ARCHIMEDOVA SKRUTKA

ARCHIMEDOVA SKRUTKA

Bc. Mária Nováková

Festival Fyziky - Tvorivý učiteľ fyziky, Smolenice 4.-7. máj 2010

Obsah prezentácie

o Archimedova skrutkao Kurikulárna reformao Fyzikálny princíp Archimedovej skrutkyo Problémové otázkyo Pracovný listo Postup merania – Zavzdušnená pumpao Postup merania – Nezavzdušnená pumpao Záver


Archimedova skrutka

• hadička namotaná okolo valca,

• fyzikálne princípy: zotrvačnosť vody,

súdržnosť molekúl vody (kohézia),

priľnavosť vody o steny (adhézia),skladanie a rozklad síl,

• využíva sa v mnohých prístrojoch,

• nie je zaradená do vyučovacieho procesu základných, stredných ani vysokých škôl.


Kurikulárna reforma

• POZORNOSŤ UPRIAMENÁ NA ROZVOJ MYSLENIA ŠTUDENTOV:

získavanie nových vedomostí a zručností vlastnou skúsenosťou,

využívanie osvojených vedomostí v praxi, hľadanie súvislostí medzi fyzikálnym princípom

úlohy a získavanými vedomosťami,

• PRIESTOR PRE INOVÁCIU – NETRADIČNÉ NÁMETY ÚLOH

• AKTÍVNE ZAPÁJANIE ŠTUDENTOV DO CELÉHO PRIEBEHU VYUČOVACIEHO PROCESU

• KOOPERÁCIA


Fyzikálny princípArchimedovej skrutky

Parametre Archimedovej skrutky:d0 – priemer hadičkyl0 – dĺžka valcan – počet závitov hadičky – uhol, ktorý zviera Archimedova skrutka s vodorovnou rovinouα – uhol sklonu hadičky

Zavzdušnená, nezavzdušnená pumpa

Základné pojmy:

ZotrvačnosťTrecia silaAdhézia a kohézia molekúl vodySkladanie sílSínusová veta v trojuholníkuGoniometrické funkcie


Fyzikálny princípArchimedovej skrutky

cos

coslS

Z rovnice si môžeme všimnúť, že ak

≥ 90º α, potom S ≤ 0

(S je parameter, ktorý určuje množstvo

vody zachytenej v trubičke).

To znamená, že kritický uhol sklonu je: c = 90º α.

Z toho vyplýva, že musíme mať ≤ c, iba tak získame S = S().

902

22

22

lS

sinsin


Problémové otázky

? Ak by sme minimalizovali priľnavosť vody o steny hadičky, napríklad povoskovaním zvnútra, bolo by možné prečerpávať vodu?

? Aký význam má pri činnosti Archimedovej skrutky zotrvačnosť vody?

? Voda stúpa nahor, jej potenciálna energia sa zvyšuje. To znamená, že konáme prácu. Čím je daná veľkosť našej práce?

? Prečo je uhol sklonu 65 osi Archimedovej skrutky voči vodorovnej rovine kritický (voda sa už neprečerpá)?

? Do akej maximálnej výšky môžeme prečerpať vodu? Od akých parametrov to závisí?

? Čo sa stane, ak budeme meniť uhol, ktorý zviera Archimedova skrutka s vodorovnou rovinou, do ktorej je zapichnutá? Pri ktorom uhle je čerpanie vody najefektívnejšie?

? Aký vplyv na prečerpávanie vody bude mať zväčšenie vnútorného priemeru hadičky? Uhol sklonu namotanej hadičky pritom nezmeníme.


Pracovný list

• Pracovný list je materiálom pre spôsob práce študentov. Postupným spĺňaním jednotlivých krokov si osvojujú princíp riešenia problémových úloh a skúmanie fyzikálnych zákonitostí.

• Jednotlivé kroky:

Základné pojmy

Príbeh

Popis pomôcok

Návrh vlastnej aparatúry

Postup merania

Doplňujúce otázky

Zhodnotenie merania


Postup meraniaZAVZDUŠNENÁ PUMPA

1. Hadičku husto namotajte okolo valca pod uhlom sklonu α = 15º. Vytvorte Archimedovu skrutku.

2. Rovnakým spôsobom vytvorte ešte jednu Archimedovu skrutku. Hadičku husto namotajte okolo valca pod uhlom sklonu α=30º.

3. Nádobu na vodu položte na digitálne váhy a uložte do roviny horného ústia hadičky.

4. Jednu zo skrutiek vložte do nádržky s vodou pod určitým uhlom tak, aby pri točení valca sa do hadičky okrem vody dostal aj vonkajší vzduch. Uhol zviera skrutka s vodorovnou rovinou, do ktorej je zapichnutá.


5. Skrutkou otáčajte, striedavo sa do nej naberá voda i vzduch a pozorujte, čo sa deje. Počas celého procesu otáčania nemeňte uhol sklonu .

6. Ak bude voda v poslednom závite, urobte ešte 20 otočení skrutky a odmerajte hmotnosť prečerpanej vody pre daný typ skrutky a uhol sklonu skrutky s vodorovnou rovinou.

7. Odstráňte vodu zo skrutky. Opakujte meranie podľa krokov 4. – 6. pre rôzne sklony skrutky voči vodorovnej rovine a pre obe zostrojené skrutky.

8. Porovnajte množstvo prečerpanej vody pri 20 otočeniach v závislosti na uhle naklonenie Archimedovej skrutky a sklone závitov.


Postup meraniaZAVZDUŠNENÁ PUMPA

1. Použite Archimedove skrutky z predchádzajúceho merania.

2. Rozdiel bude v tom, že skrutku vložíte do nádržky s vodou pod určitým uhlom tak, aby bol celý prvý závit ponorený (skrutka nesmie pri otáčaní naberať vzduch).

3. Valcom otáčajte, voda sa pritom naberá do hadičky a stúpa nahor.

4. Ak bude voda v poslednom závite, urobte ešte 20 otočení skrutky a odmerajte hmotnosť prečerpanej vody pre daný typ skrutky a uhol sklonu skrutky s vodorovnou rovinou.


Postup meraniaNEZAVZDUŠNENÁ PUMPA

5. Odstráňte vodu zo skrutky. Opakujte meranie podľa krokov 2. – 4. pre rôzne sklony skrutky voči vodorovnej rovine a pre obe zostrojené skrutky.

6. Porovnajte množstvo prečerpanej vody pri 20 otočeniach v závislosti na uhle naklonenie Archimedovej skrutky a sklone závitov. Použite rovnaké uhly sklony ako pri meraní so zavzdušnenou skrutkou.

7. Porovnajte množstvo prečerpanej vody pri 20 otočeniach u zavzdušnenej a nezavzdušnenej pumpy.


Postup meraniaNEZAVZDUŠNENÁ PUMPA

Množstvo prečerpanej vodypri uhle sklonu α = 15°


20

25

30

35

40

45

50

20 25 30 35 40 45 50 55 60

Hmot

nosť

pre

čerp

anej

vody

po

20-ti

ch

otoč

eniac

h sk

rutk

ou [g

]

Uhol sklonu Archimedovej skrutky voči vodorovnej rovine [°]

Archimedova skrutka - ZAVZDUŠNENÁ

Množstvo prečerpanej vodypri uhle sklonu α = 15°


0

0,5

1

1,5

2

2,5

20 25 30 35 40 45 50 55Hm

otno

sť p

reče

rpan

ej v

ody

po 2

0-tich

oto

čeni

ach

skru

tkou

[g]

Uhol sklonu Archimedovej skrutky voči vodorovnej rovine [°]

Archimedova skrutka - NEZAVZDUŠNENÁ

Záver

Skúmané problémy:

1) Uhol sklonu hadičky α

2) Uhol , ktorý zviera Archimedova skrutka

s vodorovnou rovinou

1) Zavzdušnená, nezavzdušnená pumpa

2) Pomer vody ku vzduchu v prvom závite

3) Priemer hadičky d0

4) Polomer valca R0

5) Dĺžka Archimedovej skrutky l0


Mária Nováková

Oddelenie didaktiky fyziky

Ústav fyzikálnych vied

Prírodovedecká fakulta UPJŠ v Košiciach

Park Angelinum 9, 041 54 Košice, SR

Ďakujem za pozornosť


Documents

ARCHIMEDOVA SKRUTKA