Úkol 15

Pomůcky pro dvojici/skupinu:

PET láhev, trouba, tryska, papír, nůžky, lepidlo, úhloměr z Úkolu 10

Postup:

To, co žáci zjistili v Úkolu 10 a také zkoumali v Úkolu 14 si mohou prověřit realizací Úkolu 15. Jde o zkoumání toho, jak souvisí úhel, v jakém vystřelíme (vyhodíme) předmět, se vzdáleností dopadu od místa vyhození. Rovněž je možné tento úkol realizovat samostatně od Úkolů 10 a  14, tehdy je cílem úlohy vytvořit induktivní závěr o  zkoumaném vztahu úhlu vystřelení a vzdálenosti dopadu.

Na realizaci této aktivity potřebuje učitel zkonstruovat jednoduché zařízení na pohon papírové rakety proudem vzduchu (viz obrázek z  Úkolu 15). Rázným šlápnutím na PET láhev se vytlačený vzduch dostane na konec trubky do trysky a vystřelí papírovou raketu, kterou nasadíme na samotnou trysku. Pokud chceme, aby se rakety vlivem pohybujícího se vzduchu dostaly dál, je vhodné na konec hadice umístit trysku, t. j. zúžený profil hadice, který způsobí stlačení vzduchu, a tedy zrychlení jeho pohybu. Zařízení však vhodně funguje i bez trysky. Učitel nejdříve představí žákům toto zařízení a vysvětlí, jak ho budou používat. Prvním úkolem pro žáky bude vytvořit papírovou raketu, která podle nich zaletí nejdále, pokud ji nasadí na konec hadice a vystřelí proudem vzduchu. Aby žáci pochopili, co se od nich očekává, učitel může mít velmi jednoduchou papírovou raketu připravenou a fungování mechanismu předvede.

V případě konstrukce papírové rakety jde (podobě jako v Úkolu 13) o konstrukční výzvu. Aby žáci zvažovali různé možnosti, vede je učitel k zamyšlení se nad tím, zda by bylo lepší udělat delší, kratší raketu, zda by měli na raketě význam postranní letky, které můžeme na skutečných raketách vidět, zda je třeba raketu nějakým způsobem vyvážit, zda by měla být těžší vpředu nebo vzadu a podobně. Následně se žáci snaží vytvořit papírové rakety, přičemž učitel je usměrní v tom, že je třeba vyrobit je tak, aby se daly nasunout na „startovací zařízení“ (ústí trysky nebo hadice). Po přípravě prototypů raket učitel vede žáky k tomu, aby si rakety vyzkoušeli. Podobně jako v Úkolu 13, i zde mají možnost upravit své prototypy tak, aby letěli dál, a to pomocí srovnání vlastních prototypů s prototypy ostatních skupin. 

Následně vyberou raketu, která letí nejdále a tu budou používat v dalším zkoumání. Učitel žákům navrhne, aby zjistili, jak daleko zaletí raketa, pokud budeme měnit směrování trysky. Pro tento účel použijí zjednodušený úhloměr (viz Úkol 10). Pokud žáci nebyli s funkcí tohoto zařízení předtím obeznámeni, tak to nejdříve učitel zajistí. Zjednodušený úhloměr nasadí na trysku a sledují, na jaké číslo ukazuje nitka. Trysku upraví do takové polohy, aby šňůrka ukazovala na to číslo, které mají uvedené v tabulce. Z takto nastaveného zařízení vystřelí několikrát stejnou raketu a změří vzdálenost do které doletěla. Postupně mění směrování trysky podle hodnot v tabulce v Úkolu 15 a doplňují získaná data (naměřená vzdálenost dopadu rakety). Naměřené údaje se následně snaží zaznamenat do grafu. Tabulka určuje měření jen pro některé hodnoty na úhloměru. Jde o záměr, aby si žáci uvědomili, že k vyslovení závěru není nutné disponovat souborem měření. S vytvořeným grafem je potom možné pracovat i ve smyslu rozvoje způsobilosti extrapolace. Žáci tedy do grafu zaznamenají pouze hodnoty naměřené pro vybrané úhly. Následně se snaží vyslovit závěr na základě toho, jaký průběh má graf.

V souladu se zjištěními z Úkolů 10 a 14 žáci uvidí, že vzdálenost stoupá a pak klesá. Extrapolací (vytvořením přibližné křivky) je tak možné určit, jaký je optimální úhel, pod kterým je třeba vystřelit raketu, abychom zajistili, že se dostane nejdále. Také je možné dedukovat, do jakého úhlu je třeba nastavit trysku, pokud chceme, aby raketa dopadla do určitého cíle. Řešením první části úkolu se v  principu žáci učí kalibrovat vytvořený nástroj na určitou raketu. S toutéž raketou pak umí trefit cíl poměrně přesně, a to pomocí naměřených kalibračních dat. Jak je možné si všimnout, stupnice na zjednodušeném úhloměru je obrácená. To znamená, že pokud mají žáci nastavenou hodnotu 9, tak úhloměr neukazuje kolmý směr k povrchu země, ukazuje však kolmý směr k působení gravitační síly země.