3 ZMĚNU POHYBU TĚLESA ZPŮSOBUJE VÝSLEDNÁ SÍLA PŮSOBÍCÍ NA TĚLESO

Úkol 2

Pracovní list Workshop

Pomůcky pro dvojici/skupinu:

tužka, lepící páska, provázek, sponka

Postup:

Obrázek 37: Jednoduché kyvadlo

Tento úkol je vhodné realizovat následně po prvním úkolu, žáci tak budou lépe soustředění na to, co je podstatou zadání. V předchozím úkolu se zamýšleli nad tím, co způsobuje pohyb různých těles, v tomto úkolu budou samotný pohyb zkoumat. Učitel poskytne žákům do skupin jednoduché kyvadlo nebo je usměrní k jeho tvorbě (viz obrázek). Poté vede žáky k prozkoumání toho, jak se kyvadlo chová (necílené pozorování se záměrem získat s kyvadlem zkušenost).

Na základě toho, co vyplynulo z Úkolu 1 se žáci snaží zakreslit směr síly, která působí na závaží a pokoušejí se vysvětlit co způsobuje, že při spuštění závaží kulička kmitá nahoru a dolů. K řešení tohoto úkolu pomůže, pokud se žáci zamyslí nad tím, jaká síla způsobuje, že se kyvadlo hýbe. Žáci pozorují, kdy závaží zrychluje a kdy zpomaluje a pokoušejí se vysvětlit, co způsobuje zrychlování a zpomalování závaží.

Učitel vede žáky k tomu, aby si uvědomili, že pokud předmět zrychluje, tak to musí být způsobeno nějakou silou. Také pokud předmět zpomaluje, musí to být způsobeno také silou, která ale působí v opačném směru než je pohyb tohoto tělesa. Nakonec by měli žáci zjistit, že i zrychlování a také zpomalování závaží způsobuje gravitační síla, která působí na všechny předměty neustále.

Úkoly 3 – 6 (pokyny)

Jelikož žáci si fungování kyvadla částečně prozkoumali, učitel navrhne, aby zjistili, jak by bylo možné způsobit, že kyvadlo se bude kývat rychleji nebo pomaleji. Buď jim hned navrhne výzkumné otázky (Úkoly 3, 4, 5 a 6), nebo nejprve se žáky diskutuje o tom, co by na kyvadle změnili, aby se kývalo rychleji nebo pomaleji. Nakonec by diskuse měla vést k identifikaci výzkumných otázek tak, jak jsou uvedeny v Úkolech 3 – 6. Výzkumné otázky v Úkolech 3 – 6 mají podobný charakter, avšak zkoumají jiné proměnné, které fungování kyvadla mohou ovlivnit. Učitel může žáky ve třídě rozdělit na čtyři skupiny, přičemž každá skupina bude zkoumat vliv jiné proměnné na rychlost kmitání. Vhodné však je, aby si žáci vyzkoušeli vliv všech proměnných, a to zejména kvůli tomu, že výsledky jsou pro žáky poměrně překvapivé.

Žáci by měli přijít na to, že délka provázku na kyvadle ovlivňuje rychlost kmitání kyvadla, hmotnost a výška, ze které kyvadlo spouštíme, rychlost kmitání neovlivňuje, částečně může být rychlost kmitání kyvadla ovlivněna velikostí závaží na kyvadle, pokud se projeví odpor vzduchu. Aby žáci registrovali tento rozdíl, museli by zkoumat kyvadla, která mají závaží s velkým rozdílem objemu (velikosti). Vzhledem k podmínkám, ve kterých žáci kyvadlo zkoumají je korektním závěrem i to, že velikost kyvadla rychlost jeho kmitání neovlivňuje.

Před samotným zkoumáním je důležité věnovat se předpokladům.Učitel představí výzkumnou otázku, kterou může napsat na tabuli, aby bylo zřejmé, co je cílem zkoumání. Pro zacílení pozornosti žáků je vhodné zrealizovat diskusi o předpokladech. V úkolu jsou předpoklady formulovány, proto je pro žáky snadnější předpoklad „vytvořit“. Jejich úkolem je rozhodnout se pro jeden z nich. Tato forma tvorby předpokladů mimo jiné vytváří pro žáky vzor v tom, jak je předpoklady vhodné formulovat. Také tím zdůrazňujeme, že při zkoumání je v pořádku, pokud se v předpokladech neshodneme, víme, že jdeme zkoumat polemickou věc, t. j. jsme zvědaví, jak to ve skutečnosti je. Různost předpokladů je tedy přirozená a nemluvíme o špatných a dobrých předpokladech, po zkoumání mluvíme jen o potvrzených a nepotvrzených předpokladech. Po vytvoření předpokladů je důležité diskutovat o tom, jak zjistíme, zda kyvadlo s delší nebo kratší šňůrou kmitá rychleji. Tento úkol je zajímavou výzvou pro žáky. Pokud má učitel dostatek času, tak vyzve žáky ve skupinách, aby se pokusili vymyslet způsob, pomocí kterého budeme umět dostatečně důvěryhodným způsobem odlišit, zda se kyvadlo kývá rychleji nebo ne. Pokud se žáci věnují návrhům postupů, důležité je o nich i diskutovat a vybrat takový, který skutečně objektivním způsobem prokáže případné zrychlení kmitání kyvadla.

Pokud má učitel méně času, může postup žákům navrhnout. Aby si mohly skupiny vzájemně porovnávat výsledky, které z pozorování získají, je důležité určit konkrétní časový úsek, za který budou měřit počet kmitů kyvadla. Jelikož kyvadlo může kmitat i poměrně rychle,je vhodné, aby považovali za jeden kmit pohyb závaží směrem tam i zpět. Učitel se ujistí, že všichni žáci porozuměli, jakým způsobem budou kmitání kyvadla měřit a určí si měření například na počet kmitů za 10 sekund.

I přesto, že rychlost kmitání kyvadla nezávisí na tom, z jaké výšky závaží kyvadla spouštíme (žáci to ještě nevědí, je na to zaměřený 6. úkol), učitel upozorní, aby žáci spouštěli kyvadlo vždy stejně, ze stejné výšky. Kvůli důvěryhodnosti výsledku měření je vhodné, pokud učitel upozorní žáky na to, aby měření opakovali pro každé z kyvadel třikrát. Pokud některé měření bylo velmi odlišné od ostatních, tak ho při vyhodnocování nezohledňují, popřípadě opakují měření dokud nezískají vícenásobným měřením stejné (podobné) výsledky. Tímto způsobem žáky učíme trpělivosti a preciznosti, která patří k vědecké práci, pokud se chceme na získané výsledky odvolávat, a tudíž jim i důvěřovat.

Po vytvoření předpokladů a prodiskutování postupu, pomocí kterého budou žáci předpoklady ověřovat, se žáci věnují samotnému ověřování předpokladů. Během ověřování učitel navádí žáky na precizní pozorování, aby mohli svým výsledkům důvěřovat při tvorbě závěru. Žáci do pracovního listu zapíší počet kmitů za určený časový úsek (vhodný časový úsek určí učitel na základě toho, jaké kyvadla budou žáci používat, aby následně bylo možné čísla konvertovat do diagramu) – tři měření pro každé kyvadlo. Průměrný počet kmitů (ne výpočtem aritmetického průměru, ale odhadem ze tří měření pro jedno kyvadlo) zaznamenají žáci do diagramu, aby tak zviditelnili případný zjištěný rozdíl. Následně je úkolem žáků vytvořit na základě výsledků zobrazených v diagramu závěr, jehož součástí je zhodnocení předpokladů a odpověď na výzkumnou otázku. Odkazování na empirická data (naměřené hodnoty) je velmi důležité (vzhledem k rozvoji velkých vědeckých představ o vědě).