnikov živega srebra – snovi, ki je v marsičem zelo nenavadna. Na žalost tudi zelo strupena, kar je veliko rudarjev plačalo z življenjem. A lastnost, ki so jo idrijski rudarji veliko bolje poznali in so se ji vedno znova čudili, je njegova gostota – že ena sama litrska steklenica živega srebra ima namreč več kot 13 kilogramov!

Ponovi 1. 2. 3. 4. 5.

Razmisli

Kako bi izmeril prostornino svojega telesa?

Je zrak »lažji« od vode?

1 kg zraka (pri običajnem zračnem tlaku in temperaturi) zavzema precej večjo prostornino kot 1 kg vode ali kovine.

1 kg zraka 3 833 dm 1 kg vode 3 1,0 dm

Balon napolnjen z zrakom je mnogo lažji od enako velikega balona, napolnjenega z vodo. V vsakdanjem življenju bi rekli, da je zrak »lahek« in voda »težka«, kar pa ni najbolj ustrezno, saj tehtnica ne loči med kilogramom zraka in kilogramom vode. V takšnih primerih moramo namreč ob masi snovi upoštevati tudi njeno prostornino. Ne le zrak in voda, tudi druge snovi imajo različne mase pri enaki prostornini oziroma različne prostornine pri enaki masi. Tako ima lahko majhna svinčena utež precej večjo maso kot velika plošča stiropora.

o zrak (pri 20 C) 3 ρ = 1,2 g/dm

Rešimo skupaj

Namesto da opisujemo kako »lahek« ali »težek« je določen kos snovi, uporabljamo pojem gostota (angl. density). Gostota pove, kolikšno maso ima snov pri določeni prostornini. Tako ima »težja« voda v resnici večjo gostoto kot »lažji« zrak. Gostoto označujemo z ρ (grška črka ro) in krajše zapišemo: gostota =

masa prostornina

ali

ρ =

Izračunajmo, kolikšna je gostota smrekovega lesa, če smrekov tram oblike kvadra z merami 4 m × 15 cm × 15 cm tehta 45 kilogramov? m ρ= V=a·b·c V V = 4 m · 0,15 m · 0,15 m 45 kg ρ= 0,09 m3 V = 0,09 m3

ρ = 500 kg3

m V

m

Gostoto telesa običajno izračunamo iz njegove mase in prostornine ali preberemo iz tabel, kg podajamo pa jo v kilogramih na kubični meter m . kg Pogosto uporabljamo tudi tisočkrat večji enoti 1 dm oziroma 1 cmg , ki si ju precej lažje predstavljamo: kg kg kg 1 dm = 1000 m = 103 m kg kg 1 cmg = 1000 m = 103 m

Specifična teža

!

A kako vemo, kolikšna je prostornina telesa? Za prostornine geometrijskih teles obstajajo formule, a večina teles v naravi ni pravilnih oblik, zato se moramo zateči k merjenjem. Plinom preprosto pripišemo prostornino posode oziroma prostora, v katerem se nahajajo. Kapljevinam in trdinam pa lahko prostornino določimo z merilnim valjem, pri čemer trdnine potopimo v vodo v valju. Prostornino (angl. volume) označujemo s črko V in podajamo v kubičnih metrih (m3). Ker pa je to za vsakdanjo rabo precej velika enota, uporabljamo tudi manjši enoti 1 dm3 (= liter) in 1 cm3 (= mililiter).

voda 3 ρ = 1,0 kg/dm

Namesto mase telesa lahko s prostornino delimo tudi težo. V tem primeru pa ne dobimo gostote temveč specifično težo snovi, ki jo označujemo s σ (grška črka sigma):

3

3

Kako izmerimo prostornino telesa?

tor medglaktični pros3 –26 ρ < 10 g/dm

Kaj je gostota?

3

1 kg železa 3 0,12 dm

Kolikšna je gostota kamna? Izmeri prostornino in gostoto kamna. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani xx.

3

3

3

3

3

3

Gostota (ρ) pove, kolikšna masa snovi se nahaja kg v določeni prostornini. Gostoto merimo v m . 3

ρ=

m V

V splošnem imajo trdnine in kapljevine podobne gostote, medtem ko imajo plini tudi do tisočkrat manjšo gostoto od kapljevin in trdnin. Zrak, za katerega se zdi, da sploh nima mase, ima v resnici zelo majhno gostoto. Tako bi imela vsebina litrske plastenke polne svinčenih šiber maso več kot 11 kg, vode natanko 1 kg in zraka malo več kot 1 gram.

svinec 3 ρ = 11,3 kg/dm

aluminij 3 ρ = 2,7 kg/dm

spec. teža =

živo srebro 3 ρ = 13,6 kg/dm

4

Uvodna motivacija Vprašanje »Kaj je ima večjo maso, kilogram železa ali kilogram sena?« učenci poznajo. (Običajno vprašanje: kaj je težje: kilogram (10 N) železa ali kilogram (10 N) sena da presenetljiv odgovor zaradi vzgona v zraku). Lahko se trudimo z dvigovanjem uteži iz stiropora ali s sliko železne krogle, ki plava v živem srebru.

teža prostornina

ali

σ = Fg V

Specifična teža je povezana z gostoto na podoben način, kot sta med seboj povezani masa in teža. Za opis snovi običajno zadostuje gostota, specifična teža pa je uporabna pri opisu tlaka zaradi teže tekočine.

Kako gosta je snov v nevtronski zvezdi si sploh ne znamo predstavljati. Že ena čajna žlička te snovi bi namreč imela milijardo ton – več kot je masa vseh ljudi na Zemlji skupaj.

zlato 3 ρ = 19,3 kg/dm

nev tronska zvezda 3 10 ρ > 10 kg/dm 5

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... V prejšnji uri smo ugotovili, da pri ploskovno porazdeljenih silah (vse sile na dotik!) igra pomembno vlogo razmerje med velikostjo sile in ploščino ploskve, na katero deluje. To razmerje imenujemo tlak in ga merimo v pascalih.

Naštej nekaj »lahkih« in nekaj »težkih« snovi. Kakšna je povezava med litri in dm3? Kaj pove gostota? V kakšnih enotah merimo gostoto? Kakšna je razlika med maso in gostoto?

Lahko/težko. Problem uvedemo z učencem poznanimi primeri in protislovji. Besedi »težje« in »lažje« v vsakdanjem pogovoru uporabljamo na dva načina: – ponavadi z besedama označujemo maso ali težo: 2 kg sladkorja je težje kot 0,8 kg moke – včasih pa poskusimo z besedama izraziti lastno snovi: enako velik kos železa ima večjo maso od stiroporja enake prostornine. Ta drugi pomen besed »lažji« in »težji« pomeni gostoto snovi. Prostornina. Učenci naj sami povedo nekaj obrazce za računanje prostornine. Določanje prostronine nepravilnih teles zastavimo problemsko – učenci naj

40

poskusijo sami določiti prostornino nekaj različnih teles. Gostota. Iz opisa odvisnosti vodimo učence do matematičnega zapisa izračuna gostote. Pri tem si pomagamo z zvezami: dvojna masa → dvojna gostota dvojna prostornina → polovična gostota. Opozorimo jih na matematični pojem, s katerim opišemo to povezavo – obratno sorazmerje. Zapišemo našo ugotovitev z besedami in oznakami fizikalnih količin. Specifična teža. Kej jo omenjamo le pri opisu tlaka zaradi teže tekočine, ji ne posvečajmo preveč pozornosti. Učenci bodo hitro znali poiskati vzporednice z gostoto, če je ta dobro usvojena.


Diferenciacija Diferenciacijo lahko izvajamo predvsem na področju samostojnega ugotavljanja in izpeljevanja zaključkov. Znanje lahko razslojimo tudi pri poznavanju gostot vsakdanjih snovi in razumevanju specifične teže.

Višja raven: Učenci samostojno ali z le malo pomoči ugotovijo od česa in kako je odvisna gostota. Samostojno izpeljejo in predlagajo obrazec za računanje gostote. Lahko rešijo zapleten fizikalni problem s pomočjo tabel in različnih enot.

Nižja raven: Učenci morajo vedeti, kakšna je razlika med viskoznostjo in gostoto, znajo izmeriti prostornino telesa s potapljanjem, znajo razvrščati telesa z enako prostornino po gostoti.

Strani v delovnem zvezku za poglavje o tlaku bodo pripravljene ob sprejetju novega učnega načrta.

Utrjevanje & nadgradnja Naj je kost videti še tako trdna, se ves čas spreminja. Neprenehoma se razgrajuje in na novo gradi. Zunanja plast kosti je zgrajena iz gostega trdnega kostnega tkiva, dokaj votlo notranjost kosti pa tvori gobasto kostno tkivo. Kakšno bi bilo naše gibanje, če kosti ne bi bile votle? In ptice, bi letele?

Zaključek Za konec ure lahko skupaj izračunamo gostoto človeškega telesa (1,04 kg/dm3) – torej je brez zraka v pljučih večja od vode! Ta podatke nam bo v pomoč kasneje, ko bomo obravnavali plavanje.

Kritično mišljenje Težko je razmeti, da lahko kocka železa plava na živem srebru. Zato je zanimivo razpravljati, na čem plavajo gore. Celine z gostoto 2,7 × 103 kg/m3 plavajo na tekočem plašču Zemlje z gostoto 3,1 × 103 kg/m3 kot plutovinast zamašek na vodi.

Aktivno branje

Drugi viri • Johnson, K.: Fizika: preproste razlage fizikalnih pojavov. TZS, Ljubljana, 1996.

Medpredmetno MAT: obratno sorazmerje, prostornina TIT: materiali GEO: tektonika BIO: okostje ANJ: strokovni izrazi v angleščini

Pozornost usmerimo na vsakdanjo rabo besed pritisk. Učenci spoznajo koristnost natančnega strokovnega izražanja.

Zapomnili si bomo

41

Različne snovi pri enaki masi zavzamejo različno veliko prostornino. Gostota izraža razmerje med maso telesa in prostornino, ki jo telo zavzame. Če s prostornino snovi delimo s težo, dobimo specifično težo snovi.


6.2 Tekočine

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da mi čina teko in ami • ločili med kapljevin • poznali lastnosti tekočin ače kot trdnine • vedeli, da tekočine obravnavamo drug silo, pravokotno nanjo s e sten na jejo • vedeli, da tekočine delu po vsej tekočini enak • vedeli, da je tlak zaradi zunanje sile ne naprave * znali razložiti hidravlič a v fiziki z dogajanji okrog sebe nanj spoz zati pove i znal *

1 šolska ura učbenik str. D6−D7 6.2 Tekočine

Povzetek

Tlak zaradi zunanje sile

a niso zapisani V tem podpoglavju naslovi namenom . v obliki vprašanj, kot pri drugih poglavjih vprašanj PRED BRANJEM: naslove zapiši v obliki vprašanja MED BRANJEM: oblikuj odgovore na Jih razumeš? PO BRANJU: Si zadovoljen z odgovori?

Če povlečemo za en konec vrvi, se vlečna sila prenese vzdolž celotni vrvi. Nekaj podobnega opazimo tudi pri tekočinah. Če s kolesarsko tlačilko povečamo tlak pri ventilčku gume, se tlak poveča po celotni zračnici. Torej se tudi po tekočini prenašajo sile. Izkaže se, da zaradi zunanje sile po vsej tekočini tlak naraste za enako vrednost.

10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 ... Srečno novo leto!!! Zasliši se pok, zamašek poleti proti stropu in penina kar privre na plano. Zdi se kot da skoraj nobeno slavje ne mine brez penine. A najbrž je nihče ne bi uporabljal, če bi bila kot druga vina, ki jih brez »pompa« preprosto odpreš in natočiš v kozarce. V čem je torej skrivnost penine?

Ključne besede: • agregatno stanje • tekočine • tlak • merjenje tlaka • hidravlične naprave • črpalka

Kako so po tekočini prenašajo sile? Plastenko napolni z vodo in jo stiskaj. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani xx.

Snovi na Zemlji so v trdnem, kapljevinastem in plinastem agregatnem stanju (glej strani 90 in 91), ki se med seboj precej razlikujejo. V trdnini so gradniki snovi blizu skupaj in med seboj močno povezani. To je razlog, da imajo trdnine stalno obliko, ki jo lahko spremeni šele sorazmerno velika sila. Na drugi strani so gradniki v kapljevinah šibko povezani, v plinih pa večinoma sploh ne, zaradi česar kapljevine in plini nimajo stalne oblike in lahko tečejo. Zaradi te lastnosti kapljevine in pline pogosto imenujemo s skupnim imenom tekočine (angl. fluids). ?

?

Tekočina deluje na steno posodo, s katero je v stiku, s silo, pravokotno na to steno.

S pomočjo tlačilke, cevi, avtomobilskega ventila, objemke in plastenke lahko naredimo raketo na stisnjen zrak. Če imamo možnost prikaza na prostem, v plastenko dolijemo del vode. Pri tem pazimo na varnost učencev, saj prihaja do velikih sil, raketo (=plastenko) pa odnese tudi 20 metrov v zrak.

ika sila

Ali se pri povečanju sil poveča tudi delo?

črpalka tlak  gibanje

razmerje velikosti batov: Sv : Sm = 0,5 m2 : 10 m2 = 1 : 20 Ker je ploščina manjšega bata 20-krat manjša, je potrebna tudi 20-krat manjša sila: 10.000 N = 500 N Fm = 20

V tekočinah gradniki pri svojem gibanju občasno trčijo tudi ob steno posode. Sila, s katero pri trku posamezen gradnik deluje na steno, je zelo majhna, a ker je gradnikov zelo veliko (glej str. 88), je skupna sila lahko precejšnja. To silo izmerimo kot tlak, ki ga tekočina izvaja na stene posode. Ker pa gradniki trkajo tudi med seboj in pri tem izravnavajo svoje hitrosti, se v manjši posodi v povprečju vsi gradniki gibljejo enako hitro. Zato v katerem koli delu manjše zaprte posode namerimo enak tlak. !

Človeško srce

Če človeku preneha biti srce, brez ustrezne medicinske pomoči umre v nekaj minutah. Srce namreč ob vsakem utripu potisne po žilah približno 100 ml krvi, ki celicam prinese nujno potrebne snovi in odnese odvečne. Srce tako v 70 letih naredi okrog 2 milijardi utripov in prečrpa približno 200 milijonov litrov krvi (100 olimpijskih bazenov).

Tlak zaradi zunanje sile se prenese po vsej tekočini in je na vseh mestih in v vseh smereh enak.

7

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ...

Uvodna motivacija

hidravlično dvigalo

majhna sila  vel

Gibanje gradnikov in tlak

Tekočina ves čas pritiska na stene posode in »sili« iz nje. To pomeni, da tekočina deluje na stene posode s silo oziroma nanjo izvaja tlak. O tem se lahko prepričamo z balonom polnim zraka ali vode. Nekoliko težje pa ugotovimo, da sile tekočine vedno delujejo pravokotno na stene.

Poglavje o tlaku je praktično zelo uporabno in omogoča številne zanimive praktične poskuse. V tem poglavju pa bodo učenci povezali več fizikalnih količin (z obratnim sorazmerjem), kar lahko predstavlja kar trd oreh.

Kako bi ugotovil, koliko dela opraviš pri rezanju kruha? Pomagaj si s kuhinjsko tehtnico.

Večji bat hidravličnega dvigala ima ploščino 10 m2, manjši pa 0,5 m2. S kolišno silo moramo pritisniti na manjši bat, da bo večji dvignil avto z maso 1000 kg.

Kakšne so sile v tekočinah? Balon napolni z vodo in se poigraj z njim. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani xx.

!

Razmisli

Rešimo skupaj

Naštej nekaj tekočin.

Enake zakonitosti kot za trdna telesa veljajo tudi za sile na tekočine, ker pa tekočine nimajo trdnega površja jih opisujemo nekoliko drugače. Zaradi omenjene lastnosti so namreč vse sile na tekočine (razen teže) ploskovno porazdeljene. Pri tem so stične ploskve običajno stene posode ali pa gladina kapljevine. Zato delovanje sil na tekočine pogosto opisujemo s tlakom.

6

1. Naštej nekaj razlik in podobnosti med agregatnimi stanji (glej strani 90 in 91). 2. Zakaj delovanje sil v tekočinah opisujemo s tlakom? 3. Kaj velja za tlak v tekočini? 4. Opiši delovanje hidravličnih naprav in črpalk.

Prenašanje sil po tekočinah izkoriščamo v hidravličnih napravah. Ko npr. v avtu zavremo, stopalka zavore pritisne na posodo z oljem, ki prenese silo do zavornih ploščic. Ker je tlak po celotnem olju enak, s povečanjem ploščine na drugem koncu, povečamo tudi silo. Pri podvojeni ploščini se podvoji tudi sila. Če pa posoda z oljem pušča, bo ob vsakem pritisku na stopalko iz posode brizgnilo olje. Natanko na tej osnovi delujejo črpalke – med drugim tudi naše srce.

Sile v tekočinah

Topel zrak v balonu pritiska na stene balona in jih napenja, stene pa v skladu z zakonom o vzajemnem delovanju sil pritiskajo na zrak v balonu in ga zadržujejo v balonu.

Ponovi

Hidravlične naprave

Trdno in tekoče

Skale so trdnina, voda kapljevina in zrak plin. Voda in zrak sta tekočini, ker se lahko pretakata.

Kapljevine in pline lahko tečejo, zato oboje pogosto imenujemo z eno besedo – tekočine. Tekočina na stene posode izvaja tlak, ki je posledica trkov gradnikov ob stene. Tlak zaradi zunanje sile je po vsej tekočini enak.

Trdno in tekoče. Če smo že obdelali 4. poglavje (Segrevanje in ohlajanje) lahko to temo preskočimo. Ne bo pa odveč še enkrat opozoriti na razliko med pojmoma kapljevine in tekočine. Sile v tekočinah. Delovanje sil zaradi njihove ploskovne porazdelitve opisujemo s tlakom. Pri tem naj se učenci poigrajo z vodnim balonom, že prej omenjeno plastenko=raketo, napihovanjem balona. Da sile tekočine vedno delujejo pravokotno na stene, pokažemo z prebadanjem balona, lahko znotraj prozorne kadi, polne vode, da zmanjšamo vpliv gravitacije (ukrivljenost curkov).

42

Tlak zaradi zunanje sile. Z učenci lahko napolnimo zračnico. Čeprav večamo tlak pri ventilčku, se tlak poveča po vsej zračnici. Težko dokažemo, zato bolj privzamemo, da zaradi zunanje sile tlak po vsej tekočini naraste za enako vrednost. Tlak zaradi zunanje sile. Opišemo in pokažemo enostavno hidravlično napravo, npr. dve različno veliki injekciji povezani s cevko. Z učenci se pogovorimo, kje so se že srečali z njegovo uporabo. Na podlagi poskusa ugotovimo, da se pri podvojeni ploščini podvoji tudi sila. Poiščemo primere orodij, ki delujejo na hidravličnem principu: če imamo možnost, dvignimo nekaj res velikega.


Diferenciacija Poglavje je zelo enostavno in obenem zelo težavno. Najtežje si je predstavljati, da je tlak v tekočinah v vseh smereh enak ter da je sila tekočine pravokotna na stene.

Višja raven: Učenci naj matematično obdelajo primere hidravlike.

Nižja raven: Učence povabimo, da sami prikažejo (s fotografijami ali celo v živo) uporabo hidravličnih naprav. Spomnijo naj se drugačnih oblik doseganja velikih sil (klanec, vzvod, škripec) in poiščejo prednosti/slabosti hidravlike.

Strani v delovnem zvezku za poglavje o tlaku bodo pripravljene ob sprejetju novega učnega načrta.

Utrjevanje & nadgradnja Človek, ki ne diha in ki mu ne bije srce, je mrtev. Če pljuča in srce mirujeta, se ne zrak in ne kri ne pretakata. Kar pretakamo, imenujemo tekočine, pa naj gre za pline, kot je kisik ali za kapljevino, npr. kri. Srce kot črpalka ustvarja v žilah tlak. Iz poškodovane arterije lahko brizgne curek krvi prav do stropa.

Zaključek Za konec ure lahko povzamemo ključne pojme in ugotovitve v obliki miselnega vzorca.

Kritično mišljenje Učenci bodo kritično razmišljali že ob vprašanju, ali je res možno dvigovati tako težka bremena s prstom. Ali lahko dvigneš s hidravličnim dvigalom s silo prsta (5 N) breme, težko 5000N?

Drugi viri • Beznec, B. et al: Poskusi s plastenkami. ZRSŠ, Ljubljana, 1998.

Medpredmetno TIT: hidravlične naprave BIO: srce in ožilje

Aktivno branje Pozornost usmerimo na vsakdanjo rabo besed pritisk. Učenci spoznajo koristnost natančnega strokovnega izražanja.

Zapomnili si bomo

43

Kapljevine in plini lahko tečejo, zato jih imenujemo tekočine. Tekočina deluje zaradi trkov gradnikov na steno posode s silo, ki je pravokotna na steno. Tlak zaradi zunanje sile je v majhni posodi po vsej tekočini enak.


6.2 Tekočine bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da ino glob z šča nara čini teko v tlak • vedeli, da od vrste (gostote) tekočine sne odvi čini teko v tlak je da eli, • ved v vseh smereh enak • vedeli, da je tlak v določeni globini s določene zveze med zapi olni simb le ba enač je * zavedeli, da fizikalnimi količinami

1 šolska ura učbenik str. D8−D9 6.2 Tekočine zamisli V tem podpoglavju ključna dejstva in o. namenoma niso zapisana odebeljen naslovih PRED BRANJEM: preleti vprašanja v dejstva na pomemb izpiši : MED BRANJEM PO BRANJU: oblikuj ključne zamisli

Izjemne lepote podvodnega sveta privabljajo številne potapljače. Ker pa to ni človekovo naravno okolje, je potapljanje lahko izjemno nevarno. Večina nevarnosti je povezanih z razlikami v tlaku, ki pa se jih izkušeni potapljači s primerno opremo in ravnanjem lahko izognejo. Na drugi strani pa je vsakršno nepoznavanje in podcenjevanje razmer lahko usodno.

Ključne besede: • sile ob dotiku • ploščina • tlak • pascal • bar

Dihanje

Kaj pa zračni tlak? k?

Je tlak v tekočini res povsod enak?

Čim debelejša je plast vode (globina vode), tem večji zaradi njene teže tlak na dno.

gladina

tlak 1 bar

Če se v morju potopimo nekaj metrov globoko, začutimo rahlo bolečino v ušesih. Ta je posledica tlaka vode, ki je v globini nekoliko večji kot tik pod površljem. Plast vode nad nami zaradi teže namreč pritiskajo na nas in spodnje plasti vode, kar zaznamo kot povečan tlak. To bolje razumemo, če primerjamo tlak tik pod gladino in na dno pokončnega akvarija, na katerega pritiska vsa voda, ki je v njem. Torej tlak v večji posodi vendarle ni povsod enak, temveč je pri dnu nekoliko večji kot tik pod površino. Ali se tlak spreminja z globino? Preluknjano plastenko napolni z vodo. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani xx.

globina 20 m

tlak 2 bar

tlak 3 bar

Ostanimo še malo pri akvariju. Če akvarij do polovice napolnjen z vodo, napolnimo do vrha, smo s tem podvoljili debelino plasti vode v njem. S tem se podvoji tudi teža vode in tlak na dno akvarija. Iz tega lahko sklepamo, da tlak zaradi teže tekočine enakomerno narašča z globino (v zraku z višino). To lahko zapišemo tudi krajše: tlak teže = sp. teža · globina

ali

p=σ·h

Spremljajmo potapljača pri potopu in sproti merimo tlak na različnih globinah. Na začetku potopa, tik pod vodno gladino, je tlak enak zračnemu tlaku in znaša približno 1 bar. Na globini 10 m znaša tlak že 2 bara in na globini 20 m doseže 3 bare. Tlak v vodi torej na vsakih 10 m globine naraste za 10 m. globina 30 m

Tlak zaradi teže tekočine enakomerno narašča z globino. V vodi se vsakih 10 m poveča za 1 bar.

Zračni tlak, podobno kot v tlak v vodi, z globino narašča – ker smo na dnu ozračja, je bolje reči, da z višino pada. Na višini 5 km znaša približno polovico tlaka pri tleh, na višini 15 kilometrov pa le še desetino. Zemljo obdaja tanka plast zraka. Zračni tlak ob morju znaša približno 1 bar in pada z višino.

Zakaj ne čutimo zračnega tlaka? Kako je mogoče, da 1000 N pritiska na našo dlan, pa tega sploh ne občutimo? Odgovor se skriva v smeri, v kateri deluje tlak. Spomnimo se, da tlak v tekočini deluje v vse smeri, torej tudi na našo dlan pritiska iz vseh smeri. Silo ozračja, ki pritiska na dlan od zgoraj, izravna sila od spodaj, silo, ki deluje z leve izravna sila z desne ... A zakaj nas potemtakem vse te sile ne zmečkajo, tako kot ocean podmornico, ki se spusti pregloboko. Odgovor je preprost – ker smo v oceanu zraka rojeni in ves čas živimo v njem. Tako je v votlih delih našega telesa zrak (pljuča, notranje uho ipd.) oziroma kri s približno enakim tlakom, kot je v ozračju. Kljub vsemu pa občutimo v ušesih spremembno zračnega tlaka kadar se hitro dvignemo ali spustimo (npr. pri vožnji z gondolo).

Uvodna motivacija Z učenci si lahko ogledamo slike ali film o potapljanju. Vprašamo jih o njihovih občutkih v ušesih, ko so se potapljali ali peljali z gondolo oziroma z letalom.

?

Ali sedaj veš zakaj nas pri potaljanju bolijo ušesa?

Povzetek

Tlak v tekočinah zaradi teže tekočine z globino narašča. V vodi se tlak vsakih 10 m poveča za 1 bar, medtem ko se zračni tlak z 1 bara pri tleh do višine 5000 m zmanjša na polovico. Ljudje zračnega tlaka ne občutimo, občutimo pa hitre spremembe tlaka.

Ponovi

1. Zakaj se tlak spreminja z globino? 2. Kako se tlak vode spreminja z globino? 3. Kolikšen je zračni tlak pri tleh?

Razmisli

Kako bi izmeril zračni tlak?

Odgovori

1. Kolikšen tlak so morale zdržati sonde, ki so preiskovale razbitine Titanika na globini 3800 m?

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Poglavje o tlaku je praktično zelo uporabno in omogoča številne zanimive praktične poskuse. V tem poglavju pa bodo učenci povezali več fizikalnih količin (z obratnim sorazmerjem), kar lahko predstavlja kar trd oreh.

Pljuča izmenjujejo zrak z okolico na osnovi razlike tlaka. Ob vdihu se prsni koš razširi in poveča prostornino pljuč. Zaradi tega se zmanjša tlak v pljučih in zrak iz okolice vdre v pljuča. Pri izdihu je obratno: prisni koš se skrči, tlak v pljučih se poveča in izstisne zrak iz njih. Pljuča v 70 letih izmenjajo približno 200 milijonov litrov zraka.

Zakaj tlak celotnega ozračja »odtehta« le 10 m vode?

tlak 4 bar

! 8

?

!

Kakšen je tlak v morskih globinah? globina 10 m

V resnici se nam ni potrebno potapljati, da bi občutili tlak zaradi teže tekočine, saj živimo na dnu velikega ocena zraka. Zemljo namreč obdaja nekaj deset kilometrov debela plast zraka, ki ji pravimo ozračje. Na dnu ozračja na nadmorski višini 0 m (nad gladino morja) znaša zračni tlak približno 1 Bar oziroma 100 kPa. Na našo dlan torej pritiska ozračje s silo okoli 1000 N, kar presega težo pralnega stroja. Tlak zaradi teže celotnega ozračja torej ustreza tlaku 10 m debele plasti vode.

Tlak v tekočinah. Pri večjih posodah (lahko kar morje) ugotovitev, da je tlak v vseh delih tekočine enak ne drži, saj na spodnje plasti pritiskajo tudi zgornje plasti. Zaradi teže v tekočinah tlak narašča tlak z globino. Najlažje je to razložiti podobno, kot je to strojeno v učbeniku – posodo z vodo dajmo na tehtnico in dolivajmo vodo. Merimo globino in težo, ki jo lahko prevedemo v tlak na dnu posode. Naraščanje tlaka z globino. Iz opisa odvisnosti vodimo učence do matematičnega zapisa izračuna hidrostatičnega tlaka. Pri tem si pomagamo z zvezami: dvojna globina → dvojni tlak dvojna gostota (sp. teža) → dvojni tlak. Omenimo lažji način računanja tlaka v

44

vodi – tik pod gladino je 1 bar in se na vsakih 10 m globine poveča za 1 bar. Zračni tlak. Pri poskusu s prazno plastenko (torej s plastenko zraka), ki se stisne, ko jo prinesemo iz hribov v dolino bodimo previdni: učinek spremembe temperature je nekajkrat močnejši kot učinek zaradi spremembe tlaka. V pločevinko nalijemo malo vode in jo zavremo. S kleščami jo hitro obrnemo v večjo posodo z vodo. Vroč zrak in para se bosta shladila in skrčila. Nekaj vode bo vdrlo v pločevinko, vendar se tlak znotraj pločevinke tako zelo zmanjša, da jo zunanji zračni tlak stisne.


Diferenciacija Uporaba enačbe tlaka zaradi teže tekočine načeloma ne bi smela povzročati težav. Povsem nekaj drugega pa je izpeljava. Imejmo v mislih, da učenci uporabljajo spremenljivke zelo striktno enoznačno (h je zanje višina in ne globina!).

Višja raven: Učenci naj s pomočjo učitelja izpeljejo enačbo za računanje hidrostatičnega tlaka. Zanimiv poskus s širjenjem balona, napetega na ustje steklenice naj učenci najprej predvidijo in nato preizkusijo.

Nižja raven: Lahko zamenjamo vloge in damo tem učencem enostavnejše raziskovalne primere: Kaj se zgodi, če teže ni? Učenci lahko na spletu poiščejo »krogle vode v zraku« na vesoljski postaji. Kako se tam umivajo, pijejo in jejo?

Strani v delovnem zvezku za poglavje o tlaku bodo pripravljene ob sprejetju novega učnega načrta.

Utrjevanje & nadgradnja Kot smo prejšnjo uro obravnavali krvnožilni sistem, lahko utrjevanje in nadgradnjo namenimo dihanju. Pri tem si lahko vsaj v osnovi pomagamo z zapisom v učbeniku.

Kritično mišljenje Učence lahko h kritičnemu razmišljanju izzovemo s problemom veznih posod.

Uro lahko zaključimo z razpravo o ekstremnih športih (npr. potapljanje na dih …) in prilagojenostjo človeškega telesa na ekstremne razmere.

• Beznec, B. et al: Poskusi s plastenkami. ZRSŠ, Ljubljana, 1998.

Medpredmetno

Priporočljivo je še eno uro nameniti ponavljanju in utrjevanju do sedaj obravnavane snovi.

Zaključek

Drugi viri

BIO: pljuča in dihanje, prilagoditve

Aktivno branje Pozornost usmerimo na vsakdanjo rabo besed pritisk. Učenci spoznajo koristnost natančnega strokovnega izražanja.

Zapomnili si bomo

45

Tlak v tekočinah zaradi teže tekočine z globino narašča. V vodi se vsakih 10 m poveča za 1 bar. Zračni tlak ob morju znaša 1 bar, z višino pa pada. Zračnega tlaka ne občutimo, občutimo pa hitre spremembe tlaka.


6.3 Plavanje

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da plava, lebdi ali potone in to telo • znali določiti, v katerih primerih povezali z gostoto je tekočina na potopljeno telo • vedeli, da je vzgon sila, s katero delu • poznali smer in velikost vzgona v tlaku na različnih globinah • vedeli, da je vzgon posledica razlik nega vprašanja in iskanja odgovora * ugotovili pomen znanstve

1 šolska ura učbenik str. D10−D11 6.3 Plavanje seznam V tem podpoglavju je namenoma izpuščen drugih virih. ključnih besed, ki olajša iskanje po PRED BRANJEM: preglej o čem bo govora MED BRANJEM: poiš��i ključne besede izraze PO BRANJU: poišči ustrezne angleške

Titanik je bil tako dovršena ladja, da se po zagotovilih inženerjev v nobenem primeru ne bi smel potopiti. A že na svoji prvi plovbi je po vsega nekaj dneh trčil v ledeno goro, ki mu je razparala bok. Ladjo je zalila voda in v vsej svoji mogočnosti je z več kot tisoč potniki pristala v globinah Atlantika. Kako je to mogoče?

Ključne besede: • poišči jih!

Lahko plavamo tudi v zraku?

Kaj plava in kaj ne?

Katere snovi plavajo in katere ne? Naredi »preizkus plavanja« s še nekaj snovmi. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani xx.

plavanje vzgon = teža

potop vzgon < teža

Kdor je lovil ribe s trnkom ve, da svinčena utež na koncu laksa potone, medtem ko plutovinast plovec plava na površju. Zakaj nekatere snovi potonejo, nekatere pa ne? Lahko bi pomislili, da utež potone, ker ima večjo maso. A zakaj potem ne potone deblo, ki ima še večjo maso? Očitno je plavanje teles povezano s čim drugim. S poskušanjem ugotovimo, da potone tudi bakren kovanec, železen vijak, zlata verižica, plava pa košček stiropora, svinčnik, z zrakom napolnjena plastenka … Če poiščemo naštete snovi v preglednici na straneh D4-D5, opazimo, da potonejo predmeti iz snovi, ki imajo večjo gostoto kot voda, plavajo pa predmeti iz snovi, ki imajo manjšo gostoto kot voda. !

Telesa, ki imajo večjo gostoto kot tekočina, v kateri se nahajajo, v njej potonejo.

vzgon

Zakaj določeni predmeti plavajo? vzgon

teža

?

S kolikšno silo deluje kamen na dno? teža

manjši tlak

Sile vode so na zgornji strani kamna manjše kot na spodnji.

10

večji tlak

Na vsa telesa na Zemljinem površju deluje teža navpično navzdol – tako tudi na plovec, ki plava na vodi. Ker je plovec na vodni gladini v ravnovesju, mora nanj delovati sila, ki uravnovesi težo. To je sila vzgona ali kar vzgon, ki deluje na vsako telo, vsaj delno potopljeno v tekočini. Pri telesih, ki plavajo, je vzgon enak teži telesa, pri telesih, ki potonejo, pa je vzgon manjši od teže. A od kod vzgon? Vzgon je v resnici posledica naraščanja tlaka z globino. To najlažje razumemo, če si ogledamo sile na kamen, ki ga držimo pod vodo. Nanj poleg sile roke in teže deluje tudi tekočina. Ker tlak tekočine narašča z globino, so sile na spodnji strani kamna nekoliko večje kot na zgornji. Sile tekočine se med seboj torej ne izravnajo, temveč kaže njihova rezultanta navzgor in to je vzgon. !

Arhimed

Ker je tudi zrak tekočina, je odgovor pritrdilen. Tako ko kot v vodi je tudi v zraku pogoj za plavanje gostota a snovi. Ker pa ima zrak mnogo manjšo gostoto od večine snovi na Zemlji, v zraku ta pojav opazimo bolj poredkoma. Da tudi na telesa »potopljena« v ozračju deluje vzgon, nas prepriča otroški balon, napolnjen s helijem. Če ga otrok izpusti iz rok, se začne kljub teži gibati navzgor. Vzgon na balon je torej večji od teže – in to zato, ker ima helij manjšo gostoto kot zrak. Vzgon s pridom izkoriščajo tudi balonarji pri poletih s toplozračnimi baloni, le da namesto helija uporabljajo kar segret zrak. Segret zrak v balonu ima namreč manjšo gostoto od okolnega zraka in lahko ponese balon skupaj s košaro in potniki. V začetku 20. stoletja, ko še ni bilo potniških letal, so se uveljavile takoimenovane zračne ladje (zepelini) – velikanski baloni napolnjeni z vodikom, ki si prevažali potnike. ?

Ali lahko tudi železo plava?

Kako je mogoče, da vijak potone, ladja pa ne, čeprav sta oba iz železa? Med njima je bistvena razlika – ladja je votla in zavzame mnogo večjo prostornino kot kup železa z enako maso. V resnici je ladijski trup le tanka železna lupina napolnjena z zrakom in tovorom. Zato ima ladja mnogo manjšo maso, kot če bi bila njena notranjost v celoti zapolnjena z železom. Njena gostota – ali bolje rečeno povprečna gostota – je manjša kot pri vijaku. Na podoben način tudi rešilni jopič zmanjša povprečno gostoto človeka, saj precej poveča prostornino, hkrati pa zelo malo prispeva k celotni masi. V kolikor pa v ladjo vdre voda in zapolni trup, se teža ladje tako poveča, da je vzgon ne more več izravnati in ladja p potone.

Uro lahko začnemo z zgodbo o Titaniku, ki jo vsaj v osnovi poznajo vsi učenci. Ob temu poudarimo, da je Titanik , ki je veljal za nepotopljivega, potonil na svoji prvi plovbi.

Povzetek

Telesa, ki so redkejša od vode, plavajo v vodi, medtem ko telesa, ki so gostejša od vode, v vodi potonejo. Plavanje zagotavlja sila vzgona, ki je posledica naraščanja tlaka zaradi teže tekočine. Tudi v zraku na telesa deluje vzgon. Ladje plavajo, ker so votle in je njihova povprečna gostota manjša od vode.

Ponovi

1. Naštej nekaj snovi, ki so redkejše od vode in nekaj snovi, ki so gostejše od vode. 2. Zakaj nekatera telesa plavajo in druga ne? 3. Posledica česa je vzgon? Pojasni. 4. Zakaj otrok z rokavčki ne potone?

Razmisli

Kolikšen tovor lahko nosi ladja oziroma balon?

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ...

Uvodna motivacija

Zemljina skorja je razdeljena na več litosferskih plošč. Nekateri deli plošč segajo tudi nad gladino in tvorijo kopno. In čeprav se zdi, da imamo pod nogami trdna tla, plošče v resnici plavajo na tekoči notranjosti Zemlje, saj so iz nekoliko redkejše snovi kot notranjost. Zaradi premikov plošč prihaja na stikih do potresov.

Zakaj imajo toplozračni baloni gorilnike?

Na telesa, ki so vsaj delno potopljena v tekočini, deluje vzgon navpično navzgor.

Poglavje o tlaku je praktično zelo uporabno in omogoča številne zanimive praktične poskuse. V tem poglavju pa bodo učenci povezali več fizikalnih količin (z obratnim sorazmerjem), kar lahko predstavlja kar trd oreh.

Tudi tla pod nami plavajo

Plavanje/potopitev Z uvodno motivacijo smo poskušali doseči, da bi učenci začeli razmišljati zakaj telo plava oziroma potone. Učence napotimo, da telesa, ki plavajo oziroma potonejo umestijo v preglednico gostot na 4. strani prlioge. Z malce pomoči bodo ugotovili, da je odločilno ali ima snov večjo gostoto kot vodo ali manjšo. Vzgon. S spuščanjem žoge v vodo ali njeno potopitvijo zlahka pokažemo, da deluje sila navzgor, da je usmerjena nasprotno kot teža. Učenci naj predlagajo načine, kako bi ugotovili, kolikšna je sila. Izmerimo težo telesa v zraku in težo telesa v vodi. Razlika teže v vodi in zraku, vzgon, mora biti opazna. Zanimiv je poskus, s

46

katerim izmerimo silo na potopljen balon (uporabimo silomer in škripec, pritrjen na dnu). Z vedenjem o tlaku in neenakimi silami vode na zgornji in spodnji strani telesa (kamna) razložimo, odkod vzgon. Lebdenje v zraku. Balon s helijem ali izdelava toplozračnega balona dokazujeta, da se plavati v zraku da izvesti. Spet se sklicujemo na gostoto – topel zrak in helij imata manjšo gostoto kot hladen zrak. Izjemen poskus s težjimi plini, ko ladjica ali kocka iz aluminijeve folije lebdita v zraku si lahko ogledamo na www.fizik.si.


Diferenciacija Učenci višje ravni razširijo znanje z računanjem vzgona na preprostem primeru, učenci nižje ravni preverijo znanje ob preprostem poskusu.

Višja raven: Če imajo izkušnje z dvigovanjem težjih stvari pod vodo, naj izračunajo, za koliko postane kamen pod vodo lažji.

Nižja raven: Učenci naj opišejo dogajanje in obravnavane pojme na primeru kepice kvašenega testa v topli vodi. Testo na začetku potone, čez nekaj minut se začne dvigovati. Verjetno jim ne bo težko ugotoviti vzroka, če jih opomnimo, da z nekvašenim testom tak poskus ne uspe.

Strani v delovnem zvezku za poglavje o tlaku bodo pripravljene ob sprejetju novega učnega načrta.

Utrjevanje & nadgradnja Učence spodbudimo k nadaljnjemu razmišljanju z vprašanjem o povprečni gostoti in železnih ladjah.

Zaključek Učencem lahko pripravimo tekmovanje v sestavljanju ladjic iz lista papirja A4 z največjo nosilnostjo. V Nemčiji (www. paperboat.de) vsako leto poteka tekmovanje – zmagovalka zdrži več kilogramov (ni napaka – kilogramov).

Kritično mišljenje Zakaj sponka (britvica pri demonstracijskem poskusu) plava, če jo na gladino vode lepo položimo in zakaj tako potone, če z njo »zarežemo« v vodo? Učenci ugotovijo, da obstaja še en fenomen vode: površinska napetost.

Aktivno branje

Drugi viri • Johnson, K.: Fizika: preproste razlage fizikalnih pojavov. TZS, Ljubljana, 1996.

Medpredmetno MAT: razvrščanje, delo s tabelami GEO: litosferske plošče in potresi ANJ: strokovni izrazi v angleščini ŠVZ: plavanje

Pozornost usmerimo na vsakdanjo rabo besed pritisk. Učenci spoznajo koristnost natančnega strokovnega izražanja.

Zapomnili si bomo

47

Telesa v vodi plavajo, če so redkejša od vode in potonejo, če so (povprečno) gostejša. Plavanje je posledica vzgona, ki je posledica naraščanja tlaka zaradi teže tekočine. Tudi v zraku na telesa deluje vzgon.


6.4 Ozračje in vreme

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da sfere • poznali zgradbo in plasti atmo zraka • vedeli, kakšne so fizikalne lastnosti vremenski pojavi jajo doga se j zaka in e vrem je • vedeli, kaj grede tople ke • spoznali pozitivne in negativne učin enske pojave vrem na amo vpliv o lahk * spoznali, koliko in kako atke * znali poiskati želene pod

1 šolska ura učbenik str. D12−D13 6.4 Ozračje j in vreme že gotovo že O vremenu in različnih vremenskih pojavih z novimi spoznanji. veliko veš, zato povezuj svoje znanje vremenu o veš že kaj napiši, : PRED BRANJEM novega MED BRANJEM: zapisuj, kaj si izvedel seboj PO BRANJU: oba zapisa primerjaj med

Vreme je pogosta tema vsakdanjih pogovorov, saj ima velik vpliv na naše življenje – vpliva na razpoloženje, kroji kaj bomo počeli med vikendom ... V skrajnem primeru je lahko življenjsko nevarno, zato je spremljanje in napovedovanje vremena za človeka zelo pomembno.

Ključne besede: • ozračje • troposofera • vreme • meteorologija • efekt tople grede

Kako nastane »vreme«?

Povzetek

Vreme je stanje ozračja, ki ga opredeljujejo temperatura zraka, zračni tlak, vetrovi, oblačnost in padavine. Vse spremembe vremena so posledica temperaturnih razlik zaradi različnega segrevanja tal in oceanov. Vetrovi nastanejo, ko se segret zrak, ki je redkejši od hladnega dviguje, na njegovo mesto pa pri tleh priteka hladnejši zrak. Veliko vremenskih pojav je povezanih s padavinami. Te so del kroženja vode, ki se začne z izhlapevanjem površinske vode in nadaljuje z dvigovanjem in ohlajanjem vodne pare, ki pri tem nastane. Na določeni višini se vodna para utekočini in nastanejo oblaki. Voda, ki tvori oblake, se prej ali slej v obliki padavin vrne na površje in vodni krog se sklene.

Ponovi

vesolje 40 km

0,01 bar

30 km

stratosfera 20 km

0,1 bar

0,5 bar

troposfera

10 km

gladina morja

1 bar

Tako kot vsi ostali pojavi v vesolju, so tudi vremenski pojavi povezani z energijo. Ta prihaja na Zemljo skoraj v celoti s Sonca. Tla in vodne površine namreč prestrezajo sončno sevanje in se zaradi tega segrevajo. Zaradi nagiba sončnih žarkov je segrevanje najizrazitejše ob ekvatorju. Ob stiku s tlemi ali vodo se segreje tudi zrak in na ta način prejme energijo.

Odgovori

Kaj se hitreje segreva? Počrnjeno plastenko vode daj na sonce. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani xx.

šibkejše segrevanje

Vsak kvadratni meter tal ob jasnem vremenu od sonca prejme vsako sekundo več kot 1000 J energije.

nje

močnejše segreva

nižje temperature

višje temperature

Efekt tople grede

Ogljikov dioksid (CO2) v ozračju uravnava temperaturo planeta - skozi ozračje namreč prepušča Sončno sevanje, ne prepušča pa Zemljinega sevanja v vesolje. Zaradi tega se zrak podobno kot v topli gredi segreva. Na Marsu, kjer ogljikovega dioksida ni, so temperature okoli –20 °C, na Veneri, kjer ga je preveč pa okoli 500 °C. Na Zemlji ga je zaradi človekovih aktivnosti vse več in temperatura ozračja počasi a vztrajno narašča, kar že povzroča številne spremembe na Zemlji.

12

13

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ...

Uro začnemo s slikovno napovedjo vremena na tabli ali izrezki iz časopisov. Uro lahko začnemo tudi z ugotavljanjem pravilnosti aktualnih vremenskih pregovorov (»Rdeča zarja, lepo vreme naznanja«…) ali pa z zelo starimi članki (Življenje in tehnike, okoli leta 1960), kako »bomo kmalu urejali vreme«.

Kaj bi se zgodilo z vremenskimi pojavi, če bi nekega dne sonce prenehalo sijati?

Človek s povečevanjem prometa, industrije in porabe energije vse bolj vpliva na vreme. S svojim delovanjem onesnažuje ozračja in spreminja njegovo sestavo, kar povzroča segrevanje ozračja. Posledice so taljenje ledu, pogostejši ekstremni vremenski pojavi, izginjanje določenih rastlinskih in živalskih vrst ...

Kaj »poganja« vremenske pojave?

Uvodna motivacija

Razmisli

Znanost, ki proučuje vreme, se imenuje meteorologija. Za spremljanje razmer v ozračju in pomoč pri napovedovanju vremena meteorologi uporabljajo številne meteorološke postaje. Napovedovanje vremena močno olajšajo vremenski sateliti in zmogljivi računalniki. Kljub temu so razmere v ozračju zelo nepredvidljive in zaradi tega vremenske napovedi zanesljive le za nekaj dni vnaprej.

Omenili smo že, da Zemljo obdaja tanek sloj zraka, ki ga sestavljata predvsem dušik in kisik. Pomembno vlogo imajo tudi ogljikov dioksid (CO2), vodna para in trdni delci, čeprav je njihov delež v ozračju majhen. Debelino ozračja je težko natančno določiti, saj je zrak z višino vse redkejši in postopno preide v vesolje. Na vrhu Mt. Everesta je naprimer gostota zraka pol manjša kot ob morju. Za človeka je najpomembnejši spodnji sloj ozračja, ki mu pravimo troposfera in sega kakšnih 10 km visoko. V tem sloju se namreč »dogaja« vreme.

Poglavje o tlaku je praktično zelo uporabno in omogoča številne zanimive praktične poskuse. V tem poglavju pa bodo učenci povezali več fizikalnih količin (z obratnim sorazmerjem), kar lahko predstavlja kar trd oreh.

1. Kakšna je sestava Zemljinega ozračja? 2. Kako se ozračje spreminja z višino? 3. Od kod ozračje dobiva energijo? 4. Kaj je vreme?

1. Zakaj potrebujejo alpinisti pri vzponih na najvišje vrhove dodaten kisik. 2. Ali imajo tudi drugi planeti ozračje?

Kako napovedujejo vreme?

Kako visoko na nebu so oblaki?

Zemljino ozračje je sestavljeno predvsem iz dušika in kisika. Gostota zraka in tlak z višino padata in sta največja pri tleh. Vreme imenujemo stanje v spodnji plasti ozračja – troposferi. Vsi vremenski pojavi in spremembe vremena izvirajo iz temperaturnih razlik, ki so posledica različnega segrevanja Zemljinega površja. Vreme spremljajo in napovedujejo meteorologi.

Plavanje/potopitev Z uvodno motivacijo smo poskušali doseči, da bi učenci začeli razmišljati zakaj telo plava oziroma potone. Učence napotimo, da telesa, ki plavajo oziroma potonejo umestijo v preglednico gostot na 4. strani prlioge. Z malce pomoči bodo ugotovili, da je odločilno ali ima snov večjo gostoto kot vodo ali manjšo. Vzgon. S spuščanjem žoge v vodo ali njeno potopitvijo zlahka pokažemo, da deluje sila navzgor, da je usmerjena nasprotno kot teža. Učenci naj predlagajo načine, kako bi ugotovili, kolikšna je sila. Izmerimo težo telesa v zraku in težo telesa v vodi. Razlika teže v vodi in zraku, vzgon, mora biti opazna. Zanimiv je poskus, s

48

katerim izmerimo silo na potopljen balon (uporabimo silomer in škripec, pritrjen na dnu). Z vedenjem o tlaku in neenakimi silami vode na zgornji in spodnji strani telesa (kamna) razložimo, odkod vzgon. Lebdenje v zraku. Balon s helijem ali izdelava toplozračnega balona dokazujeta, da se plavati v zraku da izvesti. Spet se sklicujemo na gostoto – topel zrak in helij imata manjšo gostoto kot hladen zrak. Izjemen poskus s težjimi plini, ko ladjica ali kocka iz aluminijeve folije lebdita v zraku si lahko ogledamo na www.fizik.si.


Diferenciacija Snov je izredno široka, praktična in uporabna in omogoča želeno poglobljenost. Možnosti je veliko: lahko se osredotočimo na vremenske pregovore in njihovo smiselnost in razlago, lahko iščemo in interpretiramo podatke, lahko napovedujemo vreme s pomočjo vremenske karte.

Višja raven: Učenci lahko razložijo domače vremenske pregovore, s pomočjo www.wunderground.com matematično iščejo verjetnost »Uscana Zofka, 15. maj«, iščejo lokalne pregovore ipd. Učenci znajo napovedati vreme s pomočjo trenutne vremenske karte.

Nižja raven: Učenci razumejo vremensko karto in poznajo vzroke. Na internetu znajo poiskati vremensko napoved.

Strani v delovnem zvezku za poglavje o tlaku bodo pripravljene ob sprejetju novega učnega načrta.

Utrjevanje & nadgradnja Poiščemo ekstremne vremenske pojave in ekstremne temperature (lahko tudi v Kelvinih za vajo, če smo že predelali 4. poglavje).

Kritično mišljenje Biovreme – resnica ali izgovor? Zakaj in kako vreme vpliva na počutje in razpoloženje ljudi? Po anketah polovici ljudi vreme vsaj občasno povzroča težave.

Zaključek Učencem lahko omenimo še z ozonsko »luknjo« – močno razredčen tanek plašč 30 km nad nami, ki nas varuje pred preveliko dozo UV sevanja in opozorili zaradi sončenja. K sreči zaradi aktivnega ukrepanja (prepoved freonov) se bo ob spoštovanju prepovedi ozonska plast po vsej verjetnosti vsaj delno obnovila.

Drugi viri • www.mojnet-si.net/reki/vremenski_pregovori. html • www.wunderground.com • www.pef.uni-lj.si/gorani/terenske.html#vreme

Medpredmetno Aktivno branje

MAT: verjetnost GEO: podnebje in vreme ANJ: strokovni izrazi v angleščini

Pozornost usmerimo na vsakdanjo rabo besed pritisk. Učenci spoznajo koristnost natančnega strokovnega izražanja.

Zapomnili si bomo

49

Zemljino ozračje je sestavljeno pretežno iz dušika in kisika. Gostota in tlak z višino padata. Največje spremembe se dogajajo v troposferi, trenutno stanje ozračja opisuje vreme, ki ga proučujejo meteorologi.


3.1 Spremembe in delo

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da sprememb, ki jih ostjo velik z zano • vedeli, da je delo pove povzročajo sile premika telo, na katero deluje • vedeli, da sila opravlja delo, kadar ri premika) in premika • vedeli, da je delo zmnožek sile (v sme i om« v vsakdanjem življenju in v fizik * razumeli razliko med »del in količ nju zova pove pri ti rnos o sorazme * znali uporabiti pojem prem i oblik čni mati mate v v * znali zapisati ugotovite

1 šolska ura učbenik str. 64−65 3.1 Spremembe in delo Delo je pojem, ki ga v vsakdanjem življenju pogosto

določeno. uporabljamo, v fiziki pa je natančno pojem delo PRED BRANJEM: razmisli, kaj tebi pomeni opredeljuje delo MED BRANJEM: ugotovi, kako fizika Kaj ugotoviš? PO BRANJU: primerjaj obe »definiciji«.

Ključne besede: • sprememba • premik • sila • delo • joule

Hiša je zgrajena in na vrsti je selitev. To je velika sprememba za vso družino. Običajno se selitve veselimo, čeprav ni prav nič zabavno, ko je treba vse stvari zložiti v škatle, jih odnesti po stopnicah na dvorišče, zložiti na tovornjak in ponovno raztovoriti. A to bi še šlo, kaj pa pohištvo – težke omare, postelje? Ves čas je treba delati, za zabavo pa na koncu zmanjka energije.

Pri selitvi je skoraj vse povezano s silami. Vendar ni vse le v silah. Kaj lahko se zgodi, da poskušamo prestaviti klavir, pa nam ga kljub trudu nikakor ne uspe premakniti. Čeprav smo klavir potiskali z vso silo, žal ni bilo pravega učinka. Smo torej delali ali ne? V vsakdanjem življenju lahko to razlagamo na različne načine, v fiziki pa je delo (angl. work) opredeljeno zelo natančno: sila opravlja delo, kadar premika telo, na katerega deluje. Če ni spremembe lege, gibanja ali oblike telesa, sila ni opravila dela. Kakor koli že, delo je povezano s spremembami, ki jih povzročajo sile – čim večjo spremembo povzroči sila, tem več dela je opravila na telesu. Delo krajše označimo z A.

1 meter

1 meter

Od česa je odvisno delo?

200 J

100 N

Ponovi

1. Naštej nekaj primerov, ko sila opravlja delo. 2. Od česa je odvisno, koliko dela opravi sila? 3. Kaj pove delo o velikosti sprememb, ki jih povzroči sila?

Razmisli

Kako bi ugotovil, koliko dela opraviš pri rezanju kruha? Pomagaj si s kuhinjsko tehtnico.

Spoznali smo, da je delo premosorazmerno sili, ki delo opravlja, in premosorazmerno premiku telesa. Definicija dela vsebuje obe premosorazmernosti v najpreprostejši obliki: delo je zmnožek sile in premika, če sta sila in premik vzporedna. Če sila in premik nista vzporedna, upoštevamo le tisti del sile, ki kaže v smeri premika. To lahko zapišemo tudi krajše:

100 N

100 J

Delo je povezano z velikostjo sprememb, ki jih povzročajo sile. Sila opravlja delo, kadar premika telo, na katerega deluje. Delo je opredeljeno kot zmnožek sile in premika. Pri tem moramo upoštevati le del sile, ki je vzporeden s premikom. Enota za delo je joule (J) in je enaka 1 N·m.

Koliko dela smo opravili?

Kaj je delo?

2 × 100 N

Povzetek

Kaj pa višina dviga? Če s tal dvignemo škatlo do vrhnje police namesto do polovice, smo s tem dva manjša dviga nadomestili z enim samim, dvakrat tolikšnim. Na ta način smo v primerjavi s polovičnim dvigom opravili dvojno delo. Iz tega sklepamo, da je opravljeno delo premosorazmerno s premikom. Iz obeh primerov lahko izluščimo preprosto ugotovitev: opravljeno delo je tem večje, čim večja je sila in čim večji je premik prijemališča sile.

Delo lahko presojamo po spremembi, ki jo je povzročila sila. Paziti moramo le, da med seboj res primerjamo sile in spremembe, ki so jih te sile povzročile. Če dvignemo dve škatli, je v primerjavi z dvigom ene škatle za to potrebna dvojna sila. V primerjavi z dvigom ene škatle smo opravili dvojno spremembo in s tem tudi dvojno delo. Sklepamo, da je opravljeno delo premosorazmerno z velikostjo sile.

delo = sila · premik

ali

Odgovori

1. Plavalec pri kravlu premaguje silo 110 N. Koliko dela opravi, ko preplava olimpijski bazen po dolžini (50m)? 2. Kdo opravi več dela: Ana, ki s silo 400 N premakne pianino za 2 m, ali Tina, ki s silo 250 N prestavi omaro za 3 m?

A = F · s.

Če poznamo velikost sile v smeri premika in premik, lahko opravljeno delo zares izračunamo. Ko pomnožimo silo in dolžino, dobimo rezultat v newton-metrih. To nadomestimo z jouli (izg. džul), ki jih uporabljamo za merjenje dela, energije in toplote.

Rešimo skupaj

Izračunajmo, koliko dela je opravil delavec pri dvigu 10-kilogramske škatle s tal do višine 1 m? A=F·s A = 100 N · 1 m A = 100 Nm

!

Delo (A) je enako zmnožku sile in premika, ki ga povzroči ta sila. Merimo ga v joulih (J).

A=F·s

A = 100 J

1 J je enak 1 N·m, a koliko je to? Ko s tal poberemo o zvezek in ga damo na klop, opravimo približno 1 J dela. Ker je enota mala, večkrat uporabljamo večje čje enote: • tisočkrat večja enota je kilojoule (kJ) 1 kJ = 1000 J = 103 J • milijonkrat večja enota je megajoule (MJ) 1 MJ = 1.000.000 J = 106 J James Joule

100 N

100 J

1 meter

2 × 1 meter

obračanje strani 10–3 J

met puščice 1J

servis pri tenisu 1 kJ

dvig zabojnika 1 MJ

vzlet letala 1000 MJ

200 J

64

65

Obravnava nove snovi

Napovednik Poglavje o delu in energiji vsebuje enega ključnih fizikalnih konceptov, zato že v začetku poudarimo pomembnost obravnavane snovi. Delo, moč in energija niso le fizikalni pojmi, ampak se pojavljajo v biologiji, kemiji, tehničnih in družboslovnih vedah ...

Uvodna motivacija Učencem zastavimo vprašanje, kdaj po njihovem mnenju delajo in kdaj ne. Primerjamo učenje z nakupovanjem. Postavimo vprašanje: kako bi v obeh primerih določili, koliko dela je bilo opravljeno? Lahko izvedemo tudi preprost poskus z odpiranjem vrat (vlečemo kljuko, pa nič!).

Delo je povezano s spremembami. Z različnimi preprostimi poskusi (npr. pritiskanje nezašiljenega konca svinčnika na mizo, pisanje po papirju, dvigovanje knjig, pritiskanje ob steno, stiskanje plastenke…) ugotavljamo, kdaj opravljamo delo in kdaj ne. Z učenci se pogovorimo, kako lahko ugotovimo, kdo je opravil večje delo. Učenci naj na koncu izluščijo dejstvo, da je več dela opravil tisti, ki je povzročil večjo spremembo. Povemo, da je fizikalna oznaka za delo v Sloveniji A, da pa v svetu uporabljajo tudi oznako W (angl. work). Delo je odvisno od premika in sile. Izvedemo nekaj preprostih poskusov, npr. dviganje različnega števila knjig na različne

50

višine ali vlečenje različno obtežene škatle po vodoravni podlagi. Iz poskusov skupaj ugotovimo, od česa je odvisno delo. Poudarimo, da delo opravlja le komponenta sile, ki je vzporedna s premikom. Učence vodimo do matematičnega zapisa izračuna dela. Opozorimo jih na matematični pojem, s katerim opišemo to povezavo – premo sorazmerje. Enota za delo. Izračunamo delo, ki ga je učenec opravil pri dviganju nekega telesa v učilnici. Pri reševanju naloge učenci ugotovijo, da ostaneta enoti N in m. Pojasnimo, da njun zmnožek nadomestimo z joulom. Ob sekvenci slik v učbeniku se z učenci pogovorimo o velikostnih redih različnih primerov opravljenega dela.


Diferenciacija Višja raven: Učenci samostojno ali z malo pomoči (predvsem v obliki problemsko zastavljenih vprašanj) ugotovijo, od česa in kako je odvisno delo. Samostojno izpeljejo in predlagajo obrazec za računanje dela. Lahko rešijo bolj zapleten fizikalni problem.

Diferenciacijo lahko izvajamo predvsem na področju samostojnega ugotavljanja in izpeljevanja zaključkov.

Nižja raven: Učenci morajo vedeti, da je delo povezano s spremembami, od česa je odvisno delo, kako ga označimo in izračunamo, ter katero enoto uporabljamo za delo. Znajo rešiti enostavne fizikalne probleme.

del. zvezek str. 50−51 3.1a Spremembe da bi: in delo Naloge na tej strani so namenjenjim«e temu, in fizikalnim delom

4. Delo merimo v joulih (J). 1 J dela opravimo, kadar npr. 100 g predmet s silo 1 N dvignemo telo za 1 m. Oceni, kolikšno delo opravimo pri posameznih dvigih, za 1 m. In ga ustrezno označi v preglednici. dvig zaboja pomaranč

dvig zvezka s tal

GJ vzlet potniškega letala

kJ vzlet radijsko vodenega modela

vzlet muhe

2. V vsakdanjem življenju pojmujemo delo drugače kot v fiziki. Za oba primera zapiši, ali opravljaš delo ali ne, in pojasni zakaj tako misliš.

MJ vzlet športnega letala

1J met papirnatega letala

mJ

dvig pralnega stroja

dvig šolske torbe

dvig sponke za papir

1. Ljudje pogosto kaj delamo in govorimo o tem. Zapiši nekaj besed, ki ti pridejo na misel ob besedi »delo«.

TJ vzlet rakete

• poznal razliko med »vsakdan ne • vedel, kdaj sila opravlja delo in kdaj dela • znal oceniti količino opravljenega i delo • znal za vsakdanje primere izračunat

5. Količino opravljenega dela lahko izračunamo, če poznamo velikost sile in premik. Za vse opisane primere izračunaj, koliko dela je opravila sila.

dogajanje

vsakdanje pojmovanje dela

fizikalno pojmovanje dela

sediš za mizo in rešuješ tole nalogo

DA/NE

DA/NE

dogajanje

sila

premik

Zakaj?

Zakaj?

uprasnjenje vžigalice

1N

1 cm

pomagaš držati desko, ki jo oče žaga

DA/NE

DA/NE

met snežne kepe

50 N

50 cm

Zakaj?

Zakaj?

dvig šolske torbe s tal na rame

100 N

1m

vleka sani v hrib

20 N

100 m

3. V fiziki je delo natančno opredeljeno in je povezan s spremembo, ki jo povzroči sila. Za vsako sliko zapiši silo, s katero deluje telo, opiši spremembo in razmisli, ali je ta sila povzročila spremembo.

delo

sila:

Kako naporni so nakupi?

sprememba:

Naloga: ugotovi, koliko dela si opravil pri vseh opravilih, ki so povezana z nakupovanjem (jemanje živil s police, potiskanje vozička, nošenje vrečk ...). Pred nakupi izpiši potrebne teoretične osnove in na osnovi tega pripravi ustrezno preglednico.

Zapisana sila JE/NI povzročila spremembo in JE/NI opravila delo/dela. Pojasnilo:

Kratek opis merjenja:

sila: Meritve in izračuni:

sprememba: Zapisana sila JE/NI povzročila spremembo in JE/NI opravila delo/dela.

opravilo

Pojasnilo:

sila (N)

jemanje živil s police

potiskanje vozička

nošenje vrečke

pot (m) sila:

delo (J)

sprememba:

Kratek komentar naloge:

Zapisana sila JE/NI povzročila spremembo in JE/NI opravila delo/dela. Pojasnilo: 51

50

Utrjevanje & nadgradnja Utrjevanju in poglabljanju znanja so namenjena vprašanja in naloge v učbeniku na strani 65 ter naloge v delovnem zvezku na strani 50 in 51. Učence lahko napotimo na raziskovanje življenja in dela Jamesa Joula.

Zaključek Za konec ure lahko povzamemo ključne pojme in ugotovitve v obliki miselnega vzorca.

Kritično mišljenje Celoten potek ure spodbuja kritično mišljenje. Učence lahko spodbudimo k temu tudi z dodatnimi vprašanji, kot je: • Kako določiti (izmeriti) velikost opravljenega dela? Kritičnemu mišljenje je namenjena tudi 2. naloga v delovnem zvezku.

Aktivno branje Pozornost usmerimo predvsem na branje in razumevanje slik. Pri tem si učenci najprej sami ogledajo slike v učbeniku, ob katerih je naveden velikostni red dela. V pogovoru prenesejo vsebino slik na druge situacije v življenju, v katerih opravljamo delo.

51

Drugi viri www.youtube.com (Eureka 8)

Medpredmetno MAT: premo sorazmerje ŠV: delo pri metanju na koš ali gol ZG: industrializacija in izumi AN: strokovni izrazi v angleščini

Zapomnili si bomo Delo je povezano z velikostjo sprememb, ki jih povzročajo sile. Sila opravlja delo, kadar premika telo. Delo je opredeljeno kot zmnožek sile (v smeri premika) in premika. Enota za delo je joule (J).


3.1 Spremembe in delo

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da ne kdaj in delo vlja • vedeli, kdaj telo opra o delo vljam opra hitro kako , pove moč • vedeli, da dela (prenešene ega vljen • vedeli, da je moč odvisna od opra vljeno opra delo to bilo je rem energije) in časa, v kate teze hipo mo zuje doka in mo avlja post * spoznali, kako i oblik čni e v matemati * znali zapisati ugotovitv ti pojem obratnega sorazmerja ablja upor si prak v i znal *

1 (+1) šolska ura učbenik str. 66−67 3.1 Spremembe in delo V tem podpoglavju ključna dejstva in zamisli

Kdaj se trudimo, a ne delamo?

Spomnimo se na naše neuspešno premikanje klavirja, kjer kljub trudu nismo premaknili klavirja in opravili nobenega dela. Nekaj podobnega velja tudi, ko se telo premika in nanj deluje sila, pravokotna na gibanje. Ker takšna sila nima nobenega vpliva na gibanje v pravokotni smeri, ne opravlja nobenega dela. Tak primer je prenašanje škatle na isti višini. Ker se kljub temu utrudimo, je težko razumeti, da ne opravljamo dela. To bomo bolje razumeli, ko bomo spoznali energijo.

o. namenoma niso zapisana odebeljen naslovih PRED BRANJEM: preleti vprašanja v MED BRANJEM: izpiši pomembna dejstva PO BRANJU: oblikuj ključne zamisli

Ključne besede: • moč • watt

James Watt je moči svojih prvih parnih strojev za lažjo predstavo podajal v konjskih močeh. Pri tem je p , sajj z eno nekoliko pretiraval, konjsko močjo, ki znaša 746 W, ne more delati noben konj.

Povzetek

Sila ne opravlja dela, če je pravokotna na smer premikanja. Moč pove, kako hitro sila opravlja delo. Izračunamo jo tako, da opravljeno delo delimo s časom, v katerem je bilo delo opravljeno. Enota za moč jje watt in približno ustreza moči pri rezanju kruha.

Ponovi P

1. V katerem primeru Ana ne opravlja dela? Ko ... 1 a) nosi nakupovalno košaro. b) potiska nakupovalni voziček. c) s tal pobira raztresena jabolka. 2. V katerem primeru traktor pri enako veliki vlečni sili 2 opravlja večje delo? Zakaj? a) b) James Watt

Razmisli R

sila

A znaš fizikalno pojasniti, zakaj je dobro, da je cesta Ali na Vršič speljana v številnih serpentinah? n

sila

premik

Kako izračunamo moč?

Škatlo dvigujemo. Sila rok deluje navpično na škatlo in jo premika navzgor. Sila rok pri tem opravlja delo.

premik

sila

A=0 S škatlo hodimo po vodoravnih tleh. Sila rok deluje navpično na škatlo in s tem zadržuje škatlo, da ne pade na tla. Ker je ta sila pravo-kotna na premik škatle, nima nobenega vpliva na premikanje škatle v vodoravni smeri. Zato sila rok kljub gibanju ne opravlja dela na škatli..

premik

A>0

A<0

moč =

Škatlo spuščamo. Sila rok deluje navpično na škatlo in jo premika navzdol. Sila rok pri tem opravlja negativno delo, ker je nasprotno usmerjena kot premik.

prej

Kako hitro delamo?

potem

1W

delo čas

ali

P=

A t

Moč (P) je enaka delu na enoto časa. Merimo jo v wattih (W).

P=

A t

1 Watt je enak 1 sJ , to pa je enako 1 N·m s . Enote za moč si težko predstavljamo, lahko pa si zapomnimo, da človek pri lažjih opravilih dela z močjo nekaj deset wattov, pri težjih pa z nekaj sto. • tisočkrat ve��ja enota je kilowatt (kW) 1 kW = 1000 W = 103 W • milijonkrat večja enota je megawatt (MW) 1 MW = 1.000.000 W = 106 W

1 kW

1 MW

66

Uvodna motivacija Uro začnemo z vprašanjem, kdaj telo ne opravlja dela. V ta namen izvedemo preprosti poskus: dva učenca dobita nalogo, da premakneta klop, in sicer tako, da (1) oba pritiskata na klop pravokotno na podlago, (2) vsak vleče v svojo smer, (3) skupaj dvigneta mizo, (4) skupaj jo prenašata po učilnici.

S kolikšno močjo teče Lan po stopnicah, če ima 50 kg in potrebuje do 13. nadstropja 3 minute? Višina posameznega nadstropja je 3 m.

Poglejmo, kolikšna je moč viličarja, ki v 10 sekundah dvigne 500 kg knjig 2 m visoko na tovornjak? A P= A=F·s t A = 5000 N · 2 m 10.000 J P= 10 s A = 10.000 J A = 10 kJ

P = 1000 sJ

P = 1000 W

Kdo je najmočnejši? S sošolci priredi tekmovanje v dvigovanju uteži in ugotovi, kdo je res »najmočnejši«. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 55.

1 GW

4 · 1026 W

67

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... V pretekli uri smo izvedeli, da je: − delo povezano s spremembami, ki jih povzročajo sile; − delo odvisno od premika in sile; − delo zmnožek sile in premika; − enota za delo Joule.

Odgovori

Rešimo skupaj

Če isto delo opravimo v polovičnem času, delamo s podvojeno močjo. Enako velja, če v istem času opravimo dvojno delo. Pri izračunu moči dobimo rezultat v joulih na sekundo, kar nadomestimo z watti. !

Delo nič ne pove o tem, koliko časa je trajalo, da se je zgodila neka sprememba. V vsakdanjem življenju pa ima čas pogosto zelo pomembno vlogo. Če se nam mudi s selitvijo, bomo izbrali delavce, ki bodo hitro zložili stvari na tovornjak. To pomeni, da bodo hitro dvigovali škatle – morda tudi po več hkrati. Za to pa je potrebna moč! Pri tem imamo v vsakdanji govorici v mislih veliko silo, v fiziki pa moč pove, kako hitro se opravlja delo. Moč (angl. power) označujemo s črko P in merimo v wattih (izg. vat).

10–6 W

Pri različnih strojih in napravah nas običajno najbolj zanima njihova moč, ki pove, koliko dela opravi naprava v določenem času. Moč je po navadi znana in zapisana na napravi, če pa jo moramo izračunati, upoštevamo, da je moč je enaka delu deljenemu s časom, v katerem je opravljeno. To lahko zapišemo tudi krajše:

Pravokotna sila ne opravlja dela. Na podlagi poskusa s prenašanjem mize bodo učenci sami prišli do ugotovitve, da sila, ki deluje pravokotno na smer premika, ne opravlja nobenega dela. Ravno tako bodo ugotovili, da kljub zelo veliki sili, telo ne opravlja dela, če ni premika. Bolj natančno je potrebno analizirati situacijo, ko učenca prenašata klop po razredu, a je delo enako nič. Pomagamo si z risanjem.

Na podlagi poskusa z utežmi ugotovimo, da je močnejši tisti, ki je večkrat dvignil uteži v enakem času. Nadgradimo ugotovitev s sklepanjem, da je močnejši tisti, ki opravi enako delo v krajšem času. Ugotovimo, da je moč premo sorazmerna s delom in obratno sorazmerna s časom. Zapišemo obrazec za računanje moči z besedami in v obliki enačbe. V enačbo vsavimo podatke iz našega primera.

Moč pove, kako hitro sila opravlja delo. Postavimo vprašanje: Kdo je močnejši? Z učenci se pogovorimo o tem, kako bi ugotovili, kdo je močnejši. Ponudimo dve uteži, najbolje 4 kg. Dogovorimo se, da bosta učenca 1 min dvigala uteži navpično navzgor. Izvedemo tekmovanje.

Enota za moč. Kot rezultat računanja moči nam ostane količnik J/s. Učencem povemo, da je to enota za moč, ki jo poimenujemo tudi wat. S pomočjo sekvence slik v učbeniku se z učenci pogovorimo o velikostnih redih moči pri različnih opravilih oziroma napravah.

52


Diferenciacija Diferenciramo lahko postopek ugotavljanja in izpeljevanja zakonitosti ter računanja in primerjavo različnih moči.

Višja raven: Učenci samostojno ugotovijo, kdaj telo ne opravlja dela. Vedo, zakaj pravokotna sila, kljub premiku telesa ne opravlja dela. Samostojno ugotovijo, kako določiti in izračunati moč. Suvereno uporabljajo pojma premega in obratnega sorazmerja.

Nižja raven: Učenci poznajo vse bistvene ugotovitve. Vedo, kdaj telo ne opravlja nobenega dela in znajo navesti preproste primere. Vedo, kaj pomeni moč, kako se izračuna in v katerih enotah jo merimo. Znajo izračunati preproste primere.

del. zvezek str. 52−53 3.1b Delo in da bi: moč Naloge na tej strani so namenjene temu, na opravljeno delo

4. Moč merimo v watih (W). Z močjo 1 W delamo, kadar na primer v 1 s opravimo 1 J dela. Prečrtaj izraze, ki nepravilno ponazarjajo, kako se enota za moč zapiše s sekundami in jouli. W=

• vedel, kako smer sile vpliva jo merimo • vedel, kaj je moč in v katerih enotah spremembe • znal izračunati delo in moč za različne i moč • znal za vsakdanje primere izračunat

s J

W=

J s

W =J·s

W=

J s2

W = J · s2

1 wat je relativno majhna enota, zato imamo pogosto opravka z večjimi močmi. Zapiši navedene moči z ustreznimi decimalnimi predponami. 2500 W =

1. Količina opravljenega dela je odvisna od velikosti sile smeri, v kateri ta deluje, in odpremika telesa. Kateri delavec je pri potiskanju opravil največ jveč dela. Zakaj?

750.000 W =

125.000 kW =

5. Moč lahko izračunamo, če poznamo velikost opravljenega dela in čas, v katerem je bilo delo opravljeno. Za opisana primera izračunaj, koliko dela je opravila sila. Rezultat zapiši z decimalnimi predponami. 1250 kW. Moč motorja tovorne lokomotive je 10 m/s, če Koliko vagonov lahko vleče s hitrostjo 5 kN? je za vsak vagon potrebna vlečna sila Namig: računaj za 1 uro.

Kolikšna je moč motorja čolna iz 2. naloge, če 5 km razdaljo prevozi v 30 minutah?

2. Količino 2 čino či n opravljenega no opr prav avvljjeneg eg dela lahko izračunamo, am mo čče e po pozn poznamo z am zn amo o ve veli velikost liko li ko kost ost s ssile in premik. Za vse tri opisane primere izračunaj, koliko dela je opravila sila. Rezultat zapiši z decimalnimi predponami. Kolikšno delo je opravil motor čolna na 5 km dolgi vožnji, če je čoln potiskal s silo 400 N?

Kolikšno delo opravi delavec, ki dvigne vedro z maso 20 kg za 15 m?

Koliko dela opravimo pri napenjanju lokostrela s silo 150 N, če se pri tem puščica pomakne nazaj za 15 cm?

Kdo je res najmočnejši?

Pri silah ste s kopalniško tehtnico ugotavljali, kdo je »najmočnejši«. V resnici ste ugotovili, kdo lahko deluje z največjo silo. Tokrat boste res ugotavljali, kdo je najmočnejši.

3. Moč pove, koliko dela je opravljenega v določeni časovni enoti. Natančno preberi posamezne izjave in presodi, ali so pravilne. Pravilne obkroži, nepravilne ustrezno popravi. a) Delavec, ki v enakem času opravi dvojno delo, dela z dvojno močjo. b) Žaga, ki v pol krajšem času nareže pol manj hlodov, dela z dvojno močjo.

Z učiteljem športne vzgoje se dogovorite, da vam dovoli prirediti tekmovanje v plezanju po drogu (sicer bo tudi tek po stopnicah čisto v redu). Pred začetkom izmerite maso posameznih tekmovalcev. Med tekmovanjem merite čas, ki ga vsak tekmovalec porabi do vrha droga. Zdaj po vzoru zgornje naloge ugotovi, s kolikšno močjo so plezali tekmovalci.

c) Žičnica, ki v dvakrat krajšem času prepelje enako število smučarjev, dela s polovično močjo. č) Dvigalo, ki v polovičnem času dvigne polovico lažje breme na dvojno višino, dela z dvojno močjo. 53

52

Utrjevanje & nadgradnja Pri utrjevanju si pomagamo z vprašanji in nalogami v učbeniku in delovnem zvezku. Za nadgradnjo znanja pri bolj motiviranih ali naravoslovno nadarjenih učencev lahko omenimo, da moč lahko izračunamo tudi kot produkt sile in hitrosti. Na podlagi poskusa z dviganjem uteži lahko ugotovimo, da se moč mišic običajno spreminja s časom. Priporočljivo je še eno uro nameniti ponavljanju in utrjevanju do sedaj obravnavane snovi.

Zaključek Učence prosimo, da naštejejo tri ključne ugotovitve iz te ure.

Kritično mišljenje Z učenci se pogovorimo, kako v znanosti pridemo do določenih trditev in dejstev. Pojasnimo jim postopek postavljanja hipotez, opredelitve postopka merjenja in dokazovanja le-te. Kritičnemu mišljenju je namenjeno tudi vprašanje RAZMISLI v učbeniku.

Aktivno branje V učbeniku na str. 66 preberejo, kdaj telo ne opravlja dela. Pogovorijo se o tem med seboj in skupaj oblikujejo pravilo. Učenci si ogledajo slike, na katerih so predstavljena telesa, ki delajo z različnimi močmi. Navedejo primere podobnih moči iz vsakdanjega življenja.

53

Drugi viri www.youtube.com (Eureka 8)

Medpredmetno MAT: premo in obratno sorazmerje TIT: moč različnih strojev ŠV: moč pri športnih aktivnostih BIO: človeško telo ANJ: strokovni izrazi v angleščini

Zapomnili si bomo Sila ne opravlja dela, če ne premika telesa (npr. če je pravokotna na premik). Moč pove, kako hitro sila opravlja delo. Izračunamo jo tako, da opravljeno delo delimo s časom, v katerem je bilo opravljeno. Enota je watt.


3.2 Preprosta orodja

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da jo dela njša zma ne a ajo, olajš ja orod da • vedeli, povečanja premika n raču na • vedeli, da orodje zmanjša silo orodji, ki delujeta na rosti prep d vzvo in • vedeli, da sta klanec podobnem principu minja gibanje • vedeli, kako se pod vplivom sil spre trditev tično teore zati * znali z meritvami doka tev meri lagi pod na ilo prav * znali ugotoviti janji okrog sebe doga z i fizik v a nanj spoz zati pove i * znal

1 šolska ura učbenik str. 68−69 3.2 Preprosta orodja Na naslednjih straneh bomo spoznali nekatera prepro-

V nekaj več kot 6000 letih civilizacije je človek ustvaril neverjetne zgradbe. Od antičnih čudes, kot so piramide v Gizi, kitajski zid, Stonehenge, kamnite podobe na Velikonočnih otokih, vse do novodobnih čudes: visoke stolpnice, predori pod morjem, viseči mostovi in še bi lahko naštevali. Pri ustvarjanju vsega tega je bilo potrebno opraviti ogromno dela in uporabljati velikanske sile, ki jih človek ne zmore ...

namene. sta orodja, ki jih uporabljamo za različne in njihovo uporabo PRED BRANJEM: naštej nekaj orodij orodij MED BRANJEM: zapiši odlike naštetih vsem orodjem PO BRANJU: ugotovi, kaj je skupnega

Ključne besede: • orodja • ojačevanje sile • klanec • vzvod

Kako si olajšamo delo?

Pri opravljanju dela, kjer so potrebne velike sile, si pomagamo z različnimi orodji. To so lahko zapletene moderne naprave (bager, žerjav, robot ...) ali preprosta orodja, ki so v uporabi že tisočletja (škripec, samokolnica, klešče pa tudi klanec, stopnice ipd.). Količine dela, ki je potrebna za neko spremembo, ni mogoče zmanjšati, lahko pa delo opravimo na različne načine. Zato z uporabo orodij dela ne zmanjšamo, temveč si ga le olajšamo. Orodja namreč mogočajo, da delo opravimo z manjšimi silami, kar »plačamo« z večjim premikom prijemališča sile.

Zakaj gre po klancu lažje?

F večja

F

ma n

jša

navpično klanec sila · premik = sila · pre

mik

Pri dvigovanju bremena navpično navzgor moramo vrv vleči s silo, ki je po velikosti enaka teži bremena. Če pa predmet vlečemo po klancu, na katerem ni trenja, je za to potrebna manjša sila. Sila se na klancu zmanjša, medtem ko je premik večji kot pri navpičnem dvigu na enako višino. Čim bolj položen je klanec, tem manjša vlečna sila je potrebna in tem daljši je premik. Če se premik podvoji, se sila prepolovi. Opravljeno delo je ne glede na nagib s ve klanca, na katerem ni trenja, čji vedno enako.

s manjši

Poglejmo, kolikšna sila je potrebna, da po 5 m dolgi deski spravimo 200 kg pianino na 1 m visok tovornjak? Apo klancu= Anavpično

Uvodna motivacija Učencem zastavimo miselni izziv: kako so nekoč gradili piramide. Pogovorimo se o njihovih odgovorih. Verjetno bo kdo omenil orodja. Vprašajmo, zakaj so orodja sploh potrebna, v čem je njihova skrivnost. Postavimo jim vprašanje o orodjih, ki jih poznajo ter ali poznajo princip, na podlagi katerih ta orodja delujejo.

F manjša

daljši konec

Kje je ravnovesje na gugalnici? Naredi preprosto gugalnico in ugotovi, kje jo je potrebno podpreti, da bo v ravnovesju. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 57. Na osnovi vzvoda delujejo tudi škarje, klešče in podobna orodja. Ročaji so mnogo daljši od dela, ki stiska oziroma reže. Na ta način lahko z relativno majhno silo prerežemo karton, pločevino ali celo verigo – če so le ročaji dovolj dolgi.

krajši konec · dolžina

sila · dolžina = sila

Z dolgo palico je vse lažje

Že v prazgodovini so skale premikali z dolgo palico, naslonjeno na oporo. Ta preprosta priprava spominja na gugalnico in jo imenujemo vzvod. Za razliko od gugalnice, ki je običajno podprta na sredini, palico pri vzvodu podpremo bližje bremenu. Čim bliže bremenu podpremo palico, s tem manjšo silo bomo morali palico potiskati navzdol. Hkrati se bo podaljšal premik palice na našem koncu. Če ima daljši konec dvojno dolžino krajšega, se sila, potrebna za dvig telesa, prepolovi. Delo kljub temu ostane enako, kot če bi skalo dvignili za enako višino brez uporabe vzvoda.

krajši konec

Povzetek

Z orodji si delo olajšamo, a ga ne zmanjšamo. Orodje zgolj zmanjša sile na račun povečanja premika. Klanec in vzvod zmanjšata silo, potrebno za dvig telesa. Od strmine klanca in dolžine obeh delov vzvoda je odvisno, za koliko se zmanjša sila.

Ponovi

1. Kako nam orodja olajšajo delo? 2. Opiši »delovanje« klanca in vzvoda. 3. Naštej nekaj vsakdanjih primerov uporabe klanca in vzvoda.

Razmisli

Kaj bi pomenilo, če bi orodja »ojačevala« delo?

Odgovori

Skalo z maso 200 kg privzdignemo z vzvodom, ki je podprt 15 cm od skale. a) Kolikšna je dolžina daljšega dela vzvoda, če skalo premaknemo s silo 200 N? b) Kolikšno delo opravimo, če skalo dvignemo za 5 cm? c) Za koliko se je pri tem premaknilo krajišče daljšega konca vzvoda?

F majhna

F velika

Vzvodi v telesu

F majhna

Podlaht (spodnji del roke) si lahko predstavljamo kot palico, pritrjeno v komolcu. Če želimo dvigniti utež, mora mišica dvigniti konec podlahti. Ta mišica pa je vpeta le nekaj centimetrov od komolca, medtem ko je utež čisto na drugem koncu. Roka je torej nekakšen narobe vzvod − sila mišice mora biti namreč približno 5-krat večja od teže uteži! Se pa za tolikokrat zmanjša premik na strani mišice, tako da zadostuje, da se mišica skrči le za nekaj centimetrov.

Rešimo skupaj

Izračunajmo, kolikšna sila je potrebna, da s 5 m dolgo palico dvignemo 200 kg skalo, če je palica podprta 1 m od skale? Froke · ldaljši konec = Fskale · lkrajši konec

F · 5 m = Fg · 1 m 2000 N· 1 m 5m F = 400 N

F · 4 m = 2000 N · 1 m 2000 N· 1 m F= 4m F = 500 N

F=

69

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... V pretekli uri smo izvedeli, da je: − opravljeno delo enako zmnožku sile in premika; − opravljeno delo največje kadar je sila vzporedna s premikom; − moč merilo za količino opravljenega dela v določenem času.

daljši konec

F velika

Rešimo skupaj Koliko se na klancu zmanjša sila? Postavi preprost klanec in ugotovi, kako se z naklonom spreminja vlečna sila. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 56.

F večja F večja

Orodja olajšajo delo, a ga na zmanjšajo. Izhodišče za obravnavo te teme je lahko odgovor učencev, da so Egipčani gradili piramide s pomočjo klancev. Sestavimo enostaven klanec in primerjamo učinke, če dvigamo tovor naravnost navzgor ali po klancu. Končna spremememba je enaka, iz česa lahko sklepamo, da je opravljeno delo enako ne glede na pot, po kateri ga opravljamo. Ugotovimo, da orodja ne zmanjšajo dela, le olajšajo ga. Orodja povečajo premik in zmanjšajo silo. Učenci naj sami sestavijo preprost klanec z gladko podlago, uporabijo voziček in silomer. Izmerijo višino klanca in težo vozička ter dolžino klanca in silo, s katero vlečejo. Na podlagi meritev jim pomag-

54

amo do ugotovitve, da se z daljšanjem klanca, zmanjšuje vlečna sila. Naklon klanca. Učenci samostojno ali ob demonstracijskem poskusu ugotovijo, da z zmanjševanjem naklona klanca zmanjšamo vlečno silo. Na podlagi meritev pridemo do ugotovitve, da se sila zmanjša tolikokrat kot se podaljša pot. Razmerje ročic vzvoda. Opišemo in pokažemo vzvod. Z učenci se pogovorimo, kje so se že srečali njim. Z obešanjem uteži ugotovimo, da vzvod deluje podobno kot klanec: daljši kot je krak, na katerem deluje roka, manjša sila bo potrebna za dvig telesa. Poiščemo primere orodij, ki delujejo na principu vzvoda in klanca.


Diferenciacija Višja raven: Učencem lahko pustimo, da sami ugotovijo princip delovanja preprostih orodij. Lahko jih izzovemo, da poiščejo drugačne oblike klanca in vzvoda, npr. vijak, izvijač. Rešujejo naj kompleksnejše probleme, kot npr. naloge s področnih tekmovanj iz fizike.

Diferenciacijo lahko izvajamo predvsem na področju samostojnega ugotavljanja in izpeljevanja zaključkov.

Nižja raven: Učenci morajo vedeti, na kakšen način orodja olajšajo delo. Vedeti morajo, da opravljeno delo kljub uporabi orodja ostane enako. Znajo opisati klanec in vzvod ter reševati enostavne probleme, kot so npr. 1., 2. in 4. naloga v delovnem zvezku.

del. zvezek str. 54−55 3.2 Preprosta orodja j

3. Pritrjen škripec spremeni le smer vlečne sile, gibljivi škripec pa tudi velikost sile. Prikazani so delavci, ki z različnimi škripci dvigujejo breme z enako maso. Dopiši velikosti vlečnih sil.

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, olajšajo delo • vedel, na kakšen način nam orodja • znal našteti nekaj preprostih orodij orodij vrste ne posamez • razumel, kako delujejo lno vprašanje • znal odgovoriti na preprosto raziskova

1. Orodja so vsi preprosti predmeti in zapletene naprave, ki nam olajšajo opravljanje dela. Izjave na levi poveži s koncem izjave na desni, tako da bo izjava pravilno opisovala lastnosti orodja. Z uporabo orodja se količina dela, ...

zmanjša.

Z uporabo orodja se sila, ...

poveča.

Z uporabo orodja se premik prijemališča sile, ...

ne spremeni.

F=200 N

F=200 N

F=200 N F=200 N

2. Na podobnem principu, kot klanec, vzvod in škripec, delujejo številna orodja, ki jih uporabljamo vsak dan. Slikam pripiši ime enega zgoraj naštetih orodjih, s katerim ima soroden način delovanja.

4. Vsem orodjem je skupno, da preusmerijo ali zmanjšajo silo, potrebno za opravljanje določenega dela. Izračunaj, kolikšna sila bi bila potrebna za dvig 20 kg zaboja z različnimi orodji. Katero orodje boš izbral? brez orodja (navpični dvig)

gladek klanec z dolžino 6 m in višino 2 m

vzvod z dolžino 1,5 m, podprt 0,3 m od zaboja

škripec, pritrjen nad zabojem

gibljiv škripec (na navpičnih vrveh)

škripčevje z dvema premičnima škripcema

Koliko se na klancu zmanjša sila?

Naloga: z mini raziskavo razišči, kako je vlečna sila odvisna od nagiba klanca. Postopek merjenja: 1. S silomerom izmeri težo avtomobilčka. 2. Sestavi klanec, tako da bo razmerje višine in dolžine enako vrednosti v preglednici. 3. Izmeri vlečno silo in jo zapiši v preglednico. 4. Koraka 2 in 3 ponovi še za preostale vrednosti v preglednici. Meritve: razmerje dolžina : višina 1

1,5

2

2,5

Kje je ravnovesje na gugalnici?

3

Naloga: ugotovi, kako se dvižna sila pri vzvodu spreminja z lego podpore.

vlečna sila (N)

Postopek merjenja: 1. Daljše ravnilo ali deščico na določenem mestu podpri z radirko (glej preglednico). vnovesju. 2. Na oba konca nalagaj kovance za 1 € toliko časa, dokler ne bo deščica v ravnovesju. 3. Koraka 1 in 2 ponovi še za preostale vrednosti v preglednici.

Graf:

Meritve: levi konec : desni konec 1:1

1:2

1:3

2:3

leva teža : desna teža

Ugotovitev:

Ugotovitev:

55

54

Utrjevanje & nadgradnja Za utrjevanje so primerne naloge v delovnem zvezku na strani 54 in 55 ter v učbeniku na strani 69. Učenci, ki jih tema zanima, lahko na spletu poiščejo različna orodja in opišejo njihovo uporabo ter delovanje.

Zaključek Z učenci se pogovorimo, kako je uporaba orodij spremenila življenje človeka. Lahko odpremo razmišljanje o razvoju orodij skozi zgodovino.

Kritično mišljenje Učenci bodo kritično razmišljali že ob vprašanju, zakaj so orodja sploh potrebna. Lahko premišljujejo in se pogovorijo o razvoju orodjih in uporabi različnih orodij v vsakdanjem življenju. Premišljujejo, koliko je uporaba nekaterih od teh orodij smiselna (npr. vrata, ki se samodejno odpirajo za razliko od vrat, ki se odpirajo s kljuko). Za kritično mišljenje je primerno tudi vprašanje RAZMISLI v učbeniku.

Drugi viri • spletna stran o gradnji piramid: www.3ds.com/kheops • www.youtube.com (Eureka 13) • spletna stran How stuff works www.howstuffswork.org

Medpredmetno TIT: orodja v gradbeništvu ŠV: orodja v športu (npr. lopar) BIO: okostje in mišice ZGO: gradnja piramid, Arhimed

Aktivno branje Ob besedilu in slikah, učenci zapišejo s svojimi besedami, kako delujeta klanec in vzvod.

55

Zapomnili si bomo Preprosto orodje dela ne zmanjša, temveč zmanjša sile na račun povečanja premika. Od strmine klanca in razmerja dolžine obeh delov vzvoda je odvisno, kolikokrat se bo zmanjšala sila.


3.2 Preprosta orodja

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da abljamo škripce upor en • vedeli, da za dvigovanje brem i smer sile men spre j zgol ec • vedeli, da pritrjeni škrip vrveh prepolovi silo ih redn vzpo pri ec škrip ični prem • vedeli, da njšamo silo zma atno • vedeli, da lahko z več škripci še dod slik s tudi i inam količ med * znali razbirati povezave m delo in bo mem spre med zavo * razumeli pove

1 (+1) šolska ura učbenik str. 70−71 3.2 Preprosta orodja Delovanje orodij je na teh straneh za lažjo predstavo

Povzetek

jejo besedilo. prikazano tudi s slikami, ki dopolnju na slikah PRED BRANJEM: oglej si, kaj je prikazano sporočajo slike MED BRANJEM: ugotovi, kaj natanko koristno PO BRANJU: razmisli, ali je branje slik

Pritrjeni škripec ne zmanjšuje sile, s katero dvigamo, temveč le spreminja njeno smer. Premični škripec pri navpičnem dvigu prepolovi dvižno silo, vendar se pri tem breme dvigne le za polovico premika rok. V škripčevju pritrjeni škripci preusmerjajo silo, premični pa silo zmanjšajo. Vsak dodatni premični škripec prepolovi silo.

Gibljivi škripec

Gibljivi škripec se, za razliko od pritrjenega, giblje skupaj z bremenom. Pri tem polovico dvižne sile prevzame sila kavlja, na katero je pritrjena vrv, drugo polovico pa delavec. Gibljivi škripec pri navpično napeljanih vrveh prepolovi silo, potrebno za dvig. Se pa ob tem breme dvigne le za polovico premika roke.

Ključne besede: • škripec • pritrjeni škripec • premični škripec • dvigovanje • škripčevje

Pritrjeni škripec

Ponovi

1. Naštej nekaj vsakdanjih primerov uporabe različnih škripcev. 2. V čem se pritrjeni škripec razlikuje od drugih orodij? 3. Za kolikokrat zmanjša silo škripčevje iz dveh premičnih in enega pritrjenega škripca?

Pritrjeni škripec je preprosto kolesce z osjo, pritrjeno na trdno podlago (strop, ostrešje, ladijska paluba ...). Za razliko od drugih orodij pritrjeni škripec ne ojačuje sil, temveč le spreminja smer sile. Najpogosteje ga uporabljamo pri dvigovanju bremen. Vrv s škripcem preusmerimo tako, da lahko breme s čim manj truda dvignemo (pomagamo si lahko tudi z lastno težo, kot delavec na sliki).

Razmisli

Zakaj premični škripec vlečno silo natanko prepolovi?

Odgovori

F=2 00 N

F = 100 N

F = 100 N

1 meter

Za napetje jadra pri jadralni deski je potrebna sila 500 N. Pri tem se vogal jadra, kjer je pripeta vrv, premakne za 5 cm. a) Kateri škripec naj izbere deskar, da bo jadro napel s čim manjšo silo? b) S kolikšno silo mora deskar vleči vrv, če je ta speljana preko premičnega škripca? Za koliko se podaljša vrvica?

Rešimo skupaj

metra

1m eter

Razmislimo, kolikokrat zmanjša dvižno silo škripčevje s tremi gibljivimi in tremi pritrjenimi škripci?

1 2

m =20 kg

1 meter

1 2

pritrjena škripca F = 50 N

71

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ...

Z učenci si lahko ogledamo fotografije napenjanja jader na jadrnici ali surfu. Spodbudimo jih, da s pomočjo vrvice in svinčnika sami izdelajo podobno orodje. Lahko si ogledamo risanko Eureka o škripcih (Eureka – pulley, www. youtube. com)

F=5 0N 20 kg

70

Uvodna motivacija

F = 50 N

Sestavi škripčevje Izberi si, kolikokrat želiš zmanjšati silo, in sestavi ustrezno škripčevje. Podrobnejša navodila so v DZ na strani 57.

gibljiva škripca

Če vrv napeljemo preko škripca, se velikost sile ne spremeni. Če pa vrv navijemo okoli količka ali napeljemo po zapleteni poti, se sila, potrebna za vleko, močno zmanjša – ali poveča. Če mornar vleče okoli količka navito vrv in ladjo k sebi, jo mora zaradi trenja vrvi ob količek vleči z večjo silo, kot če vrv ni navita. Če pa mornar ali soplezalec vrv zadržujeta ali popuščata (da se ladja ne oddalji od pomola ali da se plezalec počasi spušča), jima trenje pri tem pomaga in vlečeta vrv z manjšo silo.

F=5 0N

Škripčevje je sestavljeno iz pritrjenih in gibljivih škripcev. Pritrjeni škripci skrbijo za preusmerjanje e sil, gibljivi škripci pa zmanjšujejo sile. Vsak gibljivi vi škripec prepolovi silo, medtem ko pritrjeni škripec ec na velikost sile ne vpliva. Škripčevje z dvema gibljivima škripcema tako zmanjša dvižno silo na četrtino, škripčevje s tremi gibljivimi škripci na osmino ...

Ovijanje vrvi

V pretekli uri smo izvedeli, da: − orodja olajšajo delo in ga ne zmanjšujejo; − orodja zmanjšajo silo na račun podaljšanja premika; − sta klanec in vzvod preprosti orodji.

3 gibljivi škripci  1 8 dvižne sile

Škripčevje V mestih na Nizozemskem ima večina starih hiš na strehi škripec. To pa zato, ker imajo tako ozka in strma stopnišča, da morajo pohištvo v stanovanje spraviti z vrvjo skozi okna.

roka vedro sila · premik = sila · premik

2 gibljiva škripca  1 4 dvižne sile

F = 50 N

m =20 kg

vedro roka 1 sila · premik = sila · 2 premik

1 gibljivi škripec  1 2 dvižne sile

Pritrjen škripec. Izvedemo poskus s pritrjenim škripcem. Najprej izmerimo težo bremena, potem pa izmerimo silo, s katero dvigamo breme preko škripca. Pri tem vlečemo v različnih smereh. Lahko se zgodi, da trenje ni zanemarljivo. O tem se pogovorimo z učenci. Na podlagi meritev izpeljemo ugotovitev, da pritrjeni škripec ne zmanjšuje sile, ampak spremeni smer. Na ta način nam olajša delo, ker si pri dviganju lahko pomagamo s svojo težo. Gibljiv škripec. Izpeljemo meritev dviganja bremena brez škripca in z gibljivim škripcem. Pri tem učencem pokažemo, kako povežemo breme in škripec, da dobimo gibljivi škripec. Iz meritve ugotovimo, da je vlečna sila enaka polovici teže

56

bremena. Obenem vidijo, da je premik roke dvakrat daljši od premika bremena. Razložimo, da gibljivi škripec prepolovi silo, ker polovico sile prevzame kavelj, na katerega je pritrjena en konec vrvi. Učenci lahko obe meritvi izvedejo samostojno ali v parih. Pri tem si pomagajo z vnaprej pripravljenimi učnimi listi. Škripčevje. Iz več lahkih škripcev sestavimo škripčevje v različnih kombinacijah pritrjenih in gibljivih škripcev. Z meritvami ugotovimo, da pritrjeni škripci le preusmerjajo sile, gibljivi pa prepolovijo sile. Vsak gibljivi škripec, ki ga imamo v kombinaciji dodatno prepolovi silo.


Diferenciacija Višja raven: Učenci ugotavljajo, kako se spremeni dvižna sila pri premičnem škripcu, če vrvi nista vzporedni. Sami lahko sestavljajo kombinacijo različnih škripcev in ugotavljajo, kako zmanjšujejo silo. Poiščejo manj znane primere uporabe škripcev.

Diferenciacijo lahko izvajamo predvsem na področju samostojnega ugotavljanja in izpeljevanja zaključkov.

Nižja raven: Učenci znajo ločiti med pritrjenim in gibljivim škripcem. Poznajo lastnosti enega in drugega. Znajo poiskati preproste primere uporabe škripcev v vsakdanjem življenju in reševati preprostejše primere, kot je npr. 3. naloga v delovnem zvezku.

del. zvezek str. 54−55 3.2 Preprosta orodja j

3. Pritrjen škripec spremeni le smer vlečne sile, gibljivi škripec pa tudi velikost sile. Prikazani so delavci, ki z različnimi škripci dvigujejo breme z enako maso. Dopiši velikosti vlečnih sil.

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, olajšajo delo • vedel, na kakšen način nam orodja • znal našteti nekaj preprostih orodij orodij vrste ne posamez • razumel, kako delujejo lno vprašanje • znal odgovoriti na preprosto raziskova

1. Orodja so vsi preprosti predmeti in zapletene naprave, ki nam olajšajo opravljanje dela. Izjave na levi poveži s koncem izjave na desni, tako da bo izjava pravilno opisovala lastnosti orodja. Z uporabo orodja se količina dela, ...

zmanjša.

Z uporabo orodja se sila, ...

poveča.

Z uporabo orodja se premik prijemališča sile, ...

ne spremeni.

F=200 N

F=200 N

F=200 N F=200 N

2. Na podobnem principu, kot klanec, vzvod in škripec, delujejo številna orodja, ki jih uporabljamo vsak dan. Slikam pripiši ime enega zgoraj naštetih orodjih, s katerim ima soroden način delovanja.

4. Vsem orodjem je skupno, da preusmerijo ali zmanjšajo silo, potrebno za opravljanje določenega dela. Izračunaj, kolikšna sila bi bila potrebna za dvig 20 kg zaboja z različnimi orodji. Katero orodje boš izbral? brez orodja (navpični dvig)

gladek klanec z dolžino 6 m in višino 2 m

vzvod z dolžino 1,5 m, podprt 0,3 m od zaboja

škripec, pritrjen nad zabojem

gibljiv škripec (na navpičnih vrveh)

škripčevje z dvema premičnima škripcema

Koliko se na klancu zmanjša sila?

Naloga: z mini raziskavo razišči, kako je vlečna sila odvisna od nagiba klanca. Postopek merjenja: 1. S silomerom izmeri težo avtomobilčka. 2. Sestavi klanec, tako da bo razmerje višine in dolžine enako vrednosti v preglednici. 3. Izmeri vlečno silo in jo zapiši v preglednico. 4. Koraka 2 in 3 ponovi še za preostale vrednosti v preglednici. Meritve: razmerje dolžina : višina 1

1,5

2

2,5

Kje je ravnovesje na gugalnici?

3

Naloga: ugotovi, kako se dvižna sila pri vzvodu spreminja z lego podpore.

vlečna sila (N)

Postopek merjenja: 1. Daljše ravnilo ali deščico na določenem mestu podpri z radirko (glej preglednico). vnovesju. 2. Na oba konca nalagaj kovance za 1 € toliko časa, dokler ne bo deščica v ravnovesju. 3. Koraka 1 in 2 ponovi še za preostale vrednosti v preglednici.

Graf:

Meritve: levi konec : desni konec 1:1

1:2

1:3

2:3

leva teža : desna teža

Ugotovitev:

Ugotovitev:

55

54

Utrjevanje & nadgradnja Za ponovitev snovi in utrjevanje uporabimo vaje v učbeniku ter 3. in 4. nalogo v delovnem zvezku. Priporočljivo je še eno uro nameniti ponavljanju in utrjevanju do sedaj obravnavane snovi.

Zaključek Pogovorimo se z učenci o primerih uporabe škripcev v vsakdanjem življenju.

Kritično mišljenje Učencem lahko postavimo naslednji vprašanji: • Ali lahko s pritrjenim škripcem dvigamo bremena, ki so večja od naše teže? • Ali s kombinacijo škripcev lahko zmanjšamo silo na zanemarljivo vrednost? Argumentiraj odgovor.

Aktivno branje Učenci preberejo besedilo v učbeniku na strani 70 in 71, izpišejo ključne zamisli in sami narišejo slike, s katerimi ponazorijo izpisano.

57

Drugi viri • spletna stran o gradnji piramid: www.3ds.com/kheops • www.youtube.com (Eureka 15) • spletna stran How stuff works www.howstuffswork.org

Medpredmetno TIT: orodja v gradbeništvu ŠV: škripci pri jadranju, plezanju ... GV: škripci v različnih glasbilih ZGO: uporaba škripca skozi zgodovino

Zapomnili si bomo Pritrjeni škripec ne zmanjšuje sile, s katero dvigamo, temveč le spreminja njeno smer. Premični škripec pri navpičnem dvigu prepolovi dvižno silo, vendar se pri tem breme dvigne le za polovico premika rok.


3.3 Energija

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da ti za opravljanje dela žnos zmo lo meri • vedeli, da je energija lo za vse spremembe, ki se • vedeli, da je energija univerzalno meri dogajajo na Zemlji in v vesolju lji Sonce • vedeli, da je glavni vir energije na Zem Zemlji na voljo na so gije ener viri ri • vedeli, kate o uporabimo različne vire lahk anje znanja * spoznali, da za pridobiv informacij

1 šolska ura učbenik str. 72−73 3.3 Energija gj

Ključne besede: • delo • velikosti sprememb • energija • viri energije

Če dolgo časa ne jemo, se počutimo slabotno in ničesar ne zmoremo. Če zmanjka bencina, se avto ustavi. Če želimo uporabljati računalnik, ga moramo vključiti v električno omrežje. Če samostrela ne napnemo, ne bo izstrelil puščice. Če ne zamahnemo s kladivom, ne moremo zabiti žeblja. Če ne vzamemo zaleta, ne bomo preskočili potoka. Če reka presahne, mlin ne deluje. ?

Ponovi

1. Kako opišemo energijo? 2. Katere vire energije izkorišča človek? 3. Kako bi lahko primerjal dvig uteži in met krogle?

Odgovori in utemelji razlago 1. 2. 3. 4.

Vroči vrelci iz notranjosti zemlje prinašajo na površje toploto, ki jo lahko uporabimo za ogrevanje.

Sonce zagotavlja rastlinam energijo za življenje in rast, ljudem pa toploto in mnoge druge vire energije (veter, hrana, reke ...).

Reke so ljudje nekoč uporabljali za pogon mlinov in žag, danes pa predvsem za pogon hidroelektrarn.

Veter že od nekdaj poganja mline na veter, ki jih v današnjem času nadomeščajo vetrne elektrarne.

Katera sprememba je večja?

Hrana je vir energije za življenje živali in ljudi. Hrana nastaja v rastlinah s pomočjo sončne svetlobe.

Valovi in plimovanje so še precej neizkoriščeni viri energije, ki bodo v prihodnosti gotovo igrali pomembno vlogo.

Energija (W) je merilo zmožnosti za opravljanje dela. Merimo jo v joulih (J).

Da predstavlja eksplozija supernove večjo spremembo kot eksplozija atomske bombe, ni težko ugotoviti. Kaj pa padec meteorja v primerjavi z atomsko bombo? Ali je mogoče primerjati tako različne pojave? Čim več energije se sprosti ali pretvori pri nekem pojavu, tem večja sprememba je ob tem nastala. Tako lahko med seboj primerjamo tudi zelo različne pojave. Zato pojem »energija« uporabljamo ne le v fiziki, temveč tudi v kemiji, biologiji, športu, gospodarstvu in vsakdanjem življenju. V vsakdanjem življenju pojem »energija« ni tako natančno opredeljen kot v fiziki, čeprav se običajno tudi povezuje s spremembami.

72

73

Obravnava nove snovi

Uvodna motivacija Učencem postavimo vprašanje, kako se počutijo po teku na 1600 m in kako uspešno bi po tem lahko tekli na vso moč na 100 m. Spodbudimo jih, naj pojasnijo svoj govor. Lahko si ogledamo video, ki ga najdemo na www.youtube.com, o cunamiju in posledicah, ki jih pušča za seboj, ter se z učenci pogovorimo na temo: kako je možno, da cunami lahko povzroči tako razdejanje (delo). Možnih je še veliko drugih iztočnic, npr. trk avtomobilov, vetrnica, mlini na vodo …

Kakšen je odnos človeka do virov energije? Kakšne so posledice rabe energijskih virov? Ali človek izrablja ustrezne vire energije? Kakšne vire energije bo človek izrabljal v prihodnosti?

Goriva poganjajo različna prevozna sredstva, stroje in elektrarne. Uporabljamo jih tudi za ogrevanje.

Kakšna je razlika med napetim in nenapetim samostrelom?

Vidimo, da se v primeru, da ima avto dovolj goriva, da je samostrel napet, da reka teče, ... lahko nekaj zgodi, sicer pa ne. Gorivo v rezervoarju, napet samostrel, tekoča reka ... lahko povzročijo neko spremembo, torej lahko opravijo delo. Imajo »nekaj«, zaradi česar lahko opravijo delo. To »nekaj« imenujemo energija (angl. energy), ki jo krajše označimo z W. Energija omogoča opravljanje dela. Telesa lahko opravijo največ toliko dela, kot imajo razpoložljive energije. Ko opravljajo delo, se njihova energija manjša. Telo, ki nima energije, ne more opravljati dela oziroma povzročati sprememb. Energija je povezana z vsem, kar se godi v vesolju – je tudi razlog, da se vse zgodi. Kaj je energija, je težko razložiti in razumeti na preprost način, saj se pojavlja v različnih oblikah in povzroča najrazličnejše pojave. Zato naj zaenkrat velja, da je energija zmožnost za opravljanje dela. Energijo tako kot delo merimo v joulih (J).

Energija je merilo zmožnosti za opravljanje dela. Povezana je z vsemi spremembami, ki se zgodijo v nas, okoli nas in tudi širše v vesolju. Z energijo lahko primerjamo obseg različnih pojavov. Človeku dostopni viri energije so: sonce, veter, voda, goriva, hrana, vroči vrelci, valovi in plimovanje.

Človeštvo za vse svoje dejavnosti potrebuje velike količine energije. Kot vir energije izkorišča različne snovi in naravne pojave. Zdi se, da je v naravi energije na pretek, vendar so nekateri energijski viri omejeni ali pa se obnavljajo počasneje, kot jih izrabljamo. Ljudje so se v pradavnini naseljevali le v bližini virov energije, danes pa prevoz in predelava energijskih virov omogočata življenje povsod.

Novinar: »O energiji kar naprej govorimo, pa bi vi znali razložiti pomen te besede?« Športnik: »Takole; če je nimaš, ne boš n’č dosegu ...« Kmet: »Hja, kaj pa vem, od Sonca pride, a ne ...« Voznik: »A ni v nafti. Ti, ampak je pa vse dražja ...« Rejver: »V Red Bullu jo je kolk'r č'š ...« Upokojenec: »Veste, zmeri manj je ‘mam ...«

Kaj je energija?

!

Povzetek

Kje dobimo energijo?

ga pogosto Energija je zelo abstrakten pojem, ki jasno opredeliti. uporabljamo, a večinoma ne znamo ob tej besedi PRED BRANJEM: zapiši, na kaj pomisliš o energiji podatke MED BRANJEM: izpiši tri ključne PO BRANJU: povej, kaj sedaj veš o energiji

Ali lahko kamen opravi delo? S tem vprašanjem sprožimo proces razmišljanja in pogovor z učenci. Kaj je potrebno, da kamen lahko opravi delo? Kamen lahko spuščamo na list papirja ali na plastičen kozarec z različne višine ali ga različno zalučamo. Kamen mora imeti energijo, da lahko opravi spremembo oziroma delo. Brez energije ni dela. Energija je merilo zmožnosti za opravljanje dela. Označimo jo z W in merimo v joulih. Omenimo, da energijo v drugih deželah označujejo z E iz angleške besede Energy. Viri energije. Učence spodbudimo, da premislijo, od kod prihaja energija in kateri so poglavitni viri energije. Pri tem si lahko pomagajo s sliko v učbeniku.

58

Temo lahko problematiziramo s prenosom energentov. Za osnovo lahko uporabimo članek o ceveh v reviji Življenje in tehnika, julij 2009. Univerzalno merilo sprememb. Učencem pojasnimo, da je energija je pomembna tudi zato, ker lahko z njo obravnavamo vse procese v vesolju in opisujemo velikost različnih sprememb. Učence pozovemo, da sami povedo kakšen primer. Če ne gre, jih spodbudimo z nekaj primeri: npr. energija, ki s sprosti ob potresu v primerjavi z energijo, ki se sprosti ob eksploziji jedrske bombe; energija, ki je potrebna, da zabijemo žebelj z energijo, ki jo porabimo za kuhanje čaja ...


Diferenciacija Diferenciacijo lahko izvajamo predvsem na globini razumevanja pojma energija kot univerzalnega merila vseh sprememb v vesolju.

Višja raven: Učenci samostojno ugotovijo, da za opravljanje dela potrebujemo energijo. Znajo povedati, zakaj je Sonce glavni vir energije na Zemlji. Znajo presoditi, katera telesa imajo energijo in katera ne.

Nižja raven: Učenci poznajo opredelitev energije. Znajo povedati, da je energija univerzalno merilo za spremembe pri različnih pojavih in navesti nekaj preprostih primerov za to. Znajo našteti osnovne vire energije na Zemlji.

del. zvezek str. 56−57 3.3a Energija gj da bi: in viri Naloge na tej strani so namenjene temu, o energijo

3. Človeška družba uporablja z energijo iz različnih energijskih virov. Za vire v preglednici zapiši njihovo obnovljivost, poglavitne prednosti in slabosti. Presodi tudi možnosti njihove uporabe v prihodnosti.

• vedel, kako v fiziki opredelim »fizikalno« energijo • poznal razliko med »vsakdanjo« in • znal našteti glavne energijske vire nih virov • poznal glavne značilnosti posamez

1. Pojem »energija« uporabljamo v vsakdanjem življenju, kjer ima manj natančno določen pomen kot v fiziki. Iz časopisa izreži nekaj stavkov, ki vsebujejo besedo energija, in jih nalepi v prostor spodaj. Razmisli, v kakšnem pomenu je v besedilu uporabljena beseda energija in ali bi jo v fiziki uporabili na enak način.

vir

obnovljivost

sonce

DA

NE

nafta

DA

NE

premog

DA

NE

veter

DA

NE

uran

DA

NE

biomasa

DA

NE

valovi

DA

NE

vrelci vroče vode

DA

NE

tekoča voda

DA

NE

poglavitna prednost/slabost

raba v prihodnosti

4. Pri gorivih je zelo pomembna njihova energijska vrednost (koliko energije dobimo iz 1 kg goriva). S preprostim računom odgovori na spodnji vprašanji (podatki so v preglednici). 2. Za telesa, ki so sposobna opraviti neko spremembo v okolici, pravimo, da imajo energijo. Za telesa v spodnjih navedbah presodi, ugotovi ali lahko povzročijo spremembe. Če lahko, zapiši, kakšne. Koliko vagonov premoga (vsak vagon ima 20 ton) potrebujemo za enako količino energije, kot je dobimo iz 1 kg jedrskega goriva?

Cunami se približuje obali. Žogica za bejzbol leži v travi na igrišči.

»gorivo«

energijska vrednost MJ/kg

les

10

Razstrelivo je pripravljeno za detonacijo.

premog

25

Katapult je napet in pripravljen za strel.

nafta

45

Voda je v zbiralnem jezeru nad elektrarno.

Polena so zložena ob kaminu.

Koliko hrane moramo zaužiti vsak dan, če je priporočen dnevni vnos hrane približno 2000 kalorij (1 kcal = 4200 J)?

Zemeljski plaz počasi polzi proti dolini.

zemeljski plin

50

jedrsko gorivo

3.500.000

hrana*

15

*približna vrednost za ogljikove hidrate, maščobe in sladkorje

56

57

Utrjevanje & nadgradnja Za utrjevanje znanja so primerna vprašanja v učbeniku ter 2. in 3. naloga v delovnem zvezku. Za nadgradnjo svojega znanja lahko poiščejo v dnevnem časopisju, poljudno znanstvenih revijah in na ustreznih spletnih straneh članke, povezane z energijo in izpišejo ključna dejstva. Lahko pripravijo kratke referate.

Zaključek Skupaj z učenci povzamemo bistvene ugotovitve. Še enkrat poudarimo, da energija ni zgolj fizikalna količina, temveč eden od najbolj univerzalnih pojmov, ki ga najdemo v vseh vedah, družboslovnih in naravoslovnih.

Kritično mišljenje Učencem lahko postavimo vprašanje: • Kaj bi se zgodilo, če bi gosti sloj oblakov za dlje časa prekril Sonce? Lahko se pogovorimo na prenosa energentov in s tem povezanih problemov: • Kako so vojne v svetu povezane z viri energije?

Aktivno branje Na podlagi slike z energijskimi viri v učbeniku na strani 72 in 73 učenci v preglednico zapišejo vse vire energije njihovo uporabo. Podobna preglednica je prav v ta namen pripravljena v 3. nalogi delovnem zvezku.

59

Drugi viri • filmi Eureka na www.youtube.com • članek v ŽIT, julij 2009

Medpredmetno TIT: izkoriščanje različnih virov energije ŠV: poraba energije pri telesni aktivnosti BIO: pomen hrane kot vira energije GO: priprava energijsko ustreznega obroka KEM: kemijske reakcije in energija GEO: nahajališča različnih virov energije ANJ: strokovni izrazi v angleščini ZGO: vojne za energijske vire

Zapomnili si bomo Energija je merilo zmožnosti za opravljanje dela. Povezana je z vsemi spremembami, ki se zgodijo v nas, v okolici in celotnem vesolju. Človeku dostopni viri energije so Sonce, veter, voda, goriva, hrana, vroči vrelci ...


3.3 Energija

2 šolski uri

Uvodna motivacija

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da oblikah čnih razli v vlja poja • vedeli, da se energija obliko energije čeno dolo telo o ovan opaz ima • vedeli, kdaj a) hitrosti drat (kva in e • vedeli, da je Wk odvisna od mas e, na kateri je telo višin in a teles teže od • vedeli, da je Wp odvisna nosti telesa prož ije in • vedeli, da je Wpr odvisna od deformac avljali ugot a panj skle logičnega * na podlagi poskusov in ih drug od in količ alnih odvisnosti posameznih fizik

Stisnemo prožno vzmet v navpičnem položaju in nanjo položimo kroglico iz plastelina. Učence vprašamo, ali je v vzmeti shranjena energija – ali vzmet lahko opravi delo. Sprostimo vzmet in opazujemo obnašanje kroglice do trenutka, ko pade na tla. Vprašamo, kako vemo, ali ima telo energijo ali ne?

učbenik str. 74−75 3.3 Energija gj

Povzetek

Dvig

a niso zapisani v Tudi v tem poglavju naslovi namenom . obliki vprašanj kot pri drugih poglavjih vprašanj obliki v zapiši naslove : BRANJEM PRED vprašanja MED BRANJEM: oblikuj odgovore na Jih razumeš? PO BRANJU: Si zadovoljen z odgovori?

Wk = 0 Wk > 0

Gibanje

Telesa, ki se gibljejo, lahko opravijo delo – veter poganja jadrnico, voda vrti mlinsko kolo, kamen lahko razbije šipo, lokomotiva vleče vagone, kladivo zabije žebelj ... Gibajoča se telesa imajo energijo, ki je odvisna od njihove hitrosti in mase. Tej obliki energije pravimo kinetična energija in jo označujemo z Wk. Večja kot je hitrost telesa, večjo kinetično energijo ima. Enako velja tudi za maso. Dokler se telo nemoteno giblje, ima ves čas enako kinetično energijo, ko pa opravi delo, se mu kinetična energija in s tem tudi hitrost zmanjša. Če telo miruje, nima kinetične energije.

Avto, ki miruje, za razliko od tistega, ki se giblje, nima kinetične energije ...

... med dvema voziloma, ki se gibljeta z enako hitrostjo, pa ima večjo kinetično energijo tisto, ki ima večjo maso.

!

Posledice trka pri hitrosti 70 km h so lahko dvakrat hujše kot pri vsega 20 km/h nižji hitrosti. Kinetična energija je namreč sorazmerna s kvadratom hitrosti in 2 je pri 70 km h (70 =4900) skoraj dvakrat večja kot pri 2 50 km h (50 =2500).

Kinetična energija (Wk ) je odvisna od mase telesa in hitrosti, s katero se giblje.

Od česa je odvisna Wk ? Z deščico in žogicama za namizni in pravi tenis ugotovi, od česa je odvisna kinetična energija. Podrobnejša navodila so v DZ na strani 60.

Telesa, ki so na neki višini – sneg na strmem pobočju, ledene sveče, voda za jezom, skale na robu prepada – lahko dolgo časa ostanejo na istem mestu in ne opravijo nobenega dela. Če pa takšno telo pade, zdrsne ali se skotali navzdol, lahko med spuščanjem ali ob pristanku opravi delo. Torej imajo telesa na višini energijo, ki je povezana z njihovo lego. Taj obliki energije pravimo potencialna energija in jo označimo z Wp. Potencialna energija je odvisna od teže telesa in višine, na kateri je telo. Potencialno energijo lahko izračunamo kot zmnožek teže in višine (od kod merimo višino, se sami odločimo – običajno od tla). Kar na kratko zapišemo: potencialna energija = teža · višina ali Wp = Fg · h !

Potencialna energija (Wp) je odvisna od teže telesa in višine, na kateri telo je.

Wp = Fg · h

Pri dvigovanju in spuščanju teles se z lego teles spreminja tudi potencialna energija. Sprememba Wp je povezana s spremembo višine:

74

Tudi naelektrena in namagnetena telesa imajo energijo. Ali to pomeni, da obstajajo še druge oblike energije?

Odgovori

Za koliko se ti poveča potencialna energija, če se s Pokljuke povzpneš na Triglav? Poišči manjkajoče podatke.

Rešimo skupaj

Wp = Fg · h

Wp = 0

Wp = 1000 · 10 N · 50 m Wp = 5 · 10 N · m 5

Raztezek

Z napetim lokom lahko spravimo v gibanje puščico. Napeta prožna telesa, kot so elastika, lok, gumijasta žogica, vzmet, frača, katapult, jeklena vzmet v uri ipd. lahko opravijo delo, če jih sprostimo. Energiji, ki jo imajo v napetem stanju, pravimo prožnostna energija in jo označimo z Wpr. Bolj kot je prožno telo napeto, stisnjeno, upognjeno, zvito ..., večja je njegova prožnostna energija. Hkrati pa je odvisna tudi od tega, kako težko mu je spremeniti obliko. Če pa spremenimo obliko neprožnemu telesu, ki se ne more povrniti v prvotno stanje, se mu namesto prožnostne energije poveča notranja energija.

Kinetična energija. S preprostimi poskusi (delovanje dveh kroglic različnih mas in približno enakih hitrosti na keglje iz plastičnih kozarcev, ter dveh kroglic enakih mas in različnih hitrosti na keglje) pokažemo, da ima telo, ki se giblje energijo. Povemo, da to obliko imenujemo kinetična (v grščini kineticos pomeni gibanje), in da je odvisna od mase telesa in njegove hitrosti. Kinetična energija je sorazmerna z v2. Čeprav tega ni v učnem načrtu, je za boljše razumevanje pojavov povezanih z vožnjo z avtomobilom (npr. poraba goriva, trki ...) smiselno omeniti, da je kinetična energija telesa v resnici odvisna od kvadrata njegove hitrosti.

60

Razmisli

Wp > 0

Obravnava nove snovi − 1. ura Razgovor o različnih oblikah energije. Na podlagi poskusa učenci ugotovijo, da je energija v telesu shranjena v različnih oblikah. Telo, ki se giblje, lahko opravi delo, telo, ki je na neki višini tudi lahko opravi delo, stisnjena vzmet lahko opravi delo. Poleg tega so gotovo slišali za električno, svetlobno, zvočno, kemično, jedrsko energijo. Poudarimo, da bomo letos obravnavali le mehanske oblike in notranjo energijo. Potrebno je poudariti tudi, da dejansko telo lahko opravi delo le, ko ima kinetično energijo, vse preostale oblike energije so potencialne. V angleški terminologiji tako potencialni energiji pravijo »potentional gravity energy«, prožnostni energiji pa »potentional elastic energy«.

1. S katerimi oblikami energije se srečuješ v tem trenutku? 2. Katere oblike energije imajo odebeljeno zapisana telesa? a) Sendvič v hladilniku. b) Košarkaška žoga v letu. c) Raketa ob vzletu. č) Plošček, ki drsi po ledu. d) Astronavt v breztežnem prostoru.

6Wp = Fg · 6h

Zgradba snovi in temperatura

Koliko energije je v hrani? Na embalaži različnih prehrambenih izdelkov poišči njihovo energijsko vrednost. Podrobnejša navodila so v DZ na strani 61.

Ponovi

pri čemer grša črka (6) pomeni spremembo. Pri tem je vseeno, na kakšen način telo pridobi višino. Če se v vrhnje nadstropje veleblagovnice odpravimo po tekočih stopnicah, z dvigalom ali peš, bomo imeli v vseh treh primerih na koncu enako potencialno energijo. Pomembna je le višinska razlika med začetnim in končnim stanjem.

Izračunajmo, kolikšna je potencialna energija 1 m3 (1000 kg) vode v zbiralnem jezeru 50 m nad hidroelektrarno?

Nekatere segrete snovi – npr. para v kotlu – lahko opravijo delo. Podobno se tudi pri določenih kemijskih in jedrskih reakcijah sprosti energija, ki se lahko uporabi za opravljanja dela. Tako tekoča goriva poganjajo različne motorje, hrana živa bitja, premog in uran turbine v elektrarni ... Sklepamo, da imajo vsa telesa energijo, ki je povezana z njihovo zgradbo oziroma temperaturo. Tej obliki energije pravimo notranja energija in jo označujemo z Wn (več na straneh 98 in 99). Vendar je notranjo energijo, z izjemo goriv in segretih plinov, zelo težko pretvoriti v delo.

Energija je lahko v različnih oblikah. Notranja energija je povezana z notranjim stanjem telesa, prožnostna energija pa z deformacijo prožnega telesa. Kinetična energija je odvisna od hitrosti in mase telesa, medtem ko je potencialna energija telesa odvisna od višine, na kateri telo je, in teže telesa.

75

Utrjevanje & nadgradnja Utrjevanju snovi so namenjeni 1. in 2. naloga v delovnem zvezku ter vprašanja na strani 75 v učbeniku. Nadgradnjo lahko predstavlja omemba obrazca za računanje kinetične energije, vendar s tem ne gre pretiravati. Lahko se z učenci pogovorimo o pomenu kinetične energije in hitrosti v prometu. S tem vplivamo na povečanje zavedanja o prometni varnosti.

Zaključek Skupaj z učenci naredimo preglednico, v katero zapišemo posamezne vrste energije, od česa so odvisne in kako jih prepoznamo.


Medpredmetno

Diferenciacija Višja raven: Učenci lahko na podlagi opazovanj ali izvajanj preprostih poskusov samostojno izpeljejo ugotovitve. Lahko rešujejo zahtevnejše probleme, kot so npr. naloge s tekmovanj ali 4. naloga v delovnem zvezku.

TIT: varnost v prometu ŠV: oblike energije pri športu

Nižja raven: Učenci poznajo različne vrste energije in znajo ugotoviti, kdaj ima telo določeno vrsto energije. Vedo, od česa so odvisne posamezne vrste energije. Znajo rešiti enostavnejše probleme, kot so npr. 1.,2 in 3. naloga v delovnem zvezku.

Drugi viri www.youtube.com (Eureka 9 in 10)

del. zvezek str. 58−59 3.3b Oblike energije gj

3. Sprememba potencialne energije telesa je odvisna od njegove teže in spremembe višine. Izračunaj spremembe potencialne energije turista (m = 70 kg) pri posameznih dvigih oziroma spustih.

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, • vedel, v kakšnih oblikah je lahko energija oblike energije • vedel, s čim so povezane različne telesa energijo no • znal izračunati potencial energijsko vrednost • se zavedal, da imajo živila različno

Turist se najprej povzpne z dvigalom od vznožja Eifflovega stolpa do druge ploščadi na višini 128 m.

1. Ker je energija povezana prav z vsemi pojavi v vesolju, jo lahko najdemo v najrazličnejših oblikah. V spodnjo križanko vpiši ustrezne pojme. Na osenčenih poljih se bo razkrilo geslo, ki povezuje vse pojme. Nato z dvigalom nadaljuje do razgledne ploščadi na vrhu stolpa, ki je na višini 300 m.

 prenos energije s silami  D oblika energije, povezana z višino, na kateri je telo  P

O

L

O

T

E

C

I

A

L

N

A

oblika energije, povezana z električnim tokom  E

L

K

T

R

I

Č

N

A

oblika energije, povezana s spremembo oblike prožnih teles  P

O

Ž

N

O

S

T

N

A

N

E

T

N

A

oblika energije, povezana z gibanjem  K oblika energije povezana z O T R A N zgradbo in temperaturo snovi  N

N

E

T

I

Č

N

A

oblika energije, povezana z magnetnimi pojavi 

»potujoča« energija (glej učbenik str. 24)  S

V

E

T

L

M

O

Do druge ploščadi na višini 128 m se vrne po stopnicah, po katerih je pot dvakrat daljša kot z dvigalom. A

A

4. Oceni, ali se z energijskega stališča sploh splača s tal pobrati kovanec za 1 cent. Namig: primerjaj delo, ki ga opraviš pri dvigu kovanca, s ceno hrane, ki jo porabiš pri tem (1 kg sladkorja stane približno 1 €).

B

2. Energija je lahko povezana z gibanjem, lego, prožno deformacijo, temperaturo ali notranjo zgradbo snovi. K vsaki sliki dopiši obliko energije, ki ti prva pride na misel.

Koliko energije je v hrani?

Preveri, koliko kalorij ima tvoja najljubša hrana. 1. Napiši, kaj bi najraje jedel za zajtrk, malico, kosilo, popoldansko malico in večerjo. 2. Za vsak obrok posebej izdelaj preglednico, podobno spodnji (energijske vrednosti najdeš na embalaži ali svetovnem spletu)

živilo

energijska vrednost (v MJ na 100 g) masa (v gramih)

energija (MJ)

3. Ko izračunaš energije vseh živil, jih seštej in preveri, ali se celotna energija približno ujema s priporočenim dnevnim vnosom, ki znaša 2000 kaloriji (1 kcal = 4200 J). 4. V skladu z zgornjo ugotovitvijo ustrezno spremeni jedilnik (ugotovi, katero živilo največ prispeva h končni vsoti in katero najmanj). Upoštevaj tudi načela zdrave prehrane. 59

58

Obravnava nove snovi − 2. ura Potencialna energija. Za začetek lahko skupaj z učenci poskušamo pojasniti besedo »potencial«, ki je široko uporabna v različnih kontekstih. V nadaljevanju lahko izvedemo poskus s spuščanjem kovinskih kroglic različnih mas z različnih višin na plastelin, v moko ali pesek, ki ga učenci že poznajo. Iz deformacije lahko sklepamo, kdaj je bila potencialna energija večja in od česa je odvisna. Ugotovitev zapišemo na kratko s formulo. Potrebno je omeniti tudi, da telo pravzaprav ima vedno neko potencialno energijo, zato smo fizikalno bolj natančni, če govorimo o spremembi potencialne energije oziroma pred opazovanjem moramo določiti točko, ki je naše izhodišče za opazovanje potencialne energije.

Utrjevanje & nadgradnja

Prožnostna energija. Prožnostno energijo najlažje vpeveljemo s primerom napete frače, samostrela, katapulta ali kakšnega drugaga prožnega telesa. Na podlagi poskusov in s pogovorom usmerjamo učence, da sami oblikujejo ugotovitev, od česa je odvisna prožnostna energija.

Utrjevanju snovi so namenjeni 3. in 4. naloga v delovnem zvezku ter vprašanja na strani 75 v učbeniku. Nadgradnji znanja je namenjen poskus v delovnem zvezku.

Notranja energija. Lahko začnemo problemsko z »izginotjem« Wk pri zaviranju. Na kratko opišemo notranjo energijo in napovemo, da jo bomo bolje spoznali v naslednjem poglavju. Potrebno je povedati, da je notranja energija povezana z zgradbo telesa ter s temperaturo telesa. Povemo nekaj primerov: npr: kemična energija v hrani, vroč čaj, vodna para, in podobno.

Za konec poudarimo, da smo podrobneje spoznali le nekatere oblike energije, da pa obstaja še cela vrsta obliko, kot so svetloba, zvok, električna in magnetna energija, jedrska ipd.

61

Zaključek

Zapomnili si bomo Energija je v različnih oblikah. Wn je povezana s notranjim stanjem telesa, Wpr pa z deformacijo prožnega telesa. Wk ima telo, ki se giblje in je odvisna od hitrosti in mase telesa. Wp je odvisna od lege in teže telesa.


3.4 Delo in energija

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da s telesa na telo aša pren m delo z gija ener se da • vedeli, oddanemu oz. prejetemu a enak gije • vedeli, da je sprememba ener delu (in/ali toploti) vu membe energije pri določenem poja * spoznali, kako lahko spre grafično ponazorimo nju s fizikalnimi ezovali dogajanja v vsakdanjem življe pov * zakonitostmi enost * razvijali matematično pism

1 šolska ura učbenik str. 76−77 3.4 Delo in energija

Povzetek

Ključne besede: • sprememba energije • prenos energije • ohranitev energije • zakon o ohranitvi energije • energijski diagram

Se energija, ki jo telo odda uniči, izgine, obrabi, v celoti prenese na drugo telo ali kaj tretjega? Še enkrat zlijmo vodo v lijak vodnega mlina. Ugotovili smo že, da je roka z delom, ki ga je opravila, povečala potencialno energijo vodi. Na drugi strani pa je voda zavrtela mlinček. Tudi pri drugih pojavih opazimo podobno: energija ne izgine, temveč se z delom prenaša s telesa na telo. Prvo telo delo odda in s tem se njegova energija zmanjša, drugo telo pa to delo prejme in zato se njegova energija poveča.

Kako telo dobi energijo ...

Poigrajmo se z igračko, ki je podobna vodnemu mlinu. Če želimo, da bo delovala, moramo najprej v lijak naliti vodo. Povsem preprosto, a vodo je vendarle treba z mize dvigniti do vrha lijaka. Pri tem pa tako kot delavec, ki dvigne škatlo, opravimo nekaj dela. Ker je po dvigu voda na večji višini kot prej, ima tudi večjo potencialno energijo kot pred dvigom. Ni težko ugotoviti, da je za to »kriva« roka. Potencialna energija se je torej povečala zaradi dela, ki ga je ob dvigu opravila roka. Energija se je povečala ravno za toliko, kolikor dela je opravila roka. Energija telesa se poveča za toliko, kolikor dela prejme. To lahko zapišemo krajše:

Sončni žarki segrevajo površinsko vodo v oceanih. Voda izhlapeva in se kot vodna para dviguje v ozračje. Z višino se vodna para ohladi in oblikuje oblake. Voda se čez čas v obliki padavin vrne na površje. Iz višje ležečih predelov teče proti morju in sproti vrti mlinska kolesa in turbine. Na ta način se energija Sonca pretvori v potencialno energijo vode, del te pa človek že več kot 2000 let pretvarja v delo.

sprememba energije = delo

ali

6W = A

pri čemer grška črka delta (6) pomeni spremembo.

Otroci se že zelo zgodaj spoznajo s konceptom dela in energije.

... in kako jo izgubi?

Nadaljujmo z igro. Ko vodo zlijemo v lijak, se pretoči nazaj na dno in spotoma še zavrti mlinček. Pri tem voda izgubi vso potencialno energijo, ki jo je imela pred tem. Vendar pa med padanjem opravi delo, saj zavrti mlinček. Potencialna energija se je porabila za vrtenje mlinčka. Energija se je zmanjšala zaradi oddanega dela. Z delom se torej telesu poveča ali zmanjša energija. Če telo prejme delo, se mu energija poveča; če pa delo odda, se mu energija zmanjša. !

Sprememba energije je enaka prejetemu ali oddanemu delu.

6W = A

Energijo lahko spremeni tudi toplota, a o tem več v naslednjem poglavju.

voda na dnu

A voda nima Wp

76

voda na dnu

voda na vrhu dvig

voda prejme delo od roke

Z delom se energija prenaša s telesa na telo. Energija telesa se poveča ali zmanjša za natanko toliko, kolikor dela prejme ali odda. Obstaja še en način prenosa energije – toplota. Energija ne nastaja in ne izginja, temveč se le prenaša s telesa na telo.

Kaj se dogaja z energijo, ki jo telo odda?

ki so bistvo V vsakem besedilu so ključne zamisli, ključne zamisli. zapisanega. Na teh straneh poišči tri ključne besede PRED BRANJEM: preleti ponaslove in so ključne MED BRANJEM: ugotovi, katere zamisli pojasni PO BRANJU: zapiši jih in jih sošolcem

padanje

vrtenje mlinčka

Wpp W

Wk

voda ima Wp

voda ima Wk

A voda odda delo mlinčku

voda nima ne Wp ne Wk

Uvodna motivacija Uporabimo igro s pikadom. Nekaj učencev lahko zaluča puščico v tarčo z različno silo. Primerjamo njihov dosežek.

1. Ali se lahko energija telesa spreminja? 2. Na kakšen način se lahko telesu poveča in na kakšen način zmanjša energija? 3. S svojimi besedami opiši zakon o ohranitvi energije. 4. Izberi si preprost pojav in na njem dokaži veljavnost zakona o ohranitvi energije.

Razmisli

Zakaj so posledice železniških in letalskih nesreč običajno zelo hude?

Odgovori

Dogajanje si lažje predstavljamo, če narišemo energijski diagram, kot je prikazan na prejšnji strani. Na diagramu je energija prikazana s kapljevino v čaši, prenos ali pretvorba energije pa s puščico. Naredimo podobno za met žogice.

Sprememba energije pri metu. Pri zamahu opravimo delo in žogica pridobi kinetično energijo. Ker žogica med letom ne prejme in ne odda dela, se ji kinetična energija ne spreminja. Ko jo lovilec prestreže z rokavico, žogica opravi delo in izgubi kinetično energijo.

Plošček, ki drsi po ledu in ima 100 J kinetične energije, hokejist s palico udari proti golu v isti smeri, kot se je plošček že gibal. a) Kolikšna je kinetična energija ploščka po udarcu, če je nanj delovala v smeri gibanja sila 200 N na razdalji 0,1 m? b) Kolikšno energijo ima plošček, ko zadene mrežo, če je pri drsenju proti golu zaradi trenja izgubil 10 J energije?

Wk = 500 J

Wk = 0 J

met

žogica nima Wk

Wk = 500 J

Wk = 0 J

let

A žogica prejme delo od roke

ujetje

Wk

Wk

žogica ima Wk

žogica ima Wk

A žogica odda delo rokavici

žogica nima Wk

Koliko energije se prenese?

Če bi lahko natančno izmerili zmanjšanje potencialne energije vode, ki zavrti mlinček, in povečanje kinetične energije mlinčka, bi ugotovili, da sta obe spremembi enako veliki. Energija se je v celoti prenesla z vode na mlinček. Pri tem se je ni nič izgubilo ali je na novo nastalo – vsa energija se je ohranila. Tudi pri drugih pojavih opazimo isto: skupna energija se ohranja pri vseh do sedaj znanih pojavih v vesolju. Temu spoznanju, ki je eno najpomembnejših spoznanj o vesolju, pravimo zakon o ohranitvi energije. !

Zakon o ohranitvi energije: Skupna energija se pri vseh pojavih v vesolju ohranja.

77

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Energija je lahko v različnih oblikah. Spoznali smo kinetično energijo, ki je povezana z gibanjem telesa, potenicalno, ki je povezana z lego telesa, prožnostno in notranjo, ki sta povezani s stanjem telesa.

Ponovi

Pridobivanje/izgubljanje energije. Z učenci analiziramo energijske razmere pri metu puščice: koliko energije je imela puščica pred metom, od kod je pridobila energijo in koliko, zakaj se je puščica ustavila, kam je šla njena energija. Skupaj z učenci pridemo do ugotovitve, da je puščica pridobila energijo od roke ipd. Ko smo zamahnili z roko, smo opravili delo, ki je prešlo v kinetično energijo puščice. Podobno ugotovimo, da se je puščica ustavila takrat, ko je opravila delo pri zarivanju v tarčo. Iz tega sklepamo, da se energija telesa poveča, če telo prejme delo, in zmanjša, če telo opravi delo. Sprememba energije je natanko enaka prejetemu ali oddanemu delu. Ugotovitev zapišemo v obliki ΔW=A.

62

Prenos energije s telesa na telo. Kaj se je zgodilo z energijo roke pri zamahu? Kaj se je zgodilo z energijo puščice pri zarivanju v tablo? Z učenci ugotovimo, da telo, ki opravlja delo, oddaja energijo drugemu telesu. Da je prejeta energija enaka oddani, bodo učenci morali bolj kot ne verjeti na besedo. Na koncu ugovitev posplošimo v zakon o ohranitvi energije. Energijski diagrami. Učence pozovemo, da premislijo, kako bi lahko ta dogajanja ponazorili grafično. Z moderacijo njihovih odgovorov jim pojasnimo, da lahko energijske razmere nazorno predstavimo z energijskimi diagrami, kot je prikazano v učbeniku. Skupaj narišemo energijski diagram za met puščice v tarčo.


Diferenciacija Višja raven: Učenci ob poskusu sklepajo o fizikalnih zakonitostih. Rešujejo zahtevnejše naloge, kot so npr. naloge s tekmovanj ali 6. naloga v delovnem zvezku. V matematičnem jezik poskusijo zapisati najpomembnejše ugotovitve.

Diferenciacijo lahko izvajamo predvsem na globini razumevanja procesov prenosa energije s telesa na telo.

Nižja raven: Učenci vedo, kdaj in kako se energija telesa spreminja. Vedo, da sta delo in toplota prenosnika energije. Znajo uporabiti preproste energijske grafe in rešiti preproste naloge, kot so 1., 2. in 3. naloga v delovnem zvezku.

del. zvezek str. 60−61 3.4a Energija in delo

4. Pri pretvorbah in prenosih energije si lahko za lažjo predstavo dogajanja narišemo energijski diagram. Dogajanje ponazori z energijskim diagramom opazovanega telesa (v ležeči pisavi), kot je prikazano na primeru.

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, spreminja, • vedel, da se energija telesa lahko spreminja z delom, • vedel, da se energija telesu lahko im diagramom, • znal dogajanje ponazoriti z energijsk energije. • poznal in razumel zakon o ohranitvi

po

pred

Žogico za bejzbol igralec odbije s kijem.

kij 1. Telesa si energijo izmenjujejo z delom (in toploto) – sprememba energije je enaka prejetemu/oddanemu delu. Tilen je pri napenjanju frače s kamenčkom opravil 10 J dela. Dopolni manjkajoče vrednosti. a) Prožnostna energija frače se je povečala za b) Tilnova energija se je zmanjšala za

J.

pred

po

pred

po

pred

po

Obiskovalec se z dvigalom povzpne iz pritličja v 5. nadstropje.

J.

c) Ko sproži fračo, ta na kamenčku opravi

J dela.

č) Pri tem se bo frači zmanjšala prožnostna energija za

Do polovice napet lok napnemo do konca.

J.

d) Frača lahko kamenčku poveča kinetično energijo za največ

J.

2. Energija – merimo zmožnosti za opravljanje dela, se lahko telesu spreminja ali pa je ves čas enaka. Za spodnje primere zapiši obliko energije, ki se spreminja opazovanemu telesu (v ležeči pisavi) in označi kako. dogajanje

oblika energije

Prezeble roke podrgnemo, da se ogrejejo.

sprememba energije

Podmornica se potopi.

+

ni spremembe

Deklica raztegne trak za lase.

+

ni spremembe

Turist se z dvigalom povzpne na vrh stolpa.

+

ni spremembe

5. Kolikšna je sprememba energije telesa, lahko ugotovimo tako, da izračunamo prejeto oziroma oddano delo. Žogico za bejzbol vržemo z 1 m dolgim zamahom s silo 100 N. Kolikšna je kinetična energija žogice ob metu?

Napeta mišolovka se sproži. Vesoljsko plovilo se giblje s stalno hitrostjo.

Na žogico med 20 m dolgim letom deluje upor 1 N. Koliko energije na ta račun izgubi žogica med letom?

Na štedilniku se segreva voda za čaj. Žoga za odbojko prileti v mrežo.

3. Energija, ki jo telo dobi, pride z drugih teles, prav tako pa energija, ki jo telo izgubi, preide na druga telesa. Za spodnje primere napiši, katero telo odda energijo in katero telo to energijo prejme. dogajanje

telo, ki odda energijo

Žogica prileti v šipo, jo razbije in obleži na tleh. Kolikšno delo je opravila pri razbitju šipe?

telo, ki prejme energijo

Mama poganja otroka na gugalnici.

6. Ugotovitev, da pri prenašanju teles po ravnem na njih ne opravljamo dela, je gotovo nekoliko presenetljiva. S spremembo energije pojasni, zakaj na bremenu ne opravimo dela, če ga nosimo po ravnem na isti višini.

Utež se spusti in dvigne dvižni most. Bela biljardna krogla trči v črno. Napet lok izstreli puščico. Tekmovalec v bobu čedalje hitreje potiska bob. Stebri podpirajo viadukt.

Zdaj gotovo znaš pojasniti osnovno razliko med vsakdanjim in fizikalnim pojmovanjem dela. 61

60

Utrjevanje & nadgradnja Znanje lahko utrjujemo z nalogami v delovnem zvezku. Pri tem velja omeniti 4. in 5. nalogo, s katerima učenci preverijo razumevanje obravnavanih konceptov in poglobijo svoje znanje.

Kritično mišljenje Učence pozovemo, da zakon o ohranitvi energije poskušajo prenesti na družbene pojave in delovanje celotne človeške družbe.

Aktivno branje

Poudarimo, da sta obravnavana snov in še posebej zakon o ohranitvi energije eden od temeljnih in najbolj pomembnih fizikalnih konceptov, ki sta osnova za razumevanje procesov v vesolju.

• filmi Eureka na www.youtube.com

Medpredmetno

Obravnavo zakona o ohranitvi energije lahko nadgradimo tako, da ga povežemo s poglavjem o vesolju.

Zaključek

Drugi viri

Na podlagi prebranega besedila ob sliki metanja žoge, same slike in energijskih diagramov, učenci narišejo diagram za nek drugi dogodek. Ne da bi prebrali ključnih besed v učbeniku na strani 76, sami izpišejo ključne besede na podlagi prebranega besedila.

63

TIT: naprave, ki opravljajo delo BIO: energija v ekosistemih MAT: matematični zapis zvez med različnimi količinami

Zapomnili si bomo Z delom (in/ali toploto) se energija prenaša s telesa na telo. Energija telesa se poveča/zmanjša za toliko, kolikor dela prejme ali odda. Energija ne nastaja in ne izginja, temveč se le prenaša s telesa na telo.


3.4 Delo in energija

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da o ohranitvi energije na zako je avan • ponovili in utrdili pozn anju energije telesa • ponovili in utrdili znanje o spreminj energije in dela/toplote zavi • ponovili in utrdili znanje o pove je o prenosu energije znan obili pogl • na vsakdanjih primerih ila risanja energijskih diagramov * podrobneje spoznali prav agajo s mevanju naravnih pojavov lahko pom * spoznali, da si pri razu skicami in dagrami

1 (+1) šolska ura učbenik str. 78−79 3.4 Delo in energija

Padanje

Padanje je sestavljeno iz spuščanja in pospeševanja, ki smo si ju pravkar ogledali. Pri prostem padu se potencialna energija telesa s približevanjem tlom zmanjšuje, hkrati pa se na njen račun povečuje kinetična energija telesa. Na začetku ima telo samo potencialno energijo. Na polovični višini ima polovico začetne potencialne energije in prav toliko kinetične energije. Tik nad tlemi ima telo le še kinetično energijo, ki je enako velika, kot je bila potencialna energija na začetku. Energija se pretvori iz ene oblike v drugo.

si pogosto Pri razumevanju zapletenih pojavov in diagrami. pomagamo s preprostimi shemami diagrame PRED BRANJEM: na hitro si oglej vse diagramov MED BRANJEM: v besedilu poišči opise diagrame PO BRANJU: nekomu pojasni narisane Ključne besede: • sprememba energije • pretvorba energije • ohranitev energije • energijski diagram

na vrhu dolina

Spuščanje

vrh dvigovanje

Wp

A smučar nima Wp

Wp se poveča:

6Wp = A

smučar ima Wp

smučar prejme delo od sedežnice

dolina

vrh spuščanje

Wp se zmanjša:

Wp

6Wp = A

A smučar ima Wp

smučar odda delo snegu

smučar nima Wp

Wp

Wk

žogica ima Wp

Wp se zmanjša, Wk se poveča:

6Wk = 6Wp

žogica ima Wk

Pri spustu je ravno nasprotno – smučarju se zmanjša potencialna energija, ki se porablja za razrivanje snega pri zavojih. Pri tem smučar na račun zmanjšanja potencialne energije opravlja delo (ki pa s stališča vzdrževalcev smučišča ni koristno).

na dnu Wp

počasi

hitro

Pri napenjanju loka z določeno silo povlečemo tetivo proti sebi. Pri tem opravimo delo, s katerim loku povečamo prožnostno energijo. Ko napeto tetivo spustimo, ta spotoma pospeši puščico in pri tem opravi delo. Prožnostna energija loka se medtem, ko pospešuje puščico, manjša. Pri tem odda delo, ki ga puščica na drugi strani prejme. Zato se puščici poveča kinetična energija. Energija se z delom prenese z enega telesa na drugo.

A

Pojasni diagram 1. 2. 3. 4.

78

Razmisli

A Wk

miruje

pospeševanje

1. Kaj ponazarja kapljevina in kaj puščice na energijskem diagramu? 2. Opiši energijske spremembe pri spuščanju in dvigovanju. 3. Kakšna je z energijskega stališča razlika med zaviranjem in pospeševanjem? 4. Na kakšen način se prenese energija z loka na puščico?

se giblje

Kaj prikazuje diagram na levi? Opiši posamezne dele diagrama. Pojasni, kaj se dogaja z energijo. Nadaljuj diagram za puščico.

Kakšna je razlika med spuščanjem in padanjem?

Odgovori

1. Opiši spremembe energije pri vožnji z letalom (od vzleta do pristanka). 2. Opiši prehajanje energije s telesa na telo pri metu krogle za bowling. 3. Nariši energijski diagram za pospeševanje avtomobila med vožnjo.

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ...

Z učenci si ogledamo posnetek prostega pada na največji svetovni padalnici v Avstraliji (www.youtube.com). Zastavimo jim vprašanje: kaj se dogaja z energijo sedeža?

A lok odda delo puščici

6Wk = A

1. Nariši diagram spremembe kinetične energije pri pospeševanju z mesta. 2. Nariši diagram spremembe kinetične energije pri zaviranju do zaustavitve.

Uvodna motivacija

Wpr

napenjanje

Nariši energijski diagram

Energija telesa se s telesa na telo oziroma iz oblike v obliko prenaša z delom in/ ali toploto. Energija je neuničljiva in se ohranja pri vseh pojavih v vesolju.

sproščanje

Wk se zmanjša:

avto ima manjšo Wk

avto odda delo

Pri dvigovanju in spuščanju se spreminja potencialna energija telesa, pri pospeševanju in zaviranju pa kinetična energija. Pri prostem padu se telo spušča in hkrati pospešuje – potencialna energija se pretvarja v kinetično. Prožnostno energijo prožnega telesa spremenimo, če mu spremenimo obliko.

nenapet

et nape

puščica

avto ima veliko Wk

Wk

roka odda delo loku

A

zaviranje

Wk

Povzetek

Ponovi nenapet lok

Če motorni čoln povleče smučarja na vodi z večjo silo, mu poveča hitrost. Pri tem opravi delo, s katerim smučarju poveča kinetično energijo. Ravno nasprotno pa smučar pri zavijanju odda delo vodi, pri čemer se mu zmanjša kinetična energija. Tudi pri vožnji z avtomobilom se pri zaviranju in pospeševanju hitrost običajno le nekoliko spremeni. V takšnem primeru avto z delom ne prejme ali odda celotne kinetične energije, temveč le en del. V primeru zmanjšanja hitrosti izgleda energijski diagram takole:

Wk

žogica na dnu ima Wk in nima Wp

Napenjanje

Pospeševanje

Wk

žogica na vrhu ima Wp in nima Wk

na dnu padanje

Wp

Kako je z delom in energijo telesa pri dvigovanju, smo že ugotovili pri igri z mlinčkom. Podobno je tudi na smučišču, kjer sedežnica prepelje smučarje iz doline na vrh smučišča, od koder odsmučajo nazaj v dolino. Narišimo energijski diagram za ta proces – sedežnica pri dvigovanju smučarjev opravlja delo in jim s tem povečuje potencialno energijo.

na vrhu

Spreminjanje energije iz oblike v obliko. Učencem pojasnimo, da v svetu okoli nas obstaja zelo veliko primerov spreminjanja energije telesa. Med temi si bomo še posebej ogledali energijske razmere pri spuščanju, pospešenem in pojemajočem gibanju, ter pri prostemu padu. Sprememba energije (∆W = A). Pri spuščanju in pospeševanju morajo učenci razumeti, da se telesu na račun okolice (delo) spremeni energija. Pri dviganju telo z delom pridobi Wp, ki jo pri spuščanju odda kot delo. Pri pospeševanju in zaviranju gre za podoben proces, le da se spreminja Wk. Učence spodbudimo, da sami predlagajo podoben primer in opišejo energijske razmere z diagramom.

64

Pretvorba energije (∆Wsk = 0). Za razliko od spuščanja se pri padanju (brez upora) Wp ne porabi za delo pri premagovanju zaviralnih sil, temveč telo med padanjem pospešuje in ima na koncu večjo Wk. Z učenci lahko naredimo preprost poskus, npr. padanje kroglice z neke višine v posodo z vodo. Dogajanje ponazorimo z energijskim diagramom. Učence opozorimo na zakon o ohranitvi energije. Prehajanje energije (∆WA = ∆WB). Napenjanje loka razdelimo na faze in analiziramo energijske razmere v vsaki fazi. Ob tem rišemo energijski diagram. Poudarimo, da gre v tem primeru za sistem teles, kjer je potrebno energijo vsakega telesa risati v svojem »kompletu čaš«.


Diferenciacija Diferenciacijo lahko izvajamo predvsem na globini razumevanja prenosov in pretvorb energije. Pri tem si lahko pomagamo z energijskimi diagrami.

Višja raven: Spodbudimo učence, da sami ugotovijo, kakšna je razlika med spuščanjem in padanjem. Predlagajo svoje primere prehajanja energije s telesa na telo in narišejo energijski diagram. Znajo narisati verižni energijski diagram.

Nižja raven: Učenci vedo, kaj pomenijo posamezni elementi energijskega diagrama in ga znajo narisati za enostavnejše primere. Znajo pojasniti, do katerih energijskih sprememb pride pri spuščanju, zaviranju/pospeševanju ter padanju.

del. zvezek str. 62−63 3.4b Ohranitev energije

3. Pri različnih oblikah gibanja se potencialna energija pretvarja v kinetično in nazaj. Za izbrane trenutke vsakega dogajanja ponazori velikost kinetične in potencialne energije ter njuno vsoto.

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, a sistema ohranja • vedel, da se celotna energija izoliraneg • znal uporabiti zakon o ohranitvi energije

1. Zakon o ohranitvi energije je eno najpomembnejših in najbolj uporabnih spoznanj o »delovanju« vesolja. S svojimi besedami na kratko opiši, kako si razlagaš zakon o ohranitvi energije. Pomagaj si s primerom.

Wp

Wk

Wp + Wk

Wp

Wk

Wp + Wk

Wp

Wk

Wp

Wk

Wp + Wk

Wp

Wk

Wp + Wk

Wp

Wk

Wp + Wk

Wp + Wk

V čem sta si guganje na gugalnici in vožnja z rolko po žlebu podobna?

2. Perpetuum mobile − stroj, ki bi iz nič ustvarjal energijo, je od nekdaj buril duhove znanstvenikov in inženirjev. Postavi se v vlogo uradnika na patentnem uradu (to je bila tudi prva Einsteinova služba), ki mora znanstveno utemeljiti, zakaj je zavrnil vlogo izumitelju, ki trdi, da je izdelal perpetuum mobile in bi ga rad patentiral. e no gibanje. Navap meni več sednem prevodu po dajaPerpetuum mobile v dobe v nedogled odd m v mislih napravo, ki bi izrazo trem s o iteljii snoimam pa dno l tja so znanstveniki in izum Stole ti, e energije, kot je prejema. la več l « energijo. Tisti arjale »ustv bi naj ki , n prave na neznaansko vali in izdelovali različne tirati takšno napravo, bii prave, u to uspelo izdelati in paten ni uspelo izdelati takšne nap ki bi mu ur m nikom a Seved zaslovel in obogatel!! nila, da ne bo več ija znanosti leta 1775 sklen »Raziskovanjaa zato je francoska akkadem o : om ov. To so utemeljili s stavk sprejemala takšnih načrt primerih so tehniki, nih števil v in o i in ž druž r te so uničila več kot eno , čas in duha.« te vrs li, zapravili ves svoj denar ... ki bi sicer lahko veliko doseg doka l ki energijskega zakona nčni k z v obli Kmalu je prišel tudi doko

Wp

Wk

Wp + Wk

Wp

Wk

Wp + Wk

Wp

Wk

Wp + Wk

V čem sta si padanje in spuščanje po klancu podobni?

Wp

Wk

Wp + Wk

Wp

Wk

 Označi višino, do katere bi se vzpel sankač, če pri sankanju ne bi izgubil nič energijee.

Wp + Wk Wp

Wk

Wp + Wk

4. S pomočjo zakona o ohranitvi energije lahko mnoge zapletene primere z lahkoto rešimo. Poskusi. Med žogicami, ki jih z enako hitrostjo zakotalimo po spodaj narisanih stezah, bo tretja prva na cilju. Poskusi pojasniti odgovor s tem, kar veš o gibanju, nato pa še z zakonom o ohranitvi energije. Zapiši svoje razmišljanje.

62

Utrjevanje & nadgradnja Učenci naj rešijo naloge v učbeniku na strani 79 ter v delovnem zvezku na strani 62 in 63.

63

Kritično mišljenje Učenci naj rešijo 2. nalogo v delovnem zvezku.

Z učenci še enkrat ponovimo zakon o ohranitvi energije.

• filmi Eureka na www.youtube.com

Medpredmetno

Koristno bi bilo, da še eno uro ponavljamo in utrjujemo snov tega podpoglavja.

Zaključek

Drugi viri

ŠV: energijske razmere pri smučanju, streljanju, skoku v višino in v daljavo

Aktivno branje Učenci lahko samostojno preberejo besedilo na strani 78 in 79, izpišejo ključna dejstva ter narišejo energijski diagram.

Zapomnili si bomo

65

Pri dviganju in spuščanju se spreminja Wp telesa, pri pospeševanju in zaviranju pa Wk. Pri prostem padu se telo spušča in hkrati pospešuje. Wpr prožnega telesa spremenimo, če mu spremenimo obliko.


3.5 Pretvorbe energije

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da ki ne prejema ali oddaja dela , teles mu siste ali • vedeli, da se telesu meni (in/ali toplote) skupna energija ne spre ki omogočajo pretvorbo ave, napr • vedeli, da so pretvorniki energije telesa na telo energije oziroma njeno prehajanje s to pretvarjajo energijo kovi učin čno razli iki vorn • vedeli, da pret gijskih verig * se zavedali pomena ener s simboli sati zapi t nitos zako i znal *

1 šolska ura učbenik str. 80−81 3.5 Pretvorbe energije beseda zapisana V tem poglavju namenoma ni nobena nje. odebeljeno, kar sicer precej olajša razumeva besede ključne in naslove si oglej : BRANJEM PRED ti zdijo pomembne MED BRANJEM: izpiši besede, ki se o? odebeljen zapisal bi PO BRANJU: katere besede Ključne besede: • energijske pretvorbe • energijske verige • pretvorniki energije • učinkovitost pretvornika

Vlak smrti zobata veriga počasi vleče proti vrhu prvega klanca – energija, in z njo napetost naraščata. A še preden zajameš sapo, vlak doseže vrh in zdrvi navzdol. Hitrost narašča in tla so vse bližje. Oddahneš si, ko dosežeš najnižjo točko in se vlak začenja vzpenjati ter upočasnjevati. V najvišji točki se skoraj ustavi. Toda le za trenutek. Preden se zaveš, spet padaš. In spet in spet ... Vse dokler se na koncu proge ne ustavi. Hočeš še?

Energijske pretvorbe

A še preden se usedemo na vlak smrti, si oglejmo pretvarjanje energije iz ene oblike v drugo. Sedaj že vemo, da se energija telesa spreminja ob prejemanju ali oddajanju dela (kasneje bomo videli, da se spremeni tudi zaradi prejete ali oddane toplote). Velja tudi obratno: energija telesa se ne spreminja, če telo ne prejema ali oddaja dela (in toplote). To lahko zapišemo krajše: 6W = 0

ali

W = konst,

če

A=0

Takšno telo ima ves čas enako veliko energije; sicer se ta lahko pretvarja iz ene oblike v drugo, vendar se skupna količina energije ne bo spremenila. Lep primer je skok s palico, kjer se notranja energija skakalca najprej pretvori v kinetično energijo, ta v prožnostno energijo palice, ta naprej v potencialno energijo skakalca ... Pri natančnem ogledu posnetka opazimo, da med skokom energija skakalca v resnici ni bila ves čas enaka. Se je pa ohranila skupna energija skakalca in palice, tako da lahko prejšnjo trditev razširimo na več teles: skupna energija teles, ki izmenjujejo energijo med seboj, ne pa tudi z okolico, se ohranja. !

Skupna energija teles, ki ne oddajajo ali prejemajo dela iz okolice, se ne spreminja.

Učinkovitost pretvornika

a kinetičn ja energi a vr talnik

Nekoč so pri skoku s palico uporabljali lesene palice. Z izumom palic iz umetnih snovi se je višina skokov hitro povečala. Palica iz umetne snovi je veliko bolj prožna in zaradi tega bolj učinkovita pri pretvorbi kinetične energije skakalca v njegovo potencialno energijo. Obe vrsti palic sta torej različno učinkoviti pri pretvorbi energije skakalca. Tudi pri drugih pretvornikih energije opazimo, da so različno učinkoviti.

električna energija

Povzetek

Če telo ali sistem teles ne prejema ali oddaja dela (in toplote), se njegova energija ne spremeni, lahko pa se pretvarja iz ene oblike v drugo. Pretvorniki energije so pripomočki in naprave, ki omogočajo pretvorbo oblik energije ali prehajanje energije s telesa na telo.

hidroelektrarna

potencialna energija padavin

kinetična energija reke

Ponovi

Pretvorniki energije Pri skoku s palico pretvori skakalec s pomočjo palice svojo kinetično energijo v svojo potencialno energijo. To naredi veliko učinkoviteje, kot to stori skakalec v višino, ki nima palice. Dokaz za to je velika razlika v višini obeh svetovnih rekordov – 245 cm pri skoku v višino in 6,14 m pri skoku s palico. Palica je torej preprost in učinkovit pretvornik energije. Bolj zapleteni pretvorniki energije so elektrarne, različni stroji in naprave. Mednje sodi tudi človeško telo. Pretvornik pretvori energijo iz ene oblike v drugo, učinkovitost pretvorbe pa je lahko večja ali manjša.

Wn energija notranja alca skak

Wn

Wk

Energijske verige

V vsakdanjem življenju pogosto slišimo, da v elektrarnah proizvajajo energijo. V resnici so elektrarne le pretvorniki energije, ki različne oblike energije pretvarjajo v električno energijo. Elektrarne in električne naprave so tako le en člen v dolgi verigi energijskih pretvorb, ki ji ni videti konca. Energiji bi lahko sledili od pretvorbe do pretvorbe oziroma od pojava do pojava in na koncu ugotovili, da se vse energijske verige tako ali drugače začnejo z velikim pokom.

Wpr

energija kinetična alca skak

Wk

Wp

ja na energi prožnost lice pa

Wpr

ja na energi potencial alca skak

Wp

80

Uvodna motivacija Pripravimo več poskusov: – vrtimo dinamo kolesa in žarnica sveti – zavrtimo ropotuljo in zasliši se zvok. – zlivanje vode in mlinček se vrti. – vključimo električni mešalnik. Postavimo vprašanje, kaj se dogaja z energijo v prikazanih primerih.

Odgovori

Skakalec v vodo z maso 80 kg skoči v vodo s stolpa, ki je 10 m nad vodno gladino. a) Kolikšna je njegova potencialna energija, ko stoji na stolpu? b) Kolikšna je njegova kinetična energija tik nad vodno gladino?

Wk

Wn

energija kinetična alca skak

energija notranja blazine in skakalca

Wk

Wn

81

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Spoznali smo zakon o ohranitvi energije in energijski zakon. Obravnavali smo jih na preprostih primerih, kjer smo se že dotaknili spreminjanja oblike energije oziroma prenosa energije s telesa na telo.

1. Navedi nekaj pretvornikov energije, ki jih uporabljamo v vsakdanjem življenju. 2. Opiši energijske pretvorbe pri guganju na gugalnici in skakanju na kanvasu. 3. Opiši energijsko verigo, ki se začne s hrano in konča z metom žoge na koš.

Pogovor o energijskih pretvorbah. Učenci že vedo, da se energija telesa spreminja z delom (in/ali toploto). Kaj pa, če telo ali sistem teles ne oddaja ali prejema nobenega dela? Energija takega sistema ostane konstantna. To lahko ponazorimo s primerom vode in mlinčka, kjer se bodisi spreminja oblika energije ali energija prehaja s telesa na telo znotraj sistema. Pretvorniki energije. Idejo pretvornika energije najlažje pojasnimo s primerjavo skoka v višino in skoka s palico. Ogledamo si energijske pretvorbe, ki se dogajajo pri skoku s palico. Za skok v višino naj jih navedejo učenci. Z učenci poiščemo različne pretvornike energije – naprave, ki pretvarja energijo iz ene oblike v drugo

66

ali prenaša energijo s telesa na telo. Pogovorimo se o učinkovitosti različnih pretvornikov. Naj se učenci zavedajo, da so lahko pretvorniki lahko različno učinkoviti. Pojasnimo kaj je izkoristek in navedemo nekaj primerov, pri čemer ne pozabimo na človeško telo. Energijske verige. Učenci naj spoznajo, da okoli nas lahko potekajo tudi zelo zapletene energijske pretvorbe, sestavljene iz mnogih zaporednih procesov, npr. energijska veriga od sončne svetlobe do teka atleta ipd. Poudarimo, da zaradi ohranitve enegije enerijskem verige nimajo konca. Energijske verigo ponazorimo z energijskim diagramom.


Diferenciacija Razlike v razumevanju se bodo verjetno pokazale pri razumevanju in predstavi izoliranega sistema teles. Slabši učenci bodo gotovo imeli nekaj težav s pravilnim sestavljanjem energijiskih verig.

Višja raven: Učenci sami zapišejo zakon o ohranitvi energije v matematični obliki. Navajajo primere pretvornikov energije in pojasnijo energijske spremembe, ki jih ponazorijo z diagramom. Samostojno rešijo 3. nalogo v delovnem zvezku.

Nižja raven: Učenci vedo, da se skupna energija sistema ohranja, če sistem ne izmenjuje dela z okolico. Znajo opredeliti funkcijo pretvornika energije. Znajo opisati kakšno preprosto energijsko verigo.

del. zvezek str. 64−65 3.5a Pretvorbe e temu, da bi: energije Naloge na tej strani so namenjen pretvarja iz ene oblike v drugo

4. Pri sestavljenih dogodkih se energija običajno večkrat zapored pretvori iz ene oblike v drugo. Pretvorbe energije, ki opisujejo strel s puščico, ki v loku poleti proti tarči, poveži v smiselnem zaporedju. K vsaki pretvorbi pripiši dogajanje.

• vedel, da se lahko energija s prenosom energije • se zavedal, da je vsak pojav povezan spremembe energije • znal za konkretne primere navesti o s posebnimi napravami • vedel, da lahko energijo pretvarjam

Wpr loka  Wk puščice Wk puščice  Wn puščice in tarče

Wn lokostrelca  Wpr loka Wp puščice  Wk puščice

1. Pri vsakem pojavu, ki ga opazimo v naravi, se energija pretvarja iz ene oblike v drugo. Za naštete pojave napiši, iz katere oblike v katero se je pretvorila energija. Končnih oblik je lahko tudi več. dogajanje

začetna oblika energije

Wk puščice  Wp puščice

končna oblika energije

5. Razburljiv primer pretvarjanja energije iz ene oblike v drugo je skok z elastično vrvjo (bungee jumping). Za čas med izbranimi trenutki med skokom opiši dogajanje z energijskega stališča (oblike energije, prejeto/oddano delo, dogajanje).

Katapult izstreli kamen. Vrtenje vetrne elektrarne.

trenutek

Delovanje električne pečice.

opis z energijskega stališča

Skakalec z elastično vrvjo ...

Dvigovanje vedra z malto.

... čaka na tleh ob dvigalu

Padanje kamna.



2. Energija se lahko pretvarja iz ene oblike v drugo s pomočjo različnih naprav, ki jim pravimo pretvorniki. Pretvorbe energije na levi poveži z ustreznimi pretvorniki na desni. Opiši dogajanje pri posamezni pretvorbi. pretvorba

dogajanje

pretvornik

Potencialna energija  kinetična energija

gorenje

vzmet

Notranja energija  kinetična energija

spuščanje

parni stroj

Prožnostna energija  kinetična energija

vrtenje

mlinsko kolo

Kinetična energija  kinetična energija

raztezanje

klanec

... je na ploščadi pripravljen na skok 

... je v zraku (vrv se ravno začne zategovati) 

... je v najnižji točki (vrv je zategnjena) 

... je v najvišji točki (za trenutek miruje)

3. Energiji bi lahko sledili v preteklost in prihodnost od pretvorbe in pretvorbe. Dopolni energijske verige. V puščice vpiši proces prenosa energije, v kvadrate pa obliko energije.

 fotosinteza

Wp vode

Wn lesa

Wk vode

Wn čaja

... se ustavi, ko ga pomočniki ujamejo.

vrtenje turbine Zakaj bi se skakalec z elastično vrvjo čez čas tudi sam ustavil? Ali se energija potemtakem ne ohranja? Wk avtomobila

64

Utrjevanje & nadgradnja Utrjevanju so namenjene naloge v učbeniku v delovnem zvezku. Učenci lahko nadgradijo svoje znanje z branjem poljudnoznanstvenih člankov v revijah kot je Življenje in tehnika ali z ogledom spletne strani How stuffs work.

65

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju z naslednjimi vprašanji: • Zakaj izkoristki naprav niso 100% ali več? • Ali bi se dalo ublažiti problem preskrbe z energijo z bolj učinkovitimi pretvorniki? Kritično mišljenje spodbuja tudi zadnje vprašanje v delovnem zvezku (5. naloga).

Zaključek Poudarimo, da lahko podobno kot poljubno izbiramo opazovana telesa, tudi več teles poljubno združujemo v sistem teles. Tudi vesolje je sistem teles, za katerega pa lahko le domnevamo, da je izoliran od okolice (če obstaja!), zato zanj ne moremo z gotovostjo trditi, da ima nespremenljivo množino energije.

Aktivno branje Učenci imajo v učbeniku splošno navodilo za aktivno branje. Predlagamo, da se z učenci na kratko se pogovorite o pomenu prepoznavanja ključnih besed za razumevanje in pomnenje vsebine.

67

Drugi viri • spletna stran How stuff works www.howstuffswork.org

Medpredmetno TIT: elektrarne in pretvorba energije prevozna sredstva in izkoristki BIO: človeško telo kot pretvornik energije MAT: uporaba simbolnega zapisa

Zapomnili si bomo Če telo ali sistem teles ne prejema ali oddaja dela in toplote, se njegova celotna energija ne spremeni. Pretvorniki energije omogočajo pretvorbo oblik energije ali prehajanje energije s telesa na telo.


3.5 Pretvorbe energije

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da energije pretvori v (za del gije ener i vorb • vedeli, da se pri pret at notranjo energijo človeka) manj koristne oblike, največkr izgube o ujem • vedeli, da te oblike energije imen vov poja * urili opazovanje različnih panja na podlagi opazovanj * razvijali sposobnost skle otki ...) matematična orodja (razmerja, odst * spoznali, da so različna vov poja koristna za opis fizikalnih

1 (+1) šolska ura učbenik str. 82−83 3.5 Pretvorbe energije

Se res nič energije ne izgubi?

se je kar precej Tole je konec poglavja o energiji. Vsega poglavja. nabralo, zato naredi povzetek celotnega NAJPREJ: preberi še tole do konca zamisel POTEM: za vsak podnaslov poišči ključno bistvo poglavja NA KONCU: nekomu na kratko pojasni Ključne besede: • pretvorbe energije • energijske izgube • izkoristek

Rešimo skupaj

Izračunajmo, kolikšna je kinetična energija vlakca tik nad tlemi (točka B), na polovici (točka C) in na četrtini začetne višine (točka D), če ima v točki A potencialno energijo 1 MJ in med vožnjo ne izgublja energije? točka B

točka C

točka D

WA = WB

WA = WC

WA = WD

WpA = WpB + WkB

WpA = WpC + WkC

1 MJ = 0 + WkB

1 MJ =

WkB = 1 MJ

WkC =

1 2 1 2

MJ + WkC MJ

Že prej smo ugotovili, da pretvorniki energije različno učinkovito pretvarjajo energijo iz ene oblike v drugo. V resnici se v skladu z zakonom o ohranitvi energije nič energije ne izgubi, le vsa energija se ne pretvori v obliko, ki si jo želimo. Izkoristek stroja ali naprave nam pove, kolikšen del energije lahko pretvori v koristno energijo. Zaradi različnih naravnih in tehničnih omejitev izkoristki naprav običajno niso zelo veliki. Človeško telo pretvori v delo mišic kakšnih 10 % vse energije, ki se sprosti pri presnovi hrane, avtomobilski motor v gibanje okoli 20 % in termoelektrarna v električno energijo približno 30 % sproščene energije goriva.

Če zelo natančno spremljamo gibanje vlakca, opazimo, da vlakec počasi izgublja energijo in se postopoma ustavi. Del kinetične energije vlakca se med vožnjo zaradi trenja in upora spremeni v notranjo energijo vlakca, tirov in zraka. Ker je ta energija s stališča gibanja vlakca izgubljena, pravimo, da gre za izgube.

WpA = WpD + WkD 1 MJ = WkD =

1 4 3 4

Rešimo skupaj

Poglejmo, kolikšna je kinetična energija vlakca v točki B, če na poti do tja zaradi upora in trenja izgubi 5 % začetne energije? celotna energija:

1 MJ

izgube:

5 % od 1 MJ = 0,05 MJ

preostala energija:

1 MJ – 0,05 MJ = 0,95 MJ

Ponovi

1. Kdaj govorimo o energijskih izgubah? 2. Zakaj moraš poganjati kolo tudi po ravnem, čeprav ni nobene spremembe ne v tvoji hitrosti ne v nadmorski višini? 3. Na svetovnem spletu poišči in izpiši informacije o izkoristku različnih naprav.

Odgovori

Žogico za tenis z maso 100 g spustimo z vrha 1 m visokega klanca. Kako visoko se vzpne v drug klanec, če med kotaljenjem izgubi 20 % začetne energije?

Parni stroj in čoveško telo pretvarjata notranjo energijo premoga oziroma hrane v druge oblike energije. Pri tem pa izkoristita le majhen del celotne notranje enegije, ki se sprosti pri gorenju oziroma presnovi.

MJ + WkD MJ

Pri pretvorbi energije se del energije ne pretvori v želeno obliko, temveč v druge oblike energije. Običajno je to notranja energija, ki jo je težko pretvoriti v druge oblike energije. To imenujemo izgube. Izkoristek pretvornika energije nam pove, kolikšen del začetne energije lahko pretvori v človeku koristno energijo.

Koliko energije se izgubi? Ugotovi koliko energije se izgubi pri odskakovanju žogice. Podrobnejša navodila so v DZ na strani 60.

Zakaj so na progi vlakca smrti klanci vse nižji in nižji?

?

Povzetek

Kakšen je izkoristek?

Sedaj je pa res že čas, da se zapeljemo z vlakcem smrti, enem najbolj zabavnih pretvornikov energije. V resnici je njegovo delovanje zelo preprosto. Na začetku posebno dvigalo vlakec dvigne na vrh prvega klanca. Za tem pa sledi divja vožnja, za katero poskrbi sila teže. Med vožnjo se energija vlakca ves čas spreminja iz potencialne v kinetično in nazaj.

Do kolikšne višine bi se lahko s to energijo vzpel vlakec, če je točka A 60 m nad tlemi? začetna višina:

60 m

končna višina

95 % od 60 m = 57 m

ec Zaradi izgub se vlak dvigniti smr ti ne more več Žal ne bo e. višin tne zače do zanko ;) nič z vožnjo skozi

Wp = 1MJ Wk = 0

Wp = 0 Wk = 1MJ

Wp

1 2

MJ

Wk =

1 2

MJ

Wk Wp

Wk izgube

Wp =

izgube

Wp =

1 4

MJ

Wk =

3 4

MJ

Wk Wp izgube

Izgube so že prevelike in preostale energije premalo, da bi se lahko vlakec še vzpel do vrha naslednjega klanca in nadaljeval vožnjo.

82

83

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Z več zornih kotov smo spoznali smo zakon o ohranitvi energije, ki pravi, da se energija se ohranja v od okolice izoliranem sistemu, znotraj sistem pa lahko prehaja iz telesa na telo z delom in toploto ali spreminja svoje oblike. Pri teh procesih sodelujejo pretvorniki.

Uvodna motivacija Košarkarsko ali teniško žogico spustimo z določene višine, ki smo jo predhodno izmerili in poskušamo ugotoviti, do katere višine se bo žoga odbila. Lahko si namesto tega ogledamo posnetek naprave Blue Tornado iz zabaviščnih parkov ali skok z elastično vrvjo, ki jih najdemo na www.youtube.com.

Pogovor o poskusih ali posnetku. Spomnimo se primerov spreminjanja energije iz kinetične v potencialno in obratno. V obeh primerih je izhodišče za pogovor dejstvo, da je sčasoma energija telesa manjša. Kaj se torej dogaja z energijo pri vsakdanjih pojavih? Ugotovimo, da se pri pretvorbah energije del energije »izgubi«. Učencem pojasnimo, da se energija v resnici ne izgubi, temveč preide v tako obliko (ponavadi notranjo), ki jo obravnavamo kot nekoristno, saj je ne znamo učinkovito pretvoriti v druge oblike. To energijo imenujemo izgube. Poudarimo, da v realnem življenju nobena pretvorba energije ne poteka brez izgub. Zaradi tega vsako gibanje prej ali slej zamre.

68

Računanje izkoristka. Učence pozovemo, da sami poskusijo opredeliti, v kolikšni meri je določena pretvorba energije učinkovita. V pogovoru jih usmerjamo k pojmu izkoristek, ki je razmerje med »koristno« pretvorjeno in začetno energijo. Povemo, da se izkoristek izraža v odstotkih in ne more preseči 100 %. Ogledamo si izkoristke različnih pretvornikov, kot so npr. kolo, bencinski motor, elektromotor, in podobno. Omenimo, da fiziki in ostali inženirji delajo na tem, da bi znali povrniti izgubljeno notranjo energijo, kot to na primer počne sistem KERS (Kinetic Energy Recovery System). Več o njem lahko učenci izvedo v delovnem zvezku ali na svetovnem spletu.


Diferenciacija Diferenciacijo lahko izvajamo predvsem na globini razumevanja univerzalnosti zakona o ohranitvi energije in zmožnosti analiziranja različnih pojavov z energijskega stališča.

Višja raven: Učenci vedo in razumejo, da pri pretvorbah energije prihaja do izgub. Rešujejo zahtevnejše fizikalne probleme, predlagajo, kako bi oni zmanjšali izgube, samostojno izvajajo eksperimente in jih iterpretirajo.

Nižja raven: Učenci vedo, da pri pretvorbah energije pride do izgub in da to pomeni, da se del začetne energije pretvori v nam nekoristno energijo, ponavadi notranjo. Vedo, kaj je izkoristek in ga znajo izračunati v preprostih primerih.

del. zvezek str. 66−67 3.5b Izgube energije gj da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, izgubam ohranja • vedel, da se celotna energija kljub v želeno obliko • se zavedal, da se vsa energija ne pretvori ka energije pretvorni izgube in • znal izračunati izkoristek • znal navesti vzroke za energijske izgube

4. Nobena žoga ne odskoči do prvotne višine, temveč so njeni odskoki čedalje nižji, dokler se ne ustavi. Nariši stolpični diagram višine odskokov košarkarske žoge, ki pri vsakem odboju izgubi četrtino vse energije. cm 160

1. Praktično pri vseh oblikah gibanja na Zemlji opazimo, da telesa postopno izgubljajo kinetično energijo. Sestavi izjavo, ki bo pojasnila »izgube« pri gibanju in hkrati ne bo v nasprotju z zakonom o ohranitvi energije. ... se uniči, kar pomeni, da se je skupna energija v vesolja zmanjšala.

Kinetična energija, ki jo telo izgublja, ...

... se v celoti pretvori v druge oblike oziroma prenese na druga telesa. ... se ne pretvori in ne prenese nikamor, temveč preprosto izgine.

140 120 100 80 60 40

2. Za pretvorbo energije v obliko, ki jo potrebujemo, uporabljamo različne naprave. Pretvorba nikoli ni popolna. V preglednici so navedeni različni pretvorniki. Dopolni manjkajoče podatke v preglednici.

pretvornik

vrsta goriva

poraba energije na s

dizelski motor (avto)

100 kJ

parni stroj (lokomotiva)

50 MJ

koristna energija na s

0 izgube

izkoristek (%)

75 kJ

začetna višina

višina po 1. odboju

višina po 2. odboju

višina po 3. odboju

višina po 4. odboju

5. Za to, da telesa pri gibanju na Zemlji postopno izgubljajo kinetično energijo, obstaja kar nekaj razlogov. Navedi glavni razlog izgub kinetične energije za naštete pojave.

5 MJ

človek (pri težkem delu)

20

90 J

10 %

3. Avtomobilski motor pretvori le eno petino vse energije, ki se sprosti iz bencina, v gibanje avtomobila. Najprej nariši energijski diagram, ki prikazuje pretvorbe energije v motorju, nato odgovori na vprašanja.

odskakovanje žogice

vožnja s kolesom

drsenje hokejskega ploščka

gibanje ladje

Kolikšen je izkoristek motorja in koliko odstotkov porabljene energije obsegajo izgube?

Katera žogica ima manjše izgube?

Naloga: izmeri, izgube energije pri odboju od tal za žogico za tenis in namizni tenis Postopek merjenja: 1. Na podboj nalepi 1m dolg merilni trak. 2. Z višine 1 m spusti najprej eno, nato še drugo žogico in oceni, do kakšne višine se odbijeta. 3. Korak 2 ponovi še dvakrat in na koncu izračunaj povprečno višino odskoka.

V kakšno obliko energije se pretvori »nekoristna« energija in kam preide?

Meritve:

1. meritev

2. meritev

3. meritev

povprečje

žogica za tenis Koliko denarja gre »v nič« v življenjski dobi avtomobila, v kateri porabi 15.000 litrov goriva po ceni 1€ za liter?

žogica za nam. tenis Izračun: izgube =

h pred - h po

h pred žogica za tenis:

Zakaj lahko računamo kar z višino? žogica za namizni tenis:

Ali se je energija res izgubila? Iz meritve sklepaj, katera žogica je prožnejša?

66

67

Utrjevanje & nadgradnja Utrjevanju so namenjene naloge v učbeniku in v delovnem zvezku. Dobro bi bilo, da se ponavljanju in utrjevanju nameni še ena ura, ki jo izpeljemo bodisi s pomočjo delovnih listov ali v eksperimentalni obliki, kjer učenci sami merijo in ugotavljajo energijske spremembe.

Zaključek Energijske izgube so velik problem za našo civilizacijo, saj pomenijo večjo porabo energentov. Le 20 % energije, ki si sprosti pri izgorevanju bencina se uporabi za gibanje vozil ipd.

Kritično mišljenje Učenci raziščejo, kaj se zgodi z »izgubljeno« energijo. Pri tem jih lahko usmerjamo z vprašanji: • Kaj se pri energijskih pretvorbah dogaja z notranjo energijo? • Kolikšen delež energentov gre v nič? • Kako bi se dalo ta problem omiliti?

Drugi viri • posnetki na spletni strani www.youtube.com

Medpredmetno TIT: izkoristek različnih strojev ZGO: perpetuum mobile v preteklosti ZGO: razmerja, odstotni račun

Aktivno branje Ne da bi prej prebrali besedilo, poskušajo iz slike na straneh 82 in 83 v učbeniku razložiti, o čem govori to poglavje. Zapišejo svoje trditve in jih preverijo ob razlagi ali ob branju besedila v učbeniku.

69

Zapomnili si bomo Pri pretvorbi energije se del energije ne pretvori v želeno obliko (običajno se pretvori v Wn). Izkoristek pretvornika energije pove, kolikšen del začetne energije lahko pretvori v človeku koristno energijo.


Utrjevanje in preverjanje

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da a poglavja tneg celo ino vseb • pridobili pregled nad in koncepte icije defin e, pojm ne ključ ili utrd • ponovili in • poglobili svoje znanje vanja konceptualnih in kvantitativnih * razvijali strategije reše problemov a ključnih elementov * razvijali veščino definiranj sinteze neke celote * razvijali veščino zapisa

4 šolske ure učbenik str. 84−85 Povzetek in ponovitev

Spremembe in delo

• Delo (A) je povezano s spremembami. Sila opravlja delo, kadar pri delovanju na telo le-to tudi premika. Delo izračunamo tako, da silo v smeri gibanja pomnožimo s premikom. Enota za delo je joule. • Sila, ki je pravokotna na gibanje, ne opravlja dela. • Moč (P) pove, kako hitro sila opravlja delo. Izračunamo jo tako, da delo delimo s časom, v katerem je bilo to opravljeno. Enota za moč je watt, ki jo lahko zapišemo tudi kot sJ ali N·m s . P=

A=F·s

A t

Preprosta orodja

Energija

• Orodja olajšajo opravljanje dela tako, da zmanjšajo silo na račun podaljšanja premika. Količina opravljenega dela se pri uporabi orodij ne spremeni. • Gladek klanec zmanjša vlečno silo. Čim bolj je klanec položen, tem manjša je vlečna sila in tem večji premik. • Vzvod je podprta palica. Čim bliže bremenu je podprta, tem manjša sila je potrebna za dvig bremena. • S škripci spremenimo smer sile – premični škripec pa za razliko od pritrjenega škripca silo tudi prepolovi. Škripčevje je sestavljeno iz več škripcev.

Wp = Fg · h

Izberi pravilni odgovor. 1. Od česa je odvisno delo? a) od sile in časa delovanja sile b) od mase in premika telesa c) od teže in premika telesa č) od sile in premika prijemališča sile 2. Zaboj vlečemo z enako veliko silo, kot kaže slika. V katerem primeru je delo največje? a) A b) B c) C č) v vseh treh primerih je enako A B C

3. Kako lahko z drugimi enotami zapišemo enoto joule? a) N·m

b)

m N

č)

b)

N m N m2

4. Katera količina pove, kako hitro je delo opravljeno? a) čas b) sila c) moč č) premik telesa 84

5. Na kakšen način orodja olajšajo delo? a) zmanjšajo delo b) zmanjšajo premik c) zmanjšajo silo č) zmanjšajo premik in silo 6. Kateri energijski vir ni povezan z energijo sonca? a) vroči vrelci b) veter c) rečna energija č) goriva 7. Zaradi katere oblike energije uporabljamo goriva? a) potencialne b) prožnostne c) notranje č) kinetične 8. V katerih enotah merimo energijo in v katerih delo? a) energijo merimo v joulih, delo pa v wattih b) energijo in delo merimo v joulih c) energijo in delo merimo v wattih č) energijo merimo v wattih, delo pa v joulih

9. V kateri točki bo imel vlak smrti največjo hitrost? A C

Povzetek poglavja lahko zapišemo na v obliki miselnega vzorca ali strukturiranega zapisa, kot je v učbeniku. Lahko nastane tabelski zapis in ustrezni zapis v zvezku, ali plakati, ki jih lahko pozneje obesimo na stene učilnice in služijo učencem kot »plonk listki« ali kartončke, ki jih zlagajo v svojo »fizikalno kartoteko«.

Pretvorbe energije

• Celotna energija se ne spremeni, če telo ali sistem teles z okolico ne izmenjuje dela (ali toplote). • Pri pretvorbah energije se običajno del energije ne pretvori v želeno obliko. To so izgube.

Odgovori in odgovore pojasni.

7. Kaj se dogaja s kinetično energijo hokejskega ploščka, ki drsi po ledu?

1. Gal in Jan sta na zidarski oder naložila enako število opek, le da je Jan z delom končal hitreje. Kateri izmed njiju je pri tem opravil več dela?

8. V katerih primerih se vsakdanje pojmovanje dela razlikuje od fizikalne definicije dela?

3. Katere vire energije najpogosteje srečaš v svoji okolici? Katere od teh si danes tudi sam uporabljal?

11. Kateri stroj najbolj učinkovito pretvarja energijo? a) Stroj, ki pri pretvorbi 500 J energije ustvari 200 J izgub. b) Stroj s 50 % izkoristkom. c) Stroj, ki 500 J pretvori v 200 J koristne energije. č) Stroj, ki odda 250 J in pri tem ustvari 250 J izgub.

• Telesu se z delom (in s toploto) energija spremeni. Telo energijo pridobiva in izgublja z delom. Energija telesa se zmanjšuje, če telo opravlja delo, in povečuje, če telo prejema delo. Energija telesa se spremeni za natanko toliko, kolikor dela prejme ali odda. • Celotna energija se ohranja pri vseh pojavih v vesolju in le prehaja s telesa na telo ali se spreminja iz oblike v obliko.

6Wp = Fg · 6h

2. V kateri legi ima atlet pri skoku v daljavo najmanjšo in v kateri največjo potencialno energijo?

10. Gasilec se mora spustiti iz prvega nadstropja v pritličje. V katerem primeru je sprememba potencialne energije največja? a) če gre po stopnicah b) če se spusti po drogu c) če se spusti po lestvi č) v vseh treh primerih je sprememba enaka

9. Opiši različne energijske pretvorbe, ki se dogajajo pri vožnji z avtomobilom. 10. Zakaj se žogica za tenis od tal ne more odbiti z večjo hitrostjo, kot je udarila ob tla?

4. Zakaj so energija in energijski viri tako pomembni za človeka?

11. Ljudje so se stoletja trudili narediti »perpetuum mobile« – stroj, ki bi oddajal več energije, kot je porabi. Zakaj ga nikomur ni uspelo izdelati?

5. Ali zakon o ohranitvi energije pomeni, da se celotna energija telesa ne more spremeniti?

12. Prazno gugalnico potegneš proti sebi in spustiš. Ali te lahko zadene, če ostaneš pri miru na istem mestu?

6. Ali sta svetloba in zvok tudi obliki energije?

13. Zakaj je energija fizikalna količina, ki jo pogosto uporabljajo tudi v biologiji, kemiji, ekonomiji ipd.?

Reši z računanjem. 1. S kolikšno močjo se po stopnicah vzpenja tekač z maso 70 kg, če se v dveh minutah vzpne v v 13. nadstropje (40 m visoko)? 2. Pri nalaganju na ladjo so mornarji dvigovali težko skrinjo s premičnim škripcem. Breme so dvignili za 2 m in pri tem opravili 300 J dela. a) Koliko vrvi so morali povleči mornarji, da so dvignili skrinjo na 2 m? b) S kolikšno silo so vlekli vrv? 3. Avtomobilski motor iz vsakega litra za gibanje izkoristi 10 MJ energije. Koliko litrov porabi avto v dveh urah, če motor deluje z močjo 40 kW? 4. Delavec mora spraviti 100 kg težko omaro na 1,5 m visok tovornjak. Pri tem ob tovornjak prisloni 4 m dolgo gladko desko. S kolikšno silo mora potiskati omaro po klancu?

85

Preverjanje znanja

Utrjevanje znanja

Povzemanje Cilj dejavnosti je, da učenci sami izluščijo ključne pojme, definicije in koncepte. Lahko to naredijo individualno, vsak sam, lahko jih organiziramo v skupine po dva ali tri, lahko pa sami vodimo dejavnost in usmerjamo učence z vprašanji in pogovorom.

Č

B

Delo in energija

• Energija (W) je sposobnost za opravljanje dela in jo merimo v joulih. Glavni viri energije na Zemlji so: Sonce, goriva, hrana, premikajoča se voda in zrak ... Obstajajo različne oblike energije. • Kinetična energija (Wk) je povezana z gibanjem. Odvisna je od mase telesa in hitrosti, s katero se giblje telo. • Potencialna energija (Wp) je odvisna od višine, na kateri je telo, in njegove teže. • Prožnostna energija (Wpr) povezana s spremembo oblike prožnega telesa, medtem ko je notranja energija (Wn) povezana s temperaturo in zgradbo snovi.

Temu so namenjena vprašanja in naloge v učbeniku na straneh 84 –85 ter delovnem zvezkuna straneh 68 – 71. Naloge lahko rešujemo skupaj, individualno ali v parih. Učence spodbudimo, da samostojno, individualno ali v parih ugotovijo, koliko predvidenih ciljev so že dosegli z aktivnostjo Koliko res znam na straneh 70–71 v delovnem zvezku.

Tudi pri preverjanju znanja si lahko pomagamo z aktivnostjo Koliko že znam, na podlagi katere pripravimo različna vprašanja. Pri pripravi vprašanj si lahko pomagamo z vprašanji za ponovitev in utrjevanje v učbeniku in delovnem zvezku. Znanje lahko na drugačen način preverimo tudi z aktivnostjo Uporabi svoje znanje v delovnem zvezku na straneh 68–69.

Oblikovanje in vrednotenje zamisli

Uporabi znanje!

Koliko res znaš?

Izdelajte čim natančnejšo skico vaše proge smrti in ocenite razburljivost in varnost posameznega dela.

smiselno najprej preveriti, Kadar potrebujemo nove zamisli, je Velikokrat pravimo, da do katerih zamisli so ljudje že prišli. imamo v mislih, da ne ni »treba odkrivati Amerike« – pri tem in izkušnje nam lahko odkrivajmo že odkritega. Tuje zamisli lastnih zamisli. pomagajo tudi pri razvoju in preverjanju

SKICA

Naloga

ijjsk sko bo od do do stteem

Izdelati morate progo vlaka smrti, ki bo glavna atrakcija novega zabaviščnega parka. Proga mora biti čim bolj razburljiva, hkrati pa mora izpolnjevati vse varnostne zahteve. Občinstvo bo izbralo najboljšo progo!

vira vi rapro pr o--

Pogoji:

kššn na maallu m u biile b ile l . ššttva va neerrggiijjo o graa-gr zon oni oni rallaa ra ER RS . P.

– čas za pripravo načrta in preizkuse je do prihodnje ure fizike, čas izdelave je 45 minut – proga mora imeti vsaj eno dolino, vrh, zavoj in zanko – kroglica vzdolž proge v nobenem trenutku ne sme zgubiti stika s podlago – na voljo je 3 m upogljive prozorne plastične cevi in frnikole

na prvem mestu! Varnost je kljub vsemu pri čim bolj vrtoglava, vendar moramo

Vožnja z vlakom smrti naj bi bila še lahko prenese. Pri obremenitvah tem upoštevati tudi sile, ki jih človek težo in jih zapisujemo kot večkratnike telesa sile navadno primerjamo s ob sedež, najlažje prenesemo, teže. Sile, ki nas v »dolinah« pritisnejo (šestkratnik teže), sile, ki nas na tako da lahko dosežejo skoraj 6 G ki smejo preseči 2 G. Stranske sile, »vrhovih« vlečejo iz sedeža, pa ne 1,5 G. Zelo pomembno je tudi, nas vlečejo iz zavoja, naj ne bi presegle da se sile na telo ne spremenijo hipoma.

1. odsek:

2. odsek:

3. odsek:

razburljivost:

razburljivost:

razburljivost:

razburljivost:

varnost:

varnost:

varnost:

4. odsek:

varnost:

skupna ocena:

skupna ocena:

skupna ocena:

skupna ocena:

smiselno najprej preveriti, Kadar potrebujemo nove zamisli, je Velikokrat pravimo, da do katerih zamisli so ljudje že prišli. imamo v mislih, da ne ni »treba odkrivati Amerike« – pri tem in izkušnje nam lahko odkrivajmo že odkritega. Tuje zamisli lastnih zamisli. pomagajo tudi pri razvoju in preverjanju

Tudi formula 1 postaja EKO

V te tekm kmo ovvval aalllni nii seezzon n oni 200099/1 20 9/1 /10 bo bod do o mor oraalla la vvssa m vsa mo oššttvvaa fo ošt orrm mu ullee 1 zaače četi ti upo porraab bllja jattii siisste stteem KE K ER RSS (Ki Kine neti neti tic E En n ner eerrgy gy Reeco R cove very ry Sys ystteeem) m), kkii m) pri za pr zavviiira ranju ranj ra nju sh nj shra ranj anj njuj ju ujje je en neerrgi gijo jo in jjo o nato aatto pr pri Mošt Mo štvvoo Hon onde de je bbiilo ilo že pr predd uve vedb dbo KE KERRSS po po osp spešev sp eeššeevvan vaan nju u spr proš oščaa. eekkol koollooššško ko »ob ko »ob obaarrvano vannoo««.. va Tako Ta o so po postal staalli st li b bo oli oli lid dii form fo rmu ulle 1 neka nekkaakkššn ne naa hiib brriid dn na tteest stna naa voz n ozil ilaa,, katterih eerrih h raazvo zv ojj bo za zaggo zago oto to ovo vo kma vo malu allu u prriine in neese sel seri serriijs se ijjsskko o vgr grad adnj njo jo ssiissttteee-ma v osseebn ma bne avto avto av tomo mobile billee. bi

k j zamisli IIskanje V različnih virih poiščite čim več načrtov in fotografij različnih prog vlakov smrti. Zapišite in narišite osnovne značilnosti posameznih delov prog in poskušajte ugotoviti, kako pomembne so. DOLINE

VRHOVI

KERS?

Kaj že znam?

Vlaki to počnejjo žee leta!

Končna analiza

Znam izračunati opravljeno delo. Vem, kaj je moč in kako se izračuna. Znam pojasniti, kako delujejo preprosta orodja.

Podzemna železnica v New Delhiju prihrani do šestino energije.

Vem, kaj je energija. Vem, da je za opravljanje dela potrebna energija.

1. Natančno preberi zgornja odlomka iz avtomobilistične revije in nariši energijska diagrama pri zaviranju in pospeševanju vozila brez sistema KERS in z njim. Oba diagrama ustrezno pojasni s svojimi besedami. Pri tem si pomagaj z vsem, kar veš o energiji. BREZ SISTEMA KERS

Ko je delo opravljeno in naloga uspešno končana, je čas za pogovor o tem, kako ste opravili nalogo. Pogovorite se predvsem o tem, kaj bi svetovali kakšni drugi skupini, ki se šele loteva podobnega projekta. Zapišite vsaj tri priporočila (pozitivne izkušnje in spoznanja) in tri opozorila (negativne izkušnje in spoznanja). PRIPOROČILA

Razlikujem med »vsakdanjim« in »fizikalnim« delom.

KERS ni takšna revolucionarna novost, kot se zdi na prvi poodobni električni vlaki namrečč že lep čas uporabljajo zagled. So e o energijo. Je pa res, da to ni imelo vorne sisteme, ki shranjujej bilsko industrijo. velikega vpliva na avtomob

Postopek izdelave Preden začnete izdelovati progo določite, v kakšnem zaporedju bo potekala gradnja. Za vsako fazo predvidite, koliko časa bo trajala. Pri tem upoštevajte začetne razmere. Določite, kdo je vodja gradbišča in kdo je zadolžen za katero opravilo. Med gradnjo se čim bolj držite postopka!

ZAVOJI

3. Iz celotnega poglavja o energiji izpiši ključne besede in zamisli ter poveži v miselni vzorec ali grafični prikaz po lastni izbiri. Če si se odločil za miselni vzorec, ga lahko izdelaš tudi z računalnikom – na spletnem naslovu www.edrawsoft.com/freemind.php lahko dobiš preprost brezplačen program za izdelavo miselnih vzorcev.

Kako deluje

MEHANSKI SISTEM. Ko vozilo zavira, kinetične energije se del odvečne disk, ki se izjemno prenese na vztrajnik. To je kovinski hitro vrti in s energijo. Za tem »hrani« kinetično takšen sistem so se na 2009/10 odločili pri moštvu Wiliams začetku sezone BMW. ELEKTRIČNI SISTEM. Pri zaviranju odvečne energije vozila se del pretvori v električno se zbere v visokozmoglj energijo, ki ivih baterijah. sezone 2009/10 Na začetku so Ferrariju in McLarnu.takšen sistem uporabljali pri

Wk

Wk

Wk

Wk

Vem, da je energija v različnih oblikah. Vem, kdaj ima telo določeno obliko energije.

S SISTEMOM KERS

Wk

Znam našteti energijske vire, ki jih uporablja človek.

Wk

Znam izračunati potencialno energijo telesa. Vem, da se energija spreminja z delom.

OPOZORILA

Vem, da se energija prenaša z delom in toploto.

ZANKE zaviranje

pospeševanje

zaviranje

pospeševanje

2. Na kratko pojasni, kakšne bodo po tvojem dolgoročne posledice uporabe sistema KERS v formuli 1 za dobrobit človeštva?

Vem, da lahko energija spreminja iz ene oblike v drugo. Vem, da energija ne izginja in ne nastaja iz nič. Znam uporabiti zakon o ohranitivi energije. Vem, da pri prenosu energije prihaja do izgub. Znam pojasniti, zakaj prihaja do izgub.

71 70

Vem, kaj je prenosnik energije in kaj je njegov izkoristek. 68

70

69


Lahko zaključimo tretje poglavje?

V kolikšni meri učenci dosegajo vsebinske cilje? Razlikujejo »vsakdanje« in »fi zikalno« delo. Znajo izračunati opravljeno delo. Vedo, kaj je moč in kako se izračuna. Znajo pojasniti, kako delujejo preprosta orodja. Vedo, kaj je energija. Vedo, da je za opravljanje dela potrebna energija. Znajo našteti energijske vire, ki jih uporablja človek. Vedo, da je energija v različnih oblikah. Vedo, kdaj ima telo določeno obliko energije. Znajo izračunati potencialno energijo telesa. Vedo, da se energija spreminja z delom. Vedo, da se energija prenaša z delom in toploto. Vedo, da lahko energija spreminja iz ene oblike v drugo. Vedo, da energija ne izginja in ne nastaja iz nič. Znajo uporabiti zakon o ohranitivi energije. Vedo, da pri prenosu energije prihaja do izgub. Znajo pojasniti, zakaj prihaja do izgub. Vedo, kaj je prenosnik energije in kaj je njegov izkoristek.

V kolikšni meri učenci dosegajo procesne cilje? Zanjo aktivno brati. Znajo kritično misliti. Znajo brati in izdelati preglednico podatkov. Znajo brati in izdelati graf. Znajo načrtovati in izvesti preprost poskus. Znajo meriti količine in interpretirati rezultate. Znajo grafično prikazati bistvo fizikalnih pojavov. 71

precej pod nekoliko pod v skladu s nekoliko nad precej nad pričakovanji pričakovanji pričakovanji pričakovanji pričakovanji


4.1 Zgradba snovi

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da i snov jene • vedeli iz česa so zgra fizika • vedeli, katere lastnosti snovi preučuje nikov, njihovem obnašanju grad osti • imeli približno predstavo o velik in osnovnih lastnostih drugačne svetove * bili pripravljeni videti tudi biologije, kemije in fizike iz je znan ti zova pove i * znal eksperimentalnega ravnanja * spoznali novo metodo

1 šolska ura učbenik str. 88−89 4.1 Zgradba snovi

Zvezde, sonce, meglice, voda, dim, oblaki, živali, rastline in nenazadnje mi sami – vse je snov. Nekatere snovi, kot zrak, voda in hrana, so za nas življenjskega pomena, medtem ko nam kamen, les, železo, papir služijo za lažje preživetje. Nekoč so verjeli, da je prav vsa snov v naravi sestavljena iz štirih elementov: zemlje, zraka, vode in ognja. Danes vemo, da je snov sestavljena iz velikega števila mikroskopsko majhnih gradnikov.

povečavo, Če si snovi ogledamo pod dovolj veliko svet. se pred nami razgrne povsem nov, neznan prostim očesom PRED BRANJEM: oglej si fotografije s lupo z MED BRANJEM: prouči fotografije ? Zakaj? PO BRANJU: je svet z lupo videti drugačen Ključne besede: • osnovni gradniki snovi • atomi • molekule • neurejeno gibanje

Iz česa je snov?

Atome si predstavljamo kot majhne kroglice, molekule pa kot skupino kroglic.

Zamisel, da so snovi sestavljene iz enakih osnovnih elementov, izvira že iz stare Grčije. Konec 17. stoletja so znanstveniki ugotovili, da je snov zgrajena iz velikega števila zelo majhnih, med seboj popolnoma enakih osnovnih gradnikov. To so lahko atomi, ioni ali pa molekule, ki so sestavljene iz atomov. V naravi obstaja približno sto različnih vrst atomov, medtem ko je molekul skoraj brez števila. Že en sam atom razlike v zgradbi molekule je lahko usoden. Če molekuli vode dodamo še en atom kisika, se voda spremeni v peroksid, ki ga uporabljamo za beljenje las. Če pa bi ga spili, bi bil za nas smrtno nevaren, saj je strupen.

Se gradniki gibljejo?

Povzetek

Snov je zgrajena iz mikroskopsko majhnih, med seboj enakih osnovnih gradnikov. To so lahko atomi, ioni ali iz njih sestavljene molekule. Gradniki se v snovi neprestano gibljejo – njihovo gibanje je neurejeno. Večina atomov je večnih, molekule in snovi pa niso.

Tudi če je snov pri miru, se gradniki v njej ves čas gibljejo. Živahnost gibanja gradnikov je odvisna od temperature snovi. V zraku se že pri običajnih temperaturah molekule dušika in kisika gibljejo s hitrostmi preko 1500 km h . Pri tem nenehno trkajo med seboj in v bližnje predmete. Zaradi tega je njihovo gibanje povsem neurejeno. Tudi v vodi se molekule ves čas gibljejo. Pri tem pa molekule niso povsem proste in le počasi lezejo ena mimo druge. To se lepo vidi pri mešanju črnila z vodo. Podobno se gibljejo ljudje v gneči. Tudi gradniki v trdni snovi se ves čas gibljejo. Pri tem pa ne zapustijo svojega mesta, temveč le nihajo okoli njega. To si lahko predstavljamo kot gledalca v operi, ki se ves čas preseda na svojem sedežu, zapustiti pa ga med predstavo ne sme. ?

Ponovi 1. 2. 3. 4.

Kakšna je razlika med atomi in molekulami? Približno kako veliki so gradniki? Kakšno je gibanje gradnikov? So gradniki snovi oziroma snov večni?

Razmisli

Kakšna je razlika med živo in neživo naravo?

Zakaj gibanja gradnikov ne vidimo s prostim očesom? Molekule različnih snovi se ves čas gibljejo in se zato počasi pomešajo med seboj.

Z mikroskopom ne moremo opazovati gibanja molekul, ker so premajhne. Lahko pa opazujemo gibanje delcev dima, ki se premikajo zaradi molekul.

voda (H2O)

peroksid (H2O2)

Navadna morska sol je sestavljena iz atomov klora (Cl) in natrija (Na).

Kakšen je »rok trajanja« snovi?

Kako veliki so gradniki?

Molekule vode na teh straneh so približno 100 milijonkrat povečane.

88

S prostim očesom zgradbe snovi ne vidimo. Tudi z običajnim mikroskopom ne. V resnici so gradniki snovi tako majhni, da jih je v eni sami kapljici rose več kot 1021 (10.000.000.000.000.000.000.000). To je približno toliko, kot je kapljic v vseh jezerih in rekah skupaj. Atomi so manjši od milijardinke metra, molekule pa so lahko tudi tisočkrat večje. Kljub temu bi eno molekulo debela »nitka« iz molekul, ki se nahajajo v eni kapljici vode, segala od zemlje do sonca in še dlje. ?

Približno koliko molekul je v kozarcu vode?

Uvodna motivacija Kljub temu, da so učenci verjetno že mikroskopirali, se splača to še enkrat narediti ali pa si vsaj ogledati močno povečane slike žive in nežive narave. Odpre se nam nov svet – mikro svet. Prikažemo lahko običajno sliko opazovane snovi, povečano z optičnim mikroskopom in nazadnje z elektronskim mikroskopom.

?

Tvoje telo ni isto kot včeraj, saj je medtem vanj prišlo in iz njega odšlo veliko novih atomov in molekul. Že z enim samim vdihom ali drobtinico kruha vstopi v telo kakšnih 1021 molekul.

Od kod molekule in atomi, potrebni za rast dojenčka?

• atom (angl. atom) – najmanjši delec snovi, ki ga kemijsko ni mogoče razstaviti (npr. vodik, kisik ...) • molekula (angl. molecule) – najmanjši delec snovi, ki ohranja kemijske lastnosti snovi (npr. voda, ozon ...) • ion (angl. ion) – električno nabit atom ali skupina atomov

89

Obravnava nove snovi

Napovednik Poglavje o energiji smo zaključili z obljubo, da bomo razjasnili pojem »notranja energija«. Še pred tem pa moramo proučiti zgradbo snovi in dogajanje v snovi v povezavi z energijskimi spremembami.

Atomi se s časom večinoma ne spreminjajo. Živa bitja ves čas reciklirajo ene in iste atome, ki so nastali kmalu po velikem poku ali pa nekoliko kasneje v sredicah zvezd. Vmes so jih uporabljali dinozavri, pred kratkim pa rastline in živali, iz katerih je narejena hrana, ki jo jemo. Pravzaprav je celotna Zemlja z vsemi snovmi nastala iz nekakšne vesoljske reciklaže. Za razliko od atomov imajo molekule zelo različne življenjske dobe. Večino molekul, ki jih ustvarijo živa bitja, druga živa bitja razgradijo. Molekule lahko ustvarimo ali razgradimo s kemijskimi procesi, atome pa le z jedrskimi.

Osnovni gradniki snovi. Poudarimo dejstvo, da je vse kar nas obdaja iz snovi in da je vsa snov sestavljena iz velikega števila zelo majhnih gradnikov. Različnih vrst molekul je skoraj brez števila, pri tem pa le okoli sto različnih vrst atomov, iz katerih so zgrajene molekule. Med osnovne gradnike sodijo tudi ioni (ionski kristali!). Ugotovimo, da se na tem področju fizika, kemija in biologija močno prepletajo. Povemo, kaj v povezavi s snovjo proučuje fizika ter, da so fizikalne lastnosti snovi posledica njene zgradbe. Velikost gradnikov. Izvedemo lahko demonstracijski poskus z stresanjem kapljice olja na vodno površino, a še pred tem prikažimo stresanje kroglic (lešnikov,

72

fižola, frnikul). Računanje velikosti molekul je zoprno, ne najbolj prepričljivo in kot tako namenjeno boljšim učencem. Gibanje molekul. Zanimiva iztočnica je trkanje milijard molekul zraka v nos. Zakaj tega ne občutimo? Gibanje gradnikov lahko pokažemo z naslednjimi poskusi: • Če imamo celico, lahko pokažemo Brovnowovo gibanje delcev, sicer si pomagamo s skico in modelom. • Opazujejo lahko difuzijo sirupa z vodo, delcev soli z vodo. V prazno čašo nalijemo hladno/toplo vodo, na dno previdno dolijemo sirup z lijem. Meja počasi izgine zaradi gibanja molekul. • Podoben poskus lahko naredimo z vrečko čaja, ki jo potopimo v vodo.


Diferenciacija Višja raven: Lahko izpustimo ponavljanje osnov iz kemije in/ali podrobneje obdelamo velikost gradnikov (povezava z matematiko). »Filozofsko« navdahnjeni učenci se lahko pozabavajo z »recikliranjem« atomov v svojem telesu.

Temo je mogoče uvesti kot ponovitev znanja iz kemije. Ne spuščajmo se v podrobnosti, saj je tema na večih mestih zelo zapletena, prav tako so lahko učenci izvedeli mnogo že pri kemiji.

Nižja raven: • Ponovimo znanje iz kemije, dodamo neurejenost gibanja atomov. • Učenci lahko naredijo pršilec atomov (angleško atomizer) iz slamice, ki jo zarežemo na tretjini.

del. zvezek str. 72−73 4.1 Zgradba da bi: snovi Naloge na tej strani so namenjene temu,

4. Snovi lahko pri segrevanju ali ohlajanju prehajajo iz enega agregatnega stanja v drugo. Opiši, kateri fazni prehod je prikazan na spodnjih slikah in kakšno temperaturo ima pri tem snov.

• vedel, iz česa so snovi fizika • vedel, katere lastnosti snovi proučuje snovi • imel predstavo o velikosti gradnikov h stanjih • poznal lastnosti snovi v različnih agregatni

1. Z lastnostmi snovmi se ukvarjajo tako fizika kot tudi kemija in biologija, vendar vsako od njih zanima drug vidik snovi. Naštete lastnosti snovi glede na to, katera znanost se ukvarja z njimi, obkroži z različnimi barvami. sposobnost razmnoževanja toplotna prevodnost

prožnost strupenost

topnost hlapnost

stisljivost trdnost

odzivnost reaktivnost

čistost hrapavost

2. Snovi so sestavljene iz atomov, ionov ali molekul in so lahko v elementarni obliki ali v obliki spojine ali zmesi. V preglednici zapisanim snovem določi eno od zgoraj naštetih oblik in vrsto gradnikov, ki jo sestavljajo. snov

zrak

čista voda

oblika

zmes

spojina

ogljikov dioksid

zlato

surova nafta

5. Gradniki snovi so izjemno majhni, tako da jih je že v zelo majhni količini snovi zelo veliko. S pomočjo primerov v učbeniku poskušaj pravilno oceniti velikost gradnikov in njihovo maso. a) Če bi atome nanizali v vrsto, bi jih za 1 mm potrebovali nekaj milijonov. Kolikšna je približno velikost atoma?

živo srebro

1 pm

element

1 nm

1 µm

1 mm

vrednost zapiši brez decimalne predpone

gradniki

3. Agregatna stanja se razlikujejo po razporeditvi gradnikov, njihovem gibanju in medsebojni povezanosti. Za vsa tri agregatna stanja vode nariši, kako so v snovi razporejene molekule (riši jih kot majhne kroglice).

b) Molekula vode ima maso okoli 3. 10-26 kg. Približno koliko molekul vode je v litru vode? 105

1015

1020

1025

vrednost zapiši brez desetiških eksponentov Atomi silicija, več milijonkrat povečani.

6. Atomi vodika so stari skoraj toliko kot vesolje, toda tudi drugi atomi so zelo stari in so bili že večkrat uporabljeni. Uporabi domišljijo in na kratko opiši »prejšnja življenja« atoma ogljika, ki si ga danes s hrano vnesel v telo.

72

Utrjevanje & nadgradnja V delovnem zvezku so naloge, ki jih lahko uporabimo za utrjevanje in nadgradnjo snovi. Zelo pomembna je zadnja naloga, ki zahteva povezovanje znanja fizike, kemije in biologije. Izkoristimo lahko tudi priljubljenost vsebine in učence spodbudimo k uporabi drugih virov − enciklopedije, TV oddaje in spletne vsebine.

Zaključek Vsi vidni objekti v vesolju (in verjetno tudi večina nevidnih), so iz snovi, ki jo sestavljajo atomi. Poznamo tudi antisnov, ki pa se od snovi razlikuje le po električnem naboju (več o tem drugo leto).

73

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju z naslednjimi vprašanji: • Ali je starogrška teorija, da je vsa snov sestavljena iz štirih elementov – vode, zemlje, ognja in zraka, res tako zmotna, še posebej, če jo presojamo skozi časovno prizmo? • Iz česa smo sestavljeni?

Aktivno branje Če nimamo mikroskopa, s katerim bi si ogledali tisk, lahko improviziramo z lupo, ali pa jo celo naredimo sami s kapljico vode na celofanu.

73

Drugi viri • Laue, M.: Kratka zgodovina fizike.DMFA, Ljubljana 1982 • www.motionmountain.net/motionmountain.pdf

Medpredmetno KEM: zgradba snovi BIO: živa – neživa narava ZGO: znanost Starih Grkov MAT: desetiške potence

Zapomnili si bomo Snov sestavljajo mikroskopsko majhni, med seboj enaki gradniki – atomi, ioni in molekule. V snovi se gradniki neprestano gibljejo. V drobcu snovi (npr. zrnu soli) jih je na milijarde milijard.


4.1 Zgradba snovi

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da čnih agregatnih stanjih razli v ja naha o lahk snov se da eli, • ved gatnih stanjih agre čnih • poznali lastnosti snovi v razli v različnih agregatnih stanjih ejo giblj i snov niki • vedeli, kako se grad a agregatnega stanja v drugo • vedeli, da snov lahko prehaja iz eneg a ravnanja lneg enta eksperim * spoznali novo metodo in priročnikih lah tabe v atke pod * znali poiskati potrebne

1 šolska ura učbenik str. 90−91 4.1 Zgradba g snovi

Voda je lahko v trdnem stanju (led), kapljevinskem (tekoča voda) in plinastem (vodna para) stanju.

o različne stvari Ljudje med seboj pogosto primerjam in pri tem iščemo podobnosti in razlike. dve stvari podobni PRED BRANJEM: razmisli, kdaj sta si agregatnih stanj različnih lastnosti MED BRANJEM: izpisuj med stanji PO BRANJU: poišči podobnosti in razlike

dovaja nj e e

Kaj sta led in para?

Če trdnino dovolj dolgo segrevamo, se spremeni v kapljevino. Ta pojav imenujemo taljenje, temperaturo, pri kateri se to zgodi, pa tališče. Pri tej temperaturi poteka tudi obraten proces – strjevanje, pri čemer kapljevina, ki jo ohlajamo, postopoma preide v trdnino. Podobno se dogaja tudi s kapljevino, če jo dovolj dolgo segrevamo. Ko dosežemo njeno vrelišče, se postopoma pretovori v plin. Ta proces imenujemo izparevanje. Tudi obraten proces – utekočinjanje, ko plin zaradi ohlajanja preide v kapljevino, se zgodi pri isti temperaturi. Nekatere snovi organskega izvora (npr. maslo) se pri segrevanju brez pravega faznega prehoda stalijo ali pa se še pred tem razgradijo.

taljenje

izparevanje

zrak –220°C voda 0°C železo 1550°

zrak –200°C voda 100°C železo 2850°

strjevanje

kapljevina

utekočinjanje

plin

90

Uvodna motivacija Učenci že iz nižjih razredov poznajo agregatna stanja. Najlažje opazujemo vodo, ki je na Zemlji v naravi v vseh treh oblikah. Zanimiv je demonstracijski poskus s segrevanjem epruvete, v katero smo nalili vodo in vanjo potopili obtežene koščke ledu. Epruveto držimo postrani ter jo segrevamo na sredini. Zaradi slabe toplotne prevodnosti vode je voda v določenem trenutku v vseh treh agregatnih stanjih.

plin

Kapljevine

Kapljevine se lahko pretakajo in razlivajo. Pri tem tvorijo kapljice. Uporabne so za prenos toplote in različnih snovi (npr. kri v našem telesu). Gradniki v kapljevinah: • so precej blizu skupaj • so neurejeno razvrščeni • se lahko gibljejo (tudi drug mimo drugega) • so šibko povezani s trenutnimi sosedi Fizikalne lastnosti kapljevin: • prevzamejo obliko (zapolnijo spodnji del posode) • imajo površino, ki ni trdna • so skoraj nestistljive • imajo približno enako gostoto kot trdnine

99% snovi v vesolju je v posebnem agregatnem stanju, ki ga imenujemo plazma. V plazmi atomi zaradi visokih energij razpadejo na elektrone in ione. Na Zemlji nastane plazma v neonskih žarnicah in ob udarih strel.

Povzetek

Plini

Plini se lahko pretakajo in se razširijo po vsem prostoru. Uporabni so kot »mehko« polnilo (npr. zračnice) in toplotna izolacija. Gradniki v plinih pri normalnih pogojih: • so precej narazen (10-krat bolj kot v kapljevinah) • se prosto in neurejeno gibljejo (več 100 km h ) • niso povezani med seboj Fizikalne lastnosti plinov: • prevzamejo obliko (zapolnijo celotno posodo) • nimajo površja • so precej stisljivi (nimajo stalne gostote) • imajo veliko manjšo gostoto kot kapljevine

Snovi se lahko med seboj močno razlikujejo, tudi kadar so sestavljene iz enakih gradnikov. Skoraj vse snovi so lahko v enem od treh agregatnih stanj: trdnem, kapljevinskem ali plinskem stanju. Iz enega stanja v drugo prehajajo s segrevanjem ali z ohlajanjem, kar imenujemo fazni prehodi.

Ponovi

1. Za nekaj vsakdanjih snovi opiši, v kakšnem agregatnem stanju jih najdemo v naravi. 2. V čem so si podobne trdnine in kapljevine? 3. V čem se plini razlikujejo od kapljevin? Kaj imajo skupnega? 4. Ali voda iz sveže opranega perila izpari ali izhlapi?

Razmisli

Zakaj je pri napovedovanju vremena pomembno, ali bo temperatura nad ali pod ničlo?

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Prav vse stvari – zvezek, letalo, računalnik, človeško telo, zrak ... – je sestavljeno iz atomov. Atomi so zelo majhni in številni – že v majhni kapljici vode jih je približno 1020 in več.

in

er a tu r e

Lahko paro zamrznemo?

g ij e

je t e m p

Zanimivo je, da se med seboj lahko močno razlikujejo tudi snovi, ki so zgrajene iz povsem enakih osnovnih gradnikov. Tako diamant kot grafit sta sestavljena iz ogljikovih atomov, vendar bi težko prepričali zlatarja, da zamenja diamante za navadne svinčnike. Razlikujejo se tudi led, tekoča voda in vodna para, pa čeprav so vsi sestavljeni iz molekule vode (H2O). Led je trden in lahko po njem hodimo, v vodo lahko skočimo in v njej plavamo, vodna para pa nam iz lonca zbeži, še preden to opazimo. Skoraj vsaka snov je lahko v treh različnih stanjih, ki jim pravimo agregatna stanja. Odvisno od temperature in drugih zunanjih pogojev lahko snov zavzame trdno stanje, kapljevinsko stanje ali plinasto stanje.

n er

Trdnine imajo stalno obliko in trdno površino. Zaradi tega so posebej uporabne za različne konstrukcije (tudi za naše okostje). Gradniki v trdninah: • so zelo blizu skupaj • so bolj ali manj urejeno razvrščeni • se ne morejo prosto gibati (nihajo na mestu) • so močno povezani s sosednjimi gradniki Fizikalne lastnosti trdnin: • ohranjajo stalno obliko • imajo trdno površino • so skoraj nestisljive • imajo veliko gostoto

č an

Luže in vlažne snovi se počasi posušijo – voda izgine iz njih. V resnici se voda podobno kot pri izparevanju spremeni v paro, le da se vse skupaj dogaja pri temperaturah, nižjih od vrelišča vode. Pojav imenujemo izhlapevanje. Brez izhlapevanja ne bi bilo kroženja vode in življenja na kopnem.

Trdnine

raš

Ob dežju nastanejo luže, po katerih otroci tako radi čofotajo. Če je dovolj toplo, luže zelo hitro izginejo in zabave je konec. Kadar so temperature pod lediščem, bo luža zamrznila. Če je led dovolj debel in velik, bo spet zabava!

Zakaj izginejo luže?

trdnina

kapljevina

trdnina

na

Ključne besede: • agregatna stanja • trdnina • kapljevina • plin • taljenje • izparevanje • fizikalne lastnosti snovi

Fazni prehodi. Najprej je dobro enkrat za vselej razjasniti razliko med kapljevinami in tekočinami. V nadaljevanju si lahko ogledamo temperaturne točke (prikaz vrelišča je učiteljeva domena, učenci naj zaradi varnosti ne bi uporabljali vode s temperaturo višjo od 45°C). Pripravimo podatke za fazne prehode različnih snovi (zrak, železo, svinec ...), učenci naj se naučijo uporabljati preglednice. Opomnimo na številne snovi brez opaznega faznega prehoda oziroma na snovi, kjer pride do kemijskih sprememb. Opozorimo tudi na razliko izparevanje – izhlapevanje (pri nižji temperaturi od vrelišča, imajo nekateri gradniki dovolj kinetične energije, da ubežijo iz snovi).

74

Gibanje gradnikov. Pri modelih molekul v trdni snovi (analogija: učenci sedijo v klopeh), kapljevini (učenci se gibljejo v gneči, npr. na hodnikih med odmorom) in plinu (učenci, ki po pouku prosto tekajo po dvorišču) lahko pridejo na svoj račun učenci kinestetičnega tipa. Ta aktivnost je zelo dobrodošla, paziti moramo le na to, da bomo znali razred po njej spet umiriti. Lastnosti snovi. Čeprav iz enakih gradnikov, so lahko snovi zelo različne (omenimo primer diamanta/grafita/fulerenov – ki se med seboj razlikujejo le zaradi kemijskih vezi), prav tako pa se lastnosti snovi opazno spremenijo po prehodih, vse zaradi drugačnega obnašanja gradnikov.


Diferenciacija Višja raven: Lahko opišemo (morda tudi v grobem pojasnimo) anomalijo vode in pomen tega pojava za življenje. Pojasnimo lahko širjenje vonjav in jih povežemo z lastnostmi plinov.

Tema močno povezuje kemijo in fiziko. Uporabimo znanje iz kemije, če je možno naredimo medpredmetno povezavo. Učenci že imajo precej znanja in izkušenj v povezavi s temperaturo, zato bodimo pripravljeni na različna vprašanja.

Nižja raven: • Ponovimo znanje iz kemije, • Izrabimo možnosti praktičnega določanja fizikalnih lastnosti glede na razpoložljive materiale. • Zakaj polno zračnico na kolesu pri visoki temperaturi lahko raznese?

del. zvezek str. 72−73 4.1 Zgradba da bi: snovi Naloge na tej strani so namenjene temu,

4. Snovi lahko pri segrevanju ali ohlajanju prehajajo iz enega agregatnega stanja v drugo. Opiši, kateri fazni prehod je prikazan na spodnjih slikah in kakšno temperaturo ima pri tem snov.

• vedel, iz česa so snovi fizika • vedel, katere lastnosti snovi proučuje snovi • imel predstavo o velikosti gradnikov h stanjih • poznal lastnosti snovi v različnih agregatni

1. Z lastnostmi snovmi se ukvarjajo tako fizika kot tudi kemija in biologija, vendar vsako od njih zanima drug vidik snovi. Naštete lastnosti snovi glede na to, katera znanost se ukvarja z njimi, obkroži z različnimi barvami. sposobnost razmnoževanja toplotna prevodnost

prožnost strupenost

topnost hlapnost

stisljivost trdnost

odzivnost reaktivnost

čistost hrapavost

2. Snovi so sestavljene iz atomov, ionov ali molekul in so lahko v elementarni obliki ali v obliki spojine ali zmesi. V preglednici zapisanim snovem določi eno od zgoraj naštetih oblik in vrsto gradnikov, ki jo sestavljajo. snov

zrak

čista voda

oblika

zmes

spojina

ogljikov dioksid

zlato

surova nafta

5. Gradniki snovi so izjemno majhni, tako da jih je že v zelo majhni količini snovi zelo veliko. S pomočjo primerov v učbeniku poskušaj pravilno oceniti velikost gradnikov in njihovo maso. a) Če bi atome nanizali v vrsto, bi jih za 1 mm potrebovali nekaj milijonov. Kolikšna je približno velikost atoma?

živo srebro

1 pm

element

1 nm

1 µm

1 mm

vrednost zapiši brez decimalne predpone

gradniki

3. Agregatna stanja se razlikujejo po razporeditvi gradnikov, njihovem gibanju in medsebojni povezanosti. Za vsa tri agregatna stanja vode nariši, kako so v snovi razporejene molekule (riši jih kot majhne kroglice).

b) Molekula vode ima maso okoli 3. 10-26 kg. Približno koliko molekul vode je v litru vode? 105

1015

1020

1025

vrednost zapiši brez desetiških eksponentov Atomi silicija, več milijonkrat povečani.

6. Atomi vodika so stari skoraj toliko kot vesolje, toda tudi drugi atomi so zelo stari in so bili že večkrat uporabljeni. Uporabi domišljijo in na kratko opiši »prejšnja življenja« atoma ogljika, ki si ga danes s hrano vnesel v telo.

72

Utrjevanje & nadgradnja V delovnem zvezku so naloge, ki jih lahko uporabimo za utrjevanje in nadgradnjo snovi. Zelo pomembna je zadnja naloga, ki zahteva povezovanje znanja fizike, kemije in biologije. Izkoristimo lahko tudi priljubljenost vsebine in učence spodbudimo k uporabi drugih virov − enciklopedije, TV oddaje in spletne vsebine.

Zaključek Poleg naloge v delovnem zvezku lahko damo za nalogo risanje stripa. Če si predstavljamo gradnike kot majhne kroglice, lahko učenci narišejo strip v treh sličicah: kaj se dogaja z gospo Molekulo v treh agregatnih stanjih.

73

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju z naslednjimi vprašanji: • Zakaj je za življenje ključno, da led plava in ne potone? • Na kakšen način je dejstvo, da je voda pri običajnih temperaturah v ozračju v tekočem stanju, vplivalo na nastanekl in razvoj življenja?

Drugi viri • Laue, M.: Kratka zgodovina fizike.DMFA, Ljubljana 1982 • wwww.kvarkadabra.si

Medpredmetno KEM: agregatna stanja BIO: razvoj življenja TIT: materiali

Aktivno branje Če nimamo mikroskopa, s katerim bi si ogledali tisk, lahko improviziramo z lupo, ali pa jo celo naredimo sami s kapljico vode na celofanu.

75

Zapomnili si bomo Snov lahko zavzame trdno, kapljevinasto in plinasto agregatno stanje. Do spremembe agregatnega stanja pride pri segrevanju in ohlajanju. Gradniki v snovi se neprestano neurejeno gibljejo.


4.2 Temperatura

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da ra eratu • vedeli, kaj je temp ice in osnovno enoto za • poznali različne temperaturne lestv temperaturo re snovi v določenih stanjih • približno vedeli, kakšne so temperatu temperaturo • znali povezati gibanje gradnikov in priprav lnih abi meri * spoznali potrebo po upor

1 šolska ura učbenik str. 92−93 4.2 Temperatura p

Povzetek

em življenju pogosto Temperatura je pojem, ki ga v vsakdanj določeno. uporabljamo, v fiziki pa je natančno pojem temperatura pomeni tebi kaj razmisli, : PRED BRANJEM opredeljuje temperaturo MED BRANJEM: ugotovi, kako fizika Kaj ugotoviš? PO BRANJU: primerjaj obe »definiciji«. Ključne besede: • termometer • temperaturna lestvica • kelvin • stopinje Celzija • absolutna ničla

Normalna telesna temperatura človeka se giblje med 36 in 37 stopinjami Celzija, pri psih pa znaša okoli 40 stopinj Celzija. Že nekaj stopinj višja ali nižja telesna temperatura je lahko za človeka zelo nevarna, medtem ko se telesna temperatura kač brez težav giblje med 15 in 37 stopinjami Celzija.

0 °C

100 °C

Ponovi

1. S čim je povezana temperatura snovi? 2. Temperatura čez dan naraste za 10 °C. Koliko je to, merjeno v kelvinih?

Razmisli počasne molekule – nizka temperatura

Poleti je pri nas as sorazmerno no toplo – temperature so temu primerno no e. visoke.

30 °C C

Pozimi je pri nas relativno hladno – temperature so temu primerno nizke.

100 °C C

0 °C

373 K

273 K

Vsi vemo, da je poleti bolj toplo kot pozimi. Kaj pa današnji dan v primerjavi z včerajšnjim? Tudi s tem običajno nimamo težav. Naš občutek za toplo in hladno pa nas včasih pusti na cedilu. O tem se najlažje prepričaš s kozarcem tople, hladne in mlačne vode (naredi preprost poskus v DZ). Kadar bi radi natančno vedeli, kako toplo je neko telo, uporabimo termometer. Termometer meri temperaturo, ki jo krajše označimo kar s T. Temperatura je sicer povezana z občutkom za toplo in hladno, vendar je določena veliko bolj natančno.

Na prikazani temperaturni lestvici določi približno lego temperatur tekočega dušika, vode v bazenu, vključenega radiatorja, iskric pri varjenju, žarilne nitke v žarnici. Pomagaj si z drugimi viri!

Ker se gradniki snovi pri višji temperaturi snovi hitreje gibljejo, lahko rečemo, da temperatura meri živahnost gibanja gradnikov v snovi. Razlike med vodo s temperaturo 20 °C in 50 °C navzven ne opazimo, razkrije jo šele termometer. Temperatura je torej povezana z dogajanjem v snovi in pove, kakšno je notranje stanje snovi. Če snov segrevamo, se gradniki gibljejo vse živahneje in termometer izmeri vedno višjo temperaturo. Če snov shladimo, se gradniki gibljejo manj živahno kot prej in temperatura pade. !

žareče oglje 0K ~ 800 °C | ~ 110

Uvodna motivacija Za začetek predlagamo eksperiment, s katerim pokažemo, da so občutki za toploto varljivi. S tem utemeljimo potrebo po uporabi oziroma iznajdbi merilnih priprav. Pojasnimo, da je toplo in hladno sicer večinoma v povezavi s pojmom višja in nižja temperatura, ne pa vedno.

~ 1 ni v 0 4 eč p °C li | ~ nov 10 4 K

površje Sonca 0K ~ 5500 °C | ~ 580

93

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... V trdninah so gradniki snovi trdno povezani med seboj in zelo blizu skupaj. Za razliko od trdnin, lahko kapljevine in plini tečejo. V plinih saj so gradniki daleč vsak k sebi, tako da se prosto gibljejo.

0K

in ljev 00 K kap 43 eč | ~ ni v °C 0 00 ~4

tališče železa ~ 1500 °C | ~ 180

vrelišče vode 100 °C | 373 K tališče vode 0 °C | 273 K

sredica Sonca ~ 107 °C | ~ 107 K

Sončeva krona ~ 106 °C | ~ 106 K

Katera lestvica je prava?

Pri nas je v veljavi Celzijeva temperaturna lestvica, zato v vsakdanjem življenju temperature izražamo v stopinjah Celzija (°C). Lestvica je določena tako, da je tališče vode pri 0 °C, vrelišču vode pa ustreza 100 °C. V fiziki se uporablja Kelvinova temperaturna lestvica, ki ima izhodišče pri –273 °C. To je namreč najnižja možna temperatura v vesolju, ki ji pravimo absolutna ničla. Preračunavanje med obema lestvicama je preprosto – prištejemo oziroma odštejemo 273.

d sredica modrih zvez 8 ~ 108 °C | ~ 10 K

Temperatura (T ) meri živahnost gibanja gradnikov. Merimo jo v stopinjah Celzija (°C) ali kelvinih (K).

trdnin ni več | ~ 2100 K 0 °C ~ 180

92

Oceni temperaturo

Kaj v resnici meri termometer?

Lord Kelvin

absolutna ničla –273 °C | 0 K

1. Kaj je narobe z zapisom –300 °C? 2. Zakaj na prikazani lestvici temperatur pri višjih temperaturah ni razlike med stopinjami Celzija in kelvini?

hitre molekule – visoka temperatura

Kdaj je res vroče?

Je toplo res toplo? Preveri, ali je tvoj čut za toplo in hladno res nezmotljiv. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 76.

–10 °C

Temperatura meri živahnost gibanja gradnikov v snovi. Naš občutek za hladno in toplo je povezan s temperaturo, za natančno merjenje temperature pa uporabljamo termometre. Temperaturo v vsakdanjem življenju izražamo v stopinjah Celzija (°C), v fiziki pa v kelvinih (K). Najnižja temperatura je –273 °C.

Temperaturne lestvice. Razlike med telesom z višjo in nižjo temperaturo so poznali že od zdavnaj. Toda odnos je hladnejši – je toplejši je bil za znanstvenike premalo. Vse lestvice (Celzijeva, Fahrenheitova, Reamurjeva, Rankinova …) so samovoljne. Izrabimo to priložnost, da tudi širše pojasnimo, da lahko naravne pojave opišemo na različne, med seboj enakovredne, načine (podobno ko imamo različne izraze v različnih jezikih za isto stvar), kar pa na sam pojav nima nobega vpliva. Celzijeva lestvica temelji na obnašanju vode. V ZDA uporabljajo Fahrenheitovo lestvico. (100°F ustreza 38°C, 0° C pa 32°F). Izzovemo učence, da si izmislijo svojo temperaturno lestvico, jo pojasnijo in argumentirajo.

76

Stopinje celzija in Kelvini. Poudarimo, da so spremembe ali razlike v temperaturi v Kelvinovi ali Celzijevi lestvici enake, edina razlika je izbira izhodišča. Kaj v resnici meri termometer? Temperatura meri živahnost gradnikov v snovi. Kelvinova lestvica se začne pri absolutni ničli, pri kateri je gibljivost molekul minimalna. Temu se, če je le mogoče, izognimo, saj se lahko zapletemo z ničelno prostornino in prenehanjem gibanja (Bose-Enisteinova kondenzacija!). Če še nismo pokazali poskusa z difuzije že pri obravnavi zgradbe snovi, je sedaj primeren trenutek za to. Primerjamo hitrost difuzije (molekul) v vodi z višjo in nižjo temperaturo.


Diferenciacija Zadostuje, če učenci poznajo Kelvinovo in Celzijevo lestvico in vedo, da imata enako velike enote. Ne škodi, če vedo, da obstajajo tudi druge lestvice. Ne pretiravajmo z s pretvarjanjem iz stopinj celzija v kelvine in obratno, ker to ni bistveno.

Višja raven: Učencem lahko dodatno pojasnimo, da imajo nekatere zgodovinske dobe (bronasta in železna) imena uspehih doseganja visokih temperatur. Opišemo lahko doseganje ekstremno nizkih temperature z vodikom in helijem.

Nižja raven: • merjenje spreminjanja temperature s časom: kozarec s kocko ledu (ali voda segreta na 45° C) • iščejo temperature v kuharskih receptih (lahko tudi angleških)

del. zvezek str. 74−75 4.2 Temperatura p

3. Vse snovi se s spreminjanjem temperature raztezajo oziroma krčijo. Pojasni opisane primere. Kaj bi se zgodilo z železobetonskim viaduktom, če bi se železo bolj raztezalo kot beton?

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, • vedel, kaj je temperatura uporabljamo • vedel, katere temperaturne lestvice uro temperat in gradnikov • znal povezati gibanje nju raztezajo • vedel, da se snovi ob segrevanju/ohlaja

Zakaj mora violinist ob prihodu v koncertno dvorano znova uglasiti glasbilo?

1. S temperaturo opisujemo stanje snovi, zdravstveno stanje, razmere v ozračju ali v bivalnih prostorih ipd. Navedene primere poveži z ustreznimi temperaturami. -20 oC

20 oC

notranjost vključene pečice

180 oC

39 oC

36 oC

sobna temperatura

zrak v poletni vročini

Zakaj v starih lesenih hišah »straši« – škripa, poklja ipd?

pod lediščem

povišana telesna temperatura

4. Železna palica z dvojno dolžino se dvakrat bolj raztegne, ko jo segrejemo za enako temperaturo, kot krajša palica. Dopolni preglednico in izračunaj skupno podaljšanje tirov na železniški progi od Kopra do Hodoša (400 km).

Je toplo res toplo?

Naloga: preveri, ali je tvoj čut za toplo in hladno zanesljiv. Potrebščine: tri skodelice ali kozarci Potek merjenja: odo. 1. V prvo skodelico natoči hladno vodo, v drugo toplo vodo in v tretjo mlačno vodo. 2. Kazalec ene roke za nekaj časa pomoči v toplo vodo, kazalec druge roke pa v hladno vodo. 3. Oba kazalca hkrati pomoči v mlačno vodo. Ugotovitve:

telo

sprememba temperature

sprememba dolžine

1 m dolga železna palica

1 oC

0,012 mm

50 m dolg železniški tir

1 oC

400 km dolga železniška proga med Koprom in Hodošem

1 oC z -10 oC na +30 oC

5. Barva zvezd je odvisna od njihove površinske temperature – Sonce je rumena zvezda s površinsko temperaturo približno 5800 K. S pomočjo drugih virov določi površinske temperature drugih zvezd. Betelgeza

Arktur

2. Za merjenje temperature obstaja več lestvic. Pri nas je v rabi Celzijeva, v fiziki pa Kelvinova lestvica. Navedene izjave ustrezno označi kot pravilne ali nepravilne. izjava

pravilna

Celzijeva lestvica ima izhodišče (0 oC) pri absolutni ničli. Celzijeva in Kelvinova lestvica imata enako veliko enoto. Kelvinova lestvica nima negativnih vrednosti. Kelvinova lestvica ima izhodišče (0 K) pri tališču vode. Sobni temperaturi 20 oC ustreza vrednost 293 K.

Sonce

Prokijon

Altair

5800 K

V ZDA merijo temperature v fahrenheitih. Preračunavanje v oC je zamudno, a če nas zanimajo le vremenske razmere, zadostuje, da vemo: 0 F - zelo mrzlo, 25 F - mrzlo, 50 F - hladno, 75 - toplo in 100 F vroče.

Temperature, merjene v oC, so za 273 večje kot v Kelvinih.

Utrjevanju snovi sta namenjeni 1.in 2. naloga v delovnem zvezku, nadgradnji pa poskus v delovnem zvezku. Za utrjevanje snovi se lahko pogovorimo o telesnih temperaturah živali (sesalci okoli 37°C, ribe od 12° do 18°C, kače 15° - 37° C. Naravni antifriz omogoča ribi ledenki življenje s temperaturo 4°C.

Zaključek Pogovorimo se o razponu temperatur. Sredica Sonca ima npr. 14.000.000 °C (zakaj tega ne pišemo kot 14.000.273K?). Zakaj s 14 000 000 °C ni problema, nemogoče pa je doseči -300°C?

Spika

nepravilna

Kako se raztezajo tekočine?

Naloga: izdelaj preprost termometer in ga uporabi za merjenje neznanih temperatur. Potrebščine: steklenica (ne plastenka) z, voda in topno barvilo, prozorna slamica, plastelin, list papirja Potek izdelave: 1. V steklenico natoči hladno vodo, ki si ji dodal barvilo. V vodo potopi slamico. S plastelinom okoli slamice dobro zatesni grlo. V slamico lahno pihni, da se voda dvigne po slamici. V kos papirja naredi dve zarezi in papir natakni na slamico. 2. Ko se višina stolpca umiri, označi sobno temperaturo. S takim termometrom lahko zdaj približno meriš temperaturo tople vode, temperaturo v hladilniku, lahko meriš zunanjo temperaturo ...

74

Utrjevanje & nadgradnja

Rigel

75

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju s premislekom o »toplokrvnih« in »mrzlokrvnih« živalih: • Zakaj nekatere živali ohranjanjo visoko telesno temperaturo, čeprav je to energijsko veliko bolj potratno? • Zakaj beseda »mrzlokrven« ni ustrezna?

Aktivno branje Če nimamo mikroskopa, s katerim bi si ogledali tisk, lahko improviziramo z lupo, ali pa preprosto povečevalno »steklo« naredimo sami s kapljico vode na celofanu. Poudarimo, da svet ni zgolj tak in vedno tak, kot ga vidijo naše oči.

77

Drugi viri • Beznec, B. et al: Poskusi s plastenkami, priročnik za učitelje fizike. ZRSŠ, 1998 • Ferbar, J., Sušelj, M.: Poskusi iz toplote. DZS, Ljubljana, 1982

Medpredmetno BIO: ektotermne in endotermne živali ZGO: odkritja in zgodovinska obdobja MAT: pretvorba med različnimi sestavi

Zapomnili si bomo Temperatura meri živahnost gibanja gradnikov v snovi. Za natančno merjenje temperature uporabljamo termometre. Temperaturo v vsakdanjem življenju izražamo v stopinjah celzija, v fiziki pa običajno v kelvinih.


4.2 Temperatura

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da nju raztezajo hlaja ju/o evan segr ob • vedeli, da se snovi m temperature enje merj z ine torn pros bo mem • povezali spre o zakona ohranitvi mase) z • znali povezati gibanje gradnikov (in raztezanjem snovi memb številne posledice temperaturnih spre • spoznali, da obstajajo amo pozn če le, o snim poja tere pojave * spoznali, da lahko neka zgradbo snovi

1 šolska ura učbenik str. 94−95 4.2 Temperatura p počasi ter Da bi besedilo razumel, moraš brati slike! biti pri tem aktiven in zbran. Glej tudi bral PRED BRANJEM: ugotovi, o čem boš vprašanja na j odgovarja sproti : MED BRANJEM vsebino PO BRANJU: na kratko ponovi Ključne besede: • temperaturno raztezanje • bimetalni trak

Žice daljnovodov se pozimi zaradi nizkih temperatur skrčijo in bi se lahko strgale, če ne bi bile napeljane dovolj ohlapno.

Turist: »Oprostite, kako visok je Eifflov stolp?« Vodič: »Poleti ali pozimi?« Turist: »Kakšno zvezo pa ima to z višino stolpa? A vi računate tudi sneg na vrhu stolpa?« Vodič: »Ne. V resnici je poleti višji kot pozimi.« Turist: »Kako pa je to mogoče?« Vodič: »Stolp je iz železa, ki se na vročini razteza.«

Raztezanje trdnin,

Trdnine se raztezajo v vse smeri. A ne prav dosti – 20-metrski železniški tir se pri povečanju temperature za 10 stopinj Celzija podaljša za vsega nekaj milimetrov. A gradbeniki in strojniki lahko kljub majhnemu raztezku zaidejo v velike težave. Če ni dovolj prostora za raztezanje, se bodo tiri ukrivili, turbina letalskega motorja drsala po ohišju, zidovi in stebri razpokali ...

kapljevin in Kako deluje termometer?

Temperatura je povezana z gibanjem molekul, ki se dogaja v snovi in ga ne vidimo. Kljub temu pa snov svojo temperaturo oziroma spremembo temperature izdaja na več načinov. Med njima sta raztezanje in krčenje. Skoraj vse snovi se z naraščanjem temperature raztezajo, pri nižanju temperature pa krčijo. Sedaj veš, zakaj je stolpec v alkoholnem termometru pri višji temperaturi daljši!

324 m ± 10 cm

Zakaj se snov razteza?

Gradniki se zaradi živahnejšega gibanja pri višji temperaturi nekoliko razmaknejo, kar navzven opazimo kot raztezek snovi. Čim bolj snov segrejemo, tem bolj se raztegne. Ko se temperatura zmanjša, se zmanjša tudi živahnost gibanja gradnikov, zmanjšajo se razdalje med njimi in snov se skrči.

Plini se za razliko od trdnin in kapljevin močno raztezajo. Če segrejemo zrak v toplozračnem balonu za 10 stopinj Celzija, bo iz njega ušlo kakšnih 10 m3 zraka, kar ustreza prostornini manjše kopalnice. Ker pa plini običajno zasedajo celoten prostor, se nimajo kam širiti. V takšnem primeru začnejo močno pritiskati na stene posode, zato obstaja nevarnost, da posodo s plinom pri segrevanju raznese.

Povzetek Snov se razteza v vse smeri. Različne snovi se različno močno raztezajo; za koliko se bo podaljšal predmet, je odvisno tudi od njegove dolžine. Palico z dvojno dolžino sestavlja dvojno število gradnikov, in ker vsak zasede pri višji temperaturi več prostora, je raztezek takšne palice dvojen. Palico z dvojno dolžino si lahko predstavljamo, kot da je sestavljena iz dveh pol krajših.

! 94

plinov

Kako se raztezajo kapljevine? Naredi preprost termometer, ki deluje na principu raztezanja kapljevine. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 77.

Palica se pri segrevanju podaljša, ker so gradniki pri živahnejšem gibanju bolj razmaknjeni.

100 m bakrene žice, ki se segreje za 10 stopinj Celzija, se podaljša za približno 2 centimetra.

Tudi kapljevine se raztezajo v vse smeri. Ker pa so običajno shranjene v posodah, ki jim omejujejo širjenje, se širijo predvsem navzgor. To opazimo po dvigu gladine. Širjenje kapljevin je kar težko opaziti, saj se gladina kokakole v pollitrski plastenki dvigne za nekaj milimetrov, če se segreje za 10 stopinj Celzija. Torej pri tem, da plastenke niso do vrha napolnjene s pijačo, ne gre za goljufijo!

2 × 1m

1m

Kolikšna je človekova telesna temperatura? Učenci naj si izmerijo temperaturo. Ob tem se vprašamo kako sploh deluje termometer? Še najbolje je, če uporabljamo klasični medicinski termometer z živim srebrom (pozor: učenci ga ne smejo uporabljati!) ali alkoholom.

Kovinski trak, zvarjen iz dveh različnih kovin (bimetal), se pri segrevanju krivi, ker se ena kovina bolj razteza kot druga. To lahko koristno uporabimo v stikalih, s katerimi nadziramo temperaturo.

Ponovi

1. Kako navzven opazimo povišanje temperature snovi? 2. Pojasni, zakaj se snovi zaradi segrevanja raztezajo. 3. Od česa je odvisen raztezek palice? 4. Naštej nekaj primerov raztezanja trdnin, kapljevin in plinov iz vsakdanjega življenja.

Razmisli

1. Morda poznaš še kak pojav pri katerem navzven opazimo spremembo temperature? 2. Zakaj je na razpršilih opozorilo, da jim ne smemo vreči v ogenj? 3. Ali se tudi posode, v katerih so kapljevine in plini, raztezajo?

Pri visoki temperaturi se trak ukrivi, stikalo se razklene in grelec neha greti.

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ...

Uvodna motivacija

Kako nadzorujemo temperaturo?

Pri nizki temperaturi trak ni ukrivljen in stikalo je sklenjeno.

Raztezek palice je odvisen od snovi, iz katere je narejena, od njene dolžine in temperaturne spremembe.

S temperaturo se srečujemo na vsakem koraku, še posebej v zvezi z vremenom. Za začetek naj zadostuje, da je temperatura to, kar nam pokaže termometer in nam pove, kako toplo ali hladno je telo glede na neko izbrano vrednost.

Skoraj vsa telesa se pri segrevanju raztezajo. Raztezajo se v vse smeri. Trdnine in kapljevine se raztezajo mnogo manj kot plini. Raztezanje snovi lahko povzroči različne tehnične težave, lahko pa ga tudi koristno uporabimo.

Termometri. Povemo zgodbo o Galileju, Torricelliju in drugih, ki so si prizadevali sestaviti termometer na osnovi raztezanja plinov ali kapljevin, tako kot počnemo še danes. TI termometri so bili zelo občutljivi na zunanje motnje (npr. zračni tlak). Prvi, ki pa mu je uspelo narediti zadovoljiv termometer, pa je bil Daniel Fahrenheit (okrog 1709) – po njem temperaturna lestvica, ki se uporablja v ZDA. Raztezanjen snovi. Poudarimo živahnost gibanja gradnikov, s kinestetičnimi učenci lahko prikažemo model (nekaj učencev ogradimo s klopmi in jih prosimo, da se začnejo bolj živahno gibati) – če se bolj premikajo, potrebujejo več prostora. Pri tem je pomembno tudi število gradnikov,

78

ki sestavlja opazovano telo. Skupaj lahko rešimo 4. nalogo v delovnem zvezku. Opozorimo jih na številne primere v vsakdanjem življenju (npr. daljnovodi, mostovi, tiri, kozarec za marmelado, strune na glasbilih). Raztezanje v različnih agegatnih stanjih. Izvedemo lahko številne poskuse (ali pokažemo posnetke): • sprememba dolžine trdnine (bimetalni trak) • sprememba prostornine trdnine (kroglica in obroč) • sprememba prostornine kapljevine (obarvana voda v steklenici s slamico) • sprememba prostornine plina (zrak v steklenici z balončkom)


Diferenciacija Tema je široka, saj obstaja več lastnosti snovi, s katerimi lahko določamo temperaturo. Lahko jih primerjamo in si pogledamo praktične prednosti uporabe temperaturnega raztezanja.

Višja raven: Učenci lahko raziščejo: • različne termometre, ki jih uporabljamo, ne samo kapljevinskih in plinskih; • v katerih napravah v gospodinjstvu se uporablja bimetal?

Nižja raven: Učenci naj doma naredijo nekaj preprostih poskusov z raztezanjem: • zaprejo kozarec za marmelado s segretim pokrovčkom; • ohlajen kozarec poskušajo odpreti; • segrejejo pokrovček in sedaj poskušajo odpreti kozarec.

del. zvezek str. 74−75 4.2 Temperatura p

3. Vse snovi se s spreminjanjem temperature raztezajo oziroma krčijo. Pojasni opisane primere. Kaj bi se zgodilo z železobetonskim viaduktom, če bi se železo bolj raztezalo kot beton?

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, • vedel, kaj je temperatura uporabljamo • vedel, katere temperaturne lestvice uro temperat in gradnikov • znal povezati gibanje nju raztezajo • vedel, da se snovi ob segrevanju/ohlaja

Zakaj mora violinist ob prihodu v koncertno dvorano znova uglasiti glasbilo?

1. S temperaturo opisujemo stanje snovi, zdravstveno stanje, razmere v ozračju ali v bivalnih prostorih ipd. Navedene primere poveži z ustreznimi temperaturami. -20 oC

20 oC

notranjost vključene pečice

180 oC

39 oC

36 oC

sobna temperatura

zrak v poletni vročini

Zakaj v starih lesenih hišah »straši« – škripa, poklja ipd?

pod lediščem

povišana telesna temperatura

4. Železna palica z dvojno dolžino se dvakrat bolj raztegne, ko jo segrejemo za enako temperaturo, kot krajša palica. Dopolni preglednico in izračunaj skupno podaljšanje tirov na železniški progi od Kopra do Hodoša (400 km).

Je toplo res toplo?

Naloga: preveri, ali je tvoj čut za toplo in hladno zanesljiv. Potrebščine: tri skodelice ali kozarci Potek merjenja: odo. 1. V prvo skodelico natoči hladno vodo, v drugo toplo vodo in v tretjo mlačno vodo. 2. Kazalec ene roke za nekaj časa pomoči v toplo vodo, kazalec druge roke pa v hladno vodo. 3. Oba kazalca hkrati pomoči v mlačno vodo. Ugotovitve:

telo

sprememba temperature

sprememba dolžine

1 m dolga železna palica

1 oC

0,012 mm

50 m dolg železniški tir

1 oC

400 km dolga železniška proga med Koprom in Hodošem

1 oC z -10 oC na +30 oC

5. Barva zvezd je odvisna od njihove površinske temperature – Sonce je rumena zvezda s površinsko temperaturo približno 5800 K. S pomočjo drugih virov določi površinske temperature drugih zvezd. Betelgeza

Arktur

2. Za merjenje temperature obstaja več lestvic. Pri nas je v rabi Celzijeva, v fiziki pa Kelvinova lestvica. Navedene izjave ustrezno označi kot pravilne ali nepravilne. izjava

pravilna

Celzijeva lestvica ima izhodišče (0 oC) pri absolutni ničli. Celzijeva in Kelvinova lestvica imata enako veliko enoto. Kelvinova lestvica nima negativnih vrednosti. Kelvinova lestvica ima izhodišče (0 K) pri tališču vode. Sobni temperaturi 20 oC ustreza vrednost 293 K.

Sonce

Prokijon

Altair

5800 K

V ZDA merijo temperature v fahrenheitih. Preračunavanje v oC je zamudno, a če nas zanimajo le vremenske razmere, zadostuje, da vemo: 0 F - zelo mrzlo, 25 F - mrzlo, 50 F - hladno, 75 - toplo in 100 F vroče.

Temperature, merjene v oC, so za 273 večje kot v Kelvinih.

V delovnem zvezku so naloge (predvsem 3. in 4. naloga), ki jih lahko uporabimo za utrjevanje in nadgradnjo snovi. Zelo pomembna je zadnja naloga, ki zahteva povezovanje znanja o toplotnih in svetlobnih pojavih. Učenci naj za nadgradnjo naredijo poskus v delovnem zvezku.

Zaključek Če začnemo z uvodom o telesni temperaturi, lahko navržemo še nekaj temperaturnih zanimivosti, npr. najvišja temperatura, ki jo je človek preživel je bila 127 °C. Leta 1775 znanstvenik Charles Blagden s prijatelji tako temperaturo preživel 45 minut. Kako je to mogoče?

Spika

nepravilna

Kako se raztezajo tekočine?

Naloga: izdelaj preprost termometer in ga uporabi za merjenje neznanih temperatur. Potrebščine: steklenica (ne plastenka) z, voda in topno barvilo, prozorna slamica, plastelin, list papirja Potek izdelave: 1. V steklenico natoči hladno vodo, ki si ji dodal barvilo. V vodo potopi slamico. S plastelinom okoli slamice dobro zatesni grlo. V slamico lahno pihni, da se voda dvigne po slamici. V kos papirja naredi dve zarezi in papir natakni na slamico. 2. Ko se višina stolpca umiri, označi sobno temperaturo. S takim termometrom lahko zdaj približno meriš temperaturo tople vode, temperaturo v hladilniku, lahko meriš zunanjo temperaturo ...

74

Utrjevanje & nadgradnja

Rigel

75

Kritično mišljenje Učence lahko spodbudimo h kritičnemu razmišljanju s premislekom o kovičenju, ko mrzlo zakovico zabijemo v močno ogreto pušo (luknjo v snovi) iz iste kovine. • Zakaj ju ne moremo več ločiti? • Ali se ju res ne da več ločiti? • Kje vse lahko to uporabimo?

Aktivno branje Lahko začnemo tudi z zgodbico o Eifflovem stolpu in učence spodbudimo, da aktivno berejo naprej o raztezanju trdnin, kapljevin in plinov. Med branjem naj zastavijo nekaj ključnih vprašanj, povezanih z vsebino in poiščejo odgovore.

79

Drugi viri • Beznec, B. et al: Poskusi s plastenkami, priročnik za učitelje fizike. ZRSŠ, 1998 • Ferbar, J., Sušelj, M.: Poskusi iz toplote. DZS, Ljubljana, 1982

Medpredmetno TIT: tehnične težave zaradi temperaturnega raztezanja

Zapomnili si bomo Skoraj vsa telesa se pri segrevanju raztezajo, in sicer v vse smeri. Najbolj se raztezajo plini, slabše kapljevine in trdnine. Temperaturno raztezanje lahko povzroči številne tehnične težave, lahko pa ga koristno uporabimo.


4.3 Toplota

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da toplote janja odda ali ja • poznali primere prejeman os energije pren delo kot obno pod ta toplo • vedeli, da je z višjo temperaturo na teles s aja • vedeli, da toplota samodejno preh telesa z nižjo temperaturo eti kot druge • vedeli, da je nekatere snovi lažje segr ga jezika in njihove ovne uporabe strok * spoznali pomembnost voru pogo napačne rabe v vsakdanjem

1 šolska ura učbenik str. 96−97 4.3 Toplota p

Povzetek Vroča lava se v vodi shladi, hladna voda pa se zaradi tega segreje – del vode celo izpari. Kot, da bi voda nekaj nevidnega dobila od lave. Ali pa je morda lava dobila nekaj od vode? Vsekakor nekaj, kar je tako ali drugače povezano s temperaturo. Fiziki so dolga leta razmišljali, kaj bi to lahko bilo, in se z vsemi silami podali v lov za nekakšno nevidno tekočino, ki prehaja s toplih teles na hladna ...

življenju pogosto Toplota je pojem, ki ga v vsakdanjem uporabljamo – velikokrat tudi napačno. toplota PRED BRANJEM: razmisli, kaj je po tvojem na v fiziki MED BRANJEM: ugotovi, kako je opredelje PO BRANJU: primerjaj obe »definiciji« Ključne besede: • temperaturna razlika • toplota • prenos energije • ohlajanje • segrevanje

Kaj se v resnici prenaša? gradniki lave se gibljejo hitro, molekule vode počasi

na začetku

gradniki lave se gibljejo počasneje, molekule vode pa hitreje kot na začetku

na koncu

Danes pravimo, da se pri segrevanju s telesa na telo prenaša toplota (angl. heat). Označimo jo s črko Q in merimo v joulih (tako kot delo in energijo). A kaj je v resnici toplota? Odgovor se skriva globoko v snovi. Vrnimo se k lavi. Preden pride v stik z vodo, ima visoko temperaturo in njeni gradniki se gibljejo zelo živahno. Voda ima precej nižjo temperaturo in gibanje njenih molekul ni tako živahno. Počasne molekule vode trkajo s hitrimi molekulami lave. Molekulam vode se ob trkih kinetična energija poveča, gradnikom lave pa zmanjša. Zaradi tega se voda segreje, lava pa ohladi; temperaturna razlika med njima se počasi manjša. Tak prenos energije, ki se dogaja na mikroskopski ravni gradnikov snovi, imenujemo toplota. Zunanje sile pri toploti ne sodelujejo, zadošča že razlika v temperaturi. !

0 °C

Če telo prejema toploto, se mu običajno zvišuje temperatura. Obratno se temperatura znižuje, kadar telo oddaja toploto. Vsem snovem pa pri segrevanju temperatura ne narašča enako hitro. Nekatere snovi je namreč težje segreti kot druge. To lahko opaziš poleti na plaži. Pesek se čez dan zelo hitro segreje in je popoldan že pošteno vroč, zrak postane zelo topel, voda pa ostane prijetno hladna. Za enako spremembo temperature mivke je potrebno petkrat manj toplote kot za enako maso vode. Za segretje enake mase zraka je potrebno približno štirikrat manj toplote.

Če pustimo skodelico vročega kakava na mizi, se čez čas shladi. Pri tem s kakava prehaja toplota v hladnejšo okolico. Na drugi strani se sladoled, ki smo ga pozabili na mizi, sčasoma segreje. Pri tem toplota prehaja iz okolice v hladnejši sladoled. Pecivo na mizi se niti ne segreva niti ne ohlaja, temveč ima ves čas temperaturo okolice. Toplota v tem primeru ne prehaja nikamor. Toplota prehaja s toplejšega na hladnejše telo. Ko se temperature iznenačijo, toplota ne prehaja več.

80 °C

20 °C

96

Uvodna motivacija Pokažemo sliki Feneka in polarne lisice. Obe lisici imata enako telesno temperaturo in sta približno enako velika in podobno grajena. Zakaj se po zunanji podobi tako močno razlikujeta? Primerjamo sliki in okolje, v katerem živita.

1. Opiši, kaj se dogaja pri segrevanju in ohlajanju snovi. 2. Ali se vse snovi enako hitro segrevajo in ohlajajo? 3. Kakšne so razlike med toploto in temperaturo? Ju ločiš?

Razmisli

Kako bi izgledal svet, v katerem bi toplota sama od sebe prehajala s hladnejšega na toplejše telo.

1 kg vode injo 4200 joulov za 1 stop Kadar temperatura snovi doseže tališče ali vrelišče, se snov kljub prejemanju toplote neha segrevati (za kaj se porabi toplota, izveš na naslednji strani). Temperatura začne ponovno naraščati šele, ko vsa snov spremeni agregatno stanje – se stali ali izpari. Tudi pri ohlajanju se pri vrelišču in tališču padanje temperature ustavi, dokler se ne utekočini ves plin ali strdi vsa kapljevina.

nov) 1 kg zraka (50 balo injo 1000 joulov za 1 stop

Dokler se ves led ne stali, temperatura kljub segrevanju vztraja pri 0 °C.

Kako hitro se segrevajo snovi? S segrevanjem različnih snovi ugotovi, kako hitro se segrevajo. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 78. Voda, ki ima temperaturo 40 °C, teče po ceveh in iz radiatorjev odda toploto v prostor.

Toplota = / temperatura

Toplota in temperatura sta med seboj močno povezani količini, kar pa še ne pomeni, da ju lahko enačimo. Temperatura je lastnost telesa, tako kot je lastnost telesa tudi masa ali gostota. Temperatura pove, kaj se dogaja v notranjosti snovi. Za razliko od temperature pa toplota ni lastnost telesa. Tako kot telo opravlja ali prejema delo, telo oddaja ali prejema toploto, ne more pa je imeti. Toplota ni lastnost telesa, temveč odraz tega, kaj se dogaja med telesom in okolico. Razliko med toploto in temperaturo lažje razumemo, če hkrati segrevamo posodi z različnima masama vode. Obe prejmeta enako količino toplote, vendar tisti z manj vode temperatura hitreje narašča.

1 liter vode

2 litra vode

+ 1 °C

+ 0,5 °C

4200 J

4200 J 97

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Čeprav je temperatura povezana z gibanjem gradnikov, jo lahko prepoznamo tudi navzven. Skoraj vse snovi se pri povišanju temperature raztezajo in pri znižanju temperature krčijo. Običajno so spremembe skoraj neopazne, a kljub temu pomembne.

Ponovi

1 kg suhe mivke injo 800 joulov za 1 stop

Toplota (Q) je prenos energije zaradi temperaturnih razlik. Merimo jo v joulih.

Kdaj prehaja toplota?

20 °C

Če dovolj dolgo počakamo, se temperature teles izenačijo. Pri tem s teles z višjo temperaturo na telesa z nižjo temperaturo prehaja toplota. Nekatere snovi se segrevajo hitreje od drugih. Hitrost segrevanja je odvisna tudi od mase telesa.

Koliko toplote potrebujemo?

Toplota. Smiselno je začeti z zgodovinsko zgodbo težavah z odkrivanjem, kaj se v resnici dogaja pri toplotnih pojavih. Včasih so namreč mislili, da tudi toplota potrebuje sredstvo za prenos, ki so mu rekli kalorik, podobno kot so za razumevanje prenosa svetlobe potrebovali eter. V nadaljevanju bomo videli, da pri izravnavanju temperature eno tele prevzame toliko toplote, kolikor je drugo odda – to je bil glavni argument za obstoj sredstva za prenos toplotne energije. Niso jih zmotili niti navidezni paradoksi, če zmešamo sol pri sobni temperaturi 20°C in led pri 0°C, dobimo mešanico z - 17°C. Pa tudi – po stari izkušnji naraste temperatura pri trenju. Teorija, ki je zagovarjala toploto kot snov, je to poskusila pojasniti

80

z raznimi domnevami. Skratka: znanstveniki so imeli veliko težav z razumevanjem toplotnih pojavov, saj se procesi dogajajo v snovi in so navzven vidni le po spremembi temperature ali agregatnega stanja. Toplota in temperatura. Glede na povezanost pojmov toplota in temperatura (in še notranja energija, ki sodi zraven) velikokrat prihaja do zmede. Začnemo z razlikovanjem med toploto in temperaturo: toplota ni lastnost telesa, ampak pove, kaj se dogaja med telesom in okolico (podobno kot delo). Naredimo 3. nalogo v DZ na strani 76, ki bo tudi slabšim učencem razkrila razliko med toploto in temperaturo.


Diferenciacija Višja raven: Povežemo se z geografijo, zgodovino in biologijo prek vprašanj: • Kaj so jame ledenice? • Kakšno je bilo življenje v časih brez hladilnika? • Ali je živo bitje lahko v temperaturnem ravnovesju z okolico? Katero in kdaj?

Diferenciacija naj ne poteka zgolj pri matematičnem računanju, temveč problem toplote lahko tudi »filozofsko« osvetlimo (težave z razumevanjem pri iskanju kalorika) globlje osvetlimo s strani družboslovja. Omemba kalorij.

Nižja raven: • Preverimo razumevanje z odprtim vprašanjem: Ali bunda greje? • Izvedemo segrevanje vode in mivke kot šolski množični poskus.

del. zvezek str. 76−77 4.3 Toplota ota

4. Notranja energija telesa se lahko spremeni z oddajanjem ali dovajanjem dela in/ali toplote. Za spodnje primere presodi, kaj se dogaja z notranjo energijo opazovanega telesa (ležeča pisava).

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, • vedel, da je toplota prenos energije s teles z višjo • vedel, da toplota samodejno prehaja uro temperaturo na telesa z nižjo temperat segreti kot druge • se zavedal, da je nekatere snovi lažje energijo • ločil toploto, temperaturo in notranjo

povečanje Wn

dogajanje

ni spremembe Wn

zmanjšanje Wn

Sladoled se na soncu topi. Pri močnem zaviranju se segrejejo zavorne ploščice.

1. Nekatere količine opisujejo lastnosti oziroma stanje telesa, nekatere pa povezavo med telesom in okolico. Naštete količine, ki opisujejo lastnost teles, prepiši v spodnjo preglednico. temperatura

masa

teža

toplota

Globalna temperatura Zemlje počasi, a vztrajno narašča. Voda na cestišču ponoči zamrzne.

upor

Zrak v Postojnski jami ima vse leto enako temperaturo. delo

notranja energija

agregatno stanje

kemijska zgradba

5. Kako hitro telesu ob segrevanju narašča temperatura, je odvisno tudi od njegove mase. Različno količino vode s temperaturo 20 oC segrevamo z gorilnikom, od katerega voda vsako sekundo prejme 420 J. Izračunaj, za koliko stopinj se bo po 100 sekundah segrevanja spremenila temperatura vode v posameznih loncih.

količine, ki opisujejo lastnosti oziroma stanje telesa

2 litra

2. Dogajanje ob segrevanju in ohlajanju lahko opišemo z različnimi fizikalnimi količinami. Smiselno dopolni stavke s spodaj navedenimi besedami (vsaka beseda se lahko pojavi večkrat ali pa nikoli). temperatura

notranja energija

toplota

Ob tabornem ognju si lahko pogrejemo premražene roke, ker plameni oddajajo

.

Pri gorenju se spreminja kemijska zgradba snovi, zaradi česar se snovi spreminja tudi

.

Pri tem, ko od roke od ognja prejemajo

.

Višja temperatura rok je znak, da se je povečala tudi

1/2 litra

6T =

6T =

6T =

Kolikšno temperaturo bi imela voda, če bi jo zmešali iz vseh treh loncev? (Namig: kaj če bi segreval vso vodo hkrati s tremi gorilniki?)

živahnost gibanja gradnikov

, se jim poviša

1 liter

.

3. Toplota samodejno prehaja s teles z višjo temperaturo na telesa z nižjo temperaturo. Za vse tri primere nariši puščice, ki ustrezno ponazarajajo prehajanje toplote s telesa na telo.

Kako hitro se segrevajo snovi?

Naloga: ugotovi, kako hitro se segrevajo različne snovi. Potrebščine: tri enake pollitrske plastenke, različne snovi (voda, mivka, olje), termometer, izvir toplote (namizna svetilka, sonce, radiator, posoda s toplo vodo ...). Potek merjenja: 1. Vsako plastenko napolni s svojo snovjo do mase 500 g in izmeri začetno temperaturo. 2. Vse tri plastenke daj k izviru toplote – na okensko polico, k svetilki, v posodo s toplo vodo ... 3. Čez deset minut vsem snovem izmeri končno temperaturo. Meritve:

vrsta snovi

začetna temperatura

končna temperatura

sprememba temperature

1. snov 35 oC

20 oC

2. snov

35 oC

3. snov 35 oC

–35 oC

Ugotovitve:

35 oC

76

Utrjevanje & nadgradnja Na zgledu izbrane živali določi smer prehajanja toplote v okolico ob različnih delih dneva (noč, opoldanska vročina, brlog). Temu je podobna tudi 3. naloga v delovnem zvezku.

Zaključek Še enkrat na zgledih preverimo, ali učenci res razlikujejo med temperaturo in toploto.

77

Kritično mišljenje Ob besedi toplomer, ki naj bi bila slovenska ustreznica za mednarodno besedo termometer, se pogovorimo o ustrezni rabi besed in zavajajočih izrazih. • Ali meri toplomer toploto ali temperaturo? • Kaj potemtakem meri kalorimeter in kaj termometer?

Aktivno branje Pojme v vsakdanjem življenju včasih napačno uporabljamo (glej tudi kritično mišljenje). Med branjem naj si zapišejo definicijo temperature in toplote.

81

Drugi viri • Beznec, B. et al: Poskusi s plastenkami, priročnik za učitelje fizike. ZRSŠ, 1998 • Ferbar, J., Sušelj, M.: Poskusi iz toplote. DZS, Ljubljana, 1982 • Pereljman, I.J.: Zanimive naloge in poskusi. DZS, Ljubljana, 1975

Medpredmetno SLO: sopomenke, protipomenke

Zapomnili si bomo Temperature bližnjih teles se prej ali slej izenačijo.S teles z višjo temperaturo prehaja toplota na telesa z nižjo temperaturo. Toplota je prenos energije, podobno kot delo. Nekatere snovi se hitreje segrevajo od drugih.


4.3 Toplota

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da je povezana čim s in gija ener anja • vedeli, kaj je notr poveča/zmanjša u • vedeli, kdaj se notranja energija teles energija anja notr in ta • jasno razlikovali pojma toplo na zako ega gijsk ener s • spoznali popoln zapi toplote, potrebna za spremembo • vedeli od česa je odvisna množina notranje energije

1 šolska ura učbenik str. 98−99 4.3 Toplota n pojem, ki smo Notranja energija je precej abstrakte razložili. ga sicer že omenili, a ga nismo podrobno o njej PRED BRANJEM: zapiši, kaj se še spomniš energije notranje MED BRANJEM: izpiši tri lastnosti energiji PO BRANJU: povej, kaj sedaj veš o notranji

20 °C

35 °C

Ključne besede: • notranja energija • energija vezi • energija gibanja gradnikov • sprememba notranje energije

30 °C

25 °C

20 °C

20 °C

30 °C

25 °C

Potapljač oddaja toploto hladni vodi in zaradi tega ima vse manj notranje energije.

35 °C

98

15 °C

Ko segrevamo vodo, ta prejema energijo v obliki toplote. Ker ne opazimo nobenega povečanja kinetične, potencialne ali prožnostne energije, sklepamo, da se je povečala notranja energija. V to nas prepriča tudi naraščanje temperature vode, ki izdaja živahnejše gibanje gradnikov v njej. Notranja energija snovi se spreminja tudi, če snov spreminja agregatno stanje (se tali, izpareva ...). Takrat se namreč spreminjajo vezi med gradniki. Notranja energija telesa se poveča za toliko, kolikor toplote prejme. To lahko krajše zapišemo:

S posnetkov je razvidno, da se je ob zaviranju zvišala temperatura gum in tal. Ker je temperatura povezana z živahnostjo gibanja gradnikov, sklepamo, da se gradniki v gumah in tleh gibljejo bolj živahno kot prej. Torej se je gradnikom gum in tal ob zaviranju povečala kinetična energija. S kinetično energijo gradnikov v določeni snovi je povezana notranja energija (angl. thermal energy). Označujemo jo z Wn in tako kot druge oblike energije merimo v joulih (J). Notranja energija je skupna energija vseh gradnikov v snovi. Sestavljata jo: • energija neurejenega gibanja gradnikov • energija vezi med gradniki Že ime pove, da notranje energije ne »vidimo« – energijo gibanja gradnikov izdaja temperatura snovi, energijo vezi pa agregatno stanje snovi. Telo ima pri višji temperaturi več notranje energije kot pri nižji.

? gibanje gradnikov

Notranja energija (Wn ) snovi je energija gibanja vseh gradnikov v snovi in vezi med njimi. Ali lahko k notranji energiji štejemo tudi energijo kemijskih vezi (gorivo, hrana ipd.)?

Termometer pove, kako močno se vanj zaletavajo molekule, nič pa ne pove o tem, koliko molekul se zaletava. Morje in lonček morske vode imata enako temperaturo. Kaj pa te bo bolj osvežilo – če skočiš v morje ali če se poliješ z lončkom vode? Ker je notranja energija vsota energij vseh gradnikov v snovi, je večja, če je gradnikov več. Notranja energija je torej odvisna od količine snovi oziroma mase. Tako ima morje veliko večjo notranjo energijo kot pa lonček morske vode z enako temperaturo. Pozor: Notranja energija je lastnost teles, zato pravimo, da imajo telesa notranjo energijo. Na drugi strani pa toplota ni lastnost telesa, temveč je način izmenjave energije med telesi, zato ne smemo reči: »Telo ima toploto« temveč »Telo prejema ali oddaja toploto«.

Malo pred letom 1800 je Benjamin Thompson imel dolgočasno nalogo: nadziranje vrtanja topovskih cevi. Presenečen je bil nad močnim segrevanjem cevi in ostružkov, ki so odletavali. V cev, v kateri so konji z vrtanjem topega svedra počasi povečevali luknjo, je nalil vodo. Čez nekaj časa je ta zaradi vrtanja zavrela. Kako to pojasniti?

1. Kaj je notranja energija? 2. Kako lahko opazimo spremembo notranje energije snovi? 3. Kakšne so razlike med toploto in temperaturo? Ju ločiš? 4. Na kakšne načine lahko spremenimo notranjo energijo telesa?

Razmisli

Zakaj je v večini primerov lažje segreti telesa z dovajanjem toplote kot pa z delom?

sprememba notr. energije = toplota ali 6Wn = Q

po

pred

... in kako z delom?

segrevanje

Premražene roke si lahko ogrejemo z drgnjenjem ali s toplo sapo. V prvem primeru smo jih segreli z delom, v drugem pa s toploto. S tem smo dlanem povečali notranjo energijo. Kot smo opazili že pri zaviranju, toplota ni edini način za povečanje notranje energije telesa. Notranja energija telesa se lahko spremeni s toploto in/ali z delom. To lahko krajše zapišemo:

Wn

roke s pihanjem prejmejo toploto

roke z drgnjenjem prejmejo delo

pred

roke imajo večjo Wn

po

A

6Wn = Q + A

Wn

Segrevanje s toploto je običajno preprostejše in lažje od segrevanja z delom.

Wn

Q

roke imajo majhno Wn

Q

roke imajo majhno Wn

roke s pihanjem prejmejo toploto

Wn roke imajo večjo Wn

Sprememba notranje energije je enaka prejeti oziroma oddani toploti in delu.

Kaj pa ohlajanje?

Poleti se ledeni čaj prav prileže. Čaju dodamo nekaj ledenih kock in ga damo za krajši čas v hladilnik, da bo res hladen. Kako se lahko v hladilniku že tako hladen čaj še bolj ohladi, če pa vemo, da toplota prehaja s toplejših teles na hladnejša? Odgovor je v tem, da je hladilnik priključen na elektriko. Toplota res prehaja iz okolice v notranjost hladilnika, zato bi se izključen hladilnik kmalu segrel. Vendar hladilnik z električnim delom odnaša presežno notranjo energijo in na ta način vzdržuje stalno temperaturo. Na podoben način delujejo todi klimatske naprave, ki iz hladnega prostora odnašajo toploto. Pri tem porabljajo energijo in ogrevajo okolico. ?

Kje in kako hladilnik oddaja odvečno toploto?

C 4 °C

20 °C 99

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ...

Uvodna motivacija

Ponovi

Hkrati velja tudi obratno: notranja energija telesa, ki ne prejema ali oddaja toplote, se ne spreminja.

!

Notranja energija = / toplota

Toplota je prenos energije s temperaturnimi razlikami. Zato jo tako kot delo in vse vrste energije merimo v Joulih. Pomembno je, da si zapomnimo, da telo nima toplote, tako kot nima dela.

Vsako telo ima notranjo energijo. Notranja energija je povezana z gibanjem gradnikov snovi in vezmi med njimi. Odvisna je od temperature in količine snovi. Sprememba notranje energije telesa je enaka toploti in/ali delu, ki jo telo prejme oziroma odda.

Kako se lahko ogrejemo s toploto ...

Kam se je izgubila energija?

! vvezi ezi med gradniki

Povzetek

Če zaviramo s kolesom, se zmanjša hitrost in izgubimo nekaj kinetične energije. Zdi se, kot da bi kinetična energija poniknila neznano kam. Na infrardečih fotografijah, ki razkrivajo temperature teles, lahko vidimo, da so se ob zaviranju segrele zavore, gume in tla. Kako jezaviranje in segrevanje povezano med seboj?

»Izginula« energija. Ogledamo si fotografiji kolesa v učbeniku ali kakšne druge slike, narejene s toplotno kamero. Ugotovimo: gradniki gum in tal se ob zaviranju gibljejo bolj živahno kot prej. Skupaj lahko ugotovimo, da se je kinetična energija kolesa prenesla v energijo naključnega gibanja posameznih gradnikov. Spomnimo jih na izgube in notranjo energijo in iz tega izpeljimo definicijo: kinetična energija gradnikov v snovi skupaj z energijo vezi med gradniki (ter notranjo energijo gradnikov) predstavljata notranjo energijo snovi. Notranja energija in toplota. Za razlikovanje toplote in temperature uporabimo kakšno »nenavadno«prehajanje toplote,

82

npr. potapljač, ki ima višjo temperaturo od ledeno mrzlega morja, ima manj notranje energije kot morje, pa kljub temu morju odddaja toploto. Energijski zakon. Pojasnimo, da prehajanje toplote ni edini način ogrevanja teles – kaj pa zaviranje? Pokažimo kakšnega od številni zanimivi poskusi segrevanja z delom: drgnjenje dlani, prižiganje ognja s trenjem, Joulov poskus, šibre. Glede na splošno uporabo toplote ne poudarjamo preveč ogrevanja z delom. Energijski zakon lahko »preizkusimo« na hladilniku. Izklopljen hladilnik se obnaša kot vsako običajno telo. Električno delo pa je tisto, ki odnaša presežno notranjo energijo npr. živil v okolico.


Diferenciacija Višja raven: Učenci naj bi razlikovali notranjo energijo, toploto in temperaturo in znali na preprostem pojavu opisati, kaj se dogaja z vsemi tremi. Naj bi notranjo energijo »sprejeli« kot eno od oblik energije in jo vključili v energijski zakon.

Celotno poglavje o segrevanju in ohlajanju bo zaradi slabše »oprijemljivosti« – nedvoumne podprtosti z lastnimi izkušnjami, nekaterim učencem povzročalo težave. Čim globje gremo (npr. Wn), tem večje težave lahko pričakujemo.

Nižja raven: Učenci naj bi vedeli, da toplota in notranja energija nista isto. Najbolje je, če vztrajamo na tem, da vedo, da toplota opisuje prehajanje energije, notaranja energija pa posedovanje energije. Naj bi razumeli, da sta delo in toplota z energijskega stališča enakovredna.

del. zvezek str. 76−77 4.3 Toplota ota

4. Notranja energija telesa se lahko spremeni z oddajanjem ali dovajanjem dela in/ali toplote. Za spodnje primere presodi, kaj se dogaja z notranjo energijo opazovanega telesa (ležeča pisava).

da bi: Naloge na tej strani so namenjene temu, • vedel, da je toplota prenos energije s teles z višjo • vedel, da toplota samodejno prehaja uro temperaturo na telesa z nižjo temperat segreti kot druge • se zavedal, da je nekatere snovi lažje energijo • ločil toploto, temperaturo in notranjo

povečanje Wn

dogajanje

ni spremembe Wn

zmanjšanje Wn

Sladoled se na soncu topi. Pri močnem zaviranju se segrejejo zavorne ploščice.

1. Nekatere količine opisujejo lastnosti oziroma stanje telesa, nekatere pa povezavo med telesom in okolico. Naštete količine, ki opisujejo lastnost teles, prepiši v spodnjo preglednico. temperatura

masa

toplota

teža

Globalna temperatura Zemlje počasi, a vztrajno narašča. Voda na cestišču ponoči zamrzne.

upor

Zrak v Postojnski jami ima vse leto enako temperaturo. delo

notranja energija

agregatno stanje

kemijska zgradba

5. Kako hitro telesu ob segrevanju narašča temperatura, je odvisno tudi od njegove mase. Različno količino vode s temperaturo 20 oC segrevamo z gorilnikom, od katerega voda vsako sekundo prejme 420 J. Izračunaj, za koliko stopinj se bo po 100 sekundah segrevanja spremenila temperatura vode v posameznih loncih.

količine, ki opisujejo lastnosti oziroma stanje telesa

2 litra

2. Dogajanje ob segrevanju in ohlajanju lahko opišemo z različnimi fizikalnimi količinami. Smiselno dopolni stavke s spodaj navedenimi besedami (vsaka beseda se lahko pojavi večkrat ali pa nikoli). temperatura

Ob tabornem ognju si lahko pogrejemo premražene roke, ker plameni oddajajo

.

Pri gorenju se spreminja kemijska zgradba snovi, zaradi česar se snovi spreminja tudi

.

Pri tem, ko od roke od ognja prejemajo

.

, se jim poviša

Višja temperatura rok je znak, da se je povečala tudi

1/2 litra

6T =

6T =

6T =

Kolikšno temperaturo bi imela voda, če bi jo zmešali iz vseh treh loncev? (Namig: kaj če bi segreval vso vodo hkrati s tremi gorilniki?)

živahnost gibanja gradnikov

notranja energija

toplota

1 liter

.

3. Toplota samodejno prehaja s teles z višjo temperaturo na telesa z nižjo temperaturo. Za vse tri primere nariši puščice, ki ustrezno ponazarajajo prehajanje toplote s telesa na telo.

Kako hitro se segrevajo snovi?

Naloga: ugotovi, kako hitro se segrevajo različne snovi. Potrebščine: tri enake pollitrske plastenke, različne snovi (voda, mivka, olje), termometer, izvir toplote (namizna svetilka, sonce, radiator, posoda s toplo vodo ...). Potek merjenja: 1. Vsako plastenko napolni s svojo snovjo do mase 500 g in izmeri začetno temperaturo. 2. Vse tri plastenke daj k izviru toplote – na okensko polico, k svetilki, v posodo s toplo vodo ... 3. Čez deset minut vsem snovem izmeri končno temperaturo. Meritve:

vrsta snovi

začetna temperatura

končna temperatura

sprememba temperature

1. snov 35 oC

20 oC

2. snov

35 oC

3. snov 35 oC

–35 oC

Ugotovitve:

35 oC

76

Utrjevanje & nadgradnja Učenci naj rešijo 2. nalogo v delovnem zvezku (oziroma podobno, ki jo pripravi učitelj), v kateri bo vadil razlikovanje vseh treh pojmov: temperature, toplote in notranje energije. Sami naj poskušajo poiskati podobne primere.

77

Kritično mišljenje Učence bomo spodbudili k kritičnemu mišljenju, če od njih zahtevamo, da poiščejo primer iz narave, ko se toplota ne prenaša s snovi z večjo notranjo energijo na snov z manjšo notranjo energijo (npr. iskrica pri varjenju/zrak).

Drugi viri • Laue, M.: Kratka zgodovina fizike.DMFA, Ljubljana 1982 • Ferbar, J., Sušelj, M.: Poskusi iz toplote. DZS, Ljubljana, 1982

Medpredmetno Zaključek Še enkrat ločimo: Snov ima energijo (kinetično, potencialno ali notranjo). Toplota je prenos energije s telesa na telo. Samodejno se prenaša s telesa z visoko na telo z nizko temperaturo.

Aktivno branje Učencem pojasnimo, da ima ponavljanje pomembno vlogo v procesu učenja, čeprav naj bi bilo dolgočasno in nekako »zastarelo«. Večkrat ko ponovimo snov (v presledkih), bolj se nam vtisne v spomin.

83

MAT: uporaba enačb TIT: gospodinjski aparati

Zapomnili si bomo Vsako telo ima notranjo energijo, povezano z gibanjem gradnikov snovi (temperatura) in vezmi med njimi (zgradba). Sprememba notranje energije je enaka prejeti oziroma oddani toploti in delu.


4.4 Prehajanje toplote

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da eraturnih razlik temp di zara • vedeli, da toplota prehaja te toplo ja ajan preh ne • poznali vse tri nači torje izola in ke odni prev tne toplo ali • razlikov torjev močno ublažimo izola abo upor ilno * spoznali, da lahko s prav svoj vpliv na okolje

1 šolska ura učbenik str. 100−101 4.4 Prehajanje toplote V tem poglavju naslovi namenoma niso zapisani

Človek uravnava telesno temperaturo s prehajanjem toplote. Ves čas mora oddajati toploto, vendar ravno toliko, da se ne pregreva ali ohlaja. Ko tole bereš, oddajaš vsako sekundo približno 100 joulov toplote. Pozimi se moramo ogreti ali dovolj dobro obleči, da toplota ne bi prehitro prehajala v okolico. V vročini pa imamo lahko tudi brez oblačil težave oddati dovolj toplote, zato si pomagamo z znojenjem in ohlajanjem.

Ugotovili smo, da toplota sama od sebe vedno prehaja s telesa z višjo temperaturo na telo z nižjo temperaturo. Na ta način se zmanjšujejo temperaturne razlike. Čim večja je temperaturna razlika, tem več toplote prehaja. Poznamo tri načine prehajanja toplote: • prevajanje – s trki molekul v trdni snovi • konvekcija – z gibanjem tekočin • sevanje – skozi prazen prostor in prozorne snovi

Prevajanje

Razbeljen konec železne palice ima višjo temperaturo kot drugi deli palice. A če bi palico dovolj dolgo držali v ognju, bi se začeli segrevati tudi drugi deli palice. Najprej najbližji, kasneje pa tudi bolj oddaljeni. Kot bi toplota, ki je iz ognja prešla na palico, počasi potovala proti bolj oddaljenim delom palice. Takšen način prehajanja toplote imenujemo prevajanje (angl. conduction). Ker je temperatura povezana z gibanjem gradnikov, si oglejmo, kaj se dogaja v palici. Gradniki v krajišču palice se zaradi bližine ognja gibljejo zelo živahno. Živahnost gibanja se s trki med gradniki postopoma razširi po vsej palici, zato se segreje tudi drugo krajišče. Toplota je prešla z enega dela palice na drugega. ?

100

Kako vemo, da ima krajišče palice na sliki višjo temperaturo? Kako hitro se prevaja toplota? Z leseno, s plastično in kovinsko žlico preveri, kako dobro različne snovi prevajajo toploto. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 80.

Uvodna motivacija Pogovorimo se o Gulliverjevih potovanjih in nekaterih fizikalnih vidikih zelo velikih in zelo majhnih ljudi. Pomagamo si lahko z vprašanjem, kako pa temperaturo vzdržujejo zelo majhne in zelo velike živali? Kaj pa dojenček?

1. Na kakšne načine lahko prehaja toplota? 2. Naštej nekaj snovi, ki dobro prevajajo toploto, in nekaj, ki jo prevajajo slabo. 3. Zakaj ima ponev tanko kovinsko dno in debel lesen ali plastičen ročaj? 4. Na kakšen način prehaja toplota pri konvekciji? 5. V kakšnem primeru je sevanje edini možni način prehajanja toplote?

Razmisli

Zakaj nas zebe v stopala, če bosi stojimo na keramičnih ploščicah, na parketu pa ne tako zelo?

opečnate stene (30 cm opeke) de spalne vreče, bun (2,5 cm puha) puloverja, rokavic (1 cm volne)

10 W 25 W 100 W

Konvekcija in sevanje

V kapljevinah in plinih gradniki niso povezani na tak način kot v trdnini, zato toplota skoznje slabo prehaja s prevajanjem. V tekočinah, ki nimajo povsod iste temperature, se zato pojavijo tokovi, ki tekočino premešajo. Temperaturne razlike v tekočini se zaradi teh tokov manjšajo. Tak prenos energije, ki mu tudi rečemo toplota, imenujemo konvekcija (angl. convection), tokove pa konvekcijski tokovi. Konvekcijske tokove opazimo v ozračju in oceanih (več v 9. razredu). Toplota pa lahko prehaja tudi skozi prazen prostor. Dokaz je energija s Sonca, ki prihaja na Zemljo s svetlobo skozi 150 milijonov kilometrov praznega prostora. Segreta telesa namreč oddajajo toploto v obliki infrardeče svetlobe, ki jo pogosto imenujemo toploto sevanje (angl. radiation). Zato občutimo ogenj prijetno topel že na daljavo. Vidno svetlobo in toplotno sevanje najbolje vpijajo temne in najslabše svetleče se površine. Zaradi svetlobe, ki jo telo vpije, se začnejo gradniki v snovi bolj živahno gibati, kar opazimo po povišani temperaturi.

101

Obravnava nove snovi

Od prejšnjič ... Notranja energija je seštevek kinetičnih energije posameznih gradnikov in energij vezi med gradniki. Telesu, ki odda toploto se na ta račun zmanjša notranja energija, telesu, ki jo prejme, pa se poveča notranja energija. Sprememba notranje energije je tako enaka odda/prejeti toploti (in/ali delu).

Ponovi

iki Pri temperaturni razl 2 1m 20 stopinj prepušča cije toplotne izola 2W (10 cm stiropora)

Trije načini prehajanja toplote

Ker so gradniki blizu skupaj, se začnejo tudi bližnji gradniki živahno gibati. In nato njihovi sosedi in sosedi sosedov ...

Toplota lahko prehaja s prevajanjem, konvekcijo ali sevanjem. Prevajanje poteka predvsem v trdninah, pri čemer se toplota prevaja s trki med gradniki v snovi. Toplotni prevodniki dobro prevajajo toploto, toplotni izolatorji pa slabo. Skozi kapljevine toplota najpogosteje prehaja s konvekcijo, skozi prazen prostor pa le s sevanjem.

Če želimo, da bi skozi snov prehajalo čim manj toplote (ročaji posode, stene stanovanja, zimska oblačila ...), izberemo toplotni izolator – snov, ki slabo prevaja toploto. Takšne snovi so les, stiropor, zrak in snovi, v katere je ujet zrak (volna, steklena volna, perje ...). Če želimo še zmanjšati prehajanje toplote, povečamo debelino snovi. Kadar bi radi, da skozi snov prehaja čim več toplote (dno posod, radiator, poletna oblačila ...), uporabimo snov, ki dobro prevaja toploto. Dobri toplotni prevodniki so vse kovine (železo, aluminij, baker) in nekatere druge snovi. Pomaga tudi, če je snov tanka.

. v obliki vprašanj kot pri drugih poglavjih vprašanj PRED BRANJEM: naslove zapiši v obliki vprašanja MED BRANJEM: oblikuj odgovore na Jih razumeš? PO BRANJU: si zadovoljen z odgovori?

Ključne besede: • prenos toplote • prevajanje • toplotni prevodnik • toplotni izolator • konvekcija • toplotno sevanje

Povzetek

Toplotni izolatorji in prevodniki

Načini prehajanja toplote. Na primerih predstavimo vsak način prehajanja toplote posebej. Hkrati poudarimo, da imamo v naravi običajno opraviti z mešanico vseh treh načinov in le redko z enim samim. Za razumevanje, kako si telesa ali deli telesa izmenjujejo notranjo energijoo bstaja precej simpatičnih analogij: • kako poslati knjigo na drug konec razreda (prevajanje – učenci podajajo eden drugemu, konvekcija – eden po eden tečejo, sevanje - učitelj vrže) • gasilci – kako podati vodo do goreče stavbe ... Ni odveč opozorilo, da lahko analogije včasih vodijo tudi do napačnih sklepov in jih je treba jemati izključno kot prispodobe in ne kot dejansko stanje.

84

Prevajanje. Poskusov, s katerimi lahko pokažemo prevajanje je mnogo: enako velike žličke iz različnih materialov v posodi z toplo vodo; s plamenom segrevamo en konec železne palice, drug konec držimo v roki; dele plastenk napolnimo z različnimi snovmi, na sredino vsake pa malo plastenko s toplo vodo, merimo temperaturo glede na čas. Poudarimo pomen toplotnih izolatorjev v okoljih, kjer je del leta temperatura ozračja nizka (npr. pri nas). Konvekcija in sevanje. Vodo v loncu segrevamo z električnim kuhalnikom. Poskus je nazornejši, če je nad gorilno ploščo le del dna lonca. Mešanje vode opazujemo s pomočjo drobcev čaja, žaganja ali celo hipermangana.


Diferenciacija Višja raven: Učenci naj bi znali na vsakdanjih primerih prepoznati, za kateri proces prehajanja toplote gre. Prav tako naj bi v osnovi vedeli, kaj se dogaja v snovi. Vedeti morajo, da toplota prehaja sama od sebe le s teles/področij z višjo tempertaturo na telesa/področja z nižjo.

V osnovi bi vsi učenci morali poznati vse tri načine prehajanja toplote, je pa za pričakovati, da bo prišlo do razhajanj pri razumevanju procesov. To bo še posebej izrazito pri sevanju, ki pa ga učencem v resnici ni potrebno natačno razumeti.

Nižja raven: Učenci naj bi vedeli, da lahko toplota prehaja na tri načine in jih znali našteti. Vedeli naj bi, da toplota prehaja zaradi toplotnih razlik. Vedeli naj bi, da različne snovi različno dobro prevajajo toploto. Našteti naj bi znali nekaj toplotnih izolatorjev in nekaj prevodnikov.

del. zvezek str. 78−79 4.4a Prehajanje aja j toplote Naloge na tej strani so namenjene temu, da bi:

3. Količina toplote, ki jo plast snovi prepusti vsako sekundo, je obratnosorazmerna z debelino plasti. Ugotovi, koliko toplote prepustijo različni sloji pri temperaturni razliki 20 oC vsako sekundo. 10 cm

urnih razlik • vedel, da toplota prehaja zaradi temperat , konvekcijo in/ali prevajanjem • vedel, da toplota prehaja s sevanjem prevajajo toploto, izolatorji pa slabo • vedel, da toplotni prevodniki dobro

15 cm

30 cm

3W

1. Toplota lahko prehaja s telesa na telo s prevajanjem, konvekcijo in/ali sevanjem. Dopolni preglednico. način prehajanja toplote

kako poteka

Približno koliko toplote bi vsako sekundo prepustila opečnata stena, ki pri temperaturni razliki 20 oC prepušča 10 W, če bi jo obložili s 15 cm izolativne snovi?

v katerih snoveh poteka vsakdanji primer

a) manj kot 2 W

b) 2 W

c) 8 W

č) 12 W

prevajanje z gibanjem tekočine

4. V naših krajih morajo stene hiš pozimi čim slabše prevajati toploto v okolico, poleti pa v notranjost hiše. Ugotovi, v kolikšnem času se povrne vložek v boljšo toplotno izolacijo, ki stane 10.000 €.

prozorne snovi, prazen prostor

2. Veliko stvari je človek zasnoval tako, da čim bolje ali čim slabše oddajajo oziroma prejemajo toploto. Naštete stvari pravilno razvrsti v preglednico in še sam dodaj kakšno. Določena stvar je lahko na več mestih. stene hiše

hladilna torba

termovka

radiator

bunda

DOBRO TOLOTNO IZOLIRANA HIŠA • letni strošek ogrevanja 750 € • letni strošek hlajenja 0 €

tanka bela majica kuhalnica

dno posode

sončni zbiralnik

RANA HIŠA SLABO TOPLOTNO IZOLI 2000 € • letni strošek ogrevanja 250 € • letni strošek hlajenja

dobro

5. Od barvne površine predmetov je odvisno, koliko toplote bodo prejeli oziroma oddali s sevanjem. Oglej si slike in odgovori na zastavljena vprašanja.

slabo

Zakaj so fasade primorskih hiš svetlih barv?

prejemanje toplote

oddajanje toplote

Zakaj imajo gasilci svetleča se zaščitna oblačila?

Kako hitro se prevaja toplota?

Naloga: preveri, kako dobro različne snovi prevajajo toploto. a (npr. od sladoleda) Potrebščine: skodelica vroče vode, kovinska žlička, plastična žlička in lesena palčka Potek dela: 1. V skodelico previdno natoči vročo vodo, da se ne opečeš. 2. V skodelico pomoči kovinsko in plastično žličko ter leseno palčko. 3. Vsakih nekaj minut preveri, koliko so se segrela krajišča obeh žličk in palčke.

6. Na Zemlji, ki ima oceane in ozračje, so temperaturne razlike med dnevom in nočjo veliko manjše kot na Luni. Na kratko pojasni, na kakšen način oceani in ozračje zmanjšujejo temperaturne razlike. Pomagaj si z drugimi viri.

Opažanja:

Sklep:

78

Utrjevanje & nadgradnja V delovnem zvezku so naloge, ki jih lahko uporabimo za utrjevanje in nadgradnjo snovi. Za nadgradnjo snovi se lahko pogovorimo tudi o problem tople grede in globalnega segrevanja ozračja.

79

Kritično mišljenje Učence bomo spodbudili k kritičnemu mišljenju z dvojno vlogo toplogrednih plinov. Bojimo se prehudega učinka tople grede. A zakaj je topla greda vseeno pomembna za življenje?

Drugi viri • Beznec, B. et al: Poskusi s plastenkami, priročnik za učitelje fizike. ZRSŠ, 1998 • Ferbar, J., Sušelj, M.: Poskusi iz toplote. DZS, Ljubljana, 1982

Medpredmetno Zaključek Celotno snov lahko prikažemo na primeru stanovanjske gradnje. Pri tem omenimo, da gre kar 70 % energije, ki jo porabi gospodinjstvo doma, za ogrevanje prostorov. Pogovorimo se o sodobni gradnji in o tem, kako so zasnovane varčne hiše.

Aktivno branje Postavljanje vprašanj učencev zelo dobro pokaže, koliko so učenci razumeli snov. Za začetek naj učenci, tako kot veleva navodilo, vse podnaslove v učbeniku spremenijo v vprašalno obliko. Nato naj še sami zastavijo nekaj vprašanj, povezanih z obravnavano snovjo.

85

SLO: otroška literatura BIO: fotosinteza, biloška ravnovesja TIT: sončni kolektorji

Zapomnili si bomo Toplota lahko prehaja na tri načine. Prevajanje poteka predvsem v trdninah s trki med gradniki. Skozi kapljevino toplota najpogosteje prehaja s konvekcijo, skozi prazen prostor pa le s sevanjem.


Utrjevanje in preverjanje

bi učenci: Ta učna enota je namenjena temu, da a poglavja tneg celo ino vseb • pridobili pregled nad in koncepte icije defin e, pojm ne ključ ili utrd • ponovili in • poglobili svoje znanje vanja konceptualnih in kvantitativnih * razvijali strategije reše problemov a ključnih elementov * razvijali veščino definiranj sinteze neke celote * razvijali veščino zapisa

4 šolske ure učbenik str. 102−103 Povzetek in ponovitev

Zgradba snovi

• Snov sestavljajo mikroskopsko majhni, med seboj enaki gradniki – atomi, ioni ali molekule. V enem samem zrnu soli jih je približno milijardo milijard (1018). • Snov lahko zavzame trdno, kapljevinasto ali plinasto agregatno stanje. Do spremembe agregatnega stanja pride pri segrevanju in ohlajanju. • Gradniki v snovi se neprestano neurejeno gibljejo.

Temperatura

Toplota

• Živahnost gibanja gradnikov v snovi izdaja temperatura (T), ki jo merimo s termometri. V fiziki uporabljamo za merjenje temperature enoto kelvin (K), v vsakdanjem življenju pa merimo temperaturo v stopinjah Celzija (°C). • Pri segrevanju se večina snovi razteza, pri ohlajanju pa krči. Čim bolj telo segrevamo/ ohlajamo, tem bolj se razteza/krči. Najbolj se raztezajo plini.

• Temperature teles, ki so v stiku, se prej ali slej izenačijo. Pri tem s teles z višjo temperaturo na telesa z nižjo temperaturo prehaja toplota (Q). Toplota je prenos energije zaradi temperaturnih razlik. • Ob segrevanju ali ohlajanju se telesu spreminja notranja energija (Wn), ki jo sestavljajo energije gibanja in vezi posameznih gradnikov snovi. • Sprememba notranje energije telesa je enaka prejeti ali oddani toploti in/ali delu.

Prehajanje toplote

• Prehajanje toplote povzročajo temperaturne razlike. Toplota lahko s telesa na telo prehaja s prevajanjem skozi snov, s konvekcijo ali sevanjem. • Prevajanje poteka predvsem v trdnih snoveh, kjer se toplota prenaša na druge dele snovi od gradnika do gradnika. • Konvekcija poteka v tekočinah, kjer se toplota prenaša z gibanjem snovi, medtem ko je sevanje edini način prenosa toplote v praznem prostoru.

6Wn = Q + A

Izberi pravilni odgovor. 1. Iz česa so snovi? a) iz zemlje, vode, zraka, ognja b) iz molekul, atomov in ionov c) iz nam neznanih delcev č) na to vprašanje znanstveniki še ne poznajo odgovora 2. Sladoled se pri taljenju spreminja iz ... a) trdnega v plinasto stanje b) kapljevinastega v trdno stanje c) kapljevinastega v plinasto stanje č) trdnega v kapljevinasto stanje 3. Kaj od naštetega NE velja za gradnike v trdninah? a) so blizu skupaj b) se prosto gibljejo c) so povezani s sosedi č) so urejeno razporejeni 4. Na kateri sliki je prikazana zgradba določene snovi? A B C

a) A – pl plin, B – trdnina p plin t trd b) B – kapljevina, C – plin c) A – trdnina, C – kapljevina č) C – kapljevina, A – plin

5. Katera povezava med Kelvinovo in Celzijevo lestvico je pravilna? a) 0 K  273 °C b) 0 °C  273 K c) 0 °C  –273 K č) 0 K  0°C 6. Za koliko se bo v vročini podaljšal glavni lok mostu, ki je dvakrat daljši od drugih? a) dvakrat manj kot drugi loki b) enako kot drugi loki c) dvakrat bolj kot drugi loki č) odvisno od oblike loka 7. Toploto merimo v istih enotah kot ... a) temperaturo b) moč c) izkoristek č) energijo 8. Kaj se dogaja s temperaturo pri taljenju ledu? a) ves čas je enaka b) ves čas po malem narašča c) ves čas po malem pada č) tik pred začetkom je –1°C, takoj po koncu pa +1°C 9. Katera snov bo oddala največ toplote, če se shladi za 10 °C? a) skodelica kave, ki ima 90 °C b) poln čajnik vode z 80 °C c) kad, polna vode s 40 °C č) voda v bazenu z 20 °C

Odgovori in odgovore pojasni.

10. Kaj se spreminja, če še naprej segrevamo vodo, ki vre? a) temperatura vode b) kemijska sestava vode c) agregatno stanje vode č) živahnost gibanja gradnikov v vodi

1. Zakaj so znanstveniki razmeroma pozno ugotovili, kako je zgrajena snov? 2. V čem se med seboj razlikujeta dve molekuli vode?

11. Puding s temperaturo 60 °C prelijemo v tri tople skodelice. Kolikšna bo temperatura pudinga takoj po prelitju v skodelice? a) v vseh bo približno 180 °C b) v vseh bo približno 60 °C c) v vseh bo približno 20 °C č) v prvi bo približno 30 °C, v drugi 15 °C in v tretji 7,5 °C

3. V čem se med seboj razlikujeta led in voda? 4. Ali je mogoče utekočiniti železo in dušik? 5. Naštej nekaj primerov, pri katerih je sprememba temperature vidna navzven, in nekaj primerov, pri katerih jo zaznamo šele s termometrom?

12. Katere vrste snovi so najboljši toplotni izolatorji? a) plini b) kapljevine c) trdnine č) vse naštete vrste snovi so enako dobri izolatorji

6. Kako zanesljiv je naš občutek za toplo in hladno? 7. Zakaj je lažje odviti kovinski pokrovček na kozarcu marmelade, če ga segreješ v topli vodi?

13. Na kakšen način prehaja toplota s Sonca na Zemljo? a) s prevajanjanem b) s konvekcijo c) s sevanjem č) na vse tri naštete načine

8. Kaj je narobe z izjavama: »bunda greje« in »bunda je topla«? 9. Kako so pred mrazom zaščitene polarne živali?

10. V katerem primeru je sprememba energije 1 l vode večja – če jo segrejemo za eno stopinjo Celzija ali dvignemo za 1 m? 11. Kako so pred iznajdbo hladilnikov hrano ohranjali hladno tudi poleti? 12. Če zmešamo en kilogram vode s temperaturo 100 °C s kilogramom vode s temperaturo 0 °C, bo imela mešanica 50 °C. Kaj pa če namesto vode primešamo led pri 0 °C? 13. Kako prevajajo toploto snovi, v katere je ujet zrak (pletenine, steklena volna, slama ...)? 14. Iz katerih snovi je običajno narejeno dno kuhinjskih posod in iz katerih ročaji? 15. Opiši nekaj načinov, s katerimi bi lahko zmanjšali porabo kuriva v zimskih mesecih. 16. S kakšno barvo je koristno prebarvati zunanje stene vikenda ob morju?

Naredi in pojasni. 1. Oglej si škatlo riža in riževo zrno (lahko ju tudi izmeriš) in oceni, koliko zrn riža je v škatli. Kako bi preveril svojo oceno? 2. Kani kapljico malinovca v kozarec hladne vode in vse skupaj nekaj časa opazuj. Kaj opaziš? 3. V kozarec tople vode vrzi kocko ledu in jo opazuj (lahko uporabiš tudi termometer). Kaj opaziš? 4. Kozarec marmelade, kislih kumaric ali česa podobnega, ki ga je težko odpreti, daj za krajši čas pod toplo vodo in ga potem poskušaj odpreti. Kaj opaziš? 5. S kolesom zapelji po klancu navzdol in pri tem ves čas zavira. Na koncu potipaj gumice na zavorah. Kaj opaziš? 6. V fizikalne namene si v restavraciji s hitro prehrano privošči vročo pito. Zakaj moraš paziti, da se zaradi nadeva ne opečeš? Naštej dva razloga.

102

103

Cilj dejavnosti je, da učenci sami izluščijo ključne pojme, definicije in koncepte. Lahko to naredijo individualno, vsak sam, lahko jih organiziramo v skupine po dva ali tri, lahko pa sami vodimo dejavnost in usmerjamo učence z vprašanji in pogovorom. Povzetek poglavja lahko zapišemo na v obliki strukturiranih zapiskov in elektronskih prosojnic (power point). Lahko nastane tabelski zapis in ustrezni zapis v zvezku, ali plakati, ki jih lahko pozneje obesimo na stene učilnice in služijo učencem kot »plonk listki« ali kartončke, ki jih zlagajo v svojo »fizikalno kartoteko«.

Preverjanje znanja

Utrjevanje znanja

Povzemanje

Temu so namenjena vprašanja in naloge v učbeniku na straneh 102–103 ter v delovnem zvezku na straneh 80–83. Naloge lahko rešujemo skupaj ali v skupinah. Učence spodbudimo, da samostojno, individualno ali v parih ugotovijo, koliko predvidenih ciljev so že dosegli z aktivnostjo Koliko res znam na straneh 80–81 v delovnem zvezku.

Tudi pri preverjanju znanja si lahko pomagamo z aktivnostjo Koliko že znam, na podlagi katere pripravimo različna vprašanja. Pri pripravi vprašanj si lahko pomagamo z vprašanji za ponovitev in utrjevanje v učbeniku in delovnem zvezku. Znanje lahko na drugačen način preverimo tudi z aktivnostjo Uporabi svoje znanje v delovnem zvezku na straneh 82–83. 3. Za vsako podpoglavje zapiši kratek povzetek v alinejah in vsak povzetek pretvori v elektronsko prosojnico PowerPoint. Za lažje delo sta povzetek in elektronska prosojnica prvega podpoglavja (4.1) že narejena.

Uporabi znanje!

Koliko res znaš?

Vrednotenje informacij Med zapisanimi podobnostmi in razlikami izberi najpomembnejše ter na osnovi tega narišite načrt (lahko izdelate tudi maketo) vaše varčne hiše. Na načrtu označite vse rešitve, zaradi katerih menite, da bo vaša hiša varčna.

V vsakdanjem življenju pogosto med tem seboj primerjamo različne stvari. Pri iščemo podobosti in razlike, tehtamo prednosti in slabosti.

Naloga

zveze med vzroki in Kritični bralec si poskuša ustvariti jasne stanj in pojavom posledicami. Pri razčlenjevanju zapletenih naravne zakone. Tako mora nujno dobro poznati in razumetu okoli sebe. veliko bolje razume svet in dogajanje

Globalno segrevanje

Izdelati morate načrt za varčno hišo. Če želite, lahko iz kartona in/ali lesa lahko izdelate tudi maketo. Svojo zasnovo morate predstaviti z elektronskimi prosojnicami (PowerPoint).

je v prejšnjem stoletju narasla za Povprečna temperatura na Zemlji pa bi po predvidevanjih narasla še pol stopinje, v naslednjih sto letih zdi veliko, če ne vemo, da so bile za nekaj stopinj. Morda se to ne velik del Evrope prekrivali ledeniki, med zadnjo ledeno dobo, ko so od sedanjih. Že majhne sprememtemperature le za 4 stopinje nižje obdobju pomembno vplivajo na be temperature v dolgem časovnem na naše življenje. Višje temperatupodnebje, kar ima lahko velik vpliv taljenje polarnega ledu, močre med drugim povzročajo občutnejše ekstremne vremenske pojave ipd. nejše izhlapevanje morske vode,

Pogoji: – čas za izdelavo načrta je do prihodnje ure fizike – načrt mora vsebovati rešitve za ogrevanje, preskrbo z energijo in vodo, ravnanje z odpadnimi snovmi – hiša mora biti izdelana za podnebje in energijske vire vašega kraja

Iskanje informacij V različnih virih poišči čim več podatkov o tem, kaj vse je pomembno pri zasnovi varčne hiše oziroma kako se da čim več energije energijo in zmanjšati porabo različnih dobrin.

zakaj naraščajo temperature Znanstveniki si niso povsem enotni, temu močno prispeva tudi človek. – večinoma pa se strinjajo, da k ljudje v ozračje spuščamo velike Predvsem z uporabo fosilnih goriv plinov, ki čezmerno zadržujejo količine CO2 in drugih toplogrednih temperatur. energijo Sonca, kar povzroča naraščanje

Primerjava informacij Med seboj primerjaj navadno in varčno hišo. Ugotovi, kakšne so njune skupne značilnosti in v čem se bistveno razlikujeta. Natančne primerjave se najlažje lotiš s spodnjim diagramom. Primerjava in vrednotenje zamisli

Zgradba snovi ƒ Snov sestavljajo atomi, ioni in/ali molekule ƒ Obstaja približno 100 razliþnih vrst atomov ƒ Gradniki snovi zelo majhni (atomi 10-10 m) ƒ Gradniki se ves þas neurejeno gibljejo

(trd. = nihanje, kaplj. = premikanje, plin = prosto gibanje)

ƒ Skoraj vsi atomi so veþni, molekule pa ne

Kaj že znam?

Natančno si oglejte načrte drugih skupin in pozorno poslušajte njihovo predstavitev. Napišite nekaj zamisli drugih skupin, ki se vam zdijo dobre, pa se jih sami niste domislili.

VARČNA HIŠA

NAVADNA HIŠA

ki so lahko: ZGRADBA SNOVI števila delcev (osnovnih gradnikov), 1. Snov je zgrajena iz velikega - atomi (najmanjši delec snovi) - molekule (povezanih več atomov) z nabojem) - ioni (atomi ali skupine atomov različne lahko pa se združujejo v zelo 2. Atomov je v naravi okoli 100, molekule. ne s prostim majhni in jih ne moremo videti 3. Osnovni gradniki so izjemno očesom ne z navadnim mikroskopom. gibljejo: 4. Gradniki se ves čas neurejeno lege - v trdnini nihajo okrog svoje mimo drugega - v kapljevini se premikajo drug km/h in več) - v plinu se prosto gibljejo (1000 molekule pa ne. 5. Atomi so praktično večni,

Vem, kako in iz česa je zgrajena snov.

1. Natančno preberi zgornji odlomek s spletne strani, ki je namenjena okoljskim temam. Naredi kratek povzetek besedila in vanj vpleti tudi znanje, ki si ga pridobil v tem poglavju.

PODOBNOSTI

Vem, da se gradniki v snovi gibljejo. Vem, da je snov v različnih agregatnih stanjih. Vem, da lahko snov prehaja med agregatnimi stanji. Poznam osnovne razlike med trdnino, kapljevino in plinom. Vem, da je temperatura povezana z gibanje gradnikov. Poznam različne temperaturne lestvice. Vem, da se večina snovi pri segrevanju razteza. Vem, zakaj se snovi raztezajo oziroma krčijo.

RAZLIKE glede na:

Vem, kaj je toplota in v kakšnih enotah jo merimo. Vem, kdaj toplota prehaja s telesa na telo. Vem, da se različne snovi različno hitro segrevajo.

Napišite tudi kakšno svojo zamisel, ki se je druge skupine niso domislile in bi lahko z njo izboljšali svoj načrt.

Poznam razliko med temperaturo in toploto. Vem, kaj je notranja energija in s čim je povezana. Poznam razliko med notranjo energijo in toploto. Vem, s čim lahko spremenimo notranjo energijo. Vem, na kakšne načine lahko prehaja toplota. Poznam razliko med toplotnimi prevodniki in izolatorji. 81 Med zapisanimi podobnostmi in razlikami izberi najpomembnejši ter v nekaj stavkih zapiši končno primerjavo. 82

83

86

80


Lahko zaključimo četrto poglavje?

V kolikšni meri učenci dosegajo vsebinske cilje? Vedo, kako in iz česa je zgrajena snov. Vedo, da se gradniki v snovi gibljejo. Vedo, da je snov v različnih agregatnih stanjih. Vedo, da lahko snov prehaja med agregatnimi stanji. Popznajo razlike med trdnino, kapljevino in plinom. Vedo, da je temperatura povezana z gibanje gradnikov. Poznajo različne temperaturne lestvice. Vedo, da se večina snovi pri segrevanju razteza. Vedo, zakaj se snovi raztezajo oziroma krčijo. Vedo, kaj je toplota in v kakšnih enotah jo merimo. Vedo, kdaj toplota prehaja s telesa na telo. Vedo, da se energija prenaša z delom in toploto. Vedo, da lahko energija spreminja iz ene oblike v drugo. Vedo, da energija ne izginja in ne nastaja iz nič. Vedo, da se različne snovi različno hitro segrevajo. Razlikujejo temperaturo in toploto. Vedo, kaj je notranja energija in s čim je povezana. Razlikujejo notranjo energijo in toploto. Vedo, s čim lahko spremenimo notranjo energijo. Vedo, na kakšne načine lahko prehaja toplota. Poznajo razliko med toplotnimi prevodniki in izolatorji.

V kolikšni meri učenci dosegajo procesne cilje? Zanjo aktivno brati. Znajo kritično misliti. Znajo načrtovati in izvesti preprost poskus. Znajo meriti količine in interpretirati rezultate. Znajo grafično prikazati bistvo fizikalnih pojavov. 87

precej pod nekoliko pod v skladu s nekoliko nad precej nad pričakovanji pričakovanji pričakovanji pričakovanji pričakovanji


Demšar, Juričic, Kožuh, Mlakar

Zakaj se dogaja? 8 Priročnik za učitelje

Izdala in založila: Založba Rokus Klett, d.o.o. Za založbo: Maruša Kmet Urednik: Vasja Kožuh Oblikovanje: Vasja Kožuh Prelom: Vasja Kožuh Prva verzija Ljubljana, avgust 2009 88


http://www.devetletka.net/resources/files/doc/test/OS_fizika/8.%20razred/Prirocniki_priprave/prirocn