Fyzikálne veličiny (objem, sila, čas, hmotnosť)

Objem

Meranie objemu znamená meranie priestoru, ktorý zaberá meraná látka či teleso. Meracím prístrojom na meranie objemu je odmerný valec. Je možné ním priamo merať objem tekutých či sypkých látok. Objem pevného telesa zmeriame ľahko jeho ponorením do vody (alebo inej kvapaliny). Objem meraného telesa je daný rozdielom objemu vody pred jeho ponorením a po ponorení. Odmerným valcom je možné merať aj objem plynných látok. Stačí ho naplniť vodou a otočiť do nádoby s trochou vody tak, aby všetka voda zostala vnútri. Hadičkou potom vháňame dovnútra meraný plyn. Odmerný valec je možné ľahko vyrobiť z akejkoľvek nádoby vhodnej veľkosti (napríklad z PET fľaše) tak, že do neho prilievame známe množstvo vody a postupne nakreslíme stupnicu. Pozor však na systematickú chybu! Každé fyzikálne meranie je zaťažené chybou. Ak je chyba prevazne kladná či naopak záporná, čiastkové chyby sa môžu pri postupnom prilievaní sčítať. Preto je vhodné po niekoľkých krokoch vodu vyliať a prekontrolovať nanášanú stupnicu naliatím známeho väčšieho množstva vody. Takýto odmerný valec je možné použiť aj na výrobu spirometra (prístroja na meranie objemu pľúc). Objem pľúc dospelého muža je zhruba 4,5 litra, preto je vhodné použiť kanister s objemom 5 litrov.

Hmotnosť

Na určovanie hmotnosti sa používajú váhy založené na rôznych princípoch. Bežné sú rovnoramenné váhy fungujúce na princípe porovnávania hmotnosti váženého telesa so známymi hmotnosťami závaží. Najčastejšie sa používajú váhy fungujúce na princípe deformácie pružného telesa. Tie sú založené na meraní miery deformácie pružného telesa (napríklad pružiny). Váhu je možné ľahko skonštruovať z bežných kancelárskych potrieb. Je možné využiť napríklad pružinu, gumičku, pravítko. Deformovaný predmet na jednom konci pevne uchytíme a deformujeme zaťažením druhého konca. V blízkosti umiestime list papiera, na ktorý nakreslíme stupnicu za pomoci závaží známych hmotností.

Čas

Čas sa zaznamenával a určoval už v dobe pred neolitom (8 000 pred n.l.). Od počiaku sa na určenie aktuálneho obdobia využívali prírodné javy, ktoré sa s pravidelnosťou opakovali.Najzreteľnejšie a najľahšie pozorovateľné objekty, ktoré vykazovali najväčšiu presnosť vo svojich periodických opakovaniach, a teda sa podľa nich dalo presne určiť aktuálne obdobie, boli Slnko, Mesiac a hviezdy. Určiť podľa nich aktuálny čas alebo rocné obdobie nebolo jednoduché. Preto museli prísť ľahšie pochopiteľné metódy merania. Hlavne z praktických dôvodov – kvôli meraniu času. Na meranie času sa začali využívat presýpacie alebo vodné hodiny,ktoré pracujú na rovnakom princípe (z hornej nádoby sa tekutina preliala alebo piesok presypal za určitú dobu do dolnej nádoby). Na týchto hodinách ste ale nepoznali, koľko je práve hodín. Na tento účel sa začal využívať iný systém – slnečné hodiny. ¹⁾

Výroba slnečných hodín

Výroba slnečných hodín nie je náročná. Postačí nám tyč zapichnutá do zeme alebo pripevnená na zvislú plochu. Potom stačí len sledovať čas na hodinkách a každú celú hodinu zaznamenať polohu tieňa. Slnečné hodiny je možné vyrobiť aj z papiera. Aby slnečné hodiny pracovali správne, musí mať ukazovateľ rovnobežný smer so zemskou osou. Pre našu zemepisnú šírku to znamená sklon ukazovateľa asi 50° od vodorovného smeru, pričom ukazovateľ smeruje na sever (Obrázok 3). V prípade umiestnenia hodín na zvislej stene, musí ukazovateľ zvierať so zvislicou zhruba 40° a pri pohľade zhora smerovať na juh.

Pre sklon zemskej osi a eliptičnosti trajektórie Zeme okolo Slnka, sa Slnko po oblohe počas roka nepohybuje rovnomerne. Preto sa slnečné hodiny počas roka predbiehajú či oneskorujú. Rozdiel oproti rovnomernému času, ktorý ukazujú hodinky je až 16 minút. Preto bývajú slnečné hodiny vybavené korekčnou tabuľkou (Obrázok 4). Podľa aktuálneho dátumu nájdeme v tabuľke hodnotu v minútach, ktorú je nutné pričítať alebo odčítať.

Pri konštruovaní slnečných hodín preto máme dve možnosti:

1. Môžeme na číselník vyniesť pravý slnečný čas. Hodiny potom vybavíme korekčnou tabuľkou zahŕňajúcou aj korekciu na zemepisnú dĺžku.
2. Pri ciachovaní číselníka už zahrnieme časové oneskorenie dané zemepisnou dĺžkou. Hodiny sú potom vybavené korekčnou tabuľkou zahŕňajúcou len korekciou podľa dátumu.

Sila

Silomery sú spravidla založené na princípe deformácie pružného telesa (predovšetkým pružiny). Na základe toho princípu je možné pomocou bežných materiálov skonštruovať silomer na meranie ťahovej sily. Postačí nám gumová potravinárska hadica (cca 3 m dlhá). Hadicu priviažeme jedným koncom k pevnému úchytu. Za druhý koniec postupne ťahajú všetci žiaci. Kto vytiahne hadicu najviac, pôsobil najväčšou silou. Na objektivizáciu merania je vhodné nakresliť na hadicu rysku a na papier umiestnený v blízkosti zakresľovať najlepšie výkony. Ak na hadicu pripevníme závesnú váhu a ešte za ňu ťaháme, môžeme opatriť náš silomer aj regulárnou stupnicou v Newtonoch. Ďalším netradičným a veľmi jednoduchým silomerom meracím silu stisku je PET fľaša, ktorú naplníme vodou, vložíme rôzne dlhé hlavičky zápaliek a zaštopľujeme.Ide o princíp fyzikálnej hračky zvanej karteziánček. Ak PET fľašu stlačíme, vzduch obsiahnutý v zápalkách je stlačený a zároveň je do objemu drievka zápalky vtlačená voda. Hustota zápalky sa zvýši a tá začne klesať ku dnu. Keďže je každá zápalka odstrihnutá s rôzne dlhým koncom drievka, je potrebná rôzne veľká sila na jej potopenie. Kto potopí viac zápaliek, vyhráva. Pozor, zápalky sa časom nasiaknu vodou a silomer prestane fungovať.

¹⁾Měření času. Wikipedie [online]. 2016 [cit. 2017-05-15]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/ wiki/M%C4%9B%C5%99en%C3%AD_%C4%8Dasu
²⁾Zdroj: http://www.slunecni-hodiny.webzdarma.cz/princip.html